DE102013226636A1

DE102013226636A1 - Glaszusammensetzung, Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines Bauelements

Info

Publication number: DE102013226636A1
Application number: DE102013226636.7A
Authority: DE
Inventors: Angela Eberhardt; Christina Wille; Christian Rüssel; Matthias Müller
Original assignee: Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU; Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2015-06-25
Also published as: WO2015091374A1; US10233114B2; JP6357538B2; JP2017502902A; US20160304391A1; DE112014005962A5

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Glaszusammensetzung (2a) umfassend: zumindest ein Telluroxid mit einem Anteil von mindestens 65 mol-% und höchstens 90 mol-%, R1O mit einem Anteil zwischen 0 mol-% und 20 mol-%, wobei R1 ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn und Kombinationen davon umfasst, zumindest ein M1 2O mit einem Anteil zwischen 5 mol-% und 25 mol-%, wobei M1 ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Li, Na, K und Kombinationen davon umfasst, zumindest ein R2 2O3 mit einem Anteil zwischen 1 mol-% und 3 mol-%, wobei R2 ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Al, Ga, In, Bi, Sc, Y, La, Seltene Erden und Kombinationen davon umfasst, M2O2 mit einem Anteil zwischen 0 mol-% und 2 mol-%, wobei M2 ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Ti, Zr, Hf und Kombinationen davon umfasst, R3 2O5 mit einem Anteil zwischen 0 mol-% und 6 mol-%, und wobei R3Nb und/oder Ta ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Bauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements.

Description

Es wird eine Glaszusammensetzung angegeben. Darüber hinaus werden ein Bauelement sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements angegeben.
Zum Fügen von Werkstoffen werden üblicherweise Glaslote eingesetzt. Die Glaslote werden überwiegend in pulverisierter Form gegebenenfalls unter Zuhilfenahme geeigneter Hilfsstoffe, wie Öle oder Polymerlösungen, zwischen die zu fügenden Materialien gebracht. Anschließend wird diese Anordnung aus den zu fügenden Materialien und dem pulverisierten Glas auf eine Temperatur erhitzt, die ein Sintern der Glaspartikel ermöglicht. Hierbei tritt eine Verdichtung des Pulvers durch viskoses Fliesen ein. Es ist eine Temperatur erforderlich, die oberhalb der dilatometrischen Erweichungstemperatur liegt. Problematisch hierbei ist, dass keine Glaslote für Fügetemperaturen unterhalb von 400 °C zur Verfügung stehen, die gleichzeitig korrosionsstabil sind und eine entsprechend hohe Kristallisationsstabilität besitzen, um den Fügevorgang zu ermöglichen.
In Frage kommende Zusammensetzungen für solche ultraniedrigsinternde Glaslote sind primär Phosphat- und Boratgläser. In beiden Glassystemen können Gläser mit entsprechend niedrigen Erweichungspunkten hergestellt werden. Allerdings enthalten diese Gläser dann erhebliche Konzentrationen an B₂O₃ bzw. P₂O₅ sowie Alkalioxide und besitzen nur eine geringe chemische Beständigkeit. Sie sind daher für viele Anwendungen aufgrund der mangelnden Korrosionsstabilität nicht geeignet.
Zudem haben entsprechende Gläser meist eine hohe Kristallisationsneigung, so dass oftmals die Kristallisation schneller erfolgt als eine Verdichtung durch viskoses Fließen. Eine Kristallisation des Glaslotes darf keinesfalls vor dem vollständig erfolgten Sintern einsetzen, weil ansonsten der Sinterprozess zum Erliegen kommt. Allerdings ist es für viele Anwendungen, insbesondere in den optischen Technologien, auch nachteilig, wenn eine Kristallisation nach erfolgter vollständiger Verdichtung einsetzt, da dann an den Kristallen Lichtstreuung zu beobachten ist. Für viele Anwendungen gib es eine maximal zulässige Temperatur, diese ist beispielsweise bei zu fügenden Halbleitern durch Diffusion von Dotierstoffen bedingt.
Ein weiteres Problem ist die Haftung der Glaslote auf den zu fügenden Materialien; hierbei ist stets eine gute Benetzung dieser Materialien eine günstige Voraussetzung.
Telluritgläser besitzen im Prinzip für viele Anwendungen als Fügeglas günstige Voraussetzungen. Hierbei ist insbesondere die Möglichkeit zu nennen, Glastransformationstemperaturen von 300 °C und auch etwas darunter einzustellen.
Telluritgläser besitzen zudem für die meisten Anwendungen ausreichende Korrosionsstabilität. Allerdings ist die Kristallisationsanfälligkeit von Telluritgläsern für viele Anwendungen bzw. Fügeprozesse nicht ausreichend. Beispielsweise sinken zwar die Glastransformationstemperaturen und die Erweichungstemperaturen, wenn die Telluritgläser Alkali- und/oder Zinkoxid enthalten. Allerdings steigt hierdurch auch die Kristallisationsanfälligkeit.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Glaszusammensetzung anzugeben, die die oben genannten Nachteile überwindet. Insbesondere besteht eine zu lösende Aufgabe darin, eine Glaszusammensetzung anzugeben, die bessere chemische und physikalische Eigenschaften aufweist. Insbesondere soll die Glaszusammensetzung eine verbesserte Kristallisationsstabilität, eine verbesserte Korrosionsstabilität, eine Glastransformations- und/oder Erweichungstemperatur von kleiner als 400 °C aufweisen. Insbesondere soll eine Glaszusammensetzung als ultraniedrigschmelzendes Glas mit einer Glastransformations- und Erweichungstemperatur von kleiner 400°C angegeben werden. Insbesondere soll das Glas bzw. die Glaszusammensetzung im sichtbaren Spektralbereich hochtransparent und hochbrechend sein. Insbesondere soll die Glaszusammensetzung eine sehr gute chemische Beständigkeit sowie eine hohe Kristallisationsstabilität aufweisen.
Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Bauelement anzugeben, das besonders stabil ist und insbesondere bei Temperaturen unter 400 °C hergestellt werden kann.
Diese Aufgaben werden durch eine Glaszusammensetzung gemäß Anspruch 1, durch ein Bauelement gemäß Anspruch 10, sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 14 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Glaszusammensetzung, des Bauelements und des Verfahrens sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Glaszusammensetzung

– zumindest ein Telluroxid mit einem Anteil von mindestens einschließlich 65 mol-% und höchstens einschließlich 90 mol-%,
– R¹O mit einem Anteil zwischen einschließlich 0 mol-% und einschließlich 20 mol-%, wobei R¹ ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Magnesium, Kalzium, Strontium, Barium, Zink, Mangan und Kombinationen davon umfasst,
– zumindest ein M¹ ₂O mit einem Anteil zwischen einschließlich 5 mol-% und einschließlich 25 mol-%, wobei M¹ ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Lithium, Natrium, Kalium und Kombinationen davon umfasst,
– zumindest ein R² ₂O₃ mit einem Anteil zwischen einschließlich 1 mol-% und einschließlich 3 mol-%, wobei R² ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Aluminium, Gallium, Indium, Bismut, Scandium, Yttrium, Lanthan, Seltenen Erden und Kombinationen davon umfasst,
– M²O₂ mit einem Anteil zwischen einschließlich 0 mol-% und einschließlich 2 mol-%, wobei M² ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Titan, Zirkonium, Hafnium und Kombinationen davon umfasst, und R³ ₂O₅ mit einem Anteil zwischen einschließlich 0 mol-% und einschließlich 6 mol-%, wobei R³ Niob und/oder Tantal ist.

