DE102011076425A1 - Semiconductor lighting device and method for producing a semiconductor lighting device - Google Patents
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Abstract
Die Halbleiter-Leuchtvorrichtung (F) weist mindestens eine Halbleiterlichtquelle (9) auf, die auf mindestens einer Stirnseite (2, 3) eines thermisch gut leitfähigen, plattenförmigen Kühlkörperelements (1) angebracht ist, wobei die mindestens eine Halbleiterlichtquelle (9) von genau einem Kühlkörperelement (1) getragen wird. Das Verfahren dient zum Herstellen einer Halbleiter-Leuchtvorrichtung (F), wobei mehrere elektrisch leitfähige, plattenförmige Kühlkörperelemente (1) zu einem Stapel (6) zusammengesetzt werden; auf mindestens einer Bestückoberfläche (7) des Stapels (6), welche sich aus nebeneinander liegenden Stirnseiten (2, 3) der Kühlkörperelemente (1) ergibt, eine elektrische Isolierschicht (8) aufgebracht wird; auf die elektrische Isolierschicht (8) mindestens eine Leiterbahn (10) aufgebracht wird; die mindestens einer Bestückoberfläche (7) mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle (9) bestückt wird; und die mindestens eine Halbleiterlichtquelle (9) mit der mindestens einen Leiterbahn (10) elektrisch kontaktiert wird. The semiconductor lighting device (F) has at least one semiconductor light source (9) which is mounted on at least one end face (2, 3) of a thermally highly conductive, plate-shaped heat sink element (1), wherein the at least one semiconductor light source (9) of exactly one Heat sink element (1) is worn. The method is used to produce a semiconductor lighting device (F), wherein a plurality of electrically conductive, plate-shaped heat sink elements (1) are assembled to form a stack (6); on at least one Bestückoberfläche (7) of the stack (6), which results from adjacent end faces (2, 3) of the heat sink elements (1), an electrical insulating layer (8) is applied; on the electrical insulating layer (8) at least one conductor track (10) is applied; the at least one Bestückoberfläche (7) is equipped with at least one semiconductor light source (9); and the at least one semiconductor light source (9) is electrically contacted with the at least one conductor track (10).
Description
Die Erfindung betrifft eine Halbleiter-Leuchtvorrichtung, aufweisend mindestens eine Halbleiterlichtquelle, die auf mindestens einer Stirnseite eines plattenförmigen Kühlkörperelements angebracht ist. Eine solche Halbleiter-Leuchtvorrichtung kann insbesondere als eine Retrofitlampe eingesetzt werden, z.B. als Ersatz einer Fluoreszenzröhre. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Halbleiter-Leuchtvorrichtung. The invention relates to a semiconductor light-emitting device, comprising at least one semiconductor light source, which is mounted on at least one end face of a plate-shaped heat sink element. Such a semiconductor light-emitting device can be used in particular as a retrofit lamp, e.g. as a substitute for a fluorescent tube. The invention further relates to a method for producing such a semiconductor light-emitting device.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Leuchtvorrichtung unter Verwendung mindestens eines plattenförmigen Kühlkörperelements bereitzustellen. It is the object of the present invention to provide an improved lighting device using at least one plate-shaped heat sink element.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar. This object is achieved according to the features of the independent claims. Preferred embodiments are in particular the dependent claims.
Die Halbleiter-Leuchtvorrichtung weist mindestens eine Halbleiterlichtquelle, die auf mindestens einer Stirnseite eines thermisch gut leitfähigen, plattenförmigen Kühlkörperelements angebracht ist, auf, wobei die mindestens eine Halbleiterlichtquelle von genau einem Kühlkörperelement getragen wird. The semiconductor lighting device has at least one semiconductor light source which is mounted on at least one end face of a thermally highly conductive, plate-shaped heat sink element, wherein the at least one semiconductor light source is supported by exactly one heat sink element.
