压敏电阻浆糊、光电组件、制造压敏电阻浆糊的方法以及制造压敏电阻元件的方法

摘要

本发明涉及压敏电阻浆糊，压敏电阻浆糊包括基体材料和嵌入到基体材料中的颗粒。不具有嵌入的颗粒的该基体材料具有小于0.8Pa·s的粘度。该嵌入的颗粒包括压敏电阻颗粒。

说明书

本发明涉及如在专利权利要求1中所请求保护的压敏电阻浆糊，如在专利权利要求11中所请求保护的光电组件，如在专利权利要求12中所请求保护的制造压敏电阻浆糊的方法，以及如在专利权利要求13中所请求保护的制造压敏电阻元件的方法。

本专利申请请求德国专利申请10 2013 224 899.7的优先权，其公开内容通过引用被并入到本文中。

已知，必须防止电子组件和光电组件的敏感组件部分免受静电放电（ESD）造成的损伤。一种已知的可能性在于使用与要保护的组件部分并联的保护二极管。然而，该保护二极管需要结构空间，而这个空间在很多情况下有限。此外，保护二极管的使用与增加的成本和增加的安装费用相关联。

DE 10 2012 207 772.3描述了压敏电阻元件，其可以由压敏电阻浆糊制造并且可以代替电子组件中的保护二极管使用。压敏电阻浆糊包括粘度介于0.8Pa·s和4Pa·s之间的基体材料。

本发明的一个目的在于提供压敏电阻浆糊。这个目的借助于具有权利要求1的特征的压敏电阻浆糊实现。本发明的另一个目的在于提供一种光电组件。这个目的借助于具有权利要求11的特征的光电组件实现。本发明的另一个目的在于说明一种制造压敏电阻浆糊的方法。这个目的借助于具有权利要求12的特征的方法实现。本发明的另一个目的在于说明一种制造压敏电阻元件的方法。这个目的借助于具有权利要求13的特征的方法实现。在从属权利要求中说明了各种改进。

压敏电阻浆糊包括基体材料和嵌入在基体材料中的颗粒。在这种情况下，不具有嵌入的颗粒的基体材料具有小于0.8Pa·s的粘度。嵌入到基体材料中的颗粒包括压敏电阻颗粒。有利地，不具有嵌入的颗粒的基体材料的较低粘度允许被嵌入到该基体材料中的压敏电阻浆糊的颗粒的高程度的填充。结果，在由压敏电阻浆糊制造压敏电阻元件的情况下，可以有利地实现高响应电压。

在压敏电阻浆糊的一个实施例中，不具有嵌入的颗粒的基体材料具有小于0.5Pa·s的粘度。结果，有利地，有可能进行嵌入到基体材料的颗粒的特别高程度的填充。

在压敏电阻浆糊的一个实施例中，基体材料包括树脂或者硅树脂。在这种情况下，基体材料可以包括尤其是环氧树脂、丙烯酸酯、聚氨酯或者氰酸酯。有利地，这些材料可以具有期望的低粘度并且使得能够进行后面的固化以便由压敏电阻浆糊制造压敏电阻元件，在LED组件（可能在LED组件的封装中发生高于150°C 的高温和/或高亮度）的情况下，优选地，硅树脂作为基体材料。

在压敏电阻浆糊的一个实施例中，基体材料是单组份基体材料。优选地，基体材料是单组份环氧树脂混合物。有利地，在这种情况下，压敏电阻浆糊的基体材料可以具有特别良好的储存稳定性（storage stability）。

在压敏电阻浆糊的一个实施例中，按体积计90%的嵌入的粒子具有小于20μm的尺寸。在这种情况下，按体积计50%的嵌入的粒子具有小于12μm的尺寸。有利地，压敏电阻浆糊具有细晶粒性质从而使得能够制造具有非常小空间尺寸的压敏电阻元件。

在压敏电阻浆糊的一个实施例中，嵌入的颗粒至少占压敏电阻浆糊按重量计的50%，优选地，至少占按重量计的60%。有利地，结果，由压敏电阻浆糊制造的压敏电阻元件可以具有高响应电压。例如，由压敏电阻浆糊制造的压敏电阻元件的响应电压可以在10V以上。

