DE102007004807A1 - LED for use in electronic printed circuit board, has stand connected integrally with lens and extending in direction, which exhibits direction portion, which is aligned in direction of semiconductor chip - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Licht emittierende Einrichtung, bei der ein zur Aussendung von Licht geeignetes Halbleiterbauelement relativ zu einem Trägerelement befestigt ist. Ein optischer Körper führt das vom Halbleiterbauelement ausgesandte Licht.The The invention relates to a light-emitting device in which a suitable for emitting light semiconductor device relative to a support element is attached. An optical body does that emitted by the semiconductor device light.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Herkömmliche Licht emittierenden Einrichtungen (light emitting device – LED) weisen einen Halbleiterchip auf, in dem entsprechende Halbleiterstrukturen realisiert sind, die bei Anlegen einer Versorgungsspannung Licht aussenden können. Das ausgesandte Licht umfasst Strahlung, die sowohl im sichtbaren Spektrum als auch im nicht sichtbaren Spektrum liegen kann. Der Halbleiterchip ist meist in einem Reflektor positioniert, so dass ein möglichst hoher Anteil der erzeugten Lichtenergie zur Abstrahlung in Wirkrichtung zur Verfügung steht. Um die LED auf einer elektronischen Platine anzuordnen, ist der Reflektor entsprechend SMD-fähig (surface mounted device – SMD) ausgebildet. Die Unterseite des SMD-Reflektorgehäuses wird auf der Platine angeordnet, und die Stromzuführungsanschlüsse werden mit entsprechenden Leitungen auf der Platine verbunden.conventional Light-emitting devices (LED) have a semiconductor chip, in the corresponding semiconductor structures are realized, the light when applying a supply voltage can send out. The emitted light includes radiation that is visible both in the visible Spectrum as well as in the non-visible spectrum can be. Of the Semiconductor chip is usually positioned in a reflector, so that the highest possible Proportion of the generated light energy for radiation in direction of action to disposal stands. To arrange the LED on an electronic board is the reflector according to SMD-capable (surface mounted device - SMD) educated. The underside of the SMD reflector housing is placed on the board, and the power supply connections are with corresponding lines connected to the board.
Zur Formung des vom Halbleiterchips erzeugten Lichtstrahls dient ein optischer Körper, dessen optisch aktive Zone beispielsweise eine Strahlbündelung und Fokussierung oder eine Strahlaufweitung bewirken kann. Je nach Form des optischen Körpers sind auch andere Beeinflussungen des vom Halbleiter chip abgestrahlten Lichts zur Erzeugung einer entsprechend gewünschten Form des abgestrahlten Lichtstrahls möglich. In den meisten Fällen ist der optisch aktive Bereich des optischen Körpers als fokussierende konvexe oder strahlaufweitende konkave, jeweils rotationssymmetrische Linse ausgebildet. Die Linse ist vom Halbleiterchip entsprechend der optischen Notwendigkeit beabstandet angeordnet.to Forming the light beam generated by the semiconductor chip is used optical body, its optically active zone, for example, a beam and focusing or beam broadening. Depending on Shape of the optical body are also other influences of the emitted from the semiconductor chip Light to generate a corresponding desired shape of the radiated Light beam possible. In most cases it is the optically active region of the optical body as focusing convex or jet-expanding concave, in each case rotationally symmetrical lens educated. The lens is of the semiconductor chip according to the optical Necessity arranged at a distance.
Der Reflektor hat einerseits die Funktion eines Gehäuses, das die Anordnung vor äußeren Einflüssen schützt und der mechanischen Integration dient. Außerdem reflektiert die dem Halbleiterchip zugewandte Oberfläche des Gehäuses die vom Halbleiterchip ausgestrahlte elektromagnetische Strahlung und leitet diese zum optischen Körper weiter. Der Raum zwischen dem optischen Körper, der genannten Reflektoroberfläche und dem Halbleiterchip ist mit einer Vergussmasse gefüllt, die unter anderem der optischen Anpassung des Strahlungswegs zwischen Halbleiterchip, Reflektor und optischem Körper dient.Of the Reflector on the one hand has the function of a housing that protects the assembly from external influences and the mechanical integration is used. It also reflects that Semiconductor chip facing surface of the housing the electromagnetic radiation emitted by the semiconductor chip and directs these to the optical body further. The space between the optical body, the said reflector surface and the semiconductor chip is filled with a potting compound, the among other things, the optical adaptation of the radiation path between Semiconductor chip, reflector and optical body is used.
