AT12749U1 - Leiterplattenelement mit wenigstens einer led - Google Patents

Abstract

Leiterplattenelement (1) mit einem Substrat (2), auf dem wenigstens eine dielektrische Schicht (7) angeordnet ist, sowie mit wenigstens einer LED (Leuchtdiode) (10) wobei in der dielektrischen Schicht (7) zumindest eine von der LED (10) wegführende kanalförmige Wellenleiter-Kavität (11) vorgesehen ist, die zu wenigstens einem integrierten lichtempfindlichen, zur Überprüfung der Lichtemission angeordneten Bauelement (12), vorzugsweise einer Fotodiode bzw. einer Fotozelle, führt, wobei die LED (10) vorzugsweise ebenfalls in einer Kavität (9) angeordnet ist, die mit der Wellenleiter-Kavität (11) verbunden ist; sowie Verfahren zum Herstellen eines derartigen Leiterplattenelements (1).

Description

österreichisches Patentamt AT 12 749 Ul 2012-10-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Leiterplattenelement mit einem Substrat, auf dem wenigstens eine dielektrische Schicht angeordnet ist, sowie mit wenigstens einer LED (Leuchtdiode).

[0002] Weiters bezieht sich die Erfindung auf Verfahren zum Herstellen eines solchen Leiterplattenelements.

[0003] Nicht zuletzt im Hinblick auf die Beschränkungen bei der Herstellung und Verwendung von Glühlampen aus wirtschaftspolitischen und umweltpolitischen Gründen werden Beleuchtungssysteme mit Leuchtdioden, kurz LEDs (LED-Licht emittierende Dioden), immer interessanter. Von Bedeutung ist dabei auch, dass durch die technische Weiterentwicklung in der LED-Technik LEDs tatsächlich nicht mehr bloß als Anzeigeelemente an Geräten Bedeutung haben, sondern auch für andere Anwendungen, wie etwa bei TV-Flachbildschirmen, aber auch bei Lichtanlagen, immer interessanter werden. Moderne LEDs weisen dabei nicht nur eine ausreichende Helligkeit auf, sie sind auch von den Herstellungskosten her günstig und werden mittlerweile schon in großem Maßstab, beispielsweise bei Lichtanlagen in Kraftfahrzeugen, verwendet.

[0004] Üblicherweise strahlen LEDs eine bestimmte Farbe (also mit einer bestimmten Wellenlänge, mit einer mehr oder weniger schmalen Bandbreite) ab, und durch Mischen lassen sich die verschiedensten Farben bis hin zu weißem Licht, und hier auch wiederum zu einem kalten weißen Licht oder zu einem warmen weißen Licht, erreichen. Die Techniken hierfür sind hinlänglich bekannt und bedürfen keiner weiteren Erläuterung. Nur als Beispiel sei erwähnt, dass mit einer roten, einer grünen und einer blauen LED bei einer entsprechenden Ansteuerung und damit Mischung weißes Licht erhalten werden kann. Zur Ansteuerung wird bevorzugt Pulsweitenmodulation (PWM) verwendet, mit der der Strom durch die LEDs moduliert wird. Je länger dabei die Stromimpulse sind, umso heller leuchten die LEDs. Dabei sind beim Mischen von verschiedenfärbigen LEDs diese LEDs auch verschieden anzusteuern, um die gewünschte Mischfarbe zu erzielen. Dieses Mischverhältnis ändert sich jedoch während der Lebensdauer der LEDs, so dass sich die Mischfarbe ändert, was letztlich zu einem unerwünschten Ergebnis führt. Eine Farbänderung kann weiters auch von unterschiedlichen Umgebungstemperaturen, beispielsweise bei vergleichsweise hohen Temperaturen, verursacht werden.

[0005] Es ist daher bereits Stand der Technik, mit LEDs erzeugtes Licht laufend mit Hilfe von Sensoren zu überwachen und die LED-Ströme abhängig von den Änderungen in der jeweiligen Lichtfarbe und auch von den Temperaturen nachzuregeln. Beispielsweise kann in diesem Zusammenhang auf die EP 2 082 620 B1 verwiesen werden.

