DE102010043220A1

DE102010043220A1 - Leuchtvorrichtung und Verfahren zum Zusammenbauen einer Leuchtvorrichtung

Info

Publication number: DE102010043220A1
Application number: DE102010043220A
Authority: DE
Inventors: Huey Ling Lim; Thomas Preuschl; Peter Sachsenweger
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Inventronics De GmbH
Priority date: 2010-11-02
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2012-05-03
Also published as: WO2012059364A1

Abstract

Leuchtvorrichtung, zusammengesetzt aus einem Steuermodul (1) mit einem ersten Substrat (3), wobei das erste Substrat (3) mit mindestens einem elektronischen Bauelement (5) bestückt ist, und einem Lich wobei das zweite Substrat (11) mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle (14) bestückt ist, wobei das erste Substrat (3) mit dem zweiten Substrat (11) bestückt ist. Das Verfahren dient zum Zusammenbauen einer Leuchtvorrichtung, wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist: Bestücken eines ersten Substrats (3) mit mindestens einem elektronischen Bauelement (5); Bestücken eines zweiten Substrats (11) mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle; Mechanisches und elektrisches Verbinden des ersten Substrats (3) mit dem zweiten Substrat (11).

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchtvorrichtung mit einem Substrat, mit mindestens einem elektronischen Bauelement und mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen oder Zusammenbauen einer Leuchtvorrichtung.
Es ist eine solche als ein Modul ausgebildete Leuchtvorrichtung mit elektronischen Bauelementen und mehreren Leuchtdioden bekannt, welche individuell verpackt (”packaged”) sind. Eine solche Leuchtvorrichtung wird auch als eine ”Light Engine” bezeichnet. Diese Leuchtvorrichtung wird so zusammengebaut, dass die elektronischen Bauelemente und die Leuchtdioden mittels eines sog. Pick-and-Place-Verfahrens auf dem Substrat positioniert und dann mittels eines Wiederaufschmelzlötens (auch Reflowlöten genannt) mit dem Substrat verlötet werden. Das Substrat ist typischerweise eine Leiterplatte. Ein solches Wiederaufschmelzlöten benötigt keine Reinraumbedingungen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine besonders preisgünstig herstellbare Leuchtvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Leuchtvorrichtung ist zusammengesetzt aus (a) einem Steuermodul mit einem ersten Substrat, wobei das erste Substrat mit mindestens einem elektronischen Bauelement bestückt ist, und (b) einem Lichtquellenmodul mit einem zweiten Substrat, wobei das zweite Substrat mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle bestückt ist. Das erste Substrat ist ferner mit dem zweiten Substrat bestückt.
Dadurch, dass die Bestückung des mindestens einen elektronischen Bauelements und der mindestens einen Halbleiterlichtquelle auf unterschiedlichen Substraten durchgeführt wird und die Verheiratung des Steuermoduls mit dem Lichtquellenmodul erst danach erfolgt, können auf sie abgestimmte Bestückungsverfahren und Randbedingungen verwendet werden. Dies ermöglicht eine erleichterte und preisgünstigere Herstellung, insbesondere falls das mindestens eine elektronische Bauelement und die mindestens eine Halbleiterlichtquelle unterschiedliche Herstellungsbedingungen benötigen.
Außerdem können so insbesondere wahlweise unterschiedliche Lichtquellenmodule (z. B. mit einer unterschiedlichen Zahl und/oder Art der Halbleiterlichtquellen) auf einem gleichen Steuermodul angebracht werden. Alternativ kann ein Lichtquellenmodul wahlweise mit mehreren Steuermodulen verheiratet werden. Dies erhöht eine Designflexibilität bei vergleichsweise geringen Kosten.
Darüber hinaus können die beiden Module getrennt getestet werden, wobei bei einem fehlerhaften Modul nur dieses und nicht die gesamte Leuchtvorrichtung ausgetauscht zu werden braucht, was die Kosten ebenfalls verringert. Analog braucht bei einem Ausfall im Betrieb der Leuchtvorrichtung nur das fehlerhafte Modul ausgetauscht zu werden. Außerdem ist so eine Hardware-Aktualisierung der Module auf eine preisgünstige Weise möglich.