Der optische Körper wird herkömmlicherweise separat vorgefertigt und bei der Assemblierung der LED in den Reflektor eingesetzt. Problematisch ist hierbei die lagerichtige Positionierung des optischen Körpers. Einerseits ist der erforderliche Abstand zwischen Halbleiterchip und optischem Körper einzuhalten, damit die gewünschten optischen Eigenschaften der LED erreicht werden. Andererseits muss der laterale Versatz zwischen Reflektor, Halbleiterchip und optischen Körper innerhalb der vorgegebenen Spezifikation liegen. Es ist also wünschenswert, dass die Positionierung des optischen Körpers lagemäßig bezüglich der übrigen Elemente der LED gewisse Vorgaben einhält.Of the optical body becomes conventional pre-fabricated separately and when assembling the LED in the reflector used. The problem here is the correct position positioning of the optical body. On the one hand, the required distance between the semiconductor chip and optical body, with it the desired ones optical properties of the LED can be achieved. On the other hand must the lateral offset between reflector, semiconductor chip and optical body within the given specification. So it is desirable that the positioning of the optical body is positional relative to the remaining elements of the LED Complies with specifications.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Eine Ausführung der Licht emittierenden Einrichtung ist in Patentanspruch 1 angegeben.A execution the light-emitting device is specified in claim 1.
Durch mindestens ein Stützelement, das beispielsweise ein Standfuß sein kann, der einstückig mit dem optischen Körper verbunden ist, kann der Abstand zwischen Halbleiterchip und optischem Körper im gewünschten Toleranzbereich festgelegt werden. Der Standfuß oder mehrere Standfüße können einerseits innerhalb der Kontur des aktiven Bereichs, beispielsweise der Linsenkontur des optischen Körpers, mit dem optischen Körper verbunden sein oder können außerhalb dieser Linsenkontur mit dem optischen Körper verbunden sein. Wenn man eine Projektionsfläche des optischen Körpers beispielsweise parallel zum Halbleiterbauelement betrachtet, dann können die Standfüße innerhalb der Projektionsfläche des optisch aktiven Bereichs des optischen Körpers liegen oder außerhalb.By at least one support element, for example, be a stand can, who integrally with the optical body is connected, the distance between the semiconductor chip and optical body in the desired Tolerance range are set. The pedestal or several feet can on the one hand within the contour of the active area, for example the lens contour the optical body, with the optical body be connected or can outside this lens contour to be connected to the optical body. If a projection screen of the optical body For example, considered parallel to the semiconductor device, then the Feet inside the projection surface the optically active region of the optical body lie or outside.
Wenn beispielsweise der Reflektor eine rechteckförmige, im speziellen Fall etwa quadratische, Aussparung umschließt, innerhalb deren der optische Körper zu positionieren ist und innerhalb deren auch der Halbleiterchip und die Vergussmasse angeordnet sind, dann können die Standfüße in der Nähe der Ecken des Rechtecks bzw. Quadrats angeordnet werden. Die Standfüße bilden daher einen Verdrehschutz gegen lagefalsche und Positionierungshilfe für lagerichtige Positionierung des optischen Körpers. Im Besonderen kann die Linse rotationssymmetrisch ausgebildet sein, und die Standfüße setzen außerhalb der optisch aktiven Linsenkontur an und ragen in die Ecken der Reflektoraussparung hinein. Der verfügbare Raum ist gut ausgenutzt. Diese Ausführung dient als Verdrehschutz bzw. zur Führung der lagerichtig optimalen Positionierung der Linse innerhalb des Reflektors und relativ zu Reflektor und Halbleiterchip.If For example, the reflector is a rectangular, in the specific case, for example square, recess encloses, within which the optical body is to be positioned and within which also the semiconductor chip and the potting compound are arranged, then the feet can near the corners of the rectangle or square are arranged. Form the feet therefore a twist protection against incorrect position and positioning help for correct position Positioning of the optical body. In particular, the lens may be rotationally symmetrical, and put the feet outside the optically active lens contour and protrude into the corners of the reflector recess. The available Space is well utilized. This version serves as anti-twist protection or to the leadership the correctly positioned optimal positioning of the lens within the Reflector and relative to reflector and semiconductor chip.
In einer anderen Ausführung kann die den optischen Körper aufnehmende Aussparung des Reflektors eine kreisrunde Querschnittsfläche aufweisen, also beispielsweise zylinderförmig ausgebildet sein. Dann setzen die Standfüße unterhalb des beispielsweise rotationssymmetrisch und zylinderförmig ausgebildeten optisch aktiven Linsenkörpers an, also innerhalb der Linsenkontur.In another embodiment, the recess of the reflector receiving the optical body may have a circular cross-sectional area, that is to say it may be cylindrical, for example be. Then set the feet below the example, rotationally symmetrical and cylindrical shaped optically active lens body, ie within the lens contour.