[0006] Von Nachteil ist bei den bekannten Lösungen, wo das abgegebene Licht, etwa weißes LED-Licht, das in der Kombination von roten, grünen und blauen LEDs abgegeben wird, mit Hilfe eines Sensors erfasst wird, um ein elektrisches Ist-Signal der Regeleinheit zuzuführen, dass diese Schaltungen einschließlich Sensor in einem gesonderten Gerät vorgesehen sind, wobei eine derartige Überwachungs- bzw. Regelschaltung nicht für alle Anwendungen, z.B. bei miniaturisierten Schaltungen mit LEDs, ohne Weiteres anwendbar ist. Es wäre in zeitlichen Abständen ein Messen von derartigen LED-Einheiten in Labors oder dergl. notwendig, so dass eine kontinuierliche Nachregelung des LED-Lichts nicht möglich ist.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es daher, hier Abhilfe zu schaffen und auf einfache und kostengünstige Weise eine Erfassung des abgegebenen LED-Lichts - egal in welcher Farbe, ob Mischlicht (Weißlicht) von RGB-LEDs (RGB - Rot Grün Blau) oder auch nur von einzelnen LEDs - unmittelbar an der Stelle der LEDs zu erfassen, um das Messergebnis dann sofort über einen Überwachungs- bzw. Regelkreis auszuwerten und eine Nachregelung der Stromversorgung der LEDs, bevorzugt über PWM, zu ermöglichen. Es soll also ein integriertes System ermöglicht werden, um diese Überwachung mit Nachregelung zu ermöglichen.

[0008] Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ein Leiterplattenelement wie in Anspruch 1 definiert vor. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sowie vorteilhafte Verfah- 1 /16 österreichisches Patentamt AT 12 749 U1 2012-10-15 ren zum Herstellen eines derartigen Leiterplattenelements sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0009] Beim vorliegenden Leiterplattenelement liegt somit in der dielektrischen Schicht eine kanalförmige Wellenleiter-Kavität vor, die von der LED weg zu einem integrierten lichtempfindlichen Bauelement führt, das zur Überprüfung der Lichtemission angeordnet ist, und das Teil eines Überwachungs- bzw. Regelkreises ist. Dieses Bauelement ist bevorzugt durch eine Fotodiode oder einen Fototransistor oder dergl. Fotosensor gebildet. Selbstverständlich sind im Fall von mehreren LEDs auch entsprechend mehrere fotoempfindliche Detektorelemente vorzusehen, die ggfs, auch durch einen einzelnen Mehrfach-Detektor, mit mehreren Empfangsbereichen, gebildet sein können. Im Betrieb wird diesen fotoempfindlichen Bauelementen von den LEDs in einer Art „Bypass" Licht über den Lichtwellenleiter in der Wellenleiter-Kavität zugeführt, so dass direkt an Ort und Stelle, innerhalb des Leiterplattenelements selbst, das jeweilige LED-Licht erfasst werden kann, was Helligkeit und Farbe etc. anlangt. Die so erfassten Messwerte können, bevorzugt nach Digitalisierung, mit Sollwerten verglichen werden, die in einem Reglerchip abgespeichert sein können, so dass bei Abweichungen eine Nachregelung der Stroman-steuerung für die LEDs durchgeführt werden kann. Diese für die Regelung erforderlichen elektronischen Komponenten können in an sich herkömmlicher Weise ausgebildet und vor allem auch direkt auf dem selben Leiterplattenelement in herkömmlicher Technik angeordnet sein, so dass in vorteilhafter Weise eine integrierte Korrektur von Farben und Helligkeiten von LEDs direkt am Leiterplattenelement erfolgen kann.

[0010] Bevorzugt ist dabei auch die jeweilige LED bzw. ein LED-Chip in einer Kavität im dielektrischen Schichtmaterial untergebracht, wobei die Wellenleiter-Kavität unmittelbar an die LED-Kavität anschließt. Die Wellenleiter-Kavität ist zur Bildung des Lichtwellenleiters insbesondere mit einem optischen Material gefüllt, das im nassen Zustand eingebracht wird.