Bevorzugterweise umfasst die mindestens eine Halbleiterlichtquelle mindestens eine Leuchtdiode. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtdioden können diese in der gleichen Farbe oder in verschiedenen Farben leuchten. Eine Farbe kann monochrom (z. B. rot, grün, blau usw.) oder multichrom (z. B. weiß) sein. Auch kann das von der mindestens einen Leuchtdiode abgestrahlte Licht ein infrarotes Licht (IR-LED) oder ein ultraviolettes Licht (UV-LED) sein. Mehrere Leuchtdioden können ein Mischlicht erzeugen; z. B. ein weißes Mischlicht. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mindestens einen wellenlängenumwandelnden Leuchtstoff enthalten (Konversions-LED). Die mindestens eine Leuchtdiode kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten Leuchtdiode oder in Form mindestens eines LED-Chips vorliegen. Mehrere LED-Chips können auf einem gemeinsamen Substrat (”Submount”) montiert sein. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, z. B. mindestens einer Fresnel-Linse, Kollimator, und so weiter. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen Leuchtdioden, z. B. auf Basis von InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z. B. Polymer-OLEDs) einsetzbar. Alternativ kann die mindestens eine Halbleiterlichtquelle z. B. mindestens einen Diodenlaser aufweisen.
Das erste Substrat und/oder das zweite Substrat können beispielsweise als eine Leiterplatte aus FR4 oder einer Keramik als Basismaterial und/oder als eine Metallkernplatine ausgebildet sein.
Das erste Substrat kann insbesondere mit dem Lichtquellenmodul als auch ausschließlich mit elektronischen Komponenten (und nicht mit einer Halbleiterlichtquelle) bestückt sein. Das zweite Substrat kann insbesondere ausschließlich mit Halbleiterlichtquellen (und nicht mit elektronischen Komponenten) bestückt sein. Die elektronischen Komponenten des ersten Substrats können z. B. Kondensatoren, Widerstände, integrierte Schaltkreise, elektrische Anschlusselemente usw. umfassen, z. B. zumindest teilweise in Oberflächenmontagetechnik (SMT) ausgeführt.
Es ist eine Ausgestaltung, dass das erste Substrat an seiner Vorderseite mit dem mindestens einen elektronischen Bauelement bestückt ist, das zweite Substrat an seiner Vorderseite mit der mindestens einen Lichtquelle bestückt ist und das zweite Substrat mit seiner Rückseite an der Vorderseite des ersten Substrats befestigt ist. Dies ermöglicht eine besonders einfache Bestückung und Verheiratung.
Das erste Substrat und/oder das zweite Substrat können insbesondere eine im Vergleich zu ihrer ebenen Ausdehnung geringe Höhe aufweisen und z. B. plattenförmig oder scheibenförmig ausgebildet sein. Sie können insbesondere eine kreisscheibenförmige Grundform aufweisen.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass das zweite Substrat an einem höhenversetzten Bereich des ersten Substrats, insbesondere bezüglich dessen mit dem zweiten Substrat versehenen Seite, insbesondere Vorderseite, befestigt ist. So kann eine effektive Wärmeabfuhr von der Leuchtvorrichtung unterstützt werden. Zudem wird eine korrekte Positionierung des zweiten Substrats vereinfacht.
Es ist eine spezielle Ausgestaltung, dass das zweite Substrat an einem vorstehenden oder erhöhten Bereich des ersten Substrats befestigt ist.
Es ist eine weitere spezielle Ausgestaltung, dass das zweite Substrat an einem vertieften Bereich des ersten Substrats befestigt ist. Der vertiefte Bereich kann insbesondere zur flächenmäßig vollständigen Aufnahme des zweiten Substrats ausgebildet und/oder dimensioniert sein.
