DE102007008108B4 - Verfahren zur Herstellung einer Reflexionsschicht für Leuchtdiode und Leuchtdiodenträger mit der Reflexionsschicht (2) - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Reflexionsschicht für Leuchtdiode und Leuchtdiodenträger mit der Reflexionsschicht (2) Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Reflexionsschicht für Leuchtdioden, das folgende Schritte aufweist: mindestens ein erster Rohling (10) wird bereitgestellt, der eine erste Öffnung (11) aufweist; ein zweiter Rohling (20) wird bereitgestellt, der auf den ersten Rohling (10) gelegt wird und eine zweite Öffnung (21) aufweist, die kleiner ist als die erste Öffnung (11) und sich über der ersten Öffnung (11) befindet; auf den zweiten Rohling (20) wird eine Metallschicht (30) aufgetragen; der zweite Rohling (20) wird verformt und bedeckt im Bereich der ersten Öffnung (11) den ersten Rohling (10).

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Reflexionsschicht für Leuchtdioden.
  • Stand der Technik
  • Leuchtdioden sind durch eine kleine Baugröße, einen niedrigen Stromverbrauch, eine geringe Betriebswärme und eine lange Lebensdauer gekennzeichnet und werden für z. B. Weihnachtslampe, Taschenlampe, Fahrzeugleuchte, Verkehrsschild usw. verwendet. Leuchtdioden bestehen üblicherweise aus einem transparenten Gehäuse, gegenpoligen Elektroden und einem Träger. Der Träger nimmt einen Leuchtdiodenchip auf, der über Goldfäden mit den Elektroden verbunden ist.
  • Die Lichtstärke der Leuchtdiode ist von dem Halbleiter des Leuchtdiodenchips und der Lichtwinkel der Leuchtdiode ist von dem Gehäuse abhängig.
  • Als Gehäuse für Leuchtdioden verwendet üblicherweise einen Reflektor, um das Licht der Leuchtdioden zu reflektieren. Der Reflektor wird durch Bohren, Stanzen oder Pressen hergestellt. Diese Herstellungsverfahren weisen höhere Kosten auf. Zudem ist die Rauheit der Oberfläche des Reflektors zu groß und die Form der Aufnahmeausnehmung des Reflektors begrenzt.
  • Die Leistung der Leuchtdiode wird auch durch die Betriebeswärme des Leuchtdiodenchips beeinflußt. Diese Betriebswärme muß abgeführt werden, da die Leuchtdiode dadurch beschädigt werden kann. Dafür kann ein Metallgemisch mit hoher Wärmeleitfähigkeit zur Aufnahme des Leuchtdiodenchips verwendet werden. Das Metallgemisch wird mit einem Keramiksitz verbunden. Um eine Schrumpfung des Metallgemisches zu vermeiden, wird ein teures Keramikmaterial verwendet. Zudem müssen die Elektroden manuell auf das Substrat gelötet werden.
  • Aus der US 2004 0222433 A1 ist ein Leuchtdiodenträger bekannt, welcher aus einer ersten Keramiklage, die eine erste Öffnung aufweist, einer zweite Keramiklage, die über der ersten Keramiklage liegt und eine zweite Öffnung aufweist, die kleiner ist als die erste Öffnung und sich über der ersten Öffnung befindet, und einer Metallschicht besteht, die im Bereich der ersten Öffnung die zweite Keramiklage bedeckt. Zwischen den beiden Keramiklagen befindet sich eine Metallschicht.
  • Weitere Leuchtdiodenträger sind aus der EP 1 670 295 A2 , DE 11 2005 002 419 T5 , JP 09-045965 A und der US 2002 0175621 A1 bekannt.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welches besonders wirtschaftlich durchführbar ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ein Ablaufdiagram der Erfindung,
  • 2 eine Schnittdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung vor dem Formen,
  • 3 eine Schnittdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung nach dem Formen,
  • 4 eine Schnittdarstellung der Wärmeform,
  • 5 eine Schnittdarstellung bei dem Wärmeformen,
  • 6 eine Schnittdarstellung nach dem Formen,
  • 7(A), (B) und (C) Schnittdarstellungen wobei die Seitenwände der Reflexionsschichten jeweils einen Neigungswinkel aufweisen,
  • 8(A), (B) und (C) Schnittdarstellungen, wobei die Seitenwände der Reflexionsschichten jeweils eine Krümmung aufweisen,
  • 9 eine Schnittdarstellung bei dem Wärmeformen,
  • 10 eine Schnittdarstellung eines Leuchtdiodenträgers,
  • 11 eine Schnittdarstellung eines Leuchtdiodenträgers beim Einsatz.