[0011] Mit der vorliegenden Technik wird eine weitergehende Miniaturisierung ermöglicht, da die Lichtwellenleiter-Verbindung zwischen LED und fotoempfindlichem Bauelement (Fotodiode) eine sehr enge Anordnung dieser Komponenten beieinander erlaubt. Die Integration der LED-Komponente einerseits und des Sensorsystems bzw. Regelkreises in ein und dem selben Leiterplattenelement andererseits ermöglicht auch bei miniaturisierten Anwendungen, mit beschränkten Platzverhältnissen, eine laufende Kontrolle und Nachregelung des LED-Lichts. Die Kavitäten für den Lichtwellenleiter sowie bevorzugt auch für die LED und weiters, wie es ebenfalls bevorzugt wird, für das lichtempfindliche Bauelement, also insbesondere die Fotodiode, ermöglichen auch eine Ausnutzung von Lichtreflexion; ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass auch in der Dimension relativ kleine Einkapselungen, wie sie zum Schutz der Bauteile vorgesehen werden, ermöglicht sind. Weiters werden die Design-Möglichkeiten erhöht.

[0012] Was die angesprochene Lichtreflexion betrifft, so ist es von Vorteil, wenn die Oberseite des Wellenleiters, d.h. die Oberseite des optischen Materials, mit einer reflektierenden Schicht, z.B. mit Lötstopplack, bedeckt ist.

[0013] Weiters ist es günstig, wenn die Wände der Wellenleiter-Kavität zur Erhöhung der Re-flektivität, zur Herstellung von elektrischen Verbindungen und bzw. oder zur Herstellung von Abrundungen oder dergl. insbesondere metallisch, z.B. mit Kupfer oder Gold, ggf. mit Lötstopplack, beschichtet sind.

[0014] Für bestimmte Reflexionseffekte ist es auch vorteilhaft, wenn die Wände der Wellenleiter-Kavität und bzw. oder ggfs, der LED-Kavität schräg ausgebildet sind.

[0015] Wie erwähnt ist bei einer günstigen Ausführungsform vorgesehen, dass das lichtempfindliche Bauelement in einer Kavität der dielektrischen Schicht angebracht ist. Alternativ dazu ist es auch günstig, wenn das lichtempfindliche Bauelement auf der die Wellenleiter-Kavität aufweisenden Schicht angeordnet ist, wobei die Wellenleiter-Kavität dann bis unterhalb dieses Bauelements verläuft.

[0016] Um Wärme von der Anordnung abzuführen, kann auch mit Vorteil vorgesehen werden, dass die die Wellenleiter-Kavität aufweisende Schicht auf einer Wärmeableitschicht, z.B. aus 2/16 österreichisches Patentamt AT 12 749 U1 2012-10-15

Aluminium, angebracht ist. Weiters ist es hier möglich, dass das Substrat aus wärmeableiten-dem Material, z.B. aus Aluminium, besteht.

[0017] Eine herstellungstechnisch günstige Ausführungsform des Leiterplattenelements zeichnet sich weiters dadurch aus, dass die Wellenleiter-Kavität durch einen auf dem Substrat bzw. einer dielektrischen Schicht aufgedruckten Rahmen begrenzt ist.

[0018] Zum Herstellen eines Leiterplattenelements wie vorstehend angeführt kann bevorzugt derart vorgegangen werden, dass auf einem fertig prozessierten Substrat, ggf. einer wärmeabführenden Platte, eine unter Bildung einer länglichen Kavitäts-Öffnung, für die Herstellung des kanalförmigen Wellenleiters, vorkonfektionierte Leiterplatten-Schicht, z.B. ein Prepreg, aufgebracht wird, wonach in der Öffnung der Wellenleiter und ggfs, die LED und bzw. oder das lichtempfindliche Bauelement angebracht werden.

[0019] Andererseits ist es zur Herstellung eines derartigen Leiterplattenelements vielfach auch günstig, wenn auf dem Substrat eine dielektrische Schicht angebracht wird, in der, z.B. durch Laserstrukturierung und Entfernen definierter Bereiche, oder durch Einpressen, beispielsweise mittels Stempeldruck, eine Kavität zumindest für den kanalförmigen Wellenleiter angebracht wird.

[0020] Weiters ist es für eine einfache Herstellung auch vorteilhaft, wenn auf dem Substrat aus einem Dielektrikum ein Rahmen, der eine Kavität umgibt, aufgedruckt wird, z.B. durch Siebdruck, Tintendruck, Schablonendruck oder dergl. Druckverfahren.

[0021] In den vorgenannten Fällen kann die Wellenleiter-Kavität, beispielsweise durch Siebdruck, durch Rakeln, durch Inkjet-Druck oder dergl. Technik, mit einem optischen Material (im nassen Zustand) befüllt werden.

