DE102004016847A1 - Light emitting diode array and method of manufacturing a light emitting diode arrangement - Google Patents

Light emitting diode array and method of manufacturing a light emitting diode arrangement

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DE102004016847A1
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Ulrich G. Dipl.-Ing. Keth
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Abstract

Es wird eine Leuchtdiodenanordnung (1) angegeben mit einem Leiterbahnträger (2), der eine elektrische Leiterbahnanordnung (8, 9) aufweist, und mindestens einer Leuchtdiode (3), die mit der Leiterbahnanordnung (8, 9) elektrisch verbunden ist. It is specified with a conductor track carrier (2) having an electrical conductor arrangement (8, 9) comprises a light emitting diode device (1), and at least one light emitting diode (3), which is electrically connected to the interconnect arrangement (8, 9).
Man möchte die Lebensdauer von Leuchtdioden mit höherer Leistung verlängern. One would like to extend the life of LEDs with higher performance.
Hierzu ist vorgesehen, daß auf der der Leuchtdiode (3) gegenüberliegenden Seite des Leiterbahnträgers (2) ein Kühlkörper (6) angeordnet ist und der Leiterbahnträger (2) zwischen der Leuchtdiode (3) und dem Kühlkörper (6) eine Durchgangsöffnung (22) aufweist. For this purpose, it is provided that on the side opposite the light-emitting diode (3) side of the conductor track carrier (2) a cooling body (6) is arranged and has the conductor track carrier (2) between the light-emitting diode (3) and the cooling body (6) has a through opening (22) ,

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Leuchtdiodenanordnung mit einem Leiterbahnträger, der eine elektrische Leiterbahnanordnung aufweist, und mindestens einer Leuchtdiode, die mit der Leiterbahnanordnung elektrisch verbunden ist. The invention relates to a light emitting diode array with a conductor track carrier, which has an electrical conductor path arrangement and at least one light emitting diode which is electrically connected to the interconnect arrangement. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Leuchtdiodenanordnung, bei dem ein Leiterbahnträger mit einem Lötmittel versehen wird, die Leuchtdiode auf den Leiterbahnträger aufgesetzt wird und die Leuchtdiode und der Leiterbahnträger zusammen erhitzt werden. Furthermore, the invention relates to a method for manufacturing a light emitting diode arrangement, in which a conductor track carrier is provided with a solder, the light emitting diode is placed on the strip conductor support and the light-emitting diode and the conductor track carrier are heated together.
  • Leuchtdioden finden zunehmend auch dort Verwendung, wo man bislang herkömmliche Leuchtmittel, beziehungsweise Glühlampen, verwendet hat. LEDs are also increasingly being used in applications where one has been conventional lamps, or bulbs used. Die Lichtstärke von Leuchtdioden ist in den letzten Jahren fortlaufend gesteigert worden, so daß man beispielsweise im Kraftfahrzeugbe reich dazu übergeht, Bremsleuchten oder Fahrtrichtungsanzeiger mit Leuchtdioden auszurüsten. The brightness of LEDs has been increased continuously in recent years, so that it is transitioning rich example in Kraftfahrzeugbe to equip brake lights or direction indicators with LEDs. Leuchtdioden haben gegenüber Glühlampen den Vorteil einer besseren Ausnutzung der zugeführten elektrischen Energie. LEDs have the advantage of better utilization of the supplied electrical energy compared to incandescent bulbs. Darüber hinaus haben sie in der Regel ein geringeres Gewicht und eine längere Lebensdauer. In addition, they have a lower weight and longer life in general.
  • Allerdings arbeiten auch Leuchtdioden nicht völlig verlustfrei. However, LEDs do not work completely lossless. Eine Leuchtdiode, deren Lichtleistung einer Glühlampe mit beispielsweise 100 W entspricht, entwikkelt im Betrieb eine erhebliche Wärmemenge. A light-emitting diode, the light output corresponding to an incandescent lamp for example, 100 W has been developped a significant amount of heat during operation. Diese führt dann relativ schnell zum "thermischen Tod" der Leuchtdiode, wenn man keine Abhilfe schafft. This then leads relatively quickly to the "thermal death" of the LED when one does not help.
  • Damit der Einsatz von Leuchtdioden wirtschaftlich gestaltet werden kann, ist es erforderlich, eine Möglichkeit vorzusehen, die Leuchtdioden auf einfache Weise an dem Leiterbahnträger zu montieren. Thus, the use of light-emitting diodes can be made economically, it is necessary to provide a way to mount the light-emitting diodes in a simple manner to the conductor carrier. Eine bekannte Technik hierfür ist es, den Leiterbahnträger an bestimmten Abschnitten der Leiterbahnanordnung mit einer Lötpaste zu versehen, die Leuchtdiode aufzusetzen und dann zusammen mit der Leiterbahnanordnung zu erhitzen. A known technique for this purpose is to provide the conductor track carrier at certain portions of the conductor path arrangement with a solder paste to place the light-emitting diode and then to heat together with the interconnect arrangement. Die Anschlüsse der Leuchtdiode werden kann mit der Leiterbahnanordnung verlötet. The terminals of the light emitting diode can be soldered to the interconnect arrangement.
  • Diese Herstellungsweise erlaubt es zwar, eine Leuchtdiodenanordnung kostengünstig zu produzieren. This production method allows indeed to produce an LED array cost. Sie schränkt aber die Möglichkeiten erheblich ein, die bestehende Wärme von der Leuchtdiode abzuführen. but it limits the possibilities considerably, remove the existing heat from the LED.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lebensdauer von Leuchtdioden mit höherer Leistung zu verlängern. The invention is based on the objective to extend the life of LEDs with higher performance.