Die erfindungsgemäße Glaszusammensetzung enthält sowohl Komponenten, die die Glastransformations- und Erweichungstemperaturen herabsetzen als auch Komponenten, die überraschenderweise die Neigung zur Kristallisation herabsetzen, ohne gleichzeitig die Glastransformations- und Erweichungstemperaturen wesentlich zu erhöhen. Zudem ist die erfindungsgemäße Glaszusammensetzung korrosionsstabil.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Summe aller Anteile an Telluroxid, M¹ ₂O, R² ₂O₃ und gegebenenfalls M²O₂, R¹O und R³ ₂O₅ in der Glaszusammensetzung 100 % oder 100 mol-%, wenn keine weiteren Elemente oder Komponenten enthalten sind, oder weniger als 100 % oder 100 mol-%, wenn neben den oben genannten Komponenten wie Telluroxid, M¹ ₂O, R² ₂O₃ und gegebenenfalls M²O₂, R¹O und R³ ₂O₅ weitere Komponenten enthalten sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform besteht die Glaszusammensetzung aus Telluroxid mit einem Anteil von mindestens einschließlich 65 mol-% und höchstens einschließlich 90 mol-%, R¹O mit einem Anteil zwischen einschließlich 0,1 mol-% und einschließlich 15 mol-% und R² ₂ ^O3 mit einem Anteil zwischen einschließlich 1 mol-% und einschließlich 3 mol-%. "Besteht aus" kann hier bedeuten, dass keine weiteren Komponenten in der Zusammensetzung enthalten sind. Alternativ kann "besteht aus" bedeuten, dass weitere Komponenten nur im geringen Anteil aus dem ppm-Bereich (parts per million) in der Glaszusammensetzung enthalten sind und im Wesentlichen unvermeidbare Verunreinigungen der Glasausgangsmaterialien darstellen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform besteht die Glaszusammensetzung aus TeO₂, ZnO, Na₂O und R² ₂O₃ mit R2 ausgewählt aus der Gruppe Aluminium, Lanthan, Bismut und Yttrium und Seltenen Erden. Die Summe aller Anteile in der Glaszusammensetzung ist 100 % oder 100 mol-%.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Glaszusammensetzung erhältlich aus:

– zumindest einem Telluroxid mit einem Anteil von mindestens 65 mol-% und höchstens 90 mol-%,
– R¹O mit einem Anteil zwischen 0 mol-% und 20 mol-%, wobei R¹ ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn und Kombinationen davon umfasst,
– zumindest einem M¹ ₂O mit einem Anteil zwischen 5 mol-% und 25 mol-%, wobei M¹ ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Li, Na, K und Kombinationen davon umfasst,
– zumindest einem R² ₂O₃ mit einem Anteil zwischen 1 mol-% und 3 mol%, wobei R² ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Al, Ga, In, Bi, Sc, Y, La, Seltene Erden und Kombinationen davon umfasst,
– M²O₂ mit einem Anteil zwischen 0 mol-% und 2 mol-%, wobei M² ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Ti, Zr, Hf und Kombinationen davon umfasst, und
– R³ ₂O₅ mit einem Anteil zwischen 0 mol-% und 6 mol-%, wobei R³ Nb und/oder Ta ist.

Dies bedeutet, dass durch Einwiegen der oben genannten Komponenten mit den entsprechenden Anteilen und ggf. weiteren Prozessschritten eine Glaszusammensetzung erzeugt werden kann. Insbesondere entspricht der Anteil der Einwaage der Komponenten dem Anteil der Komponenten in der Glaszusammensetzung mit einer maximalen Abweichung von 5%.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform besteht die Glaszusammensetzung aus:

Die oben genannten Anteile geben die oxidische Zusammensetzung des Glases bzw. der Glaszusammensetzung an. Die Gemengerohstoffe müssen jedoch nicht zwangsläufig als Oxide zugegeben werden, sondern können auch als Hydroxide, Carbonate, Nitrate usw. sofern existent, im Gemenge vorliegen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann Telluroxid die chemischen Zusammensetzungen Tellur(IV)-Oxid (TeO₂), Tellur(IV, VI)-Oxid (Te₂O₅) und/oder Tellur(VI)-Oxid (TeO₃) aufweisen. Insbesondere ist das Telluroxid 4- oder 6-wertig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Anteil an Telluroxid mindestens 67 mol-%, 68 mol-%, 70 mol-%, 72 mol-% oder 75 mol-%, 77 mol-% und/oder höchstens 80 mol-%, 82 mol-, 85 mol-% oder 87 mol-%.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist als Telluroxid TeO₂ eingesetzt. TeO₂ weist einen Anteil von mindestens einschließlich 67 mol-% und höchstens einschließlich 69 mol-% auf. Insbesondere ist der Anteil an Telluroxid 68,5 mol-%.
Die Erfinder haben erkannt, dass eine Glaszusammensetzung aufweisend einen derartigen Anteil an Telluroxid besonders vorteilhafte Eigenschaften, wie Kristallisationsstabilität, Sinterfähigkeit bei Temperaturen von kleiner 400 °C und niedrige Erweichungs- und Glasübergangstemperaturen, aufweist. Die Glaszusammensetzung ist daher zum Fügen oder Anbinden von Materialien und/oder zum Einsatz derartiger Materialien in Bauelementen besonders gut geeignet. Jedoch ist der Anteil von mindestens einschließlich 67 mol-% und höchstens einschließlich 69 mol-% für Telluroxid nicht zwingend auszuwählen. Es kann auch ein Anteil an Telluroxid im Bereich von 65 mol-% bis 90 mol-% eingesetzt werden.
Die Glaszusammensetzung kann alternativ oder zusätzlich zumindest ein Erdalkalioxid und/oder Zinkoxid und/oder Manganoxid als R¹O aufweisen. Insbesondere ist der Anteil an R¹O mindestens 10 mol-%, 12 mol-% oder 14 mol-% und/oder höchstens 16 mol-%, 18 mol-% oder 18,5 mol-%.
Kombinationen vom Magnesium, Kalzium, Strontium, Barium, Mangan und Zink in Bezug auf R¹O meint hier und im Folgenden, dass zumindest zwei Komponenten, beispielsweise Magnesium und Kalzium oder Zink und Barium, oder auch drei Komponenten in der Glaszusammensetzung als Oxid nebeneinander vorliegen können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist R¹O Zinkoxid und/oder Bariumoxid.
Die Glaszusammensetzung weist Alkalioxid (M¹ ₂O) auf. Insbesondere ist der Anteil mindestens 4 mol-%, 6 mol-%, 8 mol-%, 10 mol-% oder 12 mol-% und/oder höchstens 14 mol-%, 16 mol-%, 18 mol-%, 20 mol-%, 22 mol-% oder 24 mol-%.
