DE102008059552A1

DE102008059552A1 - Leuchtdiodenmodul und Leuchtdiodenbauteil

Info

Publication number: DE102008059552A1
Application number: DE102008059552A
Authority: DE
Inventors: Christoph Neureuther; Steffen Block; Ales Dr. Markytan; Thomas Bleicher
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2010-06-02
Also published as: WO2010060417A1

Abstract

Leuchtdiodenmodul (10) mit einem mit einer Leiterplatte gestalteten, einstückigen Träger (4), Segmentierfurchen (11) an einer Trägerunterseite (42) des Trägers (4), und einer Mehrzahl von Montagebereichen (6), die durch die Segmentierfurchen (11) voneinander abgegrenzt sind, wobei die Montagebereiche (6) aufweisen: Mindestens eine im Träger (4) erzeugte thermische Durchkontaktierung (13), die von der Trägerunterseite (42) zu einer dieser gegenüberliegenden Trägeroberseite (41) reicht, eine Wärmeleitschicht (2) je an der Trägerunterseite (42) und an der Trägeroberseite (41), wobei die mindestens eine thermische Durchkontaktierung (13) in direktem Kontakt zu den Wärmeleitschichten (2) steht, mindestens ein optoelektronisches Halbleiterbauteil (7), das auf der Wärmeleitschicht (2) an der Trägeroberseite (41) angebracht ist, und mindestens zwei elektrische Leiterbahnen (8) an der Trägeroberseite (41), über die das mindestens eine Halbleiterbauteil (7) elektrisch kontaktiert ist, wobei mindestens eine der Leiterbahnen (8) nicht in direktem elektrischen Kontakt mit den Wärmeleitschichten (2) steht, so dass wenigstens zwei einander benachbarte Montagebereiche (6) über eine der Leiterbahnen (8) elektrisch in Serie geschaltet sind.

Description

Es wird ein Leuchtdiodenmodul angegeben. Darüber hinaus wird ein Leuchtdiodenbauteil angegeben.
In der Druckschrift US 2007/0291503 A1 ist eine Leuchtdiodenanordnung für eine Hochleistungsleuchtdiode und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Leuchtdiodenanordnung offenbart.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Leuchtdiodenmodul anzugeben, das einen geringen thermischen Widerstand aufweist und das vielseitig einsetzbar ist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Leuchtdiodenbauteil anzugeben, das wenigstens Teile eines solchen Leuchtdiodenmoduls umfasst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls umfasst dieses einen Träger. Der Träger ist bevorzugt mit einer Leiterplatte gestaltet oder besteht aus einer solchen. Eine Leiterplatte umfasst insbesondere einen Grundkörper, der mit wenigstens einem dielektrischen Material gebildet ist. Auf dem Grundkörper können elektrische Leiterbahnen aufgebracht oder strukturiert sein. Der Träger ist insbesondere einstückig ausgeführt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls weist dieses Segmentierfurchen auf. Die Segmentierfurchen befinden sich an einer Trägerunterseite des Trägers. Durch die Segmentierfurchen sind Materialverdünnungen der Leiterplatte gebildet, entlang der der Träger segmentiert beziehungsweise aufgeteilt werden kann. Es sind die Segmentierfurchen zum Beispiel durch Fräsen erzeugt. Beispielsweise reichen die Segmentierfurchen nur so weit in den Träger, dass im Bereich der Segmentierfurchen mindestens eine Hälfte einer ursprünglichen Dicke des Trägers bestehen bleibt. Mit anderen Worten stellen die Segmentierfurchen Sollbruchstellen dar, an denen entlang der Träger in Teilstücke separiert werden kann. Andererseits ist der Träger durch die Segmentierfurchen nicht derart mechanisch geschwächt, dass im Rahmen des normalen Betriebs oder der Montage des Leuchtdiodenmoduls eine unbeabsichtigte Zerteilung des Trägers entlang der Segmentierfurchen erfolgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls weist dieses zumindest einen, insbesondere zumindest zwei, vorzugsweise eine Mehrzahl von Montagebereichen auf, die durch die Segmentierfurchen voneinander abgegrenzt sind. Zwischen zwei benachbarten, aneinander angrenzenden Montagebereichen befindet sich also mindestens eine Segmentierfurche an der Trägerunterseite. Benachbarte Montagebereiche sind mit anderen Worten mechanisch miteinander über den Bereich des Trägers verbunden, in dem sich die mindestens eine Segmentierfurche befindet. verbunden sind oder auch mittels derer sie voneinander separiert werden können. Insbesondere umfasst das Leuchtdiodenmodul mindestens 5 Montagebereiche, bevorzugt mindestens 15.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls weisen die Montagebereiche jeweils mindestens eine im Träger erzeugte thermische Durchkontaktierung auf, die von der Trägerunterseite zu einer dieser gegenüber liegenden Trägeroberseite reicht. Bevorzugt weisen die Montagebereiche eine Mehrzahl thermischer Durchkontaktierungen auf. Die thermischen Durchkontaktierungen sind, in einer Richtung parallel zur Trägeroberseite, bevorzugt vollständig von Komponenten des Trägermaterials umgeben. Weiterhin weist die thermische Durchkontaktierung, mindestens stellenweise, eine thermische Leitfähigkeit in einer Richtung senkrecht zur Trägeroberseite auf, die eine spezifische thermische Leitfähigkeit des Materials des Trägers um mindestens ein Zehnfaches, insbesondere um mindestens ein Hundertfaches übersteigt. Die mindestens eine thermische Durchkontaktierung ist zum Beispiel zumindest zum Teil mit einem Metall und/oder mit einem Gas gefüllt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls befindet sich an der Trägerunterseite und an der Trägeroberseite wenigstens eine Wärmeleitschicht. Die Wärmeleitschichten stehen hierbei in direktem Kontakt zu der mindestens einen thermischen Durchkontaktierung. Beispielsweise berühren sich die Wärmeleitschichten und die mindestens eine thermische Durchkontaktierung. Die Wärmeleitschicht ist bevorzugt mit einem Material gestaltet, das eine spezifische Wärmeleitfähigkeit aufweist, die die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Materials des Trägers um mindestens ein Fünfzigfaches, insbesondere um mindestens ein Fünfhundertfaches übersteigt. Durch die Wärmeleitschicht ist also eine Schicht gebildet, die in lateraler Richtung, also in einer Richtung parallel zu einer Hauptausdehnungsrichtung der Trägerunterseite und der Trägeroberseite, eine im Vergleich zum Träger hohe thermische Leitfähigkeit aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls ist auf der Wärmeleitschicht an der Trägeroberseite mindestens ein optoelektronisches Halbleiterbauteil aufgebracht. Bei dem Halbleiterbauteil kann es sich um eine Leuchtdiode oder um einen ungehausten Leuchtdiodenchip handeln. Das optoelektronische Halbleiterbauteil kann zum Beispiel aufgebaut sein, wie in der Druckschrift US 2004/0075100 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hinsichtlich des dort beschriebenen Halbleiterbausteils sowie des beschriebenen Herstellungsverfahrens hiermit durch Rückbezug mit aufgenommen wird. Das Halbleiterbauteil ist zum Beispiel über Löten oder Kleben auf der Wärmeleitschicht an der Trägeroberseite befestigt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls weisen die Montagebereiche jeweils mindestens zwei elektrische Leiterbahnen auf. Über die elektrischen Leiterbahnen ist das Halbleiterbauteil elektrisch kontaktiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls sind die elektrischen Leiterbahnen der Montagebereiche jeweils auf der Trägeroberseite aufgebracht. Beispielsweise sind die Leiterbahnen über einen Druckprozess oder über ein Aufdampfen oder Aufsputtern oder Galvanisieren erstellt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls steht mindestens eine der Leiterbahnen der Montagebereiche jeweils nicht in direktem elektrischen Kontakt mit den Wärmeleitschichten. Mit anderen Worten ist mindestens eine der Leiterbahnen nicht mit den Wärmeleitschichten kurzgeschlossen. Die betreffende Leiterbahn kann in indirektem elektrischen Kontakt zu den Wärmeleitschichten stehen, insbesondere über das Halbleiterbauteil oder über ein Bauteil zum Schutz vor elektrostatischer Entladung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls sind wenigstens zwei einander benachbarte Montagebereiche über eine der Leiterbahnen elektrisch in Serie geschaltet. Mit anderen Worten stellt eine der Leiterbahnen an der Trägeroberseite eine elektrische Verbindung zwischen den durch die Segmentierfurchen voneinander abgegrenzten, benachbarten Montagebereichen her.