  • Diese Aufgabe wird bei einer Leuchtdiodenanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß auf der der Leuchtdiode gegenüberliegenden Seite des Leiterbahnträgers ein Kühlkörper angeordnet ist und der Leiterbahnträger zwischen der Leuchtdiode und dem Kühlkörper eine Durchgangsöffnung aufweist. This object is achieved with a light emitting diode device of the aforementioned type characterized in that on the side opposite the light-emitting diode side of the conductor track carrier, a heat sink is disposed and the conductor track carrier between the light emitting diode and the heat sink has a passage opening.
  • Mit dieser Ausgestaltung wird einerseits die bisher bekannte Vorgehensweise beim Montieren der Leuchtdioden nicht gestört, dh man kann die Leuchtdiode nach wie vor auf die Oberfläche des Leiterbahnträgers aufsetzen und durch Löten mit der Leiterbahnanordnung verbinden. With this configuration, the previously known approach is not disturbed when mounting the light emitting diodes on one hand, that is, one can put the light-emitting diode remains on the surface of the conductor track carrier and connecting by soldering to the conductor path arrangement. Allerdings wird nun ein Kühlkörper hinzugefügt. However, now a heat sink is added. Der Kühlkörper steht der Montage der Leuchtdiode auf der Leiterbahnanordnung nicht im Wege. The heat sink is not in the way of mounting the LED on the interconnect arrangement. Ein Wärmefluß von der Leuchtdiode zum Kühlkörper wird durch die Durchgangsöffnung möglich, die in dem Leiterbahnträger vorgesehen ist. A heat flow from the LED to the heat sink is possible through the through-opening which is provided in the conductor track carrier. Über den Kühlkörper läßt sich nun eine größere Wärmemenge an die Umgebungsluft abführen, so daß die Verlustwärme nicht zu einer kritischen Temperaturerhöhung führt. Over the heat sink a greater amount of heat can now be dissipate to the ambient air so that the heat loss does not lead to a critical temperature increase.
  • Vorzugsweise sind die Leuchtdiode und der Kühlkörper durch die Durchgangsöffnung des Leiterbahnträgers hindurch wärmeleitend miteinander verbunden. Preferably, the light emitting diode and the heat sink through the through hole of the conductor track carrier therethrough are thermally conductive connected. Dies ist insbesondere bei höheren Leistungen der Leuchtdiode von Vorteil, beispielsweise dann, wenn die Leuchtdiode eine Lichtleistung hat, die derjenigen einer 100 Watt Glühlampe entspricht. This is particularly at higher powers the LED advantageous, for example, when the light emitting diode has a light output equivalent to that of a 100 watt light bulb. In diesem Fall wird durch die wärmeleitende Verbindung der Leuchtdiode mit dem Kühlkörper durch den Leiterbahnträger hindurch eine verbesserte Wärmeabfuhr gewährleistet. In this case, the light emitting diode to the heat sink through the conductor track carrier through improved heat dissipation provided by the heat-conducting connection.
  • Hierbei ist bevorzugt, daß die Leuchtdiode und der Kühlkörper miteinander verlötet oder mit anderen Wärmeleitmitteln verbunden sind. It is preferred that the light emitting diode and the heat sink are brazed together or combined with other thermal interfaces. Eine Lötverbindung läßt sich einfach herstellen. A soldered connection is easy to manufacture. Es ist lediglich erforderlich, daß man ein Lötmittel, beispielsweise eine Lötpaste, die Lötzinn enthält, auf den Kühlkörper aufträgt, die Leuchtdiode auf dieses Lötmittel aufsetzt und den Kühlkörper und die Leuchtdiode zusammen so weit erhitzt, daß das Lötmittel schmilzt und die Lötverbindung hergestellt wird. It is only necessary that one, applying a solder such as a solder paste, containing solder on the heat sink touches the light emitting diode on this solder, and the heat sink and the LED together so far heated, the solder melts and the brazed joint is produced. Hierbei kann man in vorteilhafter Weise zum Auftragen des Lötmittels den gleichen Arbeitsschritt oder Arbeitsgang verwenden, in dem man auch das Lötmittel auf die Leiterbahnanordnung aufträgt. Here, one can use the same working step, or operation in an advantageous manner for applying the solder in the solder applying also to the conductor track arrangement. Wenn man dann die Leuchtdiode mit der Leiterbahnanordnung verlötet und der entsprechend hohen Temperatur aussetzt, wird automatisch auch die wärmeleitende Verbindung zwischen der Leuchtdiode und dem Kühlkörper hergestellt. If one then soldered to the light emitting diode with the interconnect arrangement and the corresponding high temperature exposes the heat conducting connection between the light emitting diode and the heat sink is made automatically. Bei richtiger Dimensionierung der Menge des Lötmittels, das durch die Durchgangsöffnung hindurch auf den Kühlkörper aufgetragen wird, kann man erreichen, daß das Lötmittel die Durchgangsöffnung vollständig oder zumindest nahezu vollständig ausfüllt, so daß der größtmögliche Querschnitt für die Wärmeleitung von der Leuchtdiode zum Kühlkörper zur Verfügung steht. With proper dimensioning of the amount which will pass applied through the through hole to the heat sink of the solder, it can be achieved that the solder fills the through hole completely or at least almost completely, so that the maximum cross-section for heat conduction from the LED to the heat sink available stands. Dieser Wärmeleitungsquerschnitt ergibt sich dann automatisch ohne zusätzliche Maßnahmen, dh der Prozeß zum Herstellen der Leuchtdiodenanordnung kann weitgehend automatisiert werden. This heat conduction cross-section results automatically without additional measures, ie, the process of manufacturing the LED array can be largely automated. Natürlich kann man auch andere Wärmeleitmittel für die Verbindung von Leuchtdiode und Kühlkörper verwenden. Of course you can also use other heat conduction for connecting LED and heat sink.