  • Wege zur Ausführung der Erfindung
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
  • Wie aus 1 ersichtlich ist, enthält die Erfindung folgende Schritte:
    Schritt 1: mindestens ein erster Rohling wird bereitgestellt, der eine erste Öffnung aufweist; Schritt 2: ein zweiter Rohling wird bereitgestellt, der auf den ersten Rohling gelegt wird und eine zweite Öffnung aufweist, die kleiner ist als die erste Öffnung und sich über der ersten Öffnung befindet; Schritt 3: auf den zweiten Rohling wird eine Metallschicht aufgetragen; Schritt 4: der zweite Rohling wird verformt und bedeckt im Bereich der ersten Öffnung den ersten Rohling. Die erfindungsgemäße Reflexionsschicht besteht aus dem ersten und zweiten Rohling 10, 20, die aus Keramik hergestellt werden können. Wie aus 2 ersichtlich ist, weisen der erste und zweite Rohling 10, 20 die erste und zweite Öffnung 11, 21 auf, wobei die zweite Öffnung 21 kleiner ist als die erste Öffnung 11. Der zweite Rohling 20 wird auf den ersten Rohling 10 gelegt, wodurch die erste und zweite Öffnung 11, 21 übereinander liegen. Der zweite Rohling 20 wird im Bereich der ersten Öffnung 11 mit einer Metallschicht 30 überzogen. Schließlich bedeckt der zweite Rohling 20 durch Wärmeformen oder Pressen im Bereich der ersten Öffnung 11 den ersten Rohling 10, wodurch die Seitenwand und der Boden der ersten Öffnung 11 mit der Metallschicht 30 bedeckt sind. Wie aus 3 ersichtlich ist, wenn der zweite Rohling 20 die erste Öffnung 11 des ersten Rohlings 10 bedeckt, der ersten Öffnung 11 eine Aufnahmeausnehmung 22 gebildet und sind die Seitenwand und der Boden der Aufnahmeausnehmung 22 mit der Metallschicht 30 bedeckt.
  • Die Metallschicht 30 kann durch Anstreichen oder Siebdruckverfahren auf die Oberfläche des zweiten Rohlings 20 aufgetragen werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Metallschicht 30 eine Silberschicht und wird durch das Siebdruckverfahren als Dickfilm auf die Oberfläche des zweiten Rohlings 20 aufgetragen. Es ist auch möglich, nach der Verbindung des ersten und zweiten Rohlings auf der Oberfläche des zweiten Rohlings die Metallschicht zu galvanisieren.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der zweite Rohling einem Wärmeformen unterzogen. Wie aus 4 ersichtlich ist, umfaßt die Wärmeform 40 eine Planplatte 43 zwischen einer ersten und zweiten Formhälfte 41, 42 und eine Dämpfungsschicht 44 auf der zweiten Formhälfte 42. Die erste und zweite Formhälfte 41, 42 können durch Polyesterfolien gebildet sein. Die erste Formhälfte 41 steht mit der Metallschicht 30 und dem zweiten Rohling 20 in Kontakt und weist eine vierte Öffnung 411 auf, die gleich oder nicht gleich groß ist wie die erste Öffnung 11 des ersten Rohlings 10 und mit der ersten Öffnung 11 fluchtet. Die Planplatte 43 ist eine harte Platte, deren Härte, Festigkeit oder Steifigkeit größer ist als die der ersten und zweiten Formhälfte 41, 42, und dient zum Anpressen des Materials der Reflexionsschicht. Die Planplatte 43 weist eine fünfte Öffnung 431 auf, die gleich oder nicht gleich groß ist wie die erste Öffnung 11 des ersten Rohlings 10. Die zweite Formhälfte 42 ist eine Folie ohne Öffnung, deren Dicke und Material anders als die der ersten Formhälfte 41 sein können. Die Dämpfungsschicht 44 ist eine Harzschicht und weist eine Belastbarkeit auf.