在压敏电阻浆糊的一个实施例中，压敏电阻浆糊具有小于200Pa·s的粘度。优选地，压敏电阻浆糊具有小于100Pa·s的粘度。于是有利地，压敏电阻浆糊可以进一步以简单的方式被处理。举例来说，具有小于200Pa·s（优选地，小于100Pa·s）的粘度的压敏电阻浆糊可以进一步被处理以通过计量方法或者印刷方法形成压敏电阻元件。

在压敏电阻浆糊的一个实施例中，嵌入的颗粒包括包含铝、铜、银、金、铂和/或一些其他金属的导电颗粒和/或包含石墨、导电碳黑、石墨烯和/或碳纳米管的导电颗粒。有利地，嵌入到压敏电阻浆糊的基体材料中的导电颗粒增加了压敏电阻浆糊的电导率以及由压敏电阻浆糊制造的压敏电阻元件的电导率。

在压敏电阻浆糊的一个实施例中，导电颗粒占嵌入的颗粒按重量计小于20%的比例，优选占嵌入的颗粒按重量计小于10%的比例。这有利地确保了由压敏电阻浆糊制造的压敏电阻元件具有合适的压敏电阻属性。

在压敏电阻浆糊的一个实施例中，压敏电阻浆糊具有不大于10的触变指数，优选具有不大于6的触变指数。在这种情况下，触变指数与23°C的温度有关。有利地，借助这样的低触变指数实现了压敏电阻浆糊的简易加工。

光电组件包括光电半导体芯片和与光电半导体芯片并联连接的压敏电阻元件。在这种情况下，压敏电阻元件包括基体材料和嵌入到基体材料的颗粒。嵌入的颗粒包括压敏电阻颗粒。基体材料具有高于130℃的玻璃化温度。基体材料例如可以包括环氧树脂。有利地，该光电组件的压敏电阻元件防护该光电半导体芯片免受静电放电导致的损害。在这种情况下，由具有嵌入的颗粒的基体材料制造的压敏电阻元件可以有利地具有非常小的空间尺寸。此外，可以有利地以简单且有成本效率的方式制造压敏电阻元件。压敏电阻元件的基体材料的玻璃化温度高于130℃有利地防止在光电组件的操作期间产生的温度对压敏电阻元件造成的损害和破坏。

一种制造压敏电阻浆糊的方法包括以下步骤：提供具有粘度小于0.8Pa·s的基体材料，以及将颗粒嵌入到基体材料中以便形成压敏电阻浆糊，其中嵌入的颗粒包括压敏电阻颗粒。有利地，该方法使得制造具有高填充程度的嵌入到压敏电阻浆糊的基体材料中的颗粒的压敏电阻浆糊成为可能。通过在将颗粒嵌入到基体材料中之前压敏电阻浆糊的基体材料的低粘度使这成为可能。由于高填充程度的嵌入到压敏电阻浆糊的基体材料中的颗粒，可以由通过该方法获得的压敏电阻浆糊制造具有高响应电压的压敏电阻元件。

一种制造压敏电阻元件的方法包括如下步骤：根据以上提及的类型的方法制造压敏电阻浆糊，由该压敏电阻浆糊成形压敏电阻元件，以及固化该压敏电阻元件。有利地，本方法使得能够简单且有成本效率的制造压敏电阻元件。在这种情况下，可以有利地形成具有非常灵活的几何结构以及非常小的空间尺寸的压敏电阻元件。结果，该方法使得能够将压敏电阻元件集成到可用结构空间有限的组件中。

在本方法的一个实施例中，通过计量方法或者通过印刷方法成形压敏电阻元件。特别地，通过针式计量、非接触针式计量、滚压印刷、移印、丝网印刷或者镂空印刷来成形压敏电阻元件。有利地，这些方法使得能够简单且有成本效率的由压敏电阻浆糊成形压敏电阻元件。在这种情况下，有利地，本方法适于高自动化度的大规模制造。