Der vertiefte Bereich kann beispielsweise durch ein materialabtragendes Verfahren in das erste Substrat eingebracht werden (z. B. umfassend mechanisches Ätzen, Schleifen, Fräsen und/oder Stanzen), insbesondere falls das erste Substrat nicht oder nur geringfügig plastisch verformbar ist (z. B. falls das erste Substrat ein Keramiksubstrat ist) oder falls das erste Substrat sich einfach ohne wesentlichen Stabilitätsverlust oder Funktionsverlust bearbeiten lässt (z. B. falls das erste Substrat ein FR4-Substrat ist). Der vertiefte Bereich kann alternativ durch einen Prägevorgang in das erste Substrat eingebracht worden sein, insbesondere falls das erste Substrat ausreichend plastisch verformbar ist, z. B. falls das erste Substrat ein FR4-Substrat oder eine Metallkernplatine ist.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass das zweite Substrat mittels einer Nacktchipmontage bzw. mittels eines Chip-on-Board-Verfahrens mit der mindestens einen Halbleiterlichtquelle bestückt worden ist. Das erste Substrat ist hierbei vorteilhafterweise ein Keramiksubstrat, insbesondere Leiterplatte mit einem keramischen Basismaterial und mindestens einer Verdrahtungslage. Die mindestens eine Halbleiterlichtquelle liegt vorteilhafterweise in Chip-Form (nicht gehäust) vor, z. B. als ein LED-Chip. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, dass nur das Lichtquellenmodul unter Reinraumbedingungen (welche beispielsweise zur Befestigung von Halbleiterchips bei der Nacktchipmontage, insbesondere für Diebonding-Schritte und Drahtbonding-Schritte, benötigt werden) hergestellt zu werden braucht, während das Steuermodul mittels preiswerterer herkömmlicher Methoden, welche keinen Reinraum benötigen, hergestellt werden kann. Dies reduziert die Kosten für das Steuermodul erheblich, welche zudem unabhängig von den Kosten für das Lichtquellenmodul sind.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass das erste Substrat über ein Wärmeschnittstellenmaterial oder Wärmeleitmaterial an dem zweiten Substrat befestigt ist. Dadurch kann eine Wärmeabfuhr von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle auf das erste Substrat und ggf. weiter auf einen mit dem ersten Substrat verbundenen Körper (z. B. einen Kühlkörper und/oder eine Leuchte usw.) verbessert werden. Das Wärmeschnittstellenmaterial (TIM; ”Thermal Interface Material”) kann z. B. eine Wärmeleitpaste, ein Wärmeleitkleber, eine Wärmeleitfolie usw. umfassen. Beispielsweise kann die Wärmeleitpaste vor einer Aufbringung des zweiten Substrats auf den höhenversetzten Bereich des ersten Substrats aufgebracht werden.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass das zweite Substrat mittels mindestens einer Dreh-Verbindung oder Steck/Dreh-Verbindung, z. B. eines Bajonettverschlusses, an dem ersten Substrat befestigt ist. So kann eine besonders einfache, sichere und ggf. (z. B. für einen Wechsel des Lichtquellenmoduls) wieder lösbare Verbindung zwischen dem Steuermodul und dem Lichtquellenmodul bereitgestellt werden. Jedoch sind auch andere Befestigungsarten möglich, z. B. eine Rastverbindung, eine Klebeverbindung usw.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass (a) das Lichtquellenmodul mit dem Steuermodul elektrisch über einen starrflexiblen Verbinder verbunden ist, wobei (b) das erste Substrat einen starren Kontaktbereich aufweist, welcher mit dem mindestens einen elektronischen Bauelement elektrisch verbunden ist, und wobei (c) das zweite Substrat ein mit der mindestens einen Halbleiterlichtquelle elektrisch verbundenes, elastisch rückfederndes Kontaktelement zum (insbesondere pressenden) Aufsatz auf den Kontaktbereich des ersten Substrats aufweist. Der elektrische Kontakt zwischen dem Lichtquellenmodul und dem Steuermodul kann so auf eine robuste Weise und ohne zusätzliche Handhabungsschritte bei der Verheiratung bzw. gegenseitigen Befestigung dieser beiden Module hergestellt werden.
Der starre Kontaktbereich kann beispielsweise mehrere Kontaktfelder aufweisen. Der starre Kontaktbereich kann insbesondere mittels einer Verdrahtungslage des ersten Substrats gebildet sein. Der starre Kontaktbereich kann beispielsweise ein erhöhter Bereich sein.