In mindestens einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls umfasst dieses einen mit einer Leiterplatte gestalteten einstückigen Träger. Weiterhin weist das Leuchtdiodenmodul Segmentierfurchen an einer Trägerunterseite des Trägers auf, wobei durch die Segmentierfurchen Montagebereiche voneinander abgegrenzt sind. Die Montagebereiche weisen jeweils mindestens eine im Träger erzeugte thermische Durchkontaktierung auf, die von der Trägeroberseite zu einer dieser gegenüber liegenden Trägerunterseite reicht. Weiterhin beinhalten die Montagebereiche jeweils eine Wärmeleitschicht, je an der Trägerunterseite und an der Trägeroberseite, wobei die mindestens eine thermische Durchkontaktierung in direktem Kontakt zu den Wärmeleitschichten steht. Jeder der Montagebereiche umfasst mindestens ein optoelektronisches Halbleiterbauteil, das auf der Wärmeleitschicht an der Trägeroberseite aufgebracht ist. Die Montagebereiche beinhalten jeweils mindestens zwei elektrische Leiterbahnen an der Trägeroberseite, über die das mindestens eine Halbleiterbauteil elektrisch kontaktiert ist, wobei mindestens eine der Leiterbahnen von jedem der Montagebereiche nicht in direktem elektrischen Kontakt mit den Wärmeleitschichten steht. Wenigstens zwei einander benachbarte Montagebereiche des Leuchtdiodenmoduls sind über eine der Leiterbahnen an der Trägeroberseite elektrisch in Serie geschaltet.
Ein solches Leuchtdiodenmodul weist einen geringen thermischen Widerstand auf, so dass im Betrieb des Halbleiterbauteils beziehungsweise des Leuchtdiodenmoduls entstehende Wärme effizient vom Halbleiterbauteil abgeführt werden kann. Da das Leuchtdiodenmodul eine Mehrzahl von Montagebereichen aufweist, die über die Segmentierfurchen zu Gruppen auch mit unterschiedlichen Anzahlen von Montagebereichen voneinander separiert werden können, kann das Leuchtdiodenmodul in vielfältigen Anwendungen ohne Anpassung der Gestaltung der Montagebereiche eingesetzt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls erfolgt die elektrische Verbindung zwischen benachbarten Montagebereichen über die Leiterbahnen an der Trägeroberseite über Bruchkanten hinweg. Die Bruchkanten sind hierbei Linien, die an der Trägeroberseite verlaufen und den Segmentierfurchen an der Trägerunterseite gegenüber liegen. Entlang der Bruchkanten kann eine Zerteilung des Leuchtdiodenmoduls erfolgen. Die Bruchkanten stellen insbesondere keine Nut oder Vertiefung im Material des Trägers dar. Bei den Bruchkanten kann es sich um fiktive Linien handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls sind die Montagebereiche in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet. Beispielsweise sind die Montagebereiche mit einem quadratischen oder rechteckigen Grundriss gestaltet und Zeilen- und Spalten-artig in einem Array angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls kreuzen sich die Segmentierfurchen. Mit anderen Worten sind die in Spalten und in Zeilen in der zweidimensionalen Matrix angeordneten Montagebereiche jeweils von zwischen den Spalten und zwischen den Zeilen verlaufenden Segmentierfurchen voneinander abgegrenzt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls sind alle Montagebereiche in einer Spalte und/oder in einer Zeile der zweidimensionalen Matrix über zumindest eine Leiterbahn an der Trägeroberseite elektrisch über die Bruchkanten hinweg in Serie geschaltet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls ist die Trägerunterseite frei von elektrischen Leiterbahnen. Jedoch können sich an der Trägerunterseite wenigstens Teile von elektrischen Kontaktstellen befinden, die dazu eingerichtet sind, den mindestens einen Montagebereich elektrisch anzuschließen. Mit anderen Worten dient die Trägerunterseite mit den darin strukturierten Segmentierfurchen zur mechanischen Aufteilung des Leuchtdiodenmoduls und die Trägeroberseite mit den darauf angebrachten elektrischen Leiterbahnen zur elektrischen Beschaltung des Leuchtdiodenmoduls.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls steht keine der Leiterbahnen der Montagebereiche in direktem elektrischen Kontakt zu den Wärmeleitschichten an der Trägeroberseite und an der Trägerunterseite, noch zu den thermischen Durchkontaktierungen. Mit anderen Worten ist keine der Leiterbahnen mit den Wärmeleitschichten oder den thermischen Durchkontaktierungen elektrisch kurz geschlossen. Alternativ oder zusätzlich steht das Material der Leiterbahnen nicht in direktem Kontakt mit einem Material der Wärmeleitschichten oder der mindestens einen thermischen Durchkontaktierung. Die Leiterbahnen können aber in indirektem elektrischen Kontakt zu den Wärmeleitschichten stehen, insbesondere über das Halbleiterbauteil oder über ein Bauteil zum Schutz vor elektrostatischer Entladung.