在本方法的一个实施例中，通过施加温度或者通过采用UV光照射、微波辐射或者电子辐射固化压敏电阻元件。在通过施加温度固化压敏电阻元件的情况下，最大硬化温度优选小于200℃，特别优选小于180℃。有利地，因此可以同时实施本方法用于许多压敏电阻元件，这使得本发明能够有成本效率地实施。

结合以下对说明性实施例（结合附图对这些说明性实施例进行了更详细地说明）的描述，本发明的以上的属性、特征和优点以及实现他们的方式将变得更清楚并且更加清楚地被理解。这里不同情况下的示意性图示：

图1示出了压敏电阻浆糊；

图2示出了光电组件；以及

图3示出了压敏电阻元件的特性曲线图。

图1示出了压敏电阻浆糊100的高度示意性图示。压敏电阻浆糊100可以用于制造压敏电阻元件。

压敏电阻浆糊100呈现为粘性浆糊。压敏电阻浆糊100优选在23℃的温度具有小于200Pa·s。特别优选地，压敏电阻浆糊100在23℃的温度具有小于100Pa·s。在23℃的温度压敏电阻浆糊100的触变指数优选具有最大值10，特别优选地具有最大值6。结果，压敏电阻浆糊100的流变能力适于通过计量方法的应用或者印刷方法的应用。

压敏电阻浆糊100包括基体材料110和嵌入到基体材料110中的颗粒120。在这种情况下，嵌入的颗粒120优选至少占压敏电阻浆糊100按重量计的50%。特别优选地，嵌入的颗粒120至少占压敏电阻浆糊100按重量计的60%。有利地，这样高程度的填充使得能够由压敏电阻浆糊100制造具有高响应电压的压敏电阻元件。

压敏电阻浆糊100的基体材料110优选包括树脂或者硅树脂。举例来说，压敏电阻浆糊100的基体材料110可以包括环氧树脂、丙烯酸酯、聚氨酯或者氰酸酯。优选地，压敏电阻浆糊100的基体材料110是单组份基体材料，也就是说优选地包括单组份树脂或者硅树脂。特别优选地，压敏电阻浆糊100的基体材料110包括单组份环氧树脂混合物。压敏电阻浆糊100的基体材料110优选在室温具有至少六个月的储存稳定性。

不具有嵌入的颗粒120的压敏电阻浆糊100的基体材料110在23℃具有小于0.8Pa·s的粘度。优选地，基体材料110在室温23℃具有小于0.5Pa·s的粘度。针对压敏电阻浆糊，特别是高填充程度的填充嵌入的颗粒120的情况下，这样低粘度的压敏电阻浆糊100的基体材料110使得仍有可能具有能够对压敏电阻浆糊简单处理的粘度。

嵌入到压敏电阻浆糊100的基体材料110的颗粒120优选地具有小于20μm的尺寸。特别优选地，按体积计90%的嵌入的颗粒120具有小于20μm的尺寸（d90值）。此外，优选地按体积计50%的嵌入的颗粒120具有小于12μm的尺寸（d50值）。在这种情况下，所有的嵌入的颗粒120可以具有来自统一小尺寸间隔的尺寸。然而，嵌入的颗粒120还可以形成为具有来自不同的尺寸间隔的尺寸的颗粒混合物。嵌入到压敏电阻浆糊100的基体材料110中的颗粒120的优选的低d90值和d50值有利地使得能够由压敏电阻浆糊100制造具有非常小空间尺寸的压敏电阻元件。

可以以任何期望的方式选择嵌入到压敏电阻浆糊100的基体材料110的颗粒120的形态。特别优选地，嵌入到基体材料110中的颗粒120具有层状（lamina）形状。在这种情况下，在不同的空间方向上的嵌入的颗粒120的尺寸甚至可以显著地小于指示的d90值和d50值。这使得能够有利地由压敏电阻浆糊100制造具有小于嵌入的颗粒120的d90和d50的指示优选值的空间尺寸和结构宽度的压敏电阻元件。