[0022] Vorzugsweise kann die Oberseite des Wellenleiters mit einer reflektierenden Schicht bedeckt werden. In einer einfachen Ausführung wird für die reflektierende Schicht Lötstopplack verwendet, der zugleich auch für andere Zwecke bei der Herstellung des Leiterplattenelements eingesetzt werden kann.

[0023] Weiters ist es günstig, wenn die Wände der Wellenleiter-Kavität zur Erhöhung der Re-flektivität, z.B. mit Lötstopplack, beschichtet werden.

[0024] Wie erwähnt kann das lichtempfindliche Bauelement, also bevorzugt eine Fotodiode oder Fotozelle, in einer Kavität in der dielektrischen Schicht oder aber auf der dielektrischen Schicht angebracht werden; im letzteren Fall überdeckt das lichtempfindliche Bauelement teilweise die Wellenleiter-Kavität.

[0025] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, noch weiter erläutert. Im Einzelnen zeigen in der Zeichnung: [0026] Fig. 1 und 2 [0027] Fig. 3 bis 9 [0028] Fig. 3 und 4 [0029] Fig. 5 und 6 [0030] Fig. 7 und 8 [0031] Fig. 9 ein erfindungsgemäßes Leiterplattenelement (bzw. den hier wesentlichen Teil hievon) in einer schematischen Draufsicht (Fig. 1) bzw. in einer schematischen Schnittdarstellung (Fig. 2); verschiedene Stufen bei der Herstellung eines Leitelements gemäß Fig. 1 und 2, wobei vorgefertigte Einzelelemente noch in getrenntem Zustand in Draufsicht bzw. im Schnitt zeigen; nachfolgende Schritte beim Vereinigen der Einzelelemente und der Anwendung von Standard-LP(Leiterplatten)-Prozessen im Schnitt zeigen; weiters in Draufsicht bzw. im Schnitt ein Zwischenprodukt des Leiterplattenelements, noch ohne Bauelemente, veranschaulichen; einen weiteren Zwischenschritt im Schnitt zeigt; 3/16 österreichisches Patentamt AT 12 749 U1 2012-10-15 [0032] Fig. 10 und 11 eine modifizierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leiterplat tenelements in schematischer Draufsicht (Fig. 10) bzw. im schematischen Schnitt (Fig. 11); [0033] Fig. 12 und 13 in entsprechenden Darstellungen, nämlich in Draufsicht (Fig. 12) bzw. im

Schnitt (Fig. 13), noch eine andere Variante des vorliegenden Leiterplattenelements; und [0034] Fig. 14 und 15, ebenfalls in entsprechenden Darstellungen (Draufsicht bzw. Schnitt) eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leiterplattenelements.

[0035] In der Zeichnung ist durchgehend das jeweilige Leiterplattenelement (bzw. der hier interessierende Teil hiervon) mit 1 bezeichnet. Wie aus Fig. 1 und 2 hervorgeht, ist beim vorliegenden Leiterplattenelement 1 auf einem Substrat 2, das ein herkömmliches Leiterplattensubstrat oder aber ggf., zwecks Wärmeabführung, ein Aluminiumsubstrat sein kann, eine isolierende bzw. dielektrische Schicht 3 und darüber im gezeigten Ausführungsbeispiel eine erste Leiterlage 4, z.B aus Kupfer, vorgesehen, die gemäß Fig. 1 und 2 bereits strukturiert ist.

[0036] Auf diesem Leiterplattenteil 5 ist beispielsweise ein weiterer Leiterplattenteil 6, ohne Substrat, nämlich mit dielektrischer Schicht 7 und Leiterlage 8, angebracht. Auch hier ist die Leiterlage 8 bereits strukturiert.

[0037] Die dielektrische Schicht 7 weist eine in Draufsicht beispielsweise kreisrunde Kavität 9 für die Aufnahme zumindest einer LED bzw. zumindest eines LED-Chips 10 auf. An diese Kavität 9 schließt eine kanalförmige Lichtwellenleiter-Kavität 11 an, die bis unterhalb eines fotoempfindlichen optoelektronischen Bauelements 12, z.B. in Form einer Fotodiode oder eines Fototransistors, allgemein Sensors, verläuft.

[0038] In der Kavität 11 befindet sich ein Wellenleitermaterial, und der so gebildete Wellenleiter 11' kann beispielsweise bis zum LED-Chip 10 führen, jedoch genügt es auch, den Wellenleiter 1T bis knapp zum LED-Chip 10 zu führen und ihn dort im Abstand hievon enden zu lassen.