  • Vorzugsweise ist der Kühlkörper als Flachmaterial ausgebildet. Preferably, the cooling body is formed as flat material. Ein als Flachmaterial ausgebildeter Kühlkörper erhöht die Bauhöhe der Leuchtdiodenanordnung praktisch nicht oder nur unwesentlich. Designed as a flat material heatsink does not increase the height of the LED array practical or only insignificantly. Bei einem Flachmaterial, beispielsweise einem Blech, steht zwar im Prinzip nur eine einzige Wärmeabstrahlfläche zur Verfügung. In a flat material, for example a sheet metal, although in principle is only a single heat radiation is available.
  • Wenn diese Wärmeabstrahlfläche groß genug ist, dann reicht sie aus, um die Wärme im erforderlichen Maße von der Leuchtdiode abzuführen. When this heat radiation is large enough, then it is sufficient to dissipate the heat to the extent required by the LED.
  • Hierbei ist bevorzugt, daß der Kühlkörper aus einem Doppelmetall gebildet ist, das auf seiner dem Leiterbahnträger zugewandten Seite eine Oberfläche aus Kupfer aufweist. It is preferred that the heat sink is formed of a double metal having on its side facing the conductor track carrier side a surface made of copper. Damit wird die Herstellung der Lötverbindung zwischen dem Kühlkörper und der Leuchtdiode erleichtert. Thus making the solder connection between the heat sink and the LED is facilitated. Da auch die Leiterbahnanordnung in der Regel aus Kupfer gebildet ist, zumindest an Anschlußflächen, kann man mit den gleichen Prozeßparametern beim Löten die Lötverbindung zwischen den elektrischen Anschlüssen der Leuchtdiode und der Leiterbahnanordnung und die Lötverbindung zwischen der Leuchtdiode und dem Kühlkörper herstellen. Since the conductor track arrangement is generally formed of copper, at least at pads can be produced with the same process parameters during soldering, the soldered connection between the electrical terminals of the light emitting diode and the interconnect arrangement and the solder joint between the LED and the heat sink. Größere Vorbehandlungen der Kupferschicht sind in der Regel nicht erforderlich. Larger pre-treatment of the copper layer are not usually required. Das Lötmittel verbindet sich erfahrungsgemäß in ausreichender Weise mit der Kupferschicht. The solder connecting experience shows sufficiently with the copper layer.
  • Vorzugsweise weist das Doppelmetall als Hauptkomponente Aluminium auf. Preferably, the double metal as a main component on aluminum. Das Doppelmetall wird also durch Aluminium und Kupfer gebildet, wobei die Kupferschicht vergleichsweise dünn ausgebildet sein kann. The double metal is therefore formed by aluminum and copper, wherein the copper layer may be formed relatively thin. Ein derartiges Doppelmetall ist unter der Handelsbezeichnung "Cupalblech" erhältlich. Such double metal available under the trade name "Cupalblech". Beispielsweise läßt sich ein derartiges Doppelmetall dadurch herstellen, daß man auf ein Aluminiumblech eine Kupferfolie aufwalzt. For example, such a double metal can be produced by reacting aufwalzt on an aluminum sheet, a copper foil. Ein derartiges Doppelmetall weist bei ansonsten gleichen Abmessungen ein geringeres Gewicht als ein reines Kupferblech auf, so daß Einsatz insbesondere bei mobilen Anwendungen erleichtert wird. Such a double metal has, under otherwise identical dimensions on a lower weight than a pure copper sheet, so that use is facilitated especially in mobile applications. Aluminium ist in der Regel preisgünstiger als Kupfer, so daß man die Leuchtdiodenanordnung kostengünstig herstellen kann. Aluminum is cheaper than copper, as a rule, so that one can make the light emitting diode arrangement inexpensive.
  • Vorzugsweise ist die Leiterbahnanordnung von einer Abdeckung abgedeckt, die an Anschlußflächen der Leiterbahnanordnung Öffnungen aufweist. Preferably, the conductor arrangement is covered by a cover, which has on pads of the interconnect arrangement openings. Durch die Öffnungen läßt sich Lötmittel auftragen, das dann beim gemeinsamen Erhitzen von Leuchtdiode und Leiterbahnträger schmilzt und die Lötverbindung zwischen der Leuchtdiode und der Leiterbahnanordnung herstellt. Through the openings to solder may be applied, which then melts during joint heating of light-emitting diode and conductor track carrier and makes the solder joint between the LED and the conductor arrangement. Selbstverständlich ist die Abdeckung auch im Bereich der Durchgangsöffnung unterbrochen, so daß man mit dem Auftragen des Lötmittels auf die Leiterbahnanordnung auch das Lötmittel auf den Kühlkörper auftragen kann. Of course, the cover is also interrupted in the area of ​​the through hole, so that one also can apply the solder to the heat sink with the application of solder to the conductor arrangement.