Gemäß zumindest einer Ausführung des Leuchtdiodenmoduls weisen die Montagebereiche jeweils einen Hauptbereich und mindestens einen Nebenbereich, insbesondere genau einen Nebenbereich, auf. Der Hauptbereich und der mindestens eine Nebenbereich sind durch wenigstens eine der Segmentierfurchen voneinander abgegrenzt. Das mindestens eine optoelektronische Halbleiterbauteil ist hierbei auf dem Hauptbereich angebracht, der mindestens eine Nebenbereich weist kein optoelektronisches Halbleiterbauteil auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls umfasst der mindestens eine Nebenbereich und der Hauptbereich jeweils wenigstens eine Montagevorrichtung. Die Montagevorrichtung kann durch eine Aussparung, eine Bohrung und/oder einen Montagestift gebildet sein. Die Montagevorrichtung ist dazu eingerichtet, das Leuchtdiodenmodul und/oder die Montagebereiche an einem externen, nicht zum Leuchtdiodenmodul gehörigen Körper, beispielsweise an einem Kühlkörper, zu befestigen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls sind die Montagevorrichtungen dazu eingerichtet, mit ihnen ein optisches Element wie einen Reflektor oder eine Linse am Montagebereich befestigen zu können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls weist sowohl der Hauptbereich als auch der mindestens eine Nebenbereich an der Trägeroberseite jeweils mindestens eine der elektrischen Kontaktstellen auf. Die elektrischen Kontaktstellen können als Lötflächen beziehungsweise Lötpads gestaltet sein. Ebenso ist es möglich, dass die Kontaktstellen zur Kontaktierung mittels elektrischer Klemmen, etwa mittels Wago-Klemmen, eingerichtet sind. Insbesondere im Falle der Kontaktierung mittels Klemmen können sich die Kontaktstellen wenigstens zum Teil an der Trägerunterseite befinden. Ist keine Kontaktierung über Klemmen vorgesehen, so befinden sich die Kontaktstellen bevorzugt ausschließlich an der Trägeroberseite.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls befinden sich die Wärmeleitschichten an der Trägeroberseite der Montagebereiche und die Leiterbahnen der Montagebereiche jeweils in einer Ebene. Beispielsweise sind die Wärmeleitschichten und die Leiterbahnen der Montagebereiche im selben Herstellungsschritt direkt auf dem Material des Trägers aufgebracht oder im selben Herstellungsschritt aus einer auf der Trägeroberseite aufgebrachten Schicht heraus strukturiert. Bevorzugt weisen die Wärmeleitschichten und die Leiterbahnen, im Rahmen der Herstellungstoleranzen, gleiche Dicken auf, in einer Richtung senkrecht zur Trägeroberseite. Allerdings können Wärmeleitschichten und Leiterbahnen unterschiedliche Dicken aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls sind die Wärmeleitschichten und die Leiterbahnen mit dem selben Material gefertigt. Beispielsweise bestehen die Leiterbahnen und die Wärmeleitschichten aus Kupfer und/oder Zinn und/oder Gold.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls beträgt eine Dicke der Leiterbahnen und der Wärmeleitschichten, in eine Richtung senkrecht zur Trägeroberseite, weniger als 100 μm, insbesondere weniger als 50 μm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls entspricht eine Fläche der Wärmeleitschicht an der Trägeroberseite der Montagebereiche mindestens dem Doppelten, und eine Fläche der Wärmeleitschicht an der Trägerunterseite der Montagebereiche mindestens dem Vierfachen einer Grundfläche des Halbleiterbauteils beziehungsweise einer Fläche einer thermischen Anbindung des Halbleiterbauteils. Mit anderen Worten weisen die Wärmeleitschichten an der Trägerunterseite und an der Trägeroberseite eine deutlich größere Fläche auf als das optoelektronische Halbleiterbauteil. Hierdurch ist eine effiziente Ableitung von im Betrieb des Halbleiterbauteils entstehender Wärme vom Halbleiterbauteil weg gewährleistbar. Es ist aber ebenso möglich, dass die Flächen der Wärmeleitschichten, im Rahmen der Herstellungstoleranzen, gleich groß sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls ist über der Trägerunterseite der Montagebereiche jeweils zumindest stellenweise mindestens eine, insbesondere genau eine Wärmekontaktschicht aufgebracht, insbesondere über der gesamten Trägerunterseite. Die Wärmekontaktschicht weist bevorzugt eine Dicke von weniger als 200 μm, insbesondere von weniger als 100 μm auf. Über die Wärmekontaktschicht ist ein effizienter thermischer Kontakt zwischen dem Leuchtdiodenmodul und einem externen, nicht zum Leuchtdiodenmodul gehörigen Körper, auf dem das Leuchtdiodenmodul befestigt wird, realisierbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls ist die Wärmekontaktschicht dazu eingerichtet, Unebenheiten der Trägerunterseite auszugleichen. Solche Unebenheiten können die Kontaktfläche zwischen Leuchtdiodenmodul und dem externen, nicht zum Leuchtdiodenmodul gehörigen Körper verringern. Auch können Unebenheiten zu einer Bildung von Luftblasen zwischen Körper und Leuchtdiodenmodul führen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls ist die Wärmekontaktschicht mit einem dielektrischen Material gestaltet. Durch die Verwendung eines dielektrischen Materials können beispielsweise Kurzschlüsse zwischen dem externen, nicht zum Leuchtdiodenmodul gehörigen Körper und den Leiterbahnen, beispielsweise über die Wärmeleitschichten und die elektrischen Durchkontaktierungen, vermieden werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls weist das Material der Wärmekontaktschicht eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von mindestens 0,7 W/(mK), insbesondere von mindestens 1,5 W/(mK), auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls ist die Wärmekontaktschicht als haftvermittelnde Schicht gestaltet. Über die Wärmekontaktschicht kann das Leuchtdiodenmodul also, wenigstens zeitweise, am externen Körper befestigt werden. Beispielsweise ist die Wärmekontaktschicht als selbstklebende Schicht gestaltet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls beträgt eine Dicke des Trägers, in einer Richtung senkrecht zur Trägeroberseite, höchstens 1 mm, bevorzugt höchstens 0,8 mm, insbesondere höchstens 0,5 mm. Durch die Verwendung eines besonders dünnen Trägers weist dieser auch nur einen geringen thermischen Widerstand auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls beinhaltet der Träger ein Epoxid und Glasfasern oder besteht aus diesen. Zum Beispiel ist der Träger aus dem Material FR4 gestaltet. Der Träger also insbesondere frei von einer metallischen Komponente.