[0039] Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist beim gezeigten Beispiel die Fotodiode 12 auf der oberen Leiterlage 8 montiert, wogegen der LED-Chip 10 auf der unteren Leiterlage 4 montiert ist.

[0040] Die LED 10 ist in einem Kunstharztropfen 13 eingekapselt (einer Einkapselung, wie sie unter der Bezeichnung "Glob-Top" im Stand der Technik an sich bekannt ist). Derartige Glob-Tops werden z.B. für einen mechanischen Schutz für LED-Chips und Banddrahtverbindungen vorgesehen, aber auch wegen der Linsenwirkung (Lichtlenkung) und/oder als Matrix für Partikel (z.B. Phosphor) zur Farbeinstellung des Lichts, etwa für Weiss-Licht-Anwendungen.

[0041] Die Abstrahlrichtung der LED 10 ist beispielsweise im Wesentlichen senkrecht zur Hauptebene des Leiterplattenelements 1, jedoch gelangt ein Lichtanteil von der LED 10 auch über den sich unter einem Winkel zu dieser Hauptabstrahlrichtung erstreckenden Lichtwellenleiter 11' in der Kavität 11 zum lichtempfindlichen Bauelement 12 (nachfolgend wird der Einfachheit halber in diesem Zusammenhang immer auf eine Fotodiode 12 Bezug genommen, es sollte jedoch klar sein, dass auch andere fotoempfindliche Sensor- bzw. Bauelemente in Frage kommen).

[0042] Die Fotodiode 12 ist nun Teil eines Überwachungs- bzw. Regelkreises, der im Weiteren nicht dargestellt ist, jedoch auf dem Leiterplattenelement 1 mit seinen Komponenten in an sich herkömmlicher Weise untergebracht sein kann.

[0043] Wenn die Lichtemission der LED 10 im Laufe der Zeit ihren Charakter ändert, beispielsweise die Farbe sich von weiß in Richtung rot, grün oder blau verschiebt, wenn man davon ausgeht, dass das weiße Licht aus rotem, grünem, blauem Licht zusammengesetzt ist bzw. am LED-Chip 10 drei derartige Einzel-LEDs für rot, grün und blau angebracht sind, so wird diese Verschiebung im optischen Bereich mit Hilfe des Fotosensors 12 bzw. der Fotosensoren erfasst, wobei ein entsprechendes elektronisches Signal erhalten wird, welches einem an sich bekannten Regelkreis zur Einstellung einer Ansteuerung oder Treiberstufe für die LED 10 zuge- 4/16 österreichisches Patentamt AT12 749 U1 2012-10-15 führt wird. Eine unerwünschte Änderung der Lichtemission kann sich im Übrigen auch dadurch ergeben, dass sich das Kunstharzmaterial der Einkapselung 13 mit der Zeit verändert (z.B. Verringerung der Transmission).

[0044] Wie erwähnt können die weiteren Komponenten dieses Überwachungs- und Regelkreises in herkömmlicher Leiterplattentechnologie angebracht sein, was daher in der Zeichnung der Einfachheit halber nicht näher veranschaulicht ist. Auch ist in den Zeichnungsfiguren durchgehend das Leiterbild (z.B. 4, 8) der Leiterplattensubstrate teilweise nur angedeutet oder überhaupt weggelassen. Weiters sind auch in der Zeichnung der Einfachheit halber weitere Schritte bzw. Schichten, wie etwa weitere Leiterplattenlagen und/oder Schutzschichten bzw. Deckschichten etc., weggelassen.

[0045] Zur Herstellung eines Leiterplattenelements wie in Fig. 1 und 2 gezeigt wird beispielsweise - vgl. Fig. 3 und 4 - ein vorkonfektionierter oberer Leiterplatten„teil" 6, wie etwa ein Pre-preg (gemäß Darstellung), oder aber ein Core oder eine fertig prozessierte Leiterplatte, auf dem unteren Leiterplatten„teil" 5 durch Verpressen und/oder Verkleben angebracht. Der Leiterplat-ten„teil" 5 kann ein fertig prozessiertes FR4-Leiterplattenelement, IMS etc., aber auch eine wärmeabführende Platte sein.