  • Vorzugsweise sind der Leiterbahnträger und der Kühlkörper miteinander verklebt. Preferably, the conductor track carrier and the heat sink are glued together. Dies erleichtert die Herstellung weiter. This further facilitates the production. Man kann den Leiterbahnträger und den Kühlkörper in einem vorgeschalteten Produktionsschritt miteinander verbinden. You can connect the conductor carrier and the heat sink in an upstream production step. Hierzu wird einfach ein Klebemittel auf den Leiterbahnträger und/oder den Kühlkörper aufgebracht. For this purpose, an adhesive is simply applied to the conductor carrier and / or the heat sink. Durch Anlegen des Kühlkörpers am Leiterbahnträger erfolgt dann die Verbindung. then the connection is accomplished by applying the cooling body on the conductor track carrier. Dies hat den Vorteil, daß die Lötverbindung zwischen der Leuchtdiode und dem Kühlkörper keine Haltekräfte mehr übertragen muß. This has the advantage that the solder joint between the LED and the heat sink must transmit no more retention forces. Diese Haltekräfte werden vielmehr durch die Klebeverbindung zwischen dem Leiterbahnträger und dem Kühlkörper aufgebracht. These holding forces are applied rather by the adhesive bond between the strip conductor support and the heat sink. Die Lötverbindung zwischen dem Kühlkörper und der Leuchtdiode kann dann ausschließlich auf die Wärmeübertragung von der Leuchtdiode an die Umgebungsluft hin dimensioniert werden. The soldered connection between the heat sink and the light emitting diode can then be dimensioned only to the transfer of heat from the light emitting diode to the ambient air.
  • Vorzugsweise ist der Leiterbahnträger flexibel ausgebildet, und der Kühlkörper ist flächenmäßig auf einen vorbestimmten Bereich in der Umgebung der Leuchtdiode begrenzt. Preferably, the conductor track carrier is flexible, and the heat sink is geographically limited to a predetermined range in the vicinity of the light emitting diode. Die Verwendung des Kühlkörpers verschlechtert also die Flexibilität des Leiterbahnträgers nur unwesentlich. Thus, the use of the heat sink to deteriorate the flexibility of the conductor track carrier only slightly. Man hat daher ausreichende Freiheiten bei der Gestaltung einer Leuchte, beispielsweise einer Bremsleuchte oder einer Blinkerleuchte, ohne auf die Form des Leiterbahnträgers festgelegt zu sein. Therefore, one has sufficient freedom in the design of a luminaire, such as a brake light or turn signal lamp without being set to the shape of the conductor track carrier.
  • Bevorzugterweise ist zwischen Kühlkörpern benachbarter Leuchtdioden jeweils ein Abstand vorhanden, dessen Länge mindestens der Länge eines Kühlkörpers entspricht. Preferably, in each case there is a distance between the cooling bodies of adjacent light-emitting diodes, whose length corresponds to at least the length of a cooling body. Vorzugsweise entspricht die Länge etwa der Länge eines Kühlkörpers. Preferably, the length approximately equal to the length of a cooling body. Damit werden zwei Vorteile erreicht. Thus, two advantages. Zum einen stören sich die Kühlkörper thermisch nicht. First, the heat sink thermally not interfere. Mit anderen Worten ist eine ausreichende Wärmeabgabe auch dann möglich, wenn man mehrere Leuchtdioden auf dem gleichen Leiterbahnträger verwendet. In other words, sufficient heat dissipation is possible even when using several LEDs on the same conductor carrier. Zum anderen ist damit sichergestellt, daß der Leiterbahnträger seine Flexibilität behält. Secondly, in order to ensure that the conductor carrier retains its flexibility.
  • Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß man einen Leiterbahnträger verwendet, der im Bereich der Leuchtdiode eine Durchgangsöffnung aufweist und von der der Leuchtdiode gegenüberliegenden Seite einen Kühlkörper im Bereich der Durchgangsöffnung montiert. The object is achieved with a method of the type mentioned at the outset, that one uses a conductor carrier having a passage opening in the area of ​​the light-emitting diode and of the side opposite the light-emitting diode side mounted a heat sink in the region of the passage opening.
  • Wie oben im Zusammenhang mit der Leuchtdiodenanordnung ausgeführt, ist es auf diese Weise möglich, die bekannte und bewährte Herstellungsmethode für die Leuchtdiodenanordnung beizubehalten, dh ein Lötmittel auf den Leiterbahnträger aufträgt, die Leuchtdiode aufsetzt und dann die Leuchtdiode mit dem Leiterbahnträger zusammen auf eine Löttemperatur erhitzt. As stated above in connection with the LED arrangement, it is possible in this way to maintain the known and proven production method for the light emitting diode device, ie a solder applying to the conductor carrier, touches the LED and then heating the LED with the conductor carrier together to a soldering temperature. Da der Kühlkörper von der gegenüberliegenden Seite an den Leiterbahnträger angesetzt wird, stört er diese Herstellungsmethode nicht. Since the heat sink is attached from the opposite side of the conductor carrier, it does not interfere this preparation method. Die Durchgangsöffnung im Leiterbahnträger stellt sicher, daß der Leiterbahnträger die Wärmeabfuhr von der Leuchtdiode nicht behindert, sondern einen ausreichenden Wärmeübergang von der Leuchtdiode zum Kühlkörper stattfinden kann. The passage opening in the conductor track carrier ensures that the conductor track carrier does not hinder the heat dissipation from the light-emitting diode, but may take place a sufficient heat transfer from the LED to the heat sink.