Beispielsweise ist der Anteil an M¹ ₂O 10 mol-% bis 12 mol-% (Grenzen einschließend).
Es können Lithiumoxid (Li₂O), Natriumoxid (Na₂O) oder Kaliumoxid (K₂O) sowie Kombinationen aus den drei genannten Oxiden zur Herstellung der Glaszusammensetzung oder in der Glaszusammensetzung verwendet werden.
Die Alkalioxide haben vor allem die Aufgabe, die Viskosität des Glases bzw. der Glaszusammensetzung herabzusetzen, was wiederum vorteilhaft ist, um temperatursensible Materialien bei niedrigen Temperaturen zu fügen bzw. temperatursensible Materialien in dem Glas einzubetten. Fügen meint hier das Verbinden von Materialien, so dass diese Materialien einen festen Verbund bilden. Insbesondere wird Lithiumoxid und/oder Natriumoxid (Li₂O und Na₂O) verwendet, da diese die Erweichungstemperatur am weitesten absenken, aber die chemische Beständigkeit in geringerem Maße erniedrigen als beispielsweise Kaliumoxid (K₂O).
Die Glaszusammensetzung weist weiterhin Oxide von dreiwertigen Metallen, wie Aluminium, Gallium, Indium, Bismut, Scandium, Yttrium, Lanthan, Seltene Erden und Kombinationen davon (R² ₂O₃) auf. Insbesondere werden Oxide von Aluminium, Lanthan, Bismut, Yttrium und/oder Seltene Erden bevorzugt.
Seltene Erden bezeichnet hier die chemischen Elemente der 3. Nebengruppe des Periodensystems (mit Ausnahme des Actiniums) und die Lanthanoide.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Anteil an R² ₂O₃ mindestens 1,2 mol-%, 1,4 mol-%, 1,5 mol-% oder 1,75 mol-% und/oder höchstens 1,9 mol-%, 2 mol-%, 2,4 mol-% oder 2,6 mol-%, beispielsweise 1,7 mol-%. Insbesondere sollte der Anteil an R² ₂O₃ nicht größer als 3 mol-% in der Glaszusammensetzung sein, da sich dies nachteilig auf die Eigenschaften der Glaszusammensetzung auswirkt. Ein Anteil an R² ₂O₃ von größer als 3 mol-% kann die Transformations-, Sinter- und/oder Erweichungstemperatur erhöhen.
Die Komponente für die Glaszusammensetzung kann aus den Oxiden dreiwertiger Metalle oder aber aus Hydoxiden, Carbonaten, Nitraten etc. sofern existent von dreiwertigen Metallen ausgewählt werden. Bevorzugt werden jedoch nicht färbende oder gezielt färbende ("Filter") Verbindungen, wie Aluminiumoxid, Lanthanoxid, Bismutoxid, Yttriumoxid und/oder Oxide von Seltenen Erden gewählt.
Das Vorhandensein von R² ₂O₃ in der Glaszusammensetzung wirkt sich überraschender Weise erheblich auf die Kristallisationsneigung aus. So kann durch Zusatz von R² ₂O₃ die Kristallisation der Glaszusammensetzung während der Anwendung, beispielsweise beim Fügen oder in Bauelementen, verhindert werden. Damit kann eine Glaszusammensetzung bereitgestellt werden, welche in einem breiten Spektralbereich von 380 nm bis 800 nm keine Lichtstreuung aufweist.
Alternativ oder zusätzlich kann die Glaszusammensetzung zumindest ein Titandioxid, Zirkoniumdioxid, Hafniumdioxid oder Kombinationen aus diesen Oxiden als M²O₂ aufweisen. Insbesondere ist der Anteil an M²O₂ zwischen 1 und 1,5 mol-%, beispielsweise 1,3 mol-%.
Alternativ oder zusätzlich kann die Glaszusammensetzung Nioboxid und/oder Tantaloxid (R³ ₂O₅) aufweisen. Nioboxid kann in Form von Niob(II)-oxid (NbO), Niob(IV)-oxid (NbO₂) und/oder Niob(V)-oxid (Nb₂O₅) verwendet werden. Tantaloxid kann in Form von Tantal(II)-oxid (TaO), Tantal(IV)-oxid (TaO₂) und/oder Tantal(V)-oxid (Ta₂O₅) verwendet werden. Nioboxid oder Tantaloxid können die chemische Beständigkeit der Glaszusammensetzung aber auch in geringem Umfang die Viskosität erhöhen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Anteil an Nioboxid und/oder Tantaloxid mindestens 1 mol-%, 2 mol-% oder 3 mol-% und/oder höchstens 4 mol-% oder 5 mol-%.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform besteht die Glaszusammensetzung aus Telluroxid, M¹ ₂O, R¹O und R² ₂O₃, wobei R² ₂O₃ einen Anteil zwischen 1,5 mol-% und 2 mol-% aufweist.
Die Erfinder haben erkannt, dass die Komponenten der Glaszusammensetzung die Neigung zur Kristallisation herabsetzen, ohne gleichzeitig die Glastransformations- und Erweichungstemperatur wesentlich zu erhöhen. Insbesondere sind Aluminiumoxid, Lanthanoxid, Bismutoxid, Yttriumoxid und/oder Seltene Erden dafür verantwortlich, die Neigung zur Kristallisation herabzusetzen.
Glastransformationstemperatur oder Glasübergangstemperatur (T_g) ist die Temperatur, bei der ein Glas oder die Glaszusammensetzung vom sprödelastischen in den viskoelastischen Bereich umgewandelt wird. Die Messung der Glasübergangstemperatur kann unter anderem mit Hilfe eines Dilatometers (TMA = Thermomechanical Analysis) oder der dynamischen Differenzkalorimetrie (DSC) oder der Differenz-Thermoanalyse (DTA) erfolgen.
Erweichungstemperatur (T_e) ist die Temperatur bei der das Glas bzw. die Glaszusammensetzung merklich zu deformieren beginnt und sich dadurch unter dem Einfluss des Eigengewichtes verformt. Die Erweichungstemperatur ist ein wesentlicher Parameter beim Fügen. Bei diesen Prozessen muss das Glas auf eine Temperatur größer der Erweichungstemperatur erwärmt werden und signifikant fließen um einen festen Verbund zwischen den zu fügenden Materialien zu schaffen. Sind diese Materialien temperaturempfindlich, so ist für eine dauerhafte Fügung eine möglichst geringe Erweichungstemperatur erforderlich, um auch die Fügetemperatur so gering wie möglich zu halten. Die Erweichungstemperatur kann mittels dynamischer Differenzkalorimetrie (DSC) oder Dilatometrie (TMA) oder einer Viskositätsmessung bestimmt werden.
Die Kristallisation der Glaszusammensetzung beziehungsweise eine fehlende Kristallisation der Glaszusammensetzung kann mittels Röntgenbeugung (XRD) bestimmt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Glaszusammensetzung frei von Bortrioxid, Germaniumoxid, Phosphaten, Halogeniden, P₂O₅, Silicaten und/oder SiO₂. „Frei von“ bedeutet hier und im Folgenden, dass die Glaszusammensetzung kein oder nur sehr geringe Anteile im ppm-Bereich, beispielsweise einen Anteil von höchstens 10^–4 ppm, an den genannten Verbindungen in der Glaszusammensetzung aufweist.