[0046] Der zu verpressende bzw. zu verklebende obere Leiterplattenteil 6 ist, beispielsweise durch Laserschneiden, durch Stanzen oder dergl. Techniken, so vorkonfektioniert, dass zumindest die Kavität 11 für den Lichtwellenleiter 11' (s. Fig. 2) vorgesehen ist. Bevorzugt ist die Bauteil-Kavität 9 für die LED 10 zusätzlich zur Wellenleiter-Kavität 11, die an die Bauteil-Kavität 9 anschließt (vgl. Fig. 3), vorgesehen.

[0047] Gemäß Fig. 5 werden nun die Leiterplattenteile 6 und 5 miteinander verpresst bzw. verklebt. Im Anschluss daran erfolgen Standard-Leiterplatten-Prozesse, wie insbesondere die Strukturierung der Leiterlage 8, vgl. Fig 6, wobei auch die Lage 8 mit der Lage 4 verbunden werden kann, vgl. die vertikale Plattierung 14 in Fig. 6. Weiters können die Wände der gebildeten Kavitäten 9, 11 beschichtet werden, und zwar nicht nur, um eine elektrische Verbindung (siehe die Plattierung bzw. Verbindung 14 in Fig. 6) herzustellen, sondern auch, um die Reflek-tivität zu erhöhen, und bzw. oder um Abrundungen, etwa Spiegelelemente, einzubringen. Für diese Beschichtungen der Wände der Kavitäten 9, 11, können Metalle, wie z.B. Kupfer, Gold, aber auch Lötstopplack und dergl. Materialien, eingesetzt werden.

[0048] Im Anschluss daran wird gemäß Fig. 7 und 8 in die Wellenleiter-Kavität 11 ein optisches Material 15, beispielsweise durch Siebdruck, durch Rakeln, durch Inkjet-Verfahren oder dergl. Techniken, eingefüllt. Der so gebildete Lichtwellenleiter 11' mit dem optischen Material 15 kann danach gemäß Fig. 9 falls gewünscht mit einer reflektierenden Schicht 16, z.B. einem Lötstopplack, bedeckt werden.

[0049] Im Anschluss daran erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Bestückung mit dem LED-Chip 10 bzw. mit der Fotodiode 12, siehe Fig. 1 und 2, und anschließend wird noch die Glob-Top-Einkapselung 13 vorgenommen.

[0050] Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Abwandlungen und Modifikationen möglich. So kann die Leiterlage 8 als Entflechtungslage dienen, und die Leiterlage 4 kann zur Abfuhr von Verlustwärme herangezogen werden. Das Leiterplattensubstrat 5, 6 kann auch mehr als die zwei gezeigten metallischen Leiterlagen 4, 8 beinhalten.

[0051] In Abwandlung der Reihenfolge der Schritte gemäß Fig. 7 bis 9 und der nachfolgenden Montage der Bauelemente (Fig. 1 und 2) kann auch derart vorgegangen werden, dass das Wellenleitermaterial 15 erst nach der Bauteilmontage appliziert wird. Ferner können die Kavitäten 9, 11 auch erst nach Anbringen des Leiterplattenteils 6 am darunter liegenden Leiterplattenteil 5 erzeugt werden. Die Kavität 9, in der der LED-Chip 10 montiert wird, muss nicht notwendigerweise die Begrenzung der Glob-Top-Einkapselung 13 bilden, vielmehr kann diese Einkapselung 13 im Durchmesser auch größer oder kleiner als die Kavität 9 ausgelegt sein. Ferner kann die Kavität 9 nach der LED-Montage und vor der Glob-Top-Applikation auch mit Lötstopplack ausgefüllt werden, um die Reflektivität zu erhöhen. 5/16 österreichisches Patentamt AT12 749U1 2012-10-15 [0052] Die Wände der Kavitäten 9, 11 können überdies schräg ausgebildet werden, beispielsweise durch einen entsprechenden Bohrprozess im Fall der Kavität 9, durch ein Verfließen des Prepregs (Leiterplattenteil 6) beim Pressen und dergl. Techniken.

[0053] Es ist weiters möglich, auf dem Substrat 2 eine dielektrische Schicht 7 anzubringen, und danach in dieser dielektrischen Schicht 7 die jeweilige Kavität 11 bzw. 9, 9' im Nachhinein, z.B. durch Laserstrukturierung und Entfernen der entsprechenden Bereiche, oder aber auch durch Einpressen, etwa mittels Stempeldruck, anzubringen.