  • Wie aus 5 ersichtlich ist, befinden sich der erste und zweite Rohling 10, 20 beim Wärmeformen zwischen zwei Wärmeformen 40, 40'. Zunächst werden die Lagen, wie die Dämpfungsschicht und die Planplatte der Wärmeform 40', befestigt. Daraufhin werden der erste und zweite Rohling mit der Metallschicht auf die Wärmeform 40' gebracht. Danach wird die andere Wärmeform 40 auf den zweiten Rohling gebracht und befestigt. Das dadurch erhaltene Schichtsystem 50 wird in einem Vakuumbeutel (nicht dargestellt) verschlossen, um ein Heißpressen durchzuführen. Beim Heißpressen erweicht der zweite Rohling und die Metallschicht, bedecken dann die Seitenwand und den Boden der ersten Offnung und bilden somit die Aufnahmeausnehmung der Reflexionsschicht (siehe 6). Dadurch entsteht die erfindungsgmäße hergestellte Reflexionsschicht, die eine erste Keramiklage 10', die eine erste Öffnung 11' aufweist, und eine zweite Keramiklage 20', die eine zweite Öffnung 21' aufweist, umfaßt, wobei die zweite Öffnung 21' kleiner ist als die erste Öffnung 11 und über der ersten Öffung 11' liegt. Auf der zweiten Keramiklage 20' befindet sich die Metallschicht 30' (siehe 10).
  • Durch die Größe der vierten und fünften Öffnung der ersten Formhälfte und der Planplatte kann die Form der Aufnahmeausnehmung der Reflexionsschicht verändert werden. Die 7(A) bis 8(C) zeigen die anderen Ausführungsformen der Aufnahmeausnehmung der Reflexionsschicht. Die Metallschichten an den Seitenwänden 51 der Reflexionsschichten in den 7(A), (B) und (C) weisen jeweils einen bestimmten Neigungswinkel auf. Die Seitenwände 51 der Reflexionsschichten in den 8(A), (B) und (C) weisen jeweils eine bestimmte Krümmung auf. An der Übergangsstelle zwischen der Stirnfläche 52 der Reflexionsschicht und der Seitenwand 51 ist eine Ecke 53 in den 7(A) und 8(A), eine abgerundete Ecke 54 in den 7(B) und 8(B) oder ein Schutzring gegen Überlauf 55 in den 7(C) und 8(C) gebildet. Wie aus 9 ersichtlich ist, wenn die vierte und fünfte Öffnung 411, 431 größer ist als die erste Öffnung, wird beim Heißpressen der Schutzring 55 gebildet, der einen Überlauf vermeiden kann.
  • 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das eine erste Keramiklage 10' und eine zweite Keramiklage 20' umfaßt, die jeweils eine erste Öffnung 11' und eine zweite Öffnung 21' aufweisen, wobei die zweite Öffnung 21' kleiner ist als die erste Öffnung 11'. Die zweite Öffnung 21' befindet sich über der ersten Öffnung 11', wodurch eine Aufnahmeausnehmung 22' gebildet ist. Die Seitenwand der Aufnahmeausnehmung ist mit einer Metallschicht 30' bedeckt. Unter der ersten Keramiklage 10' ist ein Sitz 60 vorgesehen, der eine erste Keramiklage 61 und eine zweite Keramiklage 62 umfaßt, wobei auf der Oberfläche der zweiten Keramiklage 62 Elektroden 63 vorgesehen sind, die über eine elektrische Leitung 70 mit der Metallschicht 30' verbunden sind. Die elektrische Leitung 70 erstreckt sich durch die erste und zweite Keramiklage 10' und 20' sowie den Sitz 60 und enthält Stromleiter, Bohrungen und Drähte. Wie dargestellt, befindet sich ein Stromleiter auf der Oberseite der zweiten Keramiklage 20' und steht mit der Metallschicht 30' in Kontakt. Der andere Stromleiter befindet sich auf der Unterseite der ersten Keramiklage 10'. Obere und untere Stromleiter 71 sind über die Bohrungen 72 miteinander verbunden. Die Bohrungen 72 erstrecken sich durch die erste und zweite Keramiklage 10', 20'. Die Drähte 73 sind an einem Ende in der ersten und zweiten Keramiklage 61, 62 eingebettet, gehen durch die Bohrungen 72 hindurch und sind am anderen Ende mit dem Stromleiter 71 verbunden.
  • Wie aus 11 ersichtlich ist, wenn der Leuchtdiodenchip 80 in der Aufnahmeausnehmung aufgenommen ist, sind die Drähte 81 des Leuchtdiodenchips 80 mit der Metallschicht 30' verlötet, wodurch die Drähte über den Stromleiter 71 und die Drähte 73, die durch die Bohrungen 72 geführt sind, mit den Elektroden 63 elektrisch verbunden sind. Daher kann der Leuchtdiodenträger leicht durch die Elektroden auf einem Substrat befestigt werden.