Der Nachteil an Bortrioxid und beispielsweise Phosphorpentoxid ist, dass sie nur eine geringe chemische Beständigkeit aufweisen. Daher sind sie für viele Anwendungen aufgrund der mangelnden Korrosionsstabilität nicht geeignet.
Ferner enthalten beispielsweise niedrig erweichende Phosphat- und Boratgläser in der Regel erhebliche Konzentrationen an B₂O₃ bzw. P₂O₅ sowie Alkalioxide und besitzen nur eine geringe chemische Beständigkeit. Sie sind daher für viele Anwendungen aufgrund der mangelnden Korrosionsstabilität nicht geeignet. Ferner ändert sich das Entmischungsverhalten von Telluritgläsern sprunghaft, wenn es sich um Kombinationen von TeO₂ mit B₂O₃ und GeO₂ handelt (siehe W. Vogel: Glaschemie. 3. Auflage, Werner Vogel, Springer-Verlag 1992.). Dies ist bedingt durch die beträchtlich dichteren Raumnetzstrukturelemente von Borat- und Germatphasen gegenüber Telluritglaskettenbauelementen. Entmischungen können zum einen die Kristallisation beschleunigen, zum anderen aber auch selbst streuend wirken oder die Korrosionseigenschaften negativ beeinflussen. Ein weiterer Aspekt ist, dass Borat-, Phosphat- und Silicatsysteme nicht hochbrechend sind und so je nach Anteil den Brechungsindex herabsetzen.
Deshalb tendiert eine Glaszusammensetzung mit darin enthaltenem Bortrioxid und/oder Germaniumoxid nachteilig zur Kristallisation aufgrund eines Entmischungsverhaltens, wodurch die Transmission der Glaszusammensetzung aufgrund von Streuung verringert sein kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Glaszusammensetzung RoHS-konform (Restriction of certain Hazardous Substances) und frei von Blei, Arsen, Kadmium, Uran und Th.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Glastransformationstemperatur einen Wert kleiner 320 °C, insbesondere kleiner oder gleich 295 °C auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die dilatometrische Erweichungstemperatur einen Wert von kleiner als 400 °C, insbesondere kleiner 350 °C oder kleiner 325 °C auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Glaszusammensetzung strahlungsdurchlässig und/oder frei von Streuung. Dies bedeutet insbesondere, dass 90 %, abzüglich der Fesnelverluste > 95%, idealerweise > 99%, der einfallenden elektromagnetischen Strahlung aus einem Wellenlängenbereich von 380 nm bis 800 nm transmittiert wird. Die Glaszusammensetzung weist insbesondere die Eigenschaft auf, eine hohe Transmission und eine geringe Absorption zu haben. Insbesondere absorbiert die Glaszusammensetzung < 10 %, bevorzugt < 5%, besonders bevorzugt < 1% der einfallenden elektromagnetischen Strahlung aus einem Wellenlängenbereich von 380 nm bis 800 nm. Die Fresnelverluste können je nach Brechzahl bei 8–11% pro Grenzfläche liegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Glaszusammensetzung farblos. Als farblos wird hier und im Folgenden bezeichnet, dass die Glaszusammensetzung keine elektromagnetische Strahlung, also höchstens 5 % der einfallenden elektromagnetischen Strahlung aus einem Wellenlängenbereich von 380 nm bis 800 nm absorbiert. Ausnahme ist hier ein Bestandteil in der Glaszusammensetzung, der einen Filtereffekt bewirkt oder wodurch nach Anregung mit Primärstrahlung eine Sekundärstrahlung emittiert wird. Letzteres gilt insbesondere für Seltene Erden, die zu fluoreszierenden Gläsern führen. Zudem weist die Glaszusammensetzung vorteilhafterweise eine hochbrechende Eigenschaft auf. Beispielsweise ist der Brechungsindex vom Gehalt des Telluroxids in der Glaszusammensetzung bzw. im Glas abhängig. Insbesondere weist die Glaszusammensetzung einen Brechungsindex n ≥ 1,8, insbesondere n ≥ 2 auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Glaszusammensetzung eine weitere Komponente, die den Brechungsindex der Glaszusammensetzung erhöht. Der Glaszusammensetzung können beispielsweise dem Fachmann bekannte brechungsindexerhöhende Verbindungen, beispielsweise La₂O₃, zugesetzt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Glaszusammensetzung eine weitere zusätzliche Komponente, die strahlungsabsorbierende Eigenschaften aufweist. Vorzugsweise absorbiert die weitere zusätzliche Komponente Strahlung im Wellenlängenbereich von ≤ 380 nm. Bevorzugt in einem Wellenlängenbereich von ≤ 400 nm. Insbesondere absorbiert die weitere zusätzliche Komponente > 20 %, bevorzugt > 40 %, besonders bevorzugt > 60 % der Strahlung im genannten Wellenlängenbereich. Damit kann die Glaszusammensetzung bzw. das Glas zusätzlich als UV-Filter dienen.
Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements sowie ein Bauelement angegeben. Das Bauelement umfasst dabei die Glaszusammensetzung bzw. das Glas mit der beschriebenen Glaszusammensetzung. Dabei gelten die gleichen Definitionen und Ausführungen für das Verfahren beziehungsweise für das Bauelement, wie sie vorstehend für die Glaszusammensetzung angegeben wurden und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Bauelement ein erstes Montagelement mit einer Montageoberfläche, eine Glaszusammensetzung, wie sie vorstehend beschrieben wurde und ein zweites Montageelement. Die Glaszusammensetzung ist zwischen der Montageoberfläche des ersten Montageelements und dem zweiten Montageelement angeordnet, wobei die Glaszusammensetzung als Kleberschicht ausgeformt ist, und wobei die Glaszusammensetzung die Montageoberfläche des ersten Montageelements und das zweite Montageelement miteinander verbindet.
Insbesondere ist das Bauelement eine Leuchtdiode, eine Hochleistungs-LED und/oder für Laseranwendungen geeignet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind das erste Montageelement und/oder das zweite Montageelement jeweils aus einer Gruppe ausgewählt, die ein Halbleiterchip, eine Keramik, ein silicatisches Glas, ein Metall, eine Konversionskeramik, eine Linse oder Kombinationen daraus umfasst.
Insbesondere kann eine Linse oder eine Keramik mittels der Glaszusammensetzung auf einen Halbleiterchip montiert werden. Damit können Linse oder Keramik und Halbleiterchip fest miteinander verbunden werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind das erste Montageelement eine Keramik oder ein Metall und das zweite Montageelement eine Keramik ist. Insbesondere ist das Bauelement im Strahlengang eines Laser oder Halbleiterchips angeordnet und von diesem beabstandet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann die Glaszusammensetzung ein Konversionselement, welches zur Konversion von Primärstrahlung in Sekundärstrahlung eingerichtet ist, mit einem Halbleiterchip verbinden. Die Glaszusammensetzung fungiert hier als Kleberschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Glaszusammensetzung ausschließlich als Verbindungsschicht oder Kleberschicht ausgeformt. Dies bedeutet insbesondere, dass die Glaszusammensetzung frei von Partikeln oder Pulverpartikeln, beispielsweise Streupartikeln und/oder Leuchtstoff und/oder Leuchtstoffpartikeln, ist. Damit kann eine Rückstreuung von elektromagnetischer Primärstrahlung und/oder Sekundärstrahlung, also die von Streupartikeln und/oder Leuchtstoffpartikeln verursachte Rückstreuung, in Richtung Halbleiterchip vermieden und die Lichtauskopplung des Bauelements erhöht werden. Dabei werden insbesondere der Farbort und/oder die Lichtfarbe nicht verändert.