[0054] Die Kavitäten 9, 11 können im Übrigen auch durch eine an sich bekannte Technologie, wie z.B. in der WO 2008/098271 A1 beschrieben, hergestellt werden. Das Wellenleitermaterial 15 kann ein transparentes Polymer-Wellenleitermaterial sein, das im nassen Zustand in die Kavität 11 eingebracht wird.

[0055] Selbstverständlich ist, wenn in der Zeichnung jeweils eine LED 10 und eine Fotodiode 12 gezeigt ist, verständlich, dass auch mehrere LEDs 10 und mehrere Fotodioden 12 (bzw. Mehrfach-LEDs und/oder Mehrfach-Detektorelemente) auf dem Leiterplattenelement 1 angebracht sein können. In herkömmlicher weise können überdies plattierte Durchbohrungen (PTA -plated through-hole) oder Vias vorgesehen werden, wobei die LED 10 und die Fotodiode 12 außer auf derselben Seite auch an gegenüberliegenden Seiten angebracht sein können. Für eine Mehrfach-LED-Regelung können auch entsprechend viele Wellenleiter 11' vorgesehen sein.

[0056] Zusätzliche Beschichtungen können im Nassverfahren oder mit Hilfe von PVD- oder CVD-Prozessen (chemische oder physikalische Ablagerung aus der Dampfphase) hergestellt werden.

[0057] Wie weiters aus Fig. 10 und 11 ersichtlich ist, können der LED-Chip 10 und die Fotodiode 12 auf der gleichen Leiterlage 4 (s. Fig. 2) montiert sein; weiters kann die Fotodiode 12 ebenfalls mit einer Glob-Top-Einkapselung 13' versehen sein. Hierzu ist in der dielektrischen Schicht 7 eine entsprechende Kavität 9' für die Fotodiode 12 bzw. deren Einkapselung 13' vorzusehen.

[0058] Der Lichtwellenleiter 11' und der Glob-Top 13 der LED 10 oder aber, wie aus Fig. 12 und 13 ersichtlich, der Lichtwellenleiter 11' und eine modifizierte Einkapselung 13" der Fotodiode 12 können aus demselben Material bestehen und in einem einzigen Prozessschritt appliziert werden, etwa mit Hilfe einer Dispenser-, Inkjet- oder Kapillarmethode.

[0059] In den Fig. 14 (Draufsicht) und 15 (schematischer Schnitt) ist schließlich noch allgemein eine Ausführungsform des vorliegenden Leiterplattenelements gezeigt, bei dem die Kavitäten 11 bzw. 9, 9' dadurch gebildet werden, dass ein hochstehender, vergleichsweise dünner Rahmen 17 auf die dielektrische Schicht 3, die auf dem Substrat 2 angebracht wurde, aufgedruckt wird. Als Druckverfahren eignen sich dabei beispielsweise Siebdruck, Tintendruck, aber auch Schablonendruck oder dergl. Drucktechniken.

[0060] Im Übrigen ist aus den Fig. 14 und 15 wiederum die bereits strukturierte Leiterlage 4, etwa aus Kupfer, ersichtlich. Weiters wird beim Leiterplattenelement 1 gemäß Fig. 14 und 15 bevorzugt eine Bestückung mit den Komponenten (LED 10, Fotodiode 12) im Nachhinein, nach dem Aufdrucken des Rahmens 17, vorgenommen.

[0061] Zu erwähnen ist zu den Fig. 14 und 15 noch, dass die optische Schicht, d.h. das optische Material 15 (vgl. beispielsweise Fig. 8) nicht dargestellt wurde, um so den Rahmen 17 zu verdeutlichen. Selbstverständlich ist nach Aufdrucken des Rahmens 17, also nach Erreichen des Zustandes wie in den Fig. 14 und 15 gezeigt, noch die Realisierung des Wellenleiters 11' wie vorstehend beschrieben durchzuführen. 6/16

Claims (17)