  • Hierbei ist bevorzugt, daß man den Kühlkörper und den Leiterbahnträger zusammenführt, den Kühlkörper durch die Durchgangsöffnung hindurch mit Lötmittel versieht und durch Erhitzen die Leuchtdiode mit dem Kühlkörper verlötet oder einen ähnlichen Wärmeübergang schafft. It is preferred that one brings together the heat sink and the conductor track carrier, provides the heat sink through the through-aperture with solder and soldered by heating the light emitting diode to the heat sink or provides a similar heat transfer. Das Lötmittel stellt dann eine hervorragende wärmeleitende Verbindung zwischen der Leuchtdiode und dem Kühlkörper her. The solder then produces an excellent heat-conducting connection between the light emitting diode and the heat sink. Die Herstellung dieser wärmeleitenden Verbindung ist relativ einfach, weil man die Leuchtdiodenanordnung aus Leuchtdiode und Leiterbahnträger ohnehin auf eine Löttemperatur erhitzen muß. The preparation of these heat-conductive connection is relatively simple, because you have to heat up to a soldering temperature, the light emitting diode array of light-emitting diode and conductor carrier anyway. Das Lötmittel kann bei richtiger Dimensionierung seiner Menge die Durchgangsöffnung vollständig oder zumindest nahezu vollständig ausfüllen, so daß die optimale Querschnittsfläche für den Wärmeübergang von der Leuchtdiode zum Kühlkörper gewährleistet wird. The solder can fill the through hole completely or at least almost completely correct dimensioning of its quantity, so that the optimum cross-sectional area for the transfer of heat from the light emitting diode is ensured to the heat sink. Ein zusätzlicher Arbeitsschritt ist also für die Verbindung zwischen der Leuchtdiode und dem Kühlkörper nicht erforderlich, so daß das Herstellungsverfahren kostengünstig bleibt. An additional step is therefore for the connection between the light emitting diode and the heat sink is not required, so that the manufacturing process remains inexpensive.
  • Hierbei ist bevorzugt, daß man das Lötmittel auf den Leiterbahnträger und auf den Kühlkörper in einem Arbeitsgang aufträgt. It is preferred that applying the solder to the conductor track carrier and to the cooling body in a single operation. Zum Auftragen des Lötmittels wird vielfach eine Schablone verwendet, beispielsweise dann, wenn das Lötmittel durch eine gängige Lötpastenschablone aufgetragen wird. For the application of the solder, a template is often used, for example, when the solder is applied by a common Lötpastenschablone. Es führt praktisch zu keinem erhöhten Aufwand, wenn man im Zuge des Auftrags des Lötmittels auf die Leiterbahnanordnung ein zusätzliches "Loch" frei läßt, durch das auch Lötmittel in die Durchgangsöffnung gelangen kann. It performs virtually no increased effort when allowed as part of the job of the solder-free to the interconnect arrangement, an additional "hole" through which also solder may enter the through-hole. Auch für das Auftragen des Lötmittels sind also keine zusätzlichen Arbeitsschritte erforderlich, so daß man das Verfahren nach wie vor kostengünstig gestalten kann. So also for the application of solder no additional steps are required so that you can make the process cost remains.
  • Auch ist von Vorteil, wenn man den Leiterbahnträger und den Kühlkörper miteinander verklebt. It is also advantageous if one glues the conductor carrier and the heat sink together. In diesem Fall kann man den Kühlkörper am Leiterbahnträger fixieren, bevor man die restlichen Herstellungsschritte durchführt. In this case, you can fix the heat sink on the conductor carrier, before carrying out the remaining manufacturing steps. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, daß die Lötverbindung zwischen der Leuchtdiode und dem Kühlkörper mechanisch keine Kräfte mehr aufnehmen muß. This has the additional advantage that the solder joint between the LED and the heat sink must not absorb more mechanical forces. Die mechanischen Haltekräfte werden vielmehr durch die Klebeverbindung aufgenommen. The mechanical holding forces are absorbed rather by the adhesive bond. Beim Herstellen wird die gegenseitige Ausrichtung von Leuchtdiode und Kühlkörper ohne zusätzliche Maßnahmen beibehalten, dh man kann die bisher bekannten Techniken zur Montage der Leuchtdiode auf dem Leiterplattenträger beibehalten. In preparing the mutual alignment of light-emitting diode and the heat sink without additional measures will be maintained, that one can retain the previously known techniques for mounting the LED on the printed circuit board carrier.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung erläutert. The invention is explained below with reference to a preferred embodiment in conjunction with the drawings. Hierin zeigen: The drawings are:
  • 1 1 eine schematische Darstellung einer Leuchtdiodenanordnung und a schematic representation of an LED array and
  • 2 2 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils der Leuchtdiodenanordnung. an enlarged sectional view of part of the LED array.
  • 1 1 zeigt eine Leuchtdiodenanordnung shows a LED arrangement 1 1 mit einem Leiterbahnträger with a conductor track carrier 2 2 , auf dem mehrere Leuchtdioden On which several light-emitting diodes 3 3 angeordnet sind. are arranged. Die Leuchtdioden the LEDs 3 3 weisen dabei einen sogenannten Leuchtstein in this case have a so-called light stone 4 4 auf, der als eigentliche Lichtquelle fungiert, und ein Gehäuse on, which acts as the actual light source, and a housing 5 5 , das in der Regel aus Keramik gebildet ist. Which is generally formed from ceramic.
  • Leuchtdioden arbeiten zwar mit einem relativ großen Wirkungsgrad. Although LEDs are working with a relatively high degree of efficiency. Mit zunehmender Leistung der Leuchtdiode With increasing power of the light emitting diode 3 3 steigt aber auch ihre Verlustleistung. but also increases its power dissipation. Diese Verlustleistung wird in Wärme umgewandelt und führt zu einer Temperaturerhöhung der Leuchtdiode This power loss is converted into heat and results in a temperature increase of the light-emitting diode 3 3 , die zum "thermischen Tod" führen kann. Can lead to the "thermal death". Um die Wärme an die Umgebung abgeben zu können, ist daher für jede Leuchtdiode In order to dissipate the heat to the environment, therefore, is for each LED 3 3 ein Kühlkörper a heat sink 6 6 vorgesehen. intended.