Halbleiterchips umfassen gemäß zumindest einer Ausführungsform eine Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips basiert bevorzugt auf einem V-IV-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich bevorzugt um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mN oder auch um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mP, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 ist. Ebenso kann es sich bei dem Halbleitermaterial um Al_xGa_1-xAs handeln mit 0 ≤ x ≤ 1. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Das Halbleiterelement kann eine aktive Schicht mit mindestens einem pn-Übergang und/oder mit einer oder mit mehreren Quantentopfstrukturen beinhalten. Im Betrieb des Halbleiterelements wird in der aktiven Schicht eine elektromagnetische Primärstrahlung erzeugt. Eine Wellenlänge der elektromagnetischen Primärstrahlung liegt bevorzugt im ultravioletten und/oder sichtbaren Spektralbereich, insbesondere bei Wellenlängen zwischen einschließlich 420 nm und 680 nm, zum Beispiel zwischen einschließlich 440 nm und 480 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind das erste Montageelement ein Halbleiterchip und das zweite Montageelement ein transparentes silicatisches Glas, eine konvertierende Keramik oder eine transmittierende Keramik.
Silicatisches Glas bezeichnet hier und im Folgenden ein Glas, welches als Hauptbestandteil Siliziumdioxid aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Glaszusammensetzung ein ultraniedrigschmelzendes Material. Als ultraniedrigschmelzendes Material wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ein Material angesehen, das bei einer Temperatur von maximal 350 °C erweicht. Dadurch ermöglicht sich mit Vorteil, dass die Glaszusammensetzung direkt mit dem Halbleiterchip bei tiefen Temperaturen von maximal 350 °C verbunden werden kann, wobei bei derartigen Temperaturen der Halbleiterchip keinen Schaden erfährt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Glaszusammensetzung als Haftvermittlungsschicht oder Kleberschicht ausgebildet. Insbesondere verbindet die Glaszusammensetzung bzw. das Glas mit der beschriebenen Glaszusammensetzung einen Halbleiterchip oder ein keramisches, glasiges oder metallisches Substrat (z.B. Saphir, Aluminium oder andere Reflektoren), beispielsweise für Laseranwendungen (in Transmission oder Reflektion), wie LARP, mit einem zweiten Montageelement. Dieses zweite Montageelement kann glasig oder keramisch sein. Insbesondere kann das zweite Montageelement ein Konversionselement sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Glaszusammensetzung zum Verbinden weiterer Elemente, beispielsweise einer Linse oder einer Abdeckung oder eines Substrates, eingesetzt werden.
Das Verfahren zur Herstellung eines Bauelements umfasst die Verfahrensschritte

a) Bereitstellen eines ersten Montageelements, das eine Montageoberfläche aufweist,
b) Aufbringen einer Glaszusammensetzung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, bzw. eines Glases mit der beschriebenen Glaszusammensetzung direkt auf die Montageoberfläche,
b1) Aufbringen eines zweiten Montagelements auf die Glaszusammensetzung,
c) Erhitzen des Bauelements auf maximal 400 °C, so dass ein Verbund zwischen der Montageoberfläche des ersten Montageelements und der Glaszusammensetzung bzw. des Glases mit der beschriebenen Glaszusammensetzung und dem zweiten Montageelement entsteht.

Die Erfinder haben erkannt, dass die hier beschriebene Glaszusammensetzung bzw. das Glas mit der hier beschriebenen Glaszusammensetzung eine geringe Kristallisationsneigung aufweist, sehr niedrig sinternd ist und daher für Fügeanwendungen, also das Verbinden von zumindest zwei Montageelementen, geeignet ist. Ferner weist die Glaszusammensetzung eine niedrige Erweichungstemperatur auf. Die Glaszusammensetzung ist transparent und/oder hochbrechend. Daher ist die Glaszusammensetzung insbesondere zum Fügen von Montageelementen für optische Anwendungen geeignet. Hierbei werden bevorzugt transparente optische Montageelemente fest und dauerhaft miteinander verbunden. Der Verbund des Montageelements mit der Glaszusammensetzung wird bei Temperaturen unter 400 °C hergestellt. Durch diese niedrigen Fügetemperaturen können daher auch Montageelemente aneinandergefügt werden, die keinen hohen Temperaturen widerstehen können.
Die erfindungsgemäße Glaszusammensetzung kann nach dem Erschmelzen gemahlen und auf eine bestimmte Korngrößenfraktion gesiebt werden. Anschließend kann sie gegebenenfalls unter Zuhilfenahme geeigneter Hilfsmittel, wie Ölen oder Polymerlösungen, zwischen die zu fügenden Materialien oder Montageelementen gebracht werden. In einem weiteren Verfahrensschritt kann die Glaszusammensetzung bzw. das Glas und die zu verfügenden Materialien ggf. unter Vakuum auf maximal 400 °C erhitzt werden. Dies führt zu einem Versintern der Glaszusammensetzung bzw. der Glaspulverpartikel und zu einem Verbund zwischen der Glaszusammensetzung bzw. dem Glas und den zu verfügenden Materialien und damit zu einer starken Anbindung der Glaszusammensetzung bzw. des Fügeglases an die zu verfügenden Materialien. Insbesondere beeinflussen die Oxide des R² ₂O₃ wie z.B. Aluminiums die Kristallisation der Glaszusammensetzung während der Herstellung positiv, so dass die Glaszusammensetzung bzw. das Glas während des Fügens nicht kristallisiert.
Für viele Anwendungen ist es von Nachteil, insbesondere in der optischen Technologie, wenn eine Kristallisation während der Verdichtung der Glaspulverschicht (auch Verglasen genannt) einsetzt, da dann an den Kristallen Lichtstreuung zu beobachten ist bzw. stattfinden kann. Die Glaszusammensetzung weist gemäß einer Ausführungsform keine Kristallisation nach der Verdichtung auf. Insbesondere ist die Glaszusammensetzung zum Fügen von Halbleitern und Keramiken sowie silicatischen Gläsern geeignet.
Insbesondere ist die Glaszusammensetzung zum Fügen von Halbleitern an transparenten silicatischen Gläsern als auch Metallen geeignet.
Insbesondere ist die Glaszusammensetzung zum Fügen von keramischen Elementen an Halbleitern oder an reflektierenden sowie transmittierenden Substraten geeignet.
Insbesondere ist die Glaszusammensetzung zum Fügen von zwei keramischen Elementen geeignet. Diese können reflektierend und/oder transmittierend und/oder strahlungskonvertierend sein. Beispielsweise können mit der Glaszusammensetzung zwei Konversionskeramiken gleicher oder unterschiedlicher Farbe verbunden werden.