Das elastisch rückfedernde Kontaktelement kann z. B. an dem zweiten Substrat nach einer Nacktchipmontage der mindestens einen Lichtquelle angebracht worden sein. Das elastisch rückfedernde Kontaktelement kann beispielsweise aus Kunststoff bestehen und einen oder mehrere Leiterbahnen und Kontaktflächen aufweisen. Die Kontaktflächen passen vorzugsweise zu den Kontaktflächen des starren Kontaktbereichs des ersten Substrats. Das elastisch rückfedernde Kontaktelement kann insbesondere eine im Querschnitt oder Profil rechtwinklige Form aufweisen, welche horizontal von dem zweiten Substrat abgeht (horizontaler Abschnitt) und dann vertikal nach unten (in Richtung des Kontaktbereichs des ersten Substrats) abgeht (vertikaler Abschnitt). Die Kontaktfelder können dann insbesondere an einem unteren Rand des vertikalen Abschnitts angeordnet sein.
Bei einem Aufsetzen des Lichtquellenmoduls auf das Steuermodul kontaktiert insbesondere das elastisch rückfedernde Kontaktelement mit seiner mindestens einen Kontaktfläche eine jeweils passende Kontaktfläche des starren Kontaktbereichs des Steuermoduls. Das elastisch rückfedernde Kontaktelement wird dabei leicht durchgedrückt (insbesondere in dessen horizontalem Abschnitt) und erzeugt mittels seiner elastischen Rückfederung einen geringen, aber ausreichenden Anpressdruck zur sicheren Kontaktierung.
Der starr-flexible Verbinder kann insbesondere in Form eines ZIF-Verbinders vorliegen.
Jedoch ist die Leuchtvorrichtung nicht darauf beschränkt. So können die beiden Module z. B. auch durch Drahtbonden oder andere Kontaktierungsmethoden miteinander elektrisch verbunden werden.
Die Leuchtvorrichtung kann beispielsweise eine Lampe, eine Leuchte oder ein Leuchtmodul sein.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Zusammenbauen einer Leuchtvorrichtung, wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist: (a) Bestücken eines ersten Substrats mit mindestens einem elektronischen Bauelement, (b) Bestücken eines zweiten Substrats mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle und (c) mechanisches und elektrisches Verbinden des ersten Substrats mit dem zweiten Substrat. Das Verfahren ermöglicht die gleichen Vorteile wie die beschriebene Leuchtvorrichtung.
Die Schritte (a) und (b) können in beliebiger Reihenfolge und auch gleichzeitig durchgeführt werden.
Es ist eine Ausgestaltung, dass das Verbinden des ersten Substrats mit dem zweiten Substrat ein Aufsetzen des zweiten Substrats auf einen höhenversetzten Bereich des ersten Substrats umfasst. Dies vereinfacht eine korrekte Positionierung des zweiten Substrats.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass vor dem Verbinden des ersten Substrats mit dem zweiten Substrat ein Schritt eines Aufbringens eines Wärmeübergangsmaterials oder Wärmeschnittstellenmaterials an einem Kontaktbereich zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat durchgeführt wird. Dadurch kann eine Wärmeabfuhr von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle auf das erste Substrat und ggf. weiter auf einen mit dem ersten Substrat verbundenen Körper (z. B. einen Kühlkörper und/oder eine Leuchte usw.) verbessert werden. Beispielsweise kann dazu eine Wärmeleitpaste oder Wärmeleitfolie vor einer Aufbringung des zweiten Substrats auf den höhenversetzten Bereich des ersten Substrats aufgebracht werden.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass das Bestücken des zweiten Substrats mit der mindestens einen Halbleiterlichtquelle mittels einer Nacktchipmontage durchgeführt wird.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass das Bestücken des ersten Substrats mit dem mindestens einen elektronischen Bauelement mittels eines Reflowprozesses durchgeführt wird.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass zum mechanischen Verbinden des ersten Substrats mit dem zweiten Substrat die beiden Substrate über eine Dreh-Verbindung oder eine Steck/Dreh-Verbindung miteinander verbunden werden.