  • Der Sitz 60 weist eine dritte Öffnung 64 auf, wie es in der 10 dargestellt ist, die sich unter der Aufnahmeausnehmung 22' befindet In die dritte Öffnung 64 ist ein Metallgemisch 90 gefüllt, das durch Hartlötung, hochmolekularen Klebstoff oder Glaslötung mit dem Sitz 60 verbunden ist. Die Oberseite des Metallgemisches 90 weist zur Aufnahmeausnehmung 22' und wird seitlich von dem Sitz 60 begrenzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Metallgemisch 90 aus Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Kupfer/Wolfram, Kupfer/Molybdän, Aluminium/Kohle oder Eisen/Nickel/Kobalt hergestellt. Das Metallgemisch 90 kann die Wärmespannung bei der Verbindung mit dem Sitz 60 reduzieren. Die in der dritten Öffnung 64 freiliegende Oberfläche des Metallgemisches 90 ist mit einem Lötmittel 91 versehen. In einem möglichen Ausführungsbeispiel ist das Lötmittel 91 aus Metall hergestellt, wie Silber mit einer Arbeitstemperatur zwischen 500°C und 800°C, Gold mit einer Arbeitstemperatur zwischen 270°C und 500°C, Zinn mit einer Arbeitstemperatur zwischen 200°C und 350°C, Glaslötmittel mit einer Arbeitstemperatur zwischen 300°C und 600°C, mit hochmolekularem Klebstoff oder Lötmittel mit höherer Arbeitstemperatur. Bei der Lötung wird das Metallgemisch in dem Sitz fixiert und in einen Vakuumofen oder einen Ofen mit einem Stickstoffgemisch oder einen Sinterofen gebracht. Durch das Metallgemisch kann die Betriebswärme des Leuchtdiodenchips schnell abgeleitet werden.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Reflexionsschicht für Leuchtdioden, das folgende Schritte aufweist: mindestens ein erster Rohling (10) wird bereitgestellt, der eine erste Öffnung (11) aufweist; ein zweiter Rohling (20) wird bereitgestellt, der auf den ersten Rohling (10) gelegt wird und eine zweite Öffnung (21) aufweist, die kleiner ist als die erste Öffnung (11) und sich über der ersten Öffnung (11) befindet; auf den zweiten Rohling (20) wird eine Metallschicht (30) aufgetragen; der zweite Rohling (20) wird verformt und bedeckt im Bereich der ersten Öffnung (11) den ersten Rohling (10).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass erster und zweiter Rohling (10, 20) aus Keramik hergestellt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Rohling (20) durch Wärmeformen oder Pressen den ersten Rohling (10) bedeckt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeformen oder Pressen eine Wärmeform (40) verwendet, die eine Planplatte (43) zwischen der ersten und zweiten Formhälfte (41, 42) und eine Dämpfungsschicht (44) auf der zweiten Formhälfte (42) aufweist, wobei die erste Formhälfte (41) mit der Metallschicht (30) und dem zweiten Rohling (20) in Kontakt steht.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Formhälfte (41) eine vierte Öffnung (411) aufweist, die gleich oder nicht gleich groß ist wie die erste Öffnung (11) des ersten Rohlings (10), und die Planplatte (43) eine fünfte Öffnung (431) aufweist, die gleich oder nicht gleich groß ist wie die erste Öffnung (11) des ersten Rohlings (10).
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte und fünfte Öffnung (411, 431) größer ist als die erste Öffnung (11), wodurch beim Heißpressen ein Schutzring (55) gebildet wird, der einen Überlauf vermeiden kann.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (30) durch Anstreichen oder Siebdruckverfahren auf die Oberfläche des zweiten Rohlings (20) aufgetragen wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten und zweiten Rohling (10, 20) eine elektrische Leitung (70) vorgesehen wird, die an einem Ende mit der Metallschicht (30) und am anderen Ende mit Elektroden (63) verbunden ist.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unter dem ersten Rohling (10) ein Sitz (60) vorgesehen wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sitz (60) aus Keramik hergestellt ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Sitz Elektroden (63) vorgesehen werden, die über eine elektrische Leitung (70) mit der Metallschicht (30) verbunden sind.
  12. Verfahren nach Anspruch 8 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leitung (70) Bohrungen und Drähte aufweist, die in dem Sitz (60) eingebettet sind und durch den ersten und zweiten Rohling (10, 20) hindurchgehen.
  13. Verfahren nach Anspruch 8 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leitung (70) Stromleiter enthält, die auf dem ersten und zweiten Rohling (10, 20) und dem Sitz (60) angeordnet sind.
  14. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sitz (60) eine dritte Öffnung (64) aufweist, die sich unter der ersten Öffnung (11) befindet und in die ein Metallgemisch (90) gefüllt wird.
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