Farbangaben in Bezug auf Konversionskeramiken bezeichnet hier und im Folgenden den jeweiligen Spektralbereich der elektromagnetischen Strahlung, beispielsweise der elektromagnetischen Sekundärstrahlung.
Insbesondere ist die Glaszusammensetzung zum Fügen von keramischen Elementen an reflektierende Metallsubstrate geeignet. Beispielsweise kann für Laseranwendung eine Konversionskeramik auf ein reflektierendes Metallsubstrat, oder ein transmittierendes oder reflektierendes Keramiksubstrat gefügt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt Verfahrensschritt c) mit einer Gewichtsbeaufschlagung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das erste Montageelement ein Halbleiterchip, der zur Erzeugung von elektromagnetischer Primärstrahlung zumindest aus dem blauen Spektralbereich eingerichtet ist und die Montageoberfläche eine Strahlungsaustrittsfläche ist. Dies beinhaltet auch Hochleistungschips und Laseranwendungen. Im Fall der Laseranwendungen kann es die Oberfläche eines transmittierenden oder reflektierenden Substrates sein. Aufgrund der Temperaturempfindlichkeit von Halbleiterchips wird als Verbundmaterial in der Regel ein organisches Material, meist Silikon, eingesetzt. Dieses besitzt eine geringe Wärmeleitung (0,1 W/mK) und einen geringen Brechungsindex (ca. 1,4) wodurch die Effizienz des Bauelements sinkt, da die Wärme schlecht abgeführt wird und das Licht schlechter ausgekoppelt wird. Letzteres ist dadurch bedingt, dass die Halbleiteroberflächen typischerweise hochbrechend sind. Der Brechungsindex beispielsweise von GaN liegt bei 2,5. Erfolgt der Verbund durch das Glas mit der beschriebenen Glaszusammensetzung, wird durch den hohen Brechungsindex die Lichtauskopplung verbessert als auch durch die bessere Wärmeleitfähigkeit die Wärmeableitung um ein mehrfaches erhöht. Die Wärmeleitung der Glaszusammensetzung liegt beim reinen Glas bei ca. 0,7 W/mK, wodurch die Wärmeableitung ca. 7 mal so hoch ist wie mit Silikon.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird im Verfahrensschritt b) die Glaszusammensetzung als Pulver oder als vorgeformter Körper auf die Oberfläche des ersten Montageelements aufgebracht. Vorgefertigter Körper bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Glaszusammensetzung bzw. das Glas in einem Pick-and-Place-Prozess auf die Oberfläche des ersten Montageelements beispielsweise auf die Oberfläche oder Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips montiert werden kann. Der vorgefertigte Körper kann hergestellt werden, indem zunächst das Glas aus dem Gemenge erschmolzen wird. Die Glasschmelze wird ausgegossen oder geformt und dann abgekühlt, so dass ein Festkörper entsteht, wobei der vorgefertigte Körper resultiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der vorgefertigte Körper ein separates Plättchen. Das Plättchen wird auf die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips aufgebracht. Insbesondere wird die Glaszusammensetzung als dünne Schicht direkt auf dem Halbleiterchip oder als separates Plättchen bei höheren Temperaturen von über 350 °C hergestellt. Alternativ oder zusätzlich kann die Glaszusammensetzung als dünne Schicht direkt auf einem Substrat oder einer Linse aufgebracht werden. Bei dieser Temperatur besitzt das Glas vorzugsweise eine Viskosität η mit 10^7,6 dPas·s ≥ η ≥ 10^–2 dPas·s, insbesondere von 10⁴ dPas·s ≥ η ≥ 10 dPas·s, idealerweise von 10² dPas·s ≥ η ≥ 10^–2 dPas·s. Alternativ kann diese Schicht auch im Unterdruck und/oder durch Gewichtsbeaufschlagung bei niedrigeren Temperaturen, d. h. bei höheren Viskositäten hergestellt werden. Insbesondere besitzt das Glas vorzugsweise eine Viskosität η 10^7,6 dPas·s bei seiner Erweichungstemperatur und/oder 10⁴ dPas·s bei seiner Verarbeitungstemperatur. Dadurch wird eine sehr kompakte und blasenarme Glasschicht erzeugt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Adhäsion und damit die Haftung der Glaszusammensetzung bzw. des Glases an die zu verfügenden Montageelemente groß im Vergleich zu anderen herkömmlichen Glaszusammensetzungen. Die erfindungsgemäße Glaszusammensetzung weist den Vorteil auf, dass diese eine gute Benetzung an den Montageelementen aufweist und daher ein starker Verbund zwischen erstem Montageelement, der Glaszusammensetzung und dem zweiten Montageelement erzeugt wird.
Die Schichtdicke der Glaszusammensetzung kann gemäß zumindest einer Ausführungsform für eine Verklebung zwischen 0–30 µm, insbesondere zwischen 5–20µm, besonders bevorzugt zwischen 8–15 µm betragen. Dies kann insbesondere abhängig von der Ebenheit der zu verbindenden Oberflächen und/oder von der Geometrie sein und/oder durch die Ausdehnungsunterschiede der drei Materialien begrenzt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Glaszusammensetzung fluoreszierend und/oder konvertiert zumindest einen Teil der Primärstrahlung. Dies bedeutet jedoch, dass die Glaszusammensetzung von Haus aus fluoreszierend und/oder konvertierend ist und damit frei von Partikeln, beispielsweise Streupartikeln oder Leuchtstoffpartikeln, ist, die eine Fluoreszenz oder Konversion von Primärstrahlung verursachen.
Nachfolgend werden eine hier beschriebene Glaszusammensetzung, ein Bauelement sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt. Vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
1 Ausführungsbeispiele A1 bis A7 einer Glaszusammensetzung sowie Vergleichsbeispiele V1 bis V4,
2 ein Transmissionsspektrum eines Ausführungsbeispiels,
3 ein Röntgenbeugungsdiagramm eines Ausführungsbeispiels,
4 ein Transmissionsspektrum eines Ausführungsbeispiels,
5 ein Transmissionsspektrum eines Ausführungsbeispiels,
5a ein Vergleich von Röntgenbeugungsdiagrammen von drei Ausführungsbeispielen, und
6 und 7 jeweils ein Bauelement gemäß einer Ausführungsform.
Die 1 zeigt tabellarisch Ausführungsformen A1 bis A7 einer Glaszusammensetzung. Ferner zeigt die Tabelle Vergleichsbeispiele V1 bis V4 von herkömmlichen Glaszusammensetzungen. Die in der Tabelle angegebenen Werte weisen einen maximalen Fehler von 5 % auf. Die Glaszusammensetzungen der Ausführungsbeispiele A1 bis A7 weisen Telluroxid auf. Insbesondere ist Telluroxid TeO₂. Der Anteil an Telluroxid in A1 bis A7 beträgt zwischen 67 mol-% und 69 mol-%. Insbesondere ist der Anteil an Telluroxid zwischen einschließlich 67,5 mol-% und 68,5 mol-%.
Die Glaszusammensetzung weist ferner R¹O als Zinkoxid auf. Der Anteil an Zinkoxid beträgt zwischen einschließlich 18 mol-% und 20 mol-%.