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls ist ein thermischer Widerstand zwischen dem optoelektronischen Halbleiterbauteil und einer Montagefläche an der Trägerunterseite kleiner oder gleich 10 K/W, insbesondere kleiner oder gleich 6 K/W. Die Montagefläche ist hierbei diejenige Fläche, über die das Leuchtdiodenmodul mit einem externen, nicht zum Leuchtdiodenmodul gehörigen Körper in direktem Kontakt steht. Die Montagefläche kann durch die Trägerunterseite, die Wärmeleitschicht an der Trägerunterseite oder durch die Wärmekontaktschicht gebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls umfassen die Montagebereiche jeweils wenigstens vier optoelektronische Bauteile. Eine solche, vergleichsweise hohe Anzahl an optoelektronischen Bauteilen führt zu erhöhten thermischen Belastungen der Montagebereiche. Diesen erhöhten thermischen Belastungen kann das Leuchtdiodenmodul standhalten, da dieses einen kleinen thermischen Widerstand aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls beträgt in dessen Betrieb eine elektrische Leistungsaufnahme eines jeden Montagebereichs mindestens 2 W, insbesondere mindestens 4 W.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls beträgt eine Breite der Montagebereiche zwischen einschließlich 3 mm und 40 mm, insbesondere zwischen 5 mm und 20 mm. Eine Länge der Montagebereiche beträgt zwischen einschließlich 8 mm und 60 mm, insbesondere zwischen einschließlich 18 mm und 35 mm. Beispielsweise betragen die Abmessungen 5 × 20 mm². Solche Abmessungen der Montagebereiche ermöglichen eine hohe optische Leistung des Leuchtdiodenmoduls beziehungsweise eine hohe Leuchtdichte, bezogen auf die Fläche der Montagebereiche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls betragt der Anteil der mindestens einen thermischen Durchkontaktierung an der Fläche der Trägeroberseite höchstens 15%, insbesondere höchstens 5%. Durch die mindestens eine thermische Durchkontaktierung ist also die an der Trägeroberseite zum Beispiel für Leiterbahnen zur Verfügung stehende Fläche nicht stark verkleinert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls weisen die Montagebereiche jeweils mindestens fünf, insbesondere mindestens acht, bevorzugt mindestens fünfzehn thermische Durchkontaktierungen auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls weist der mindestens eine Montagebereich entlang mindestens einer Bruchkante Vereinzelungsspuren auf. Diese Vereinzelungsspuren können durch ein Vereinzeln eines Leuchtdiodenmoduls herrühren. Das Vereinzeln kann beispielsweise über ein Brechen entlang der Segmentierfurchen vollzogen sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls weisen die Segmentierfurchen einen Öffnungswinkel auf, der zwischen einschließlich 15° und 60° liegt. Insbesondere beträgt der Öffnungswinkel zirka 30°.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls beinhaltet die Wärmeleitschicht an der Trägeroberseite wenigstens einen thermischen Anschlussbereich. Der mindestens eine thermische Anschlussbereich ist dazu eingerichtet, wenigstens ein Halbleiterbauteil darauf anzubringen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls ist der wenigstens eine thermische Anschlussbereich frei von thermischen Durchkontaktierungen. Beispielsweise sind die thermischen Durchkontaktierungen um den thermischen Anschlussbereich herum angeordnet.
Es wird darüber hinaus ein Leuchtdiodenbauteil angegeben, das mindestens einen Montagebereich eines Leuchtdiodenmoduls aufweist. Zum Beispiel ist das Leuchtdiodenbauteil eine Leuchte, die einen Trägerkörper und elektrische Anschlusseinrichtungen umfasst, wobei auf dem Trägerkörper einer oder mehrere Montagebereiche eines Leuchtdiodenmoduls befestigt sind und die Anschlusseinrichtungen insbesondere zum Anschließen des Leuchtdiodenbauteils an das 230 V-Wechselstromnetz eingerichtet sind.
In mindestens einer Ausführungsform des Leuchtdiodenbauteils umfasst dieses mindestens einen Montagebereich. Der Montagebereich beinhaltet einen mit einer Leiterplatte gestaltete einstückigen Träger sowie mindestens fünf im Träger erzeugte thermische Durchkontaktierungen, die von einer Trägerunterseite zu einer dieser gegenüber liegenden Trägeroberseite reichen. Weiterhin weist der mindestens eine Montagebereich eine Wärmeleitschicht je an der Trägerunterseite und an der Trägeroberseite auf, wobei diese in direktem Kontakt zu den thermischen Durchkontaktierungen stehen. Der mindestens eine Montagebereich beinhaltet ferner wenigstens ein optoelektronisches Halbleiterbauteil, das auf der Wärmeleitschicht an der Trägeroberseite angebracht ist. Der mindestens eine Montagebereich umfasst weiterhin mindestens zwei elektrische Leiterbahnen an der Trägeroberseite, über die das mindestens eine Halbleiterbauteil elektrisch kontaktiert ist, wobei mindestens eine der Leiterbahnen nicht in direktem elektrischen Kontakt mit den Wärmeleitschichten steht. Ein thermischer Widerstand des mindestens einen Montagebereichs zwischen dem optoelektronischen Halbleiterbauteil und einer Montagefläche an der Trägerunterseite ist hierbei kleiner oder gleich 15 K/W.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenbauteils umfasst dieses einen Spannungswandler, der eingansseitig mit 230 V oder 115 V Wechselspannung betreibbar ist.
Das Leuchtdiodenbauteil mit dem mindestens einen Montagebereich kann weiterhin eines oder mehrere Merkmale aufweisen, wie sie in Verbindung mit mindestens einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls angegeben sind.
Einige Anwendungsbereiche, in denen hier beschriebene Leuchtdiodenmodule und Leuchtdiodenbauteile Anwendung finden können, sind etwa die Hinterleuchtungen von Displays oder Anzeigeeinrichtungen. Zudem können die hier beschriebenen Leuchtdiodenmodule und Leuchtdiodenbauteile etwa auch in Beleuchtungseinrichtungen zu Projektionszwecken, in Scheinwerfern oder Lichtstrahlern oder insbesondere bei der Allgemeinbeleuchtung eingesetzt werden.
Nachfolgend wird ein hier beschriebenes Leuchtdiodenmodul sowie ein hier beschriebenes Leuchtdiodenbauteil unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum verbesserten Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
1 eine schematische Draufsicht (A) sowie eine schematische Schnittdarstellung (B) eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Leuchtdiodenmoduls,
2 und 3 schematische dreidimensionale Darstellungen von weiteren Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Leuchtdiodenmodulen,
4 eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels eines hier beschrieben Leuchtdiodenbauteils,
5 eine schematische Draufsicht (A) sowie eine schematische Unteransicht (B) eines Ausführungsbeispieles eines hier beschriebenen Leuchtdiodenmoduls, und
6 und 7 schematische Schnittdarstellungen (A) sowie schematische Draufsichten (B) von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Leuchtdiodenbauteilen.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Leuchtdiodenmoduls 10 dargestellt. Eine Draufsicht ist in 1A zu sehen, eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A' ist der 1B zu entnehmen.