嵌入到压敏电阻浆糊100中的基体材料110的颗粒120包括压敏电阻颗粒130。压敏电阻颗粒130具有压敏电阻属性或者压敏电阻性能。因此，压敏电阻颗粒130还可以将压敏电阻属性给予由基体材料110和嵌入到基体材料110中的颗粒120形成的压敏电阻浆糊中以及由压敏电阻浆糊100制造的压敏电阻元件。

压敏电阻颗粒130例如可以包括碳化硅或者诸如氧化锌、氧化铋、氧化铬、氧化锰或者氧化钴的金属氧化物。压敏电阻颗粒130还可以包括多个这些或者其他材料的定比化合物。压敏电阻颗粒130还可以被形成为包括不同材料的颗粒的混合物。

压敏电阻颗粒130可以以掺杂或者未掺杂的形式呈现。举例来说，压敏电阻颗粒130可以掺杂有诸如锑、钴和铋的金属。

压敏电阻颗粒130可以具有任何期望的形状。然而，压敏电阻颗粒130优选地以层状形式形成或者形成为片状。

嵌入到压敏电阻浆糊100的基体材料110中的颗粒120还可以包括除压敏电阻颗粒130外的导电颗粒140。导电颗粒140可以被用作增加压敏电阻浆糊100的电导率以及由压敏电阻浆糊100制造的压敏电阻元件的电导率。

优选地，嵌入到压敏电阻浆糊100的基体材料110中的颗粒120中的导电颗粒140的比例小于按重量计的20%，特别优选地，小于按重量计的20%。导电颗粒140还可以被完全省略。

导电颗粒140可以包括诸如铝、铜、银、金、铂的金属或者其他金属。导电颗粒140还可以包括导电碳（例如石墨）、导电碳黑、石墨烯和/或碳纳米管。

图2示出了光电组件200的说明和高度示意性平面图。光电组件200被设计用于发出电磁辐射。光电组件200例如可以是发光二极管组件（LED组件）。

光电组件200包括光电半导体芯片210。光电半导体芯片210被设计成发出电磁辐射，例如可见光。光电半导体芯片210例如可以被设计为发光二极管芯片（LED芯片）。

光电半导体芯片210具有顶部220和相对于顶部220的底部230。光电半导体芯片210的上电接触221被形成在光电半导体芯片210的顶部220。光电半导体芯片210的下电接触231被施加在光电半导体芯片210的底部230。在上电接触221和下电接触231之间电压可以被施加到光电半导体芯片210以便使光电半导体芯片210发出电磁辐射。

光电半导体芯片210被设置在光电组件200的载体240上。载体240包括电绝缘材料，在电绝缘材料中嵌入了第一电接触极板250以及第二电接触极板260。第一电接触极板250和第二电接触极板260可以被电连接到用于与光电组件200电连接的光电组件200的电连接元件（图2中未示出）。

光电半导体芯片210以如下方式被设置在载体240的第二电接触极板260上：光电半导体芯片210的底部230面对第二电接触极板260并且光电半导体芯片210的下电接触231与第二电接触极板260电连接。举例来说，可以经由焊接或者通过导电胶、烧结粘结剂或烧结浆糊（sintering paste）将光电半导体芯片210固定到载体240的第二电接触极板260。光电半导体芯片210的上电接触221（该上电接触被形成在光电半导体芯片210的顶部220）借助于连接元件270与载体240的第一电接触极板250电连接。连接元件270例如可以被形成为接合引线。

应理解，描述的光电组件200的结构仅作为举例。还可以形成不同的光电半导体芯片210、其接触221、231的设置、载体240和电接触221、231之间的连接的类型以及载体240的接触极板250、260 。各种可能乃是现有技术中已知的。

光电组件200包括压敏电阻元件280，压敏电阻元件280延伸在载体240的第一电接触极板250和第二电接触极板260之间并因而与光电组件200的光电半导体芯片210并联地电连接。还可以选择与图2中的示例图示的不同的压敏电阻元件280的几何形状和布置。至关重要的是压敏电阻元件280与光电半导体芯片210并联地电连接。

压敏电阻元件280可以具有规则或者不规则的几何形状和结构。举例来说，压敏电阻元件280可以被形成为正方形、长方形、多边形、圆形、椭圆形或者以线性形式形成。压敏电阻元件280例如可以具有50μm与150μm之间的结构宽度以及5μm与50um之间的厚度。可以设定压敏电阻元件280的厚度例如与图2中图示的示例中的载体240的顶部垂直。