Die Glaszusammensetzung weist ferner M¹ ₂O in Form von Dinatriumoxid auf. Der Anteil von Dinatriumoxid in der Glaszusammensetzung beträgt zwischen einschließlich 10 mol-% und 12 mol-%.
Ferner weist die Glaszusammensetzung ein Oxid eines dreiwertigen Metalls, wie beispielsweise Aluminiumtrioxid, Lanthantrioxid, Bismuttrioxid und/oder Yttriumtrioxid auf. Der Anteil des Oxides eines dreiwertigen Metalls beträgt zwischen 1,5 mol-% und 2,5 mol-%.
Ferner zeigt die 1 die zu den Ausführungsbeispielen A1 bis A7 mittels Dilatometrie bestimmten Glastransformationstemperaturen T_g in °C. Die Glastransformationstemperaturen betragen zwischen 283 °C und 294 °C. Insbesondere sind die Glastransformationstemperaturen der Glaszusammensetzungen < 295 °C.
Ferner zeigt die 1 die zugehörigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α und die Erweichungstemperaturen T_e in °C der Ausführungsbeispiele A1 bis A7. T_e beträgt zwischen 308 °C und 323 °C und wurde mittels Dilatometrie bestimmt.
Ferner zeigt die 1 einen Brechungsindex n für die Ausführungsbeispiele A2, A5 und A6 von ca. 2, welcher bei einer Wellenlänge von 546,06 nm bestimmt wurde.
Im Vergleich dazu sind die Vergleichsbeispiele V1 bis V4 dargestellt. Die Vergleichsbeispiele V1 bis V4 unterscheiden sich von den Ausführungsbeispielen A1 bis A7 insbesondere dadurch, dass die Glaszusammensetzung der V1 bis V4 keine Oxide von dreiwertigen Metallen aufweist. Dementsprechend zeigen die Vergleichsbeispiele höhere Erweichungstemperaturen T_e von ≥ 329 °C (V2, V4) und/oder eine hohe Kristallisationsneigung (V1, V3), insbesondere während der Herstellung.
Die 2 zeigt ein Transmissionsspektrum für das Ausführungsbeispiel A2, welches in der Tabelle der 1 gezeigt ist. Es ist die Transmission T in % in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ in nm dargestellt. Die Kurve 1 zeigt die Glaszusammensetzung vor einem Verwitterungstest, wobei die Wanddicke WD der Probe WD = 0,89 mm ist. Die Kurve 2 zeigt die Transmissionskurve der Glaszusammensetzung von A2 nach Durchführen des Verwitterungstests. Der Verwitterungstest erfolgte derart, dass die Glaszusammensetzung einer Temperatur von 85 °C bei einer relativen Feuchtigkeit von 85 % und über 1000 Stunden ausgesetzt wurde. Ein Vergleich der Glaszusammensetzung vor (Kurve 1) und nach (Kurve 2) dem Verwitterungstest zeigen im Wesentlichen keinen Unterschied in der Transmission. Daraus kann geschlossen werden, dass sich die Glaszusammensetzung bzw. das Glas während des Tests nicht verändert hat. Daher ist die Glaszusammensetzung des Ausführungsbeispiels A2 besonders witterungsbeständig und korrosionsbeständig.
Die 3 zeigt ein Röntgenbeugungsdiagramm des Ausführungsbeispiels A2 gemäß der Tabelle in 1. Es ist die Intensität I in a.U. (arbitary units) in Abhängigkeit von 2θ in ° dargestellt. Aus der Graphik ist zu erkennen, dass die Glaszusammensetzung rein amorph ist und nicht kristallisiert vorliegt. Dies ist von Vorteil, da die Glaszusammensetzung dadurch insbesondere keine elektromagnetische Strahlung aus dem sichtbaren Bereich streut.
Die 4 zeigt ein Transmissionsspektrum des Ausführungsbeispiels A6 der Tabelle in 1. Es ist die Transmission T in % in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ in nm dargestellt. Die Kurve 1 zeigt die Glaszusammensetzung mit einer Wanddicke von 0,98 mm vor dem Verwitterungstest, die Kurve 2 zeigt die Glaszusammensetzung nach dem Verwitterungstest. Die Transmission verändert sich durch Einfluss von Temperatur, relativer Feuchtigkeit und über die Zeit (1000 Stunden) im gesamten Wellenlängenbereich von 200 nm bis 1000 nm nicht wesentlich.
Die 5 zeigt ein Transmissionsspektrum mit T in % in Abhängigkeit der Wellenlänge λ in nm des Ausführungsbeispiels A7 mit einer Wanddicke von 0,96 mm aus der Tabelle in Figur 1. Es sind die Transmissionskurven vor (Kurve 1) und nach (Kurve 2) dem Verwitterungstest dargestellt. Auch das Ausführungsbeispiel A7 ist verwitterungsstabil.
Die 5a zeigt jeweils ein Röntgenbeugungsdiagramm des Ausführungsbeispiels A2, A5 und A6 gemäß der Tabelle in 1. Es ist die Intensität I in a.U. (arbitary units) in Abhängigkeit von 2θ in ° dargestellt. Aus der Graphik ist zu erkennen, dass die Glaszusammensetzungen A2, A5 und A6 rein amporph sind und keine Kristalle vorliegen. Dies ist von Vorteil, da die Glaszusammensetzung dadurch insbesondere keine elektromagnetische Strahlung aus dem sichtbaren Bereich streut.
Die 6 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Bauelements 10 gemäß einer Ausführungsform. Auf einem ersten Montageelement 6 ist eine Glaszusammensetzung aufgebracht. Die Glaszusammensetzung 2a ist als Glasschicht ausgeformt. Die Glaszusammensetzung bzw. die Glasschicht 2a kann in Form eines Pulvers aufgebracht sein. Alternativ kann die Glaszusammensetzung bzw. die Glasschicht 2a in Form eines vorgefertigten Körpers, wie z.B. eines Plättchens oder eines Faserabschnitts oder einer Kugel oder Halbkugel, auf die Montageoberfläche des ersten Montageelements 6 aufgebracht sein. Ferner ist auf der Glaszusammensetzung bzw. der Glasschicht 2a ein zweites Montageelement 7 aufgebracht. Dies kann auch mit einer Gewichtsbeaufschlagung erfolgen. Durch Sintern zumindest der Glaszusammensetzung bzw. der Glasschicht 2a, das heißt durch Erhöhen der Temperatur auf maximal 400 °C, kann ein Verbund zwischen dem ersten Montageelement 6, der Glaszusammensetzung bzw. der Glasschicht 2a und des zweiten Montageelements 7 erzeugt werden. Damit wirkt die Glaszusammensetzung bzw. die Glasschicht 2a als Haftvermittlungsschicht zwischen den beiden Montageelementen. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Glaszusammensetzung zum Fügen von temperaturempfindlichen Montageelementen geeignet, da sie eine Erweichungstemperatur von unterhalb 400 °C aufweist und gleichzeitig korrosionsstabil und kristallisationsstabil ist.
Alternativ kann das Verkleben auch im Unterdruck und/oder mit Gewichtsbeaufschlagung bei gleicher oder niedrigerer Temperatur erfolgen.