In einem Träger 4 mit einer Trägeroberseite 41 und einer Trägerunterseite 42 sind thermische Durchkontaktierungen 13 gefertigt, die von der Trägeroberseite 41 bis zur Trägerunterseite 42 reichen. Über die thermischen Durchkontaktierungen 13 ist die Wärmeleitfähigkeit durch den Träger 4 hindurch erhöht. Die thermischen Durchkontaktierungen 13 stehen in direktem Kontakt zu in 1 nicht gezeichneten Wärmeleitschichten 2, die an der Trägeroberseite 41 und an der Trägerunterseite 42 aufgebracht sind. Über die Wärmeleitschichten 2 erfolgt eine Verteilung der im Betrieb des Leuchtdiodenmoduls 10 entstehenden wärme in einer Richtung parallel zur Trägeroberseite 41 und zur Trägerunterseite 42.
Auf der Trägeroberseite 41 sind elektrische Leitungen 8 angebracht, die zur elektrischen Kontaktierung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils 7 dienen. Das Halbleiterbauteil 7 ist ebenfalls auf der Trägeroberseite 41 angebracht. Es befindet sich, über die in 1 nicht gezeichneten Wärmeleitschichten 2 an der Trägeroberseite 41 und über die thermischen Durchkontaktierungen 13, in thermischen Kontakt zu einer Wärmekontaktschicht 3. Die Wärmekontaktschicht 3 bedeckt die gesamte Trägerunterseite 42 und weist eine Dicke d von zirka 100 μm auf. Über die Wärmekontaktschicht 3 sind Unebenheiten der Trägerunterseite 42 ausgleichbar. Die Montagebereiche 6 beziehungsweise das Leuchtdiodenmodul 10 weist somit eine ebene Montagefläche 15 auf, die durch eine der Trägeroberseite 41 abgewandte Seite der Wärmekontaktschicht 3 gebildet ist. Optional kann die Wärmekontaktschicht 3 als Haft vermittelnde Schicht gestaltet sein, etwa als selbstklebende Schicht.
Das Leuchtdiodenmodul 10 ist in Montagebereiche 6 unterteilt, die streifenförmig angeordnet sind und jeweils über Segmentierfurchen 11 voneinander abgegrenzt sind. Die Segmentierfurchen 11 sind beispielsweise durch Fräsen erzeugt und durchdringen die Trägerunterseite 42. Den Segmentierfurchen 11 liegen an der Trägeroberseite 41 Bruchkanten 9 gegenüber. Die Bruchkanten 9 selbst stellen keine Verjüngung des Trägers 4 dar. Die Bruchkanten 9 sind fiktive Linien, entlang derer die Trägeroberseite 41 etwa bei einem Zerteilen des Leuchtdiodenmoduls 10 in verschiedene Teilstücke durchtrennt wird.
Eine Breite b der Montagebereiche 6 beträgt etwa 20 mm, eine Länge l der Montagebereiche 6 beträgt zirka 35 mm. Der Träger 4 weist eine Dicke d, in einer Richtung senkrecht zur Trägeroberseite 41, von zirka 0,8 mm auf.
Ein Öffnungswinkel α der Segmentierfurchen 11 beträgt zum Beispiel 30°. Die Segmentierfurchen 11 reichen höchstens bis zur Hälfte des Trägers 4, in einer Richtung senkrecht zur Trägeroberseite 41 und von dieser aus gesehen. Somit schwächen die Segmentierfurchen 11 den Träger 4 nicht derart, dass im Betrieb des Leuchtdiodenmoduls 10 oder im Rahmen der Montage des Leuchtdiodenmoduls 10 ein ungewolltes Brechen oder Zerteilen entlang der Segmentierfurchen 11 beziehungsweise der Bruchkanten 9 auftritt. Über die Segmentierfurchen 11 ist es möglich, das Leuchtdiodenmodul 10 in Teilstücke zu zerlegen, die an die Anforderungen einer konkreten Anwendung angepasst sind. Eine Anzahl an Montagebereichen 6 der Teilstücke ist somit über Zerteilen entlang der Segmentierfurchen 11 und ohne Änderungen an der Ausgestaltung der Montagebereiche 6 einstellbar.
Die Montagebereiche 6 weisen elektrische Kontaktstellen 14 auf, so dass die Montagebereiche 6, je nach Bedarf, beispielsweise über Löten elektrisch kontaktierbar sind. Das optoelektronische Halbleiterbauteil 7 ist über Leiterbahnen 8 mit den Kontaktstellen 14 elektrisch verbunden. Eine der Leiterbahnen 8 verläuft ohne Unterbrechung über die Bruchkanten 9 hinweg, so dass die optoelektronischen Halbleiterbauteile 7 der benachbarten Montagebereiche 6 über diese Leiterbahn 8 elektrisch in Serie geschaltet sind.
Ferner weisen die Montagebereiche 6 Montagevorrichtungen 5a, 5b auf. Über die Montagevorrichtungen 5a, die beispielsweise als Bohrungen gestaltet sind, können die Montagebereiche 6 an einem nicht gezeichneten, externen Körper befestigt werden. Die ebenfalls zum Beispiel als Bohrungen gestalteten Montagevorrichtungen 5b dienen etwa zur Befestigung eines in 1 nicht gezeichneten optischen Elements an den Montagebereichen 6.
2 zeigt schematisch eine dreidimensionale Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des Leuchtdiodenmoduls 10. Die optoelektronischen Halbleiterbauteile 7 an der Trägeroberseite 41 der in einer Reihe angeordneten Montagebereiche 6 sind über die elektrischen Leiterbahnen 8 elektrisch in Serie geschaltet.
An der Segmentierfurche 11b kann das Leuchtdiodenmodul 10 abgeknickt werden, so dass entlang der Bruchkante 9b eine Aufteilung erfolgt. Die Montagebereiche 6a bilden eine erste Gruppe, die Montagebereiche 6b eine zweite Gruppe. Das Knicken und somit Separieren der Gruppen voneinander entlang der Segmentierfurche 11b kann per Hand oder maschinell erfolgen. Die Segmentierfurchen 11a dienen in diesem Ausführungsbeispiel des Leuchtdiodenmoduls 10 nicht zu einer Vereinzelung entlang der Bruchkanten 9a. Die mechanische Stabilität der Gruppen von Montagebereichen 6a, 6b ist durch die Segmentierfurchen 11a nicht derart beeinträchtigt, dass im Betrieb beziehungsweise während der Montage der Leuchtdiodenmodule 10 in Bereich der Segmentierfurchen 11a eine Beschädigung auftreten würde.
Beim Ausführungsbeispiel des Leuchtdiodenmoduls 10 gemäß 3 sind die Montagevorrichtungen 5b als Bohrungen ausgestaltet, die zur Aufnahme von Stiften 17 dienen. Über die Stifte ist ein Reflektor 12 auf den Montagebereichen 6 befestigt. Über den Reflektor 12, alternativ oder zusätzlich auch über eine Linse, können die Abstrahleigenschaften der optoelektronischen Halbleiterbauteile 7 eingestellt werden.