In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
1 zeigt in Ansicht von schräg oben ein Steuermodul einer Leuchtvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 zeigt in Ansicht von schräg oben die Leuchtvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform mit dem Steuermodul und einem passenden Lichtquellenmodul;
3 zeigt als Schnittdarstellung in Ansicht von schräg oben die Leuchtvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
4 zeigt als Schnittdarstellung in Ansicht von schräg oben eine Leuchtvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform mit einem Steuermodul und einem passenden Lichtquellenmodul;
5 zeigt eine Leuchtvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform mit einem Steuermodul und einem passenden Lichtquellenmodul, die mittels eines starr-flexiblen Verbinders elektrisch miteinander verbunden sind;
6 zeigt einen Ausschnitt aus der Leuchtvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform im Bereich des starr-flexiblen Verbinders;
7 zeigt eine Leuchtvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform mit einem Steuermodul und einem passenden Lichtquellenmodul, die mittels einer Steck/Dreh-Verbindung mechanisch miteinander verbunden sind;
8 zeigt einen Ausschnitt aus der Leuchtvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform im Bereich der Steck/Dreh-Verbindung;
9 zeigt in Ansicht von schräg oben ein Steuermodul einer Leuchtvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform;
10 zeigt in Ansicht von schräg oben die Leuchtvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform mit dem Steuermodul und einem passenden Lichtquellenmodul; und
11 zeigt als Schnittdarstellung in Ansicht von schräg oben die Leuchtvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform.
1 zeigt in einer Ansicht von schräg oben ein Steuermodul 1 einer Leuchtvorrichtung in Form eines Leuchtmoduls 2 gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Steuermodul 1 weist ein erstes Substrat in Form einer (ersten) Leiterplatte 3 (z. B. mit FR4 als Basismaterial) mit im Wesentlichen kreisscheibenförmiger Grundform auf. Auf einer Vorderseite 4 der Leiterplatte 3 sind mehrere elektronische Bauelemente 5 in Form von Kondensatoren, Widerständen, integrierten Schaltkreisen usw. aufgebracht. An der Vorderseite 4 ist ferner ein elektrisches Steckerelement 6 zur elektrischen Verbindung des Leuchtmoduls 2 angebracht.
In einem zentralen Bereich ihrer Vorderseite 4 weist die Leiterplatte 3 ferner einen gegenüber der umgebenden Vorderseite 4 vertieften Bereich zur Aufnahme eines Lichtquellenmoduls 7 (siehe 2 und 3) auf, welcher im folgenden als ein vertiefter Aufnahmebereich 8 bezeichnet wird. Der vertiefte Aufnahmebereich 8 ist ebenfalls im Wesentlichen kreisscheibenförmig aufgebildet und weist an seinem seitlichen Rand drei um 90° winkelversetzte Ausbuchtungen 9 auf.
Das Steuermodul 1 kann insbesondere preiswert durch ein einfaches Positionieren der elektronischen Bauelemente 5 auf der Leiterplatte 3 und folgendes Verlöten (z. B. durch ein Reflowlöten) hergestellt werden.
2 zeigt in Ansicht von schräg oben das Leuchtmodul 2 mit dem Steuermodul 1 und einem passend in den vertieften Aufnahmebereich 8 eingesetzten Lichtquellenmodul 7. Genauer gesagt kontaktiert ein zweites Substrat in Form einer (zweiten) Leiterplatte 11 mit seiner Rückseite den vertieften Aufnahmebereich 8, ggf. indirekt über ein Wärmeschnittstellenmaterial oder Wärmeleitmaterial, wie beispielsweise eine zuvor in den vertieften Aufnahmebereich 8 eingeschmierte Wärmeleitpaste. Die Leiterplatte 11 ist kreisscheibenförmig ausgestaltet und weist an ihrem seitlichen Rand drei zu den Ausbuchtungen 9 passende Nasen 12 auf, wodurch eine korrekte, verdrehsichere Positionierung des Lichtquellenmoduls 7 auf das Steuermodul 1 ermöglicht wird.
Eine Vorderseite 13 der Leiterplatte 11 ist zuvor mit mehreren elektrisch in Reihe geschalteten Leuchtdiodenchips 14 (siehe z. B. 6) als den Halbleiterlichtquellen bestückt worden. Die Leiterplatte 11 kann beispielsweise ein keramisches Basismaterial aufweisen. Die Leuchtdiodenchips 14 sind unter Reinraumbedingungen mittels einer Nacktchipmontage auf der Leiterplatte 11 aufgebracht worden.
3 zeigt als Schnittdarstellung das Leuchtmodul 2. Eine Rückseite 10 der Leiterplatte 3 ist für eine einfache großflächige Kontaktierung eben ausgebildet. Der vertiefte Aufnahmebereich 8 ist hier mittels eines materialabtragenden Verfahrens in die Vorderseite 4 eingebracht worden.