Insbesondere kann die in 6 beschriebene Verklebung auch mehrfach in einem Bauelement auftreten. Dies wäre z.B. eine Verklebung von einem Halbleiterchip mit einer Konversionskeramik, auf die eine Linse geklebt ist.
Die 7 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Bauelements 10, beispielsweise eines optoelektronischen Bauelements, gemäß einer Ausführungsform. Der Halbleiterchip 1 ist auf einem Träger 5 angeordnet. Nachfolgend ist eine Glaszusammensetzung 2a und eine Konversionsschicht 2 angeordnet. Die Konversionsschicht 2 ist insbesondere keramisch ausgeformt. Das Bauelement 10 kann durch Bereitstellen eines Trägers 5 und Aufbringen eines Halbleiterchips 1 hergestellt werden. Anschließend kann die Glaszusammensetzung auf die Strahlungsaustrittsfläche 11 des Halbleiterchips 1 aufgebracht werden. Die Glaszusammensetzung 2a kann dabei als vorgefertigter Körper, beispielsweise als Plättchen, oder als Pulver oder als Glaskugeln aufgebracht werden. Das Aufbringen als Plättchen kann in einem sogenannten Pick-and-Place-Prozess auf die Strahlungsaustrittsfläche 11 der Halbleiterschichtenfolge 1 erfolgen. Anschließend kann das Konversionselement 2 auf die Glaszusammensetzung 2a aufgebracht werden, wobei die Temperatur auf maximal 350 °C erhöht wird und damit der Halbleiterchip 1 und das Konversionselement 2 miteinander verbunden werden. Dies erfolgt vorzugsweise unter Gewicht.
Beim Aufbringen des Konversionselements 2 auf die Glaszusammensetzung 2a kann diese über die Seitenflächen des Halbleiterchips 1 und/oder über die Flanken des Konversionselements 2 hinausragen oder überquellen. Dies kann beispielsweise durch Einsatz größerer Mengen flüssiger oder zähflüssiger Glaszusammensetzung 2a erfolgen. Dabei bildet die Glaszusammensetzung 2a eine vollflächig homogene Schicht auf der Strahlungsaustrittsfläche 11 des Halbleiterchips 1 und über die Strahlungsaustrittsfläche 11 hinaus eine Art Wulst. Insbesondere ist die als Wulst herausgedrückte Glaszusammensetzung 2a farblos, was zeigt, dass die Glaszusammensetzung 2a sich nicht verfärbt und niedrigviskos war.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Glaszusammensetzung (2a) umfassend: – zumindest ein Telluroxid mit einem Anteil von mindestens 65 mol-% und höchstens 90 mol-%, – R¹O mit einem Anteil zwischen 0 mol-% und 20 mol-%, wobei R¹ ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn und Kombinationen davon umfasst, – zumindest ein M¹ ₂O mit einem Anteil zwischen 5 mol-% und 25 mol-%, wobei M¹ ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Li, Na, K und Kombinationen davon umfasst, – zumindest ein R² ₂O₃ mit einem Anteil zwischen 1 mol-% und 3 mol-%, wobei R² ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Al, Ga, In, Bi, Sc, Y, La, Seltene Erden und Kombinationen davon umfasst, – M²O₂ mit einem Anteil zwischen 0 mol-% und 2 mol-%, wobei M² ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Ti, Zr, Hf und Kombinationen davon umfasst, und – R³ ₂O₅ mit einem Anteil zwischen 0 mol-% und 6 mol-%, wobei R³ Nb und/oder Ta ist.
Glaszusammensetzung (2a) nach Anspruch 1, wobei Telluroxid TeO₂ ist und einen Anteil von mindestens 67 mol-% und höchstens 69 mol-% aufweist.
Glaszusammensetzung (2a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei R¹O einen Anteil zwischen 14 mol-% und 18 mol-% aufweist.
Glaszusammensetzung (2a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei M¹ ₂O einen Anteil zwischen 8 mol-% und 14 mol-% aufweist.
Glaszusammensetzung (2a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche frei von Bortrioxid, Germaniumoxid, Phosphaten, Halogeniden, P₂O₅, Siliziumdioxid und Silicaten ist.
Glaszusammensetzung (2a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei R² ausgewählt aus der Gruppe Al, La, Y und Bi ist und wobei R² ₂O₃ einem Anteil zwischen 1,5 mol-% und 2,5 mol-% aufweist.
Glaszusammensetzung (2a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche aus Telluroxid, M¹ ₂O, R² ₂O₃ besteht und wobei R² ₂O₃ einen Anteil zwischen 1,5 mol-% und 2 mol-% aufweist.
Glaszusammensetzung (2a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche eine Glastransformationstemperatur von kleiner 320 °C aufweist und eine dilatometrische Erweichungstemperatur von kleiner als 400°C aufweist.
Glaszusammensetzung (2a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche strahlungsdurchlässig ist, so dass zumindest 90% der einfallenden elektromagnetischen Strahlung aus dem Wellenlängenbereich von 380 nm bis 800 nm transmittiert wird.
Bauelement (10), umfassend – ein erstes Montagelement (6) mit einer Montageoberfläche, – eine Glaszusammensetzung (2a) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, – ein zweites Montageelement (7), – wobei die Glaszusammensetzung (2a) zwischen der Montageoberfläche des ersten Montageelements (6) und dem zweiten Montageelement (7) angeordnet ist, – wobei die Glaszusammensetzung (2a) als Kleberschicht ausgeformt ist, – wobei die Glaszusammensetzung (2a) die Montageoberfläche des ersten Montageelements (6) und das zweite Montageelement (7) miteinander verbindet.
Bauelement nach Anspruch 10, wobei das erste Montageelement und/oder das zweite Montageelement jeweils aus einer Gruppe ausgewählt sind, die ein Halbleiterchip, eine Keramik, ein silicatisches Glas, ein Metall, eine Konversionskeramik, eine Linse oder Kombinationen daraus umfasst.
Bauelement nach Anspruch 10, wobei das erste Montageelement ein Halbleiterchip und das zweite Montageelement ein transparentes silicatisches Glas, eine konvertierende Keramik oder eine transmittierende Keramik sind.
Bauelement nach Anspruch 10, wobei das erste Montageelement eine Keramik oder ein Metall und das zweite Montageelement eine Keramik ist.
Verfahren zur Herstellung eines Bauelements (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 13 umfassend die Verfahrensschritte: a) Bereitstellen eines ersten Montageelements (6), das eine Montageoberfläche aufweist, b) Aufbringen einer Glaszusammensetzung (2a) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 direkt auf die Montageoberfläche, b1) Aufbringen eines zweiten Montagelements (7) auf die Glaszusammensetzung (2a), c) Erhitzen des Bauelements auf maximal 400 °C, so dass ein Verbund zwischen der Montageoberfläche des ersten Montageelements (6) und der Glaszusammensetzung (2a) und dem zweiten Montageelement (7) entsteht.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Glaszusammensetzung (2a) im Verfahrensschritt b) als Pulver oder als vorgeformter Körper auf die Oberfläche des ersten Montageelements (6) aufgebracht wird.