4 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Leuchtdiodenbauteils 1. Das Leuchtdiodenbauteil 1 umfasst genau einen einzigen Montagebereich 6. Der Montagebereich 6 ist auf einem externen Körper 16 des Leuchtdiodenbauteils 1 aufgebracht. Der Körper 16 ist zum Beispiel als Kühlkörper ausgeformt. Anders als in
4 gezeichnet, kann das Leuchtdiodenbauteil 1 aber auch mehrere Montagebereiche 6 beinhalten.
Der Montagebereich 6 ist entlang der Abbruchkanten 9a, 9b beispielsweise aus einem Leuchtdiodenmodul 10 gemäß 1 oder gemäß 5 gelöst. Entlang der Bruchkanten 9a, 9b weist der Montagebereich 6 Vereinzelungsspuren auf. Über die Montagevorrichtungen 5a ist der Montagebereich 6 auf dem Körper 16 befestigt. Über die Montagevorrichtungen 5b ist beispielsweise ein Reflektor 12 auf dem Montagebereich 6 aufbringbar, vergleiche 3.
Das optoelektronische Halbleiterbauteil 7 ist in 4 nicht gezeichnet, so dass die auf der Trägeroberseite 41 aufgebrachte Wärmeleitschicht 2 vollständig sichtbar ist. Die Wärmeleitschicht 2 steht in direktem Kontakt zu sechzehn thermischen Durchkontaktierungen 13, die bis zur Trägerunterseite 42 reichen.
Die elektrischen Kontaktstellen 14a sind als Lötpunkte ausgeformt. Über die Kontaktpunkte 14b, 14c ist eine Kontaktierung des Montagebereichs 6 beispielsweise über Wago-Klemmen ermöglicht.
Beim Ausführungsbeispiel des Leuchtdiodenmoduls 10 gemäß 5 ist eine Vielzahl der Montagebereiche 6 in Spalten und Zeilen zweidimensional angeordnet. Der Träger 4 ist hierbei mit beziehungsweise aus einem FR4-Nutzen gebildet und überspannt alle Montagebereiche 6 einstückig. Nutzen, englisch panel, bezeichnet zum Beispiel einen großflächigen Rohling, aus dem ein oder mehrere Träger 4 insbesondere formgebend, etwa über Stanzen, gebildet werden können. Der Träger 4 ist somit frei von einer metallischen Komponente, insbesondere ist der Träger 4 keine so genannte Metallkernplatine. Jeder der Montagebereiche 6 weist einen Hauptbereich 61 und einen Nebenbereich 62 auf. Auf dem Hauptbereich 61 befinden sich die Wärmeleitschichten 2 sowie die Montagevorrichtungen 5a, 5b. Der Nebenbereich 62, der vom Hauptbereich 61 durch die Segmentierfurche 9b abgegrenzt ist, weist die Montagevorrichtung 5b sowie eine elektrische Kontaktstelle 14b auf, über die ein elektrisches Kontaktieren des Montagebereichs 6 über Klemmen ermöglicht ist.
Im Rahmen der Herstellungstoleranzen sind alle Montagebereiche 6 des Leuchtdiodenmoduls 10 identisch ausgestaltet. Jeder der Montagebereiche 6 weist insgesamt vier Kontaktstellen 14a, 14b auf, so dass jeder einzelne Montagebereich 6 über die Lötkontaktstellen 14a und/oder über die Klemmkontaktstellen 14b kontaktierbar ist. Die Leiterbahnen 8 und die Kontaktstellen 14a, 14b sind entsprechend so gestaltet, dass eine Vereinzelung entlang jeder der Segmentierfurchen 9a, 9c möglich ist, ohne dass zusätzliche Kontaktstellen benötigt würden.
Entlang der Segmentierfurche 11c beziehungsweise der Bruchkanten 9c ist das Leuchtdiodenmodul 10 in Zeilen, entlang der Segmentierfurche 11a beziehungsweise der Bruchkante 9b in Spalten aufteilbar. Eine solche Zeile von Montagebereichen 6 stellt beispielsweise eine Komponente einer Deckenbeleuchtung dar. Durch Verkürzung der Zeilen entlang einer Segmentierfurche 11a beziehungsweise entlang einer Bruchkante 9a ist die Länge einer Zeile zudem an die konkreten Anfordernisse einer Anwendung ohne Änderungen des Designs des Leuchtdiodenmoduls 10 möglich.
Werden die für ein Klemmen gestalteten elektrischen Kontaktstellen 14b nicht benötigt, so kann der Nebenbereich 62 vom Hauptbereich 61 über die Segmentierfurche 11b beziehungsweise die Bruchkante 9b abgetrennt werden, um die Breite b der Montagebereiche 6, in einer Richtung parallel zur Bruchkante 9a, zu einer Breite b' zu verkleinern.
Über die elektrische Leitung 8 sind alle Montagebereiche 6 einer Zeile über die Bruchkanten 9a hinweg elektrisch in Reihe geschaltet. Wird also eine einzige Zeile von den restlichen Zeilen des Leuchtdiodenmoduls 10 abgebrochen, so sind insgesamt für diese Zeile von Montagebereichen 6 nur zwei Lötkontakte, einer am Anfang der Zeile und einer am Ende der Zeile, erforderlich. Anders als in 5 dargestellt, ist es ebenso möglich, dass benachbarte Zeilen über eine S-artige Ausformung der Leiterbahnen 8 elektrisch miteinander verbunden sind, so dass eine durchgehende elektrische Reihenschaltung aller Montagebereiche 6 des Leuchtdiodenmoduls 10 realisierbar ist.
Die Wärmeleitschicht 2a an der Vorderseite weist eine Fläche auf, die mindestens dem Doppelten einer Grundfläche des optoelektronischen Halbleiterbauteils 7 entspricht. Die Wärmeleitschicht 2b an der Trägerunterseite 41 ist wiederum mindestens doppelt so groß wie die Wärmeleitschicht 2a. Hierdurch ist eine effiziente, großflächige thermische Kontaktierung über die Montagefläche 15 an der Trägerunterseite 42 gewährleistet. Die Wärmeleitschichten 2a, 2b sind durch den Träger 4 hindurch über sechzehn thermische Durchkontaktierungen 13 pro Hauptbereich 61 verbunden.
Anders als in den 1 bis 5 dargestellt, kann ein einzelner Montagebereich 6 auch eine Mehrzahl von insbesondere Leuchtdioden, beispielsweise vier optoelektronische Halbleiterbauteile 7, aufweisen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Leuchtdiodenbauteils 1 ist in 6 gezeigt. In 6B ist eine Draufsicht, in 6A eine Schnittdarstellung entlang der Linie B-B' dargestellt.
Der Montagebereich 6 ist über die Wärmekontaktschicht 3, die aus einem dielektrischen Material mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit besteht, thermisch mit dem Körper 16 verbunden. Die Wärmekontaktschicht 3 vermittelt insbesondere einen thermischen Kontakt zwischen dem Körper 16 und der sich an der Trägerunterseite 42 befindlichen Wärmeleitschicht 2b. Der Kontakt zwischen dem Körper 16 und dem Montagebereich 6 erfolgt über die Montagefläche 15, die durch die Wärmekontaktschicht 3 gebildet ist. Über die thermischen Durchkontaktierungen 13 ist die Wärmeleitschicht 2a an der Trägeroberseite 41 mit der Wärmeleitschicht 2b an der Trägerunterseite 42 thermisch verbunden.