  • Das Zusammenwirken von Leuchtdiode The interaction of light-emitting diode 2 2 und Kühlkörper and heat sink 6 6 soll anhand von should show by 2 2 näher erläutert werden. are explained in detail.
  • Der Leiterbahnträger The conductor carrier 2 2 weist mehrere Schichten auf, nämlich eine flexible Folie includes a plurality of layers, namely a flexible film 7 7 , beispielsweise aus Polyimid, auf die Leiterbahnen Such as polyimide on the conductor tracks 8 8th , . 9 9 aus Kupfer aufgebracht sind. are applied from copper. Die Leiterbahnen The interconnects 8 8th , . 9 9 bilden eine Leiter bahnanordnung. form a web assembly conductors. Diese Leiterbahnanordnung ist durch eine Abdeckfolie This interconnect arrangement is by a cover 10 10 oder einen Lack abgedeckt. or a paint covered. Die Abdeckfolie the cover 10 10 oder der Lack weist Öffnungen or the paint has openings 11 11 , . 12 12 auf, durch die hindurch Anschlußflächen on through which pads 13 13 , . 14 14 der Leiterbahnanordnung the interconnect arrangement 8 8th , . 9 9 zugänglich sind. are accessible.
  • Die Leuchtdiode The LED 3 3 weist Kontaktflächen has contact surfaces 15 15 , . 16 16 auf, die über ein Lot on which a Lot 17 17 , . 18 18 mit den Anschlußflächen to the lands 13 13 , . 14 14 der Leiterbahnanordnung the interconnect arrangement 8 8th , . 9 9 verbunden ist. connected is. Das Aufbringen des Lots wird weiter unten erläutert. The application of the solder will be explained below.
  • Der Kühlkörper The heatsink 6 6 ist über eine Klebemittelschicht is an adhesive layer 19 19 mit dem Leiterbahnträger with the conductor track carrier 2 2 verbunden. connected. Der Kühlkörper The heatsink 6 6 ist als Doppelmetall ausgebildet, der im wesentlichen aus Aluminium is a double metal consisting essentially of aluminum 20 20 gebildet ist. is formed. Das Aluminium the aluminum 20 20 ist an seiner dem Leiterbahnträger is on its side facing the conductor carrier 2 2 zugewandten Oberfläche mit einer relativ dünnen Kupferschicht facing surface with a relatively thin copper layer 21 21 versehen. Provided. Diese Kupferschicht This copper layer 21 21 kann beispielsweise durch einen dünne Kupferfolie gebildet sein, die auf das Aluminium may be formed for example by a thin copper foil to the aluminum 20 20 aufgewalzt ist. is rolled on. Andere Verbindungen, beispielsweise Aufdampfen oder eine elektrochemische Abscheidung von Kupfer auf Aluminium sind natürlich ebenfalls möglich. Other compounds, such as vapor deposition or electrochemical deposition of copper on aluminum are of course also possible.
  • Der Leiterbahnträger The conductor carrier 2 2 weist im Bereich der Leuchtdiode has in the region of the light-emitting diode 3 3 eine Durchgangsöffnung a through hole 22 22 auf. on. Diese Durchgangsöffnung This passage opening 22 22 durchsetzt auch die Klebemittelschicht also passes through the adhesive layer 19 19 , so daß ein Kontaktbereich So that a contact area 23 23 der Kupferschicht the copper layer 21 21 frei zur Leuchtdiode free of light-emitting diode 3 3 hin liegt. is back. Die Leuchtdiode The LED 3 3 weist in der Ebene, in der auch die Kontaktflächen has, in the plane in which the contact surfaces 15 15 , . 16 16 liegen, eine Metallfläche There, a metal surface 24 24 auf. on. Der Raum, der durch die Metallfläche The space defined by the metal surface 24 24 , die Kupferoberfläche , The copper surface 21 21 und die Durchgangsöffnung and the through hole 22 22 begrenzt ist, ist von einem Lot is limited, is of a Lot 25 25 aus gefüllt. from filled. Das Lot the Lot 25 25 bildet eine wärmeleitende Verbindung von der Leuchtdiode forming a heat-conducting connection of the light emitting diode 3 3 zum Kühlkörper to the heat sink 6 6 . ,
  • Wie aus as from 1 1 zu erkennen ist, ist jeder Leuchtdiode can be seen, each light-emitting diode 3 3 ein Kühlkörper a heat sink 6 6 zugeordnet. assigned. Zwischen den einzelnen Kühlkörpern Between the individual heat sinks 6 6 ist ein Abstand a vorhanden, der ungefähr der Länge a is a distance exists which is approximately the length 2 2 eines Kühlkörpers a heat sink 6 6 entspricht. equivalent. Dadurch wird gewährleistet, daß die Leuchtdiodenanordnung This ensures that the LED arrangement 1 1 eine gewisse Flexibilität behält, die durch den flexiblen Leiterbahnträger some flexibility reserves, which by the flexible conductor carrier 2 2 vorgegeben ist. is predetermined. Zudem wird gewährleistet, daß jeder Kühlkörper In addition, it is ensured that each heatsink 6 6 genügend Umgebung hat, um die Wärme der Leuchtdiode has enough environment to the warmth of the light-emitting diode 3 3 abgeben zu können. to submit.