Im Fall einer kreisrunden Aussparung im Reflektor genügen drei Standfüße zur sicheren Positionierung des Linsenkörpers. Bei einer rechteckförmigen oder quadratischen Aussparung sind vier Standfüße zweckmäßig. Kombinationen der Form der Aussparung zwischen den genannten Alternativen sowie der Anordnung der Standfüße relativ zum Linsenkörper sind möglich und erschließen sich für den Fachmann entsprechend.in the In the case of a circular recess in the reflector, three suffice Feet for safe Positioning of the lens body. In a rectangular or square recess four feet are appropriate. Combinations of the form the recess between said alternatives and the arrangement the feet relative to the lens body are possible and open up for according to the expert.
Die Aussparung des Reflektors weist eine Grundfläche auf, auf die sich die Standfüße mit entsprechenden Aufstandsflächen abstützen. Die Grundfläche der genannten Aussparung kann bezüglich einer Hauptfläche des Halbleiterchips oder bezüglich der ebenen, auf die Leiterplattenplatinen aufzusetzenden Rückseite des SMD-fähigen Reflektorgehäuses parallel angeordnet sein. Ebenso weisen die Aufstandsflächen der Standfüße eine zur genannten Ebene parallele Orientierung auf.The Recess of the reflector has a base on which the feet with corresponding footprints support. The base area said recess may with respect to a main surface of the Semiconductor chips or re the flat, aufzusetzenden on the PCB boards back of the SMD-capable reflector housing be arranged in parallel. Likewise, the footprints of the Feet one parallel orientation to said plane.
In anderen Ausgestaltungen kann der Reflektor eine innere in die Reflexion der vom Halbleiterchip ausgesandten elektromagnetischen Strahlung einbezogene kegelförmige Oberfläche aufweisen. Ein Querschnitt durch den Reflektor zeigt dann einen gegenüber einer Horizontalorientierung des Gehäuses bzw. ei ner Hauptebene des Halbleiterchips schrägen Verlauf auf. In diesem Fall weisen die Aufstandsflächen der Standfüße auf die schräge bzw. kegelförmige Oberfläche des Reflektors eine entsprechend angepasste Orientierung auf, sodass möglichst sämtlicher Querschnitt der Standfüße sich gegen die genannte schräg verlaufende Aufstandsfläche des Reflektors abstützt. In diesem Fall sind die Aufstandsflächen der Standfüße auf den Reflektor ebenfalls schräg zur genannten Hauptebene ausgebildet.In In other embodiments, the reflector may be an interior in the reflection included the emitted from the semiconductor chip electromagnetic radiation conical surface exhibit. A cross section through the reflector then shows one opposite to a Horizontal orientation of the housing or egg ner main plane of the semiconductor chip oblique course. In this Fall have the contact areas the feet on the slope or cone-shaped surface of the reflector on a correspondingly adapted orientation, so possible all Cross section of the feet against said oblique running footprint supported by the reflector. In this case, the footprints of the feet are on the Reflector also oblique formed to said main level.
Anstelle einer Aussparung mit kreisförmigem Querschnitt im Reflektorgehäuse kann eine Kombination aus kreisförmiger und eckiger Form vorgesehen sein oder eine Aussparung mit elliptischer Form. Anstelle eines rechteckförmigen oder quadratischen Querschnitts kann ein polygoner Querschnitt vorgesehen sein. Bei polygonem Querschnitt befinden sich die Standfüße idealerweise in der Nähe der Ecken des Polygons.Instead of a recess with a circular cross-section in the reflector housing can be a combination of circular and angular shape or a recess with elliptical Shape. Instead of a rectangular one or square cross-section can be provided a polygonal cross-section be. In the case of a polygonal cross section, the feet are ideally located near the corners of the polygon.
Die Standfüße haben einen Verlauf, der zumindest einen Richtungsanteil aufweist, der in Richtung des Halbleiterchips weist. Dadurch legen die Standfüße den Abstand zwischen Linse und Halbleiterchip fest. Zweckmäßigerweise verlaufen die Standfüße senkrecht zu der oben genannten horizontal orientierten Grundfläche der Aussparung. Es ist auch denkbar, dass der Verlauf der Standfüße einen Richtungsanteil aufweist, der senkrecht zu einer durch die Orientierung des Halbleiterchips festgelegten Ebene verläuft oder senkrecht zu der durch die Montagefläche festgelegten Ebene des LED-Gehäuses. Die Länge der Standfüße ist so festgelegt, dass das vom Halbleiterchip ausgestrahlte Licht sowie das von den Reflektorwänden reflektierte Licht im optischen Körper gebündelt oder aufgeweitet wird, sodass sich nach Abstrahlung durch den optischen Körper eine gewünschte Strahlform ergibt. Hierzu ist erforderlich, dass die Standfüße eine entsprechende Länge haben, um den zweckmäßigen, durch die Anwendung gebotenen Abstand zwischen einer optischen Achse des optischen Körpers und der das Licht aussendenden Oberfläche des Halbleiterchips einzustellen.The Feet have a course that has at least a directional proportion, the points in the direction of the semiconductor chip. As a result, the feet put the distance between the lens and the semiconductor chip. Conveniently, the feet are vertical to the above horizontal oriented base of the Recess. It is also conceivable that the course of the feet one Direction portion which is perpendicular to one by the orientation of the semiconductor chip defined plane or perpendicular to the through the mounting surface specified level of the LED housing. The length the feet are like that set the light emitted from the semiconductor chip as well as that of the reflector walls reflected light is bundled or widened in the optical body, so that after radiation through the optical body a desired Beam shape results. For this it is necessary that the feet a corresponding length have, to the convenient, through the application offered distance between an optical axis of the optical body and adjust the light-emitting surface of the semiconductor chip.