1. österreichisches Patentamt AT12 749U1 2012-10-15 Ansprüche 1. Leiterplattenelement (1) mit einem Substrat (2), auf dem wenigstens eine dielektrische Schicht (7) angeordnet ist, sowie mit wenigstens einer LED (Leuchtdiode) (10), dadurch gekennzeichnet, dass in der dielektrischen Schicht (7) zumindest eine von der LED (10) wegführende kanalförmige Wellenleiter-Kavität (11) vorgesehen ist, die zu wenigstens einem integrierten lichtempfindlichen, zur Überprüfung der Lichtemission angeordneten Bauelement (12), vorzugsweise einer Fotodiode bzw. einer Fotozelle, führt, wobei die LED (10) vorzugsweise ebenfalls in einer Kavität (9) angeordnet ist, die mit der Wellenleiter-Kavität (11) verbunden ist.
2. 2. Leiterplattenelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleiter-Kavität (11) mit einem optischen Material (15) gefüllt ist.
3. 3. Leiterplattenelement (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite des optischen Materials (15) mit einer reflektierenden Schicht (16), z.B. Lötstopplack, bedeckt ist.
4. 4. Leiterplattenelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände der Wellenleiter-Kavität (11) und bzw. oder ggfs, der LED-Kavität (9) zur Erhöhung der Reflektivität, zur Herstellung von elektrischen Verbindungen und bzw. oder zur Herstellung von Abrundungen oder dergl. insbesondere metallisch, z.B. mit Kupfer oder Gold, ggfs, mit Lötstopplack, beschichtet sind.
5. 5. Leiterplattenelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände der Wellenleiter-Kavität (11) und bzw. oder ggfs, der LED-Kavität (9) schräg ausgebildet sind.
6. 6. Leiterplattenelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das lichtempfindliche Bauelement (12) in einer Kavität (9') der dielektrischen Schicht (7) angebracht ist.
7. 7. Leiterplattenelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das lichtempfindliche Bauelement (12) auf der die Wellenleiter-Kavität (11) aufweisenden Schicht (7) angeordnet ist, wobei die Wellenleiter-Kavität (11) bis unterhalb des Bauelements (12) verläuft.
8. 8. Leiterplattenelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die die Wellenleiter-Kavität (11) aufweisenden Schicht (7) auf einer Wärmeableit-schicht, z.B. aus Aluminium, angebracht ist.
9. 9. Leiterplattenelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) aus wärmeableitendem Material, z.B. aus Aluminium, besteht.
10. 10. Leiterplattenelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleiter-Kavität (11) durch einen auf dem Substrat (2) bzw. einer dielektrischen Schicht (3) aufgedruckten Rahmen (17) begrenzt ist.
11. 11. Verfahren zum Herstellen eines Leiterplattenelements (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem fertig prozessierten Substrat (2; 5), ggfs, einer wärmeabführenden Platte, eine unter Bildung einer länglichen Kavitäts-Öffnung (11), für die Herstellung des kanalförmigen Wellenleiters (11'), vorkonfektionierte Leiterplatten-Schicht (6), z.B. ein Prepreg, aufgebracht wird, wonach in der Öffnung der Wellenleiter (11') und ggfs, die LED (10) und bzw. oder das lichtempfindliche Bauelement (12) angebracht werden.
12. 12. Verfahren zum Herstellen eines Leiterplattenelements (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Substrat (2) eine dielektrische Schicht (7) angebracht wird, in der, z.B. durch Laserstrukturierung und Entfernen definierter Bereiche, oder durch Einpressen, beispielsweise mittels Stempeldruck, eine Kavität (11) zumindest für einen kanalförmigen Wellenleiter (11') angebracht wird. 7/16 österreichisches Patentamt AT12 749U1 2012-10-15
13. 13. Verfahren zum Herstellen eines Leiterplattenelements (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Substrat (2) aus einem Dielektrikum ein Rahmen (17), der eine Kavität (11) umgibt, aufgedruckt wird, z.B. durch Siebdruck, Tintendruck, Schablonendruck oder dergl. Druckverfahren.
14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleiter-Kavität (11), z.B. durch Siebdruck, Rakeln, Inkjet oder dergl., mit einem optischen Material (15) befüllt wird.
15. 15. Verfahren und Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite des optischen Materials (15) mit einer reflektierenden Schicht (16), z.B. Lötstopplack, bedeckt wird.
16. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände der Wellenleiter-Kavität (11) zur Erhöhung der Reflektivität, ggfs, mit Lötstopplack, beschichtet werden.
17. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das lichtempfindliche Bauelement (12) auf der dielektrischen Schicht (7), teilweise die Wellenleiter-Kavität (11) überdeckend, aufgebracht wird. Hierzu 8 Blatt Zeichnungen 8/16