4 zeigt als Schnittdarstellung in Ansicht von schräg oben ein Leuchtmodul 15 gemäß einer zweiten Ausführungsform mit einem Steuermodul 16 und einem passenden Lichtquellenmodul 7. Das Leuchtmodul 15 unterscheidet sich von dem Leuchtmodul 2 dadurch, dass eine Rückseite 17 einer (ersten) Leiterplatte 18 des Steuermoduls 16 nicht mehr eben ist, sondern in einem zu dem vertieften Aufnahmebereich 8 entsprechenden Bereich vorspringt. Diese Form der Leiterplatte 18 wird beispielsweise bei einem formändernden (nicht materialabtragenden) Verfahren zur Erzeugung des vertieften Aufnahmebereichs 8 erreicht, z. B. bei einem Prägeverfahren. Die Leiterplatte 18 kann z. B. aus FR4 bestehen.
5 zeigt ein Leuchtmodul 19 gemäß einer dritten Ausführungsform mit einem Steuermodul 20 und einem passenden Lichtquellenmodul 21. Das Steuermodul 20 und das Lichtquellenmodul 21 sind mittels eines starr-flexiblen Verbinders 22 elektrisch miteinander verbunden. 6 zeigt einen Ausschnitt aus dem Leuchtmodul 19 im Bereich des starr-flexiblen Verbinders 22.
Der starr-flexible Verbinder 22 weist einen erhöhten, starren Kontaktbereich 23 auf der Vorderseite 4 der hier beispielsweise verwendeten Leiterplatte 3 auf. Der starre Kontaktbereich 23 weist mehrere Kontaktfelder (o. Abb.) auf und ist mit dem mindestens einen elektronischen Bauelement 5 elektrisch verbunden. Der starr-flexible Verbinder 22 weist ferner ein an der beispielhaft herausgegriffenen Leiterplatte 11 angebrachtes elastisch rückfederndes Kontaktelement 24 auf. Das elastisch rückfedernde Kontaktelement 24 ist mit den Leuchtdiodenchips 14 elektrisch verbunden und zum Aufsatz auf den Kontaktbereich 23 eingerichtet und angeordnet. Das elastisch rückfedernde Kontaktelement 24 besteht aus Kunststoff oder Keramik als Basismaterial und weist einen oder mehrere Leiterbahnen und Kontaktflächen auf (o. Abb.). Diese Kontaktflächen passen zu den Kontaktflächen des starren Kontaktbereichs.
Das elastisch rückfedernde Kontaktelement 24 weist hier eine im Querschnitt oder Profil rechtwinklige Form auf, welche horizontal von dem zweiten Substrat abgeht (horizontaler Abschnitt 25) und dann vertikal nach unten oder hinten in Richtung des Kontaktbereichs 23 abgeht (vertikaler Abschnitt 26).
Die Kontaktfelder können dann insbesondere an einem unteren Rand des vertikalen Abschnitts 26 angeordnet sein.
Bei einem Aufsetzen des Lichtquellenmoduls 21 auf das Steuermodul 20 kontaktiert das elastisch rückfedernde Kontaktelement 24 den Kontaktbereich 23 und stellt so eine elektrische Verbindung her. Das elastisch rückfedernde Kontaktelement 24 wird dabei leicht durchgedrückt und erzeugt mittels seiner elastischen Rückfederung einen zur sicheren elektrischen Kontaktierung ausreichenden, aber bezüglich einer mechanischen Belastung vernachlässigbaren Anpressdruck mit dem Kontaktbereich 23.
7 zeigt ein Leuchtmodul 27 gemäß einer vierten Ausführungsform mit einem (teilweise durchsichtig gezeichneten) Steuermodul 28 und einem passenden Lichtquellenmodul 7, die mittels einer Steck/Dreh-Verbindung mechanisch miteinander verbunden sind. 8 zeigt einen Ausschnitt aus dem Leuchtmodul 27 im Bereich der Steck/Dreh-Verbindung.