  • Die Herstellung einer derartigen Leuchtdiodenanordnung The production of such a light emitting diode arrangement 1 1 läßt sich wie folgt beschreiben: can be described as follows:
    Zunächst wird der Kühlkörper First, the heat sink 6 6 mit dem Leiterbahnträger with the conductor track carrier 2 2 verbunden. connected. Der Leiterbahnträger The conductor carrier 2 2 kann zu diesem Zweck bereits mit der Klebemittelschicht can for this purpose already with the adhesive layer 19 19 versehen sein, die von einer nicht näher dargestellten Schutzfolie abgedeckt ist. be provided, which is covered by a not shown protective sheet. Vor dem Verbinden des Kühlkörpers Prior to connecting the heat sink 6 6 mit dem Leiterbahnträger with the conductor track carrier 2 2 wird diese Schutzfolie entfernt. this protective film is removed.
  • Sobald der Leiterbahnträger Once the conductor carrier 2 2 mit dem Kühlkörper with the heatsink 6 6 oder den Kühlkörpern or the heat sinks 6 6 versehen ist, wird er mit Lötmittel beschichtet. is provided, it is coated with solder. Diese Beschichtung erfolgt beispielsweise mit Hilfe einer Lötpastenschablone, wobei dieses Verfahren so gestaltet ist, daß Lötmittel nur durch die Öffnungen This coating is carried out, for example, by means of a Lötpastenschablone, which method is designed so that only solder through the openings 11 11 , . 12 12 auf die Anschlußflächen on the pads 13 13 , . 14 14 und durch die Durchgangsöffnung and through the through opening 22 22 auf die Kupferschicht on the copper layer 21 21 des Kühlkörpers the heat sink 6 6 gelangt. arrives. Gegebenenfalls wird in den Bereich, den die Durchgangsöffnung Where appropriate, the area that the passage opening 22 22 umgrenzt, eine größere Menge an Lötmittel eingegeben. delimited, entered a larger amount of solder. Das Lötmittel kann beispielsweise durch eine Lötpaste gebildet sein, die eine ausreichende Menge an Lötzinn enthält. The solder may be formed for example by a solder paste which contains a sufficient amount of solder.
  • Auf den mit Lötmittel versehenen Leiterbahnträger On a duly solder conductor carrier 2 2 wird dann die Leuchtdiode then the LED 3 3 aufgesetzt. placed. Die Leuchtdiode The LED 3 3 wird mit dem Leiterbahnträger is with the conductor track carrier 2 2 und den daran befestigten Kühlkörpern and the attached heat sinks 6 6 erhitzt, beispielsweise in einem Tunnelofen. heated, for example in a tunnel oven. Die Anordnung aus Leuchtdiode The arrangement of light-emitting diode 3 3 , Leiterbahnträger , Conductor carrier 2 2 und Kühlkörper and heat sink 6 6 wird dabei auf eine Löttemperatur erhitzt, bei der das Lötmittel fließfähig wird. is heated to a brazing temperature at which the solder is flowable. Bei dieser Temperatur verbindet daher einerseits das Lötmittel At this temperature, therefore, on the one hand connects the solder 17 17 , . 18 18 die Anschlußflächen the pads 13 13 , . 14 14 mit den Kontaktflächen with the contact surfaces 15 15 , . 16 16 der Leuchtdiode the light emitting diode 3 3 und andererseits das Lötmittel and on the other hand, the solder 25 25 die Metallfläche the metal surface 24 24 mit dem Kontaktbereich with the contact portion 23 23 der Kupferschicht the copper layer 21 21 des Kühlkörpers the heat sink 6 6 . ,
  • Nachdem sowohl der Lötmittelauftrag auf die Kontaktflächen After both the Lötmittelauftrag to the contact surfaces 13 13 , . 14 14 und in die Durchgangsbohrung and in the through bore 22 22 gleichzeitig erfolgt, als auch das Verlöten der Kontakte takes place simultaneously, and the soldering of the contacts 15 15 , . 16 16 der Leuchtdiode mit der Leiterbahnanordnung the light emitting diode with the interconnect arrangement 8 8th , . 9 9 sowie die Herstellung der wärmeleitenden Verbindung zwischen der Leuchtdiode as well as the preparation of the heat-conducting connection between the light emitting diode 3 3 und dem Kühlkörper and the heat sink 6 6 , sind keine zusätzlichen Bearbeitungsschritte erforderlich, um eine Leuchtdiodenanordnung No additional processing steps are required to have a light emitting diode array 1 1 herzustellen, die eine ausreichende Wärmeabfuhrmöglichkeit für die von der Leuchtdiode establish that a sufficient heat dissipation possibility for those of the light emitting diode 3 3 produzierte Verlustwärme beinhaltet. Waste heat produced contains. Man kann also mit relativ geringen Modifikationen eine SMD-Technik (SMD = surface mounted device) verwenden, um die Leuchtdiode Thus, one can with relatively minor modifications to a SMD technology (SMD = surface mounted device) use to the light emitting diode 1 1 sowohl elektrisch zu montieren als auch die Wärmeabfuhr über den Kühlkörper both to mount electrical and heat dissipation through the heat sink 6 6 sicherzustellen. sure.
  • Der Kühlkörper The heatsink 6 6 kann durch ein Blech gebildet sein, das im Handel unter der Bezeichnung "Cupalblech" er hältlich ist. can be formed by a metal sheet, which he is hältlich commercially under the name "Cupalblech". Ein derartiges Blech wird vielfach im Blitzschutz und im Hochspannungsbereich verwendet. Such a sheet is widely used in lightning protection and in the high voltage range. Es ist daher zu vertretbaren Preisen am Markt verfügbar. Therefore, it is available at reasonable prices in the market. Da es zu einem großen Teil aus Aluminium besteht, ist sein Gewicht kleiner als das Gewicht eines reinen Kupferblechs gleicher Größe. Since it is to a large extent made of aluminum, its weight is less than the weight of a pure copper sheet of the same size. Insbesondere dann, wenn die Leuchtdiodenanordnung Especially if the LED array 1 1 bei einer mobilen Anwendung, beispielsweise im Kraftfahrzeug, verwendet werden soll, hat diese Gewichtsreduzierung erhebliche Vorteile. to be used in a mobile application, for example in the motor vehicle, this weight reduction has significant advantages.