Der optische Körper kann aus Silikon gebildet sein und wird vorgefertigt. Die Vergussmasse zwischen optischem Körper, Reflektoroberfläche und Halbleiterchip ist beispielsweise ebenfalls aus einem Material mit Silikonanteil gebildet. Das Reflektorgehäuse ist aus Plastik gebildet oder aus einer Mehrschichtkeramik. Beispielsweise kommt für das Reflektorgehäuse ein injektionsgespritzter Thermoplast, ein transfergespritzter Duroplast auf beispielsweise Epoxybasis oder Silikonbasis in Frage. Zur Zuführung von elektrischer Versorgungsspannung sind metallische Zuleitungen in das Reflektorgehäuse eingebettet und innerhalb des Gehäuses an den Halbleiterchip gebondet.Of the optical body can be made of silicone and is prefabricated. The potting compound between optical body, reflector surface and semiconductor chip, for example, is also made of a material formed with silicone portion. The reflector housing is made of plastic or from a multilayer ceramic. For example, comes for the reflector housing Injection-sprayed thermoplastic, a transfer-sprayed thermoset for example, epoxy-based or silicone-based in question. For the supply of electrical supply voltage are metallic leads in the reflector housing embedded and within the housing to the semiconductor chip bonded.
Unterhalb des Halbleiterchips kann zur Wärmeabführung ein wärmeleitendes Material im Reflektorgehäuse angeordnet sein, beispielsweise ein wärmeleitender Kunststoff oder ein metallisches Material. Zweckmäßigerweise ist dieses Material an die für die SMD-Montage vorgesehene Gehäuserückseite geführt und leitet die Wärme auf die Schaltungsplatine ab.Below of the semiconductor chip can for heat dissipation thermally conductive Material in the reflector housing be arranged, for example, a thermally conductive plastic or a metallic material. Conveniently, this material to the for the SMD mounting provided housing back led and conducts the heat on the circuit board.
Der Halbleiterchip kann gegenüber der Grundfläche, auf die die Standfüße der Linse aufsitzen, weiterhin zurückgesetzt sein. Hierzu kann eine weitere Aussparung innerhalb der genannten Grundfläche vorgesehen sein, die gegenüber der Grundfläche wiederum in Richtung der Rückseite des Reflektorgehäuses zurückgesetzt ist. Innerhalb dieser Aussparung befindet sich das wärmeabführende Material, auf welches der im Betrieb Licht aussendende Halbleiterchip mit seiner Rückseite aufgebracht ist.Of the Semiconductor chip can be opposite the base area, on the feet of the lens sit up, continue to reset be. For this purpose, a further recess within said Floor space be provided opposite the base area turn in the direction of the back of the reflector housing reset is. Within this recess is the heat-dissipating material, on which of the light-emitting semiconductor chip in operation with his back is applied.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die beigefügten Figuren zeigen:The attached Figures show:
Detaillierte Beschreibung von AusführungsformenDetailed description of embodiments
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von verschiedenen Ausführungsformen für LEDs beschrieben. Es wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. Einander entsprechende E lemente in verschiedenen Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die gezeigten Darstellungen geben nur schematisch die Größenverhältnisse wieder. Insbesondere sind die gezeigten Darstellungen nicht maßstäblich.following The invention will be described with reference to various embodiments for LEDs. It is attached to the Drawings reference. Corresponding elements in different Figures are provided with the same reference numerals. The shown Representations only schematically show the proportions. Especially The illustrations shown are not to scale.
Seitlich
verlaufen jeweilige Anschlüsse
Eine
Querschnittsansicht längs
der Schnittlinie A-A stellt
Zwischen
Halbleiterchip
Das
gezeigte Reflektorgehäuse
Das
Reflektorgehäuse
Die
Standfüße
Während der
Herstellung wird zuerst das Reflektorgehäuse
Die
Standfüße haben
in der gezeigten Ausführung
bezogen auf die horizontale Ebene
Die
Standfüße
Wie
dargestellt ist unterhalb der Linse
Die
in
Der
in
Zur
Fertigstellung der LED wird in einem weiteren Schritt der in
Schließlich ist
in
Der
Winkel
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