Das Steuermodul 28 weist nun in der Seitenwand des vertieften Aufnahmebereichs 30 der Leiterplatte 31 drei um 90° winkelversetzte Aussparungen 32 auf. Die Aussparungen 32 weisen jeweils ein von der Vorderseite 33 aus zugängliches Einsteckloch 34 und einen davon seitlich waagerecht abgehenden Schlitz 35 auf. Die seitlichen Nasen 12 der Leiterplatte 11 des Lichtquellenmoduls 7 können in das Einsteckloch 34 eingesteckt werden, und danach kann das Lichtquellenmodul 7 gegenüber dem Steuermodul 28 so verdreht werden, dass die Nasen 12 in den jeweiligen Schlitz 35 hineingleiten. Die Nasen 12 können in den Schlitzen 35 auch verrastet werden. Das Lichtquellenmodul 7 kann somit mit dem Steuermodul 28 mittels einer Dreh/Steck-Verbindung 12, 32 in Form eines Bajonettverschlusses verbunden werden. Die Dreh/Steck-Verbindung 12, 32 kann lösbar oder, z. B. durch die Verwendung eines Klebemittels, unlösbar sein.
9 zeigt in Ansicht von schräg oben ein Steuermodul 36 eines Leuchtmoduls 37 gemäß einer fünften Ausführungsform. Im Gegensatz zu dem Steuermodul 1 weist die Vorderseite 38 der (ersten) Leiterplatte 39 des Steuermoduls 36 nun einen zylinderförmig erhöhten oder vorstehenden Aufnahmebereich 40 auf.
10 zeigt in Ansicht von schräg oben das Leuchtmodul 37 mit dem Steuermodul 36 und dem Lichtquellenmodul 7. Die Leiterplatte 11 des Lichtquellenmoduls 7 liegt wiederum mit ihrer Rückseite auf dem vorstehenden Aufnahmebereich 40 auf, wobei die Nasen 12 bzw. ihre Spitzen randbündig zu einer seitlichen Mantelfläche des vorstehenden Aufnahmebereichs 40 liegen. Das Leuchtmodul 37 kann mit dem Steuermodul 36 zur mechanischen Verbindung z. B. verklebt sein. Der vorstehende Aufnahmebereich 40 kann alternativ selbst noch einen vertieften Aufnahmebereich aufweisen. Das Leuchtmodul 37 kann mit dem Steuermodul 36 z. B. durch Drahtverbindungen (”Bonddrähte” o. ä.) elektrisch verbunden sein.
11 zeigt als Schnittdarstellung in Ansicht das Leuchtmodul 37. Der vorstehenden Aufnahmebereich 40 kann z. B. durch eine Prägetechnik in die Leiterplatte 39 eingebracht worden sein.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
So können Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen auch ausgetauscht oder kombiniert werden. Beispielsweise können beispielsweise der starr-flexible Verbinder und der Bajonettverschluss in Kombination verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Steuermodul
2: Leuchtmodul
3: Leiterplatte
4: Vorderseite der Leiterplatte
5: elektronisches Bauelement
6: elektrisches Steckerelement
7: Lichtquellenmodul
8: vertiefter Aufnahmebereich
9: Ausbuchtung
10: Rückseite der Leiterplatte
11: Leiterplatte
12: Nase
13: Vorderseite der Leiterplatte
14: Leuchtdiodenchip
15: Leuchtmodul
16: Steuermodul
17: Rückseite der Leiterplatte
18: Leiterplatte des Steuermoduls
19: Leuchtmodul
20: Steuermodul
21: Lichtquellenmodul
22: starr-flexibler Verbinder
23: erhöhter Kontaktbereich
24: rückfederndes Kontaktelement
25: horizontaler Abschnitt
26: vertikaler Abschnitt
27: Leuchtmodul
28: Steuermodul
30: vertiefter Aufnahmebereich
31: Leiterplatte
32: Aussparung
33: Vorderseite
34: Einsteckloch
35: Schlitz
36: Steuermodul
37: Leuchtmodul
38: Vorderseite der Leiterplatte des Steuermoduls
39: Leiterplatte des Steuermoduls
40: vorstehender Aufnahmebereich

Claims

Leuchtvorrichtung (2; 15; 19; 27; 37), zusammengesetzt aus – einem Steuermodul (1; 20; 28; 36) mit einem ersten Substrat (3; 18; 31; 39), wobei das erste Substrat (3; 18; 31; 39) mit mindestens einem elektronischen Bauelement (5) bestückt ist, und – einem Lichtquellenmodul (7; 21) mit einem zweiten Substrat (11), wobei das zweite Substrat (11) mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle (14) bestückt ist, – wobei das erste Substrat (3; 18; 31; 39) mit dem zweiten Substrat (11) bestückt ist.