Claims (13)

  1. Leuchtdiodenanordnung mit einem Leiterbahnträger, der eine elektrische Leiterbahnanordnung aufweist, und mindestens einer Leuchtdiode, die mit der Leiterbahnanordnung elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet , daß auf der der Leuchtdiode ( Light emitting diode array with a conductor track carrier, which has an electrical conductor path arrangement and at least one light emitting diode which is electrically connected to the conductor path arrangement, characterized in that on the light-emitting diode ( 3 3 ) gegenüberliegenden Seite des Leiterbahnträgers ( ) Opposite side of the conductor track carrier ( 2 2 ) ein Kühlkörper angeordnet ist und der Leiterbahnträger ( ), A heat sink is disposed (the conductor track carrier 2 2 ) zwischen der Leuchtdiode ( ) (Between the light emitting diode 3 3 ) und dem Kühlkörper ( ) And the heat sink ( 6 6 ) eine Durchgangsöffnung aufweist. ) Has a through opening.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdiode ( Arrangement according to claim 1, characterized in that the light-emitting diode ( 3 3 ) und der Kühlkörper ( ) And the heat sink ( 6 6 ) durch die Durchgangsöffnung ( ) (Through the through opening 22 22 ) des Leiterbahnträgers ( () Of the conductor track carrier 2 2 ) hindurch wärmeleitend miteinander verbunden sind. ) Are thermally conductively connected with each other therethrough.
  3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdiode ( Arrangement according to claim 2, characterized in that the light-emitting diode ( 3 3 ) und der Kühlkörper ( ) And the heat sink ( 6 6 ) miteinander verlötet oder mit anderen Wärmeleitmitteln verbunden sind. ) Are soldered together or combined with other thermal interfaces.
  4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper ( Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the heat sink ( 6 6 ) als Flachmaterial ausgebildet ist. ) Is formed as flat material.
  5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper ( Arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the heat sink ( 6 6 ) aus einem Doppelmetall gebildet ist, das auf seiner dem Leiterbahnträger zugewandten Seite eine Oberfläche aus Kupfer ( ) Is formed of a double metal having a surface of copper (on its side facing the conductor track carrier side 21 21 ) aufweist. ) having.
  6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Doppelmetall als Hauptkomponente Aluminium ( Arrangement according to claim 5, characterized in that the double metal (aluminum as the main component 20 20 ) aufweist. ) having.
  7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnanordnung ( Arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the conductor track arrangement ( 8 8th , . 9 9 ) von einer Abdeckung ( ) (By a cover 10 10 ) abgedeckt ist, die an Anschlußflächen ( is covered), the (at terminal surfaces 13 13 , . 14 14 ) der Leiterbahnanordnung ( () Of the interconnect arrangement 8 8th , . 9 9 ) Öffnungen ( ) Openings ( 11 11 , . 12 12 ) aufweist. ) having.
  8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterbahnträger ( Arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the conductor track carrier ( 2 2 ) und der Kühlkörper miteinander verklebt sind. ) And the heat sink are glued together.
  9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterbahnträger ( Arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the conductor track carrier ( 2 2 ) flexibel ausgebildet ist und der Kühlkörper ( ) Is flexible and (the heatsink 6 6 ) flächen mäßig auf einen vorbestimmten Bereich in der Umgebung der Leuchtdiode ( ) Surfaces moderately to a predetermined range in the vicinity of the light emitting diode ( 2 2 ) begrenzt ist. ) Is limited.
  10. Verfahren zum Herstellen einer Leuchtdiodenanordnung, bei dem ein Leiterbahnträger mit einem Lötmittel versehen wird, die Leuchtdiode auf den Leiterbahnträger aufgesetzt wird und die Leuchtdiode und der Leiterbahnträger zusammen erhitzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Leiterbahnträger verwendet, der im Bereich der Leuchtdiode eine Durchgangsöffnung aufweist und von der der Leuchtdiode gegenüberliegenden Seite einen Kühlkörper im Bereich der Durchgangsöffnung montiert. A method of manufacturing an LED array, in which a conductor track carrier is provided with a solder, the light emitting diode is placed on the strip conductor support and the light-emitting diode and the conductor track carrier are heated together, characterized in that one uses a conductor carrier having a passage opening in the area of ​​the light-emitting diode and from the opposite side of the light-emitting diode mounted a heat sink in the region of the passage opening.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man den Kühlkörper und den Leiterbahnträger zusammenführt, den Kühlkörper durch die Durchgangsöffnung hindurch mit Lötmittel versieht und durch Erhitzen die Leuchtdiode mit dem Kühlkörper verlötet oder einen ähnlichen Wärmeübergang schafft. A method according to claim 10, characterized in that brings together the heat sink and the conductor track carrier, provides the heat sink through the through-aperture with solder and soldered by heating the light emitting diode to the heat sink or provides a similar heat transfer.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man das Lötmittel auf den Leiterbahnträger und auf den Kühlkörper in einem Arbeitsgang aufträgt. A method according to claim 11, characterized in that applying the solder to the conductor track carrier and to the cooling body in a single operation.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man den Leiterbahnträger und den Kühlkörper miteinander verklebt. Method according to one of claims 10 to 12, characterized in that bonded to the conductor track carrier and the heat sink to each other.
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