Die insgesamt acht thermischen Durchkontaktierungen 13 des Montagebereichs 6 sind durch Bohrungen mit einem Durchmesser D von zirka 0,8 mm realisiert. Die Innenflächen der Bohrungen sind mit Kupfer mit einer Dicke von zirka 35 μm beschichtet, das Kupfer nimmt also insbesondere mindestens 10% des Volumens der Bohrungen ein. Das verbleibende Volumen der Bohrungen ist zum Beispiel mit Luft gefüllt. Optional ist es ebenso möglich, dass die thermischen Durchkontaktierungen 13 nicht nur durch eine Beschichtung der Bohrungen beispielsweise mit Kupfer, sondern durch ein vollständiges Ausfüllen der Bohrungen etwa mit Kupfer oder Zinn gebildet sind. Dieses Ausfüllen erfolgt beispielsweise galvanisch oder über das Eindrücken eines Pfropfens. Die Wärmeleitschichten 2a, 2b bestehen ebenfalls aus Kupfer oder Zinn und weisen auch eine Dicke von zirka 35 μm auf. Die Materialien der Wärmeleitschichten 2a, 2b und das Material der Durchkontaktierungen 13 stehen in direktem Kontakt zueinander.
Die auf der Trägeroberseite 41 angebrachten elektrischen Leitungen 8 befinden sich in der gleichen Ebene wie die Wärmeleitschicht 2a. Die Wärmeleitschicht 2a steht nicht in direktem elektrischen Kontakt zu den Leitungen 8. Eine elektrische Verbindung zwischen Wärmeleitschicht 2a und elektrischen Leitungen 8 kann über das optoelektronische Bauteil 7 gegeben sein. Die elektrischen Leitungen 8 sind ebenfalls aus Kupfer gefertigt und weisen eine Dicke von zirka 35 μm auf, in einer Richtung senkrecht zur Trägeroberseite 41. Eine Breite der Leiterbahnen 8, in einer Richtung parallel zur Trägeroberseite 41, beträgt zirka 300 μm.
In 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Leuchtdiodenbauteils 1 gezeigt. In 7A ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A gemäß der Draufsicht in 7B zu sehen.
Genau ein Montagebereich 6 aus einem Leuchtdiodenmodul 10 ist auf dem Körper 16 befestigt. Auf der Wärmeleitschicht 2a an der Trägeroberseite 41 des Trägers 4 ist das optoelektronische Halbleiterbauteil 7 aufgebracht.
Das optoelektronische Halbleiterbauteil 7 weist einen thermischen Anschlusskörper 75 auf, der mit einem Metall gestaltet ist und auf dessen dem Träger 4 abgewandter Seite ein optoelektronischer Halbleiterchip 71 montiert ist. Mittels dem thermischen Anschlusskörper 75 ist der optoelektronische Halbleiterchip 71 thermisch an die Wärmeleitschicht 2a gekoppelt. Es ist möglich, dass der thermische Anschlusskörper 75 mit der Wärmeleitschicht 2a verlötet oder verklebt ist.
Der thermische Anschlusskörper 75 sowie elektrische Anschlussstreifen 73a, 73b sind teilweise in einem Grundkörper 72 des Halbleiterbauteils 7 eingegossen. Hierbei bleibt eine dem Träger 4 zugewandte Seite des thermischen Anschlusskörpers 75 frei von einem Material des Grundkörpers 72. Weiterhin bildet der Grundkörper 72 eine Ausnehmung 76 aus, in die die Anschlussstreifen 73a, 73b zum Teil hineinragen und die mit einem bezüglich der im Halbleiterchip 71 erzeugten Strahlung transparenten Material ausgefüllt sein kann. Die Ausnehmung 76 reicht, in Richtung zum Träger 4 hin, bis an den thermischen Anschlusskörper 75 heran.
Eine elektrische Kontaktierung des Halbleiterchips 71 erfolgt über die Anschlussstreifen 73a, 73b. Diese Anschlussstreifen 73a, 73b stehen einerseits in elektrischem Kontakt zu den elektrischen Leiterbahnen 8a, 8b sowie andererseits über Bonddrähte 74a, 74b mit dem Halbleiterchip 71. Der Bonddraht 74b kontaktiert hierbei eine dem Träger 4 abgewandte Seite des Halbleiterchips 71. Ein elektrischer Kontakt über den Bonddraht 74b erfolgt über den insbesondere metallisch gestalteten thermischen Anschlusskörper 75. Die Anschlussstreifen 73a, 73b können innerhalb der Ausnehmung 76 eine geringere Breite aufweisen als außerhalb. Eine Befestigung der Anschlussstreifen 73a, 73b an den Leiterbahnen 8a, 8b erfolgt zum Beispiel über Löten.
Derjenige Bereich, in dem die Wärmeleitschicht 2a an der Trägeroberseite 41 in Kontakt mit dem thermischen Anschlusskörper 75 des optoelektronischen Halbleiterbauteils 7 steht, stellt einen thermischen Anschlussbereich 18 dar. In 7B ist dieser thermische Anschlussbereich 18 von einer Strich-Punkt-Linie umschlossen. Der thermische Anschlussbereich 18 ist frei von den thermischen Durchkontaktierungen 13. Mit anderen Worten steht die gesamte, dem Träger 4 zugewandte Fläche des thermischen Anschlusskörpers 75 in Kontakt mit dem Material der Wärmeleitschicht 2a. Hierdurch ist verhindert, dass, insbesondere im Fall mit zum Teil mit Luft gefüllten thermischen Durchkontaktierungen 13, besonders warme Stellen an der dem Träger 4 zugewandten Seite des thermischen Anschlusskörpers 75 resultieren. Jedoch befinden sich die thermischen Durchkontaktierungen 13 zum Teil in einem Bereich, der von dem Grundkörper 72 des Halbleiterbauteils 7 in Richtung senkrecht zur Trägeroberseite 41 überdeckt ist.
Vereinzelungsspuren 19 finden sich an Begrenzungsflächen des Trägers 4 sowie der Leiterbahnen 8a, 8b in einer Richtung parallel zur Trägeroberseite 41 insbesondere zwischen den Segmentierfurchen 11 und den Bruchkanten 9. Diese Vereinzelungsspuren 19 stammen von einem Vereinzeln der Montagebereiche 6 des Leuchtdiodenmoduls 10, das zum Beispiel durch ein Brechen über die Segmentierfurchen 11 erfolgt ist.