由图1中示出的压敏电阻浆糊100成形光电组件200的压敏电阻元件280。在由压敏电阻浆糊100成形压敏电阻元件280之后固化压敏电阻元件280。

可以通过任意已建立的应用方法执行由压敏电阻浆糊100成形压敏电阻元件280。举例来说，可以通过计量方法或者印刷方法执行由压敏电阻浆糊100成形压敏电阻元件280。特别地，可以通过针式计量（滴涂）、非接触针式计量（喷射）、滚压印刷、移印、丝网印刷或者镂空印刷来由压敏电阻浆糊100成形压敏电阻元件280。

通过硬化方法执行压敏电阻元件280的固化。举例来说，可以通过施加温度或者通过采用UV光照射、微波辐射或者电子辐射固化压敏电阻元件280。在通过施加温度固化压敏电阻元件280的情况下，硬化温度优选最大值200℃，特别优选最大值180℃。由于压敏电阻元件280的固化，压敏电阻浆糊100被转换成压敏电阻复合材料。

压敏电阻元件280的压敏电阻复合材料优选具有大于130℃的玻璃化温度。这确保在光电组件200的操作期间产生的温度不会对光电组件200的压敏电阻元件280造成的损害。特别地，在光电组件200的操作期间引起的光电半导体芯片210的废热不会对压敏电阻元件280造成损害。 例如可以假设光电组件200的光电半导体芯片210在光电组件200的操作期间温度最大为110℃。

光电组件200的压敏电阻元件280用于防止光电组件200的光电半导体芯片210免受由静电放电引起的损害。当光电组件200的载体240的第一电接触极板250与第二电接触极板260之间存在电压（其绝对值并未超过光电半导体芯片210的允许额定电压）的情况下，压敏电阻元件280具有高电阻，这确保了电流基本上仅通过光电半导体芯片210发生而并未通过压敏电阻元件280。

然而，在第一电接触极板250与第二电接触极板260之间存在电压（其绝对值超过了光电半导体芯片210的允许额定电压）的情况下，压敏电阻元件280具有低电阻，这具有以下影响： 电流基本上仅经由压敏电阻元件280发生而并未经由光电半导体芯片210。因而防止了对光电半导体芯片210的损害。

光电半导体芯片210的允许额定电压例如可以介于10V与100V之间。从压敏电阻元件280的电阻突然降低开始的压敏电阻元件280的响应电压在光电半导体芯片210的允许额定电压之上。

图3示出了压敏电阻元件280的示意说明性特性曲线图300。施加到压敏电阻元件280的电压310被标注在特性曲线图300的水平轴上。流过压敏电阻元件280的电流的电流强度320被标注在特性曲线图300的垂直轴上。

针对压敏电阻元件280的响应电压大约80V的情况，特性曲线图300图示了压敏电阻元件280的电流-电压特性曲线330。在压敏电阻元件280上存在的电压310的值小于压敏电阻元件280的响应电压的情况下，压敏电阻元件280的电阻较高并且基本上没有电流320流过压敏电阻元件280。在施加到压敏电阻元件280的电压310的值超过了压敏电阻元件280的响应电压的情况下，压敏电阻元件280的电阻突然降低并且非零电流320可以流过压敏电阻元件280。

已经基于优选的说明性实施例详细地描述和说明了本发明。然而你，本发明并不限于这些公开的示例。更确切地说，在未脱离本发明保护的范围的情况下，本领域技术人员可以从这些实施例导出其他变型。

参考标记

100 压敏电阻浆糊

110 基体材料

120 嵌入的颗粒

130 压敏电阻颗粒

140 导电颗粒

200 光电组件

210 光电半导体芯片

220 顶部

221 上电接触

230 底部

231 下电接触

240 载体

250 第一电接触极板

260 第二电接触极板

270 连接元件

280 压敏电阻元件

300 特性曲线图

310 电压

320 电流

330 电流-电压特性曲线