Leuchtvorrichtung (2; 15; 19; 27; 37) nach Anspruch 1, wobei das erste Substrat (3; 18; 31; 39) an seiner Vorderseite (4; 33; 38) mit dem mindestens einen elektronischen Bauelement (5) bestückt ist, das zweite Substrat (11) an seiner Vorderseite (13) mit der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (14) bestückt ist und das zweite Substrat (11) mit seiner Rückseite an der Vorderseite (4; 33; 38) des ersten Substrats (3; 18; 31; 39) befestigt ist.
Leuchtvorrichtung (2; 15; 19; 27; 37) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Substrat (11) an einem höhenversetzten Bereich (8; 23; 30) des ersten Substrats (3; 18; 31; 39) befestigt ist.
Leuchtvorrichtung (2; 15; 19; 27; 37) nach Anspruch 3, wobei das zweite Substrat (11) an einem erhöhten Bereich (40) des ersten Substrats (39) befestigt ist.
Leuchtvorrichtung (2; 15; 19; 27) nach Anspruch 3, wobei das zweite Substrat (11) an einem vertieften (8; 30) Bereich des ersten Substrats (3; 18; 31) befestigt ist.
Leuchtvorrichtung (2; 15; 19; 27; 37) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Substrat (11) mittels einer Nacktchipmontage mit der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (14) bestückt worden ist.
Leuchtvorrichtung (2; 15; 19; 27; 37) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Substrat (3; 18; 31; 39) über ein Wärmeschnittstellenmaterial an dem zweiten Substrat (11) befestigt ist.
Leuchtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Substrat (11) mittels mindestens eines Bajonettverschlusses (12, 32) an dem ersten Substrat (39) befestigt ist.
Leuchtvorrichtung (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei das Lichtquellenmodul (21) mit dem Steuermodul (20) elektrisch über einen starr-flexiblen Verbinder (22), insbesondere ZIF-Verbinder, verbunden ist, – wobei das erste Substrat (3) einen starren Kontaktbereich (23) aufweist, welcher mit dem mindestens einen elektronischen Bauelement (5) elektrisch verbunden ist, und – wobei das zweite Substrat (11) ein mit der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (14) elektrisch verbundenes, elastisch rückfederndes Kontaktelement (24) zum Aufsatz auf den Kontaktbereich (23) des ersten Substrats (3) aufweist.
Verfahren zum Zusammenbauen einer Leuchtvorrichtung (2; 15; 19; 27; 37), wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist: – Bestücken eines ersten Substrats (3; 18; 31; 39) mit mindestens einem elektronischen Bauelement (5); – Bestücken eines zweiten Substrats (11) mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle (14); – Mechanisches und elektrisches Verbinden des ersten Substrats (3; 18; 31; 39) mit dem zweiten Substrat (11).
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Verbinden des ersten Substrats (3; 18; 31; 39) mit dem zweiten Substrat (11) ein Aufsetzen des zweiten Substrats (11) auf einen höhenversetzten Bereich (8; 30) des ersten Substrats (3; 18; 31; 39) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei vor dem Verbinden des ersten Substrats (3; 18; 31; 39) mit dem zweiten Substrat (11) ein Schritt eines Aufbringens eines Wärmeschnittstellenmaterials an einem Kontaktbereich zwischen dem ersten Substrat (3; 18; 31; 39) und dem zweiten Substrat (11) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Bestücken des zweiten Substrats (11) mit der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (14) mittels einer Nacktchipmontage durchgeführt wird.
Verfahren (nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Bestücken des ersten Substrats (3; 18; 31; 39) mit dem mindestens einen elektronischen Bauelement (5) mittels eines Reflowprozesses durchgeführt wird.
Verfahren (27) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei zum mechanischen Verbinden des ersten Substrats (39) mit dem zweiten Substrat (11) die beiden Substrate (11, 39) über eine Dreh-Verbindung oder eine Steck/Dreh-Verbindung miteinander verbunden werden.