Anders als in 7 dargestellt, kann das Leuchtdiodenbauteil 1 auch zwei oder mehrere Montagebereiche 6 umfassen. Optional ist es möglich, dass das Leuchtdiodenbauteil 1 als eine Leuchte ausgestaltet ist und zum Beispiel einen Spannungswandler aufweist, der eingangsseitig mit 230 V oder 115 V Wechselspannung betreibbar ist und ausgangsseitig eine Spannung zur Verfügung stellt, die zum Betrieb des mindestens einen optoelektronischen Halbleiterbauteils 7 geeignet ist.
Alternativ zum Ausführungsbeispiel gemäß 7 ist es ebenso möglich, dass zum Beispiel der Anschlussstreifen 73a in direktem elektrischen Kontakt zum thermischen Anschlusskörper 75 steht, so dass kein Bondddraht 74a erforderlich ist. Auch kann der thermische Anschlusskörper 75 elektrisch von den Anschlussstreifen 73a, 73b isoliert sein und/oder eine elektrische Kontaktierung des Halbleiterchips 71 ausschließlich über dessen dem Träger 4 abgewandte Seite erfolgen. Weiterhin kann ein ungehauster Halbleiterchip 71 direkt auf der Wärmeleitschicht 2a aufgebracht sein.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede neue Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 2007/0291503 A1 [0002]
- US 2004/0075100 A1 [0009]

Claims

Leuchtdiodenmodul (10) mit – einem mit einer Leiterplatte gestalteten, einstückigen Träger (4), – Segmentierfurchen (11) an einer Trägerunterseite (42) des Trägers (4), und – wenigstens einem, insbesondere zumindest zwei oder einer Mehrzahl von Montagebereichen (6), die durch die Segmentierfurchen (11) voneinander abgegrenzt sind, wobei die Montagebereiche (6) aufweisen: – mindestens eine im Träger (4) erzeugte thermische Durchkontaktierung (13), die von der Trägerunterseite (42) zu einer dieser gegenüberliegenden Trägeroberseite (41) reicht, – eine Wärmeleitschicht (2) je an der Trägerunterseite (42) und an der Trägeroberseite (41), wobei die mindestens eine thermische Durchkontaktierung (13) in direktem Kontakt zu den Wärmeleitschichten (2) steht, – mindestens ein optoelektronisches Halbleiterbauteil (7), das auf der Wärmeleitschicht (2) an der Trägeroberseite (41) angebracht ist, und – mindestens zwei elektrische Leiterbahnen (8) an der Trägeroberseite (41), über die das mindestens eine Halbleiterbauteil (7) elektrisch kontaktiert ist, wobei mindestens eine der Leiterbahnen (8) nicht in direktem elektrischen Kontakt mit den Wärmeleitschichten (2) steht, wobei wenigstens zwei einander benachbarte Montagebereiche (6) über eine der Leiterbahnen (8) elektrisch in Serie geschaltet sind.
Leuchtdiodenmodul (10) nach Anspruch 1, bei dem die Leiterbahnen (8) die benachbarten Montagebereiche (6) über Bruchkanten (9) an der Trägeroberseite (41) hinweg elektrisch verbinden.
Leuchtdiodenmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Montagebereiche (6) in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet sind und sich die Segmentierfurchen (11) kreuzen.
Leuchtdiodenmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Montagebereiche (6) jeweils einen Hauptbereich (61) und mindestens einen Nebenbereich (62) aufweisen, die durch wenigstens eine der Segmentierfurchen (2) voneinander abgegrenzt sind, wobei das wenigstens eine optoelektronische Halbleiterbauteil (7) auf dem Hauptbereich (61) angebracht ist, und bei dem der mindestens eine Nebenbereich (62) und der Hauptbereich (62) jeweils wenigstens eine Montagevorrichtung (5) umfassen.
Leuchtdiodenmodul (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem sowohl der Hauptbereich (61) als auch der zumindest eine Nebenbereich (62) an der Trägeroberseite (21) jeweils mindestens eine elektrische Kontaktstelle (14) aufweisen.
Leuchtdiodenmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich die Wärmeleitschichten (2) an der Trägeroberseite (41) und die Leiterbahnen (8) in einer Ebene befinden.
Leuchtdiodenmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Fläche der Wärmeleitschicht (2) an der Trägeroberseite (41) der Montagebereiche (6) mindestens dem Doppelten, und eine Fläche der Wärmeleitschicht (2) an der Trägerunterseite (42) der Montagebereiche (6) mindestens dem Vierfachen einer Grundfläche des mindestens einen Halbleiterbauteils (7) entspricht.
Leuchtdiodenmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem über der gesamten Trägerunterseite (42) der Montagebereiche (6) eine Wärmekontaktschicht (3) aufgebracht ist, die dazu eingerichtet ist, Unebenheiten der Trägerunterseite (42) auszugleichen.
Leuchtdiodenmodul (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Wärmekontaktschicht (3) mit einem dielektrischen Material gestaltet ist und eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 0,7 W/(m·K) aufweist.
Leuchtdiodenmodul (10) nach Anspruch 8 oder nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Wärmekontaktschicht (3) als Haft vermittelnde Schicht gestaltet ist.
Leuchtdiodenmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Träger (4) eine Dicke (d), in einer Richtung senkrecht zur Trägeroberseite (41), von höchstens 1 mm aufweist, und bei dem der Träger (4) ein Epoxid und Glasfasern beinhaltet.
Leuchtdiodenmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein thermischer Widerstand zwischen dem optoelektronischen Halbleiterbauteil (7) und einer Montagefläche (15) an der Trägerunterseite (42) kleiner oder gleich 10 K/W ist.
Leuchtdiodenmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Montagebereiche (6) jeweils wenigstens vier optoelektronische Bauteile (7) umfassen.
Leuchtdiodenbauteil (1) mit wenigstens einem Montagebereich (6) mit – einem mit einer Leiterplatte gestalteten, einstückigen Träger (4), – mindestens fünf im Träger (4) erzeugten thermischen Durchkontaktierungen (13), die von einer Trägerunterseite (42) zu einer dieser gegenüberliegenden Trägeroberseite (41) reichen, – einer Wärmeleitschicht (2) je an der Trägerunterseite (42) und an der Trägeroberseite (41), wobei die thermischen Durchkontaktierungen (13) in direktem Kontakt zu den Wärmeleitschichten (2) stehen, – mindestens einem optoelektronischen Halbleiterbauteil (7), das auf der Wärmeleitschicht (2) an der Trägeroberseite (41) angebracht ist, und – mindestens zwei elektrischen Leiterbahnen (8) an der Trägeroberseite (41), über die das mindestens eine Halbleiterbauteil (7) elektrisch kontaktiert ist, wobei mindestens eine der Leiterbahnen (8) nicht in direktem elektrischen Kontakt mit den Wärmeleitschichten (2) steht, wobei ein thermischer Widerstand zwischen dem optoelektronischen Halbleiterbauteil (7) und einer Montagefläche (15) an der Trägerunterseite (42) kleiner oder gleich 15 K/W ist.