Diese Halbleiter-Leuchtvorrichtung weist die Vorteile auf, dass sie durch Variation der Zahl der verwendeten plattenförmigen Kühlkörperelemente einfach und grundsätzlich unbegrenzt in ihrer Lichtstärke skalierbar ist. Dabei treten im Gegensatz zu einer Auflage der Halbleiterlichtquelle auf mehreren Kühlkörperelementen keine mechanischen Beanspruchungen an der Halbleiterlichtquelle aufgrund des Kühlkörperelements auf. Zudem lässt sich ein einziges plattenförmiges Kühlkörperelement einfacher herstellen und handhaben als mehrere, entsprechend schmalere plattenförmige Kühlkörperelemente, insbesondere bei Halbleiterlichtquellen mit einer kleinen Auflagefläche, insbesondere LED-Chips. This semiconductor light-emitting device has the advantages that it is scalable by varying the number of plate-shaped heat sink elements used simple and basically unlimited in their light intensity. In contrast to a support of the semiconductor light source on a plurality of heat sink elements, no mechanical stresses occur on the semiconductor light source due to the heat sink element. In addition, a single plate-shaped heat sink element can be produced and handled more easily than a plurality of correspondingly narrower plate-shaped heat sink elements, in particular in the case of semiconductor light sources with a small contact surface, in particular LED chips.
Unter einem plattenförmigen Kühlkörperelement kann insbesondere ein Kühlkörperelement verstanden werden, welches in Bezug auf seine Länge und seine Höhe eine erheblich größere Ausdehnung aufweist als bezüglich seiner Breite. Unter einer Stirnseite kann dann insbesondere eine Seite verstanden werden, welche in der Breite ausgedehnt ist, also sehr schmal ist.A plate-shaped heat sink element can be understood in particular to be a heat sink element which has a considerably greater extent with respect to its length and its height than with respect to its width. Under a front page can then be understood in particular a page which is extended in width, so it is very narrow.
Die mindestens eine Halbleiterlichtquelle kann an einer oder an mehreren Stirnseiten angeordnet sein. Die mindestens eine Stirnseite stellt somit eine Trägerfläche für die mindestens eine Halbleiterlichtquelle bereit. The at least one semiconductor light source may be arranged on one or more end faces. The at least one end face thus provides a support surface for the at least one semiconductor light source.
Unter einem thermisch gut leitfähigen Kühlkörperelement kann insbesondere ein Kühlkörperelement verstanden werden, das bzw. dessen Material eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 2 W/(m·K), insbesondere von mehr als 10 W/(m·K), aufweist. A thermally highly conductive heat sink element can be understood in particular to be a heat sink element which or its material has a thermal conductivity of more than 2 W / (m · K), in particular more than 10 W / (m · K).
Das plattenförmige Kühlkörperelement kann insbesondere ein elektrisch leitfähiges Material, insbesondere Metall, sein, da elektrisch leitfähige, insbesondere metallische, Körper in der Regel thermisch gut leitfähig sind. Insbesondere metallische Körper lassen sich preiswert herstellen sowie einfach formen und nachbearbeiten. Zudem können sie eine elektrisch Funktion übernehmen, z.B. als Masse. The plate-shaped heat sink element may in particular be an electrically conductive material, in particular metal, since electrically conductive, in particular metallic, bodies are generally thermally highly conductive. In particular, metallic bodies can be produced inexpensively and simply shaped and reworked. In addition, they can perform an electrical function, e.g. as a mass.
Jedoch ist das Material des Kühlkörperelements nicht darauf beschränkt und mag thermisch leitfähigen Kunststoff und thermisch leitfähige Keramik umfassen. Insbesondere mag das Material des Kühlkörperelements aus einem thermisch gut, aber nicht elektrisch leitfähigen Material bestehen, insbesondere Keramik, beispielsweise AlN. However, the material of the heat sink element is not limited to this and may include thermally conductive plastic and thermally conductive ceramics. In particular, the material of the heat sink element may consist of a thermally good, but not electrically conductive material, in particular ceramic, for example AlN.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die mindestens eine Halbleiterlichtquelle direkt auf dem Kühlkörperelement aufliegt. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine besonders effektive Wärmeübertragung von der Halbleiterlichtquelle auf das Kühlkörperelement. Es ist eine Weiterbildung, dass dieses Kühlkörperelement thermisch gut leitfähig ist, aber elektrisch nicht leitfähig ist, z.B. eine Keramikplatte aus AlN. It is an embodiment that the at least one semiconductor light source rests directly on the heat sink element. This advantageously enables a particularly effective heat transfer from the semiconductor light source to the heat sink element. It is a development that this heat sink element is thermally highly conductive, but is electrically non-conductive, e.g. a ceramic plate made of AlN.
Es ist eine andere Weiterbildung, dass das Kühlkörperelement elektrisch leitfähig ist und die mindestens eine Halbleiterlichtquelle gegenüber dem Kühlkörperelement elektrisch isoliert ausgestaltet ist. So kann eine große Vielzahl, auch elektrisch leitfähiger, Materialien für das Kühlkörperelement verwendet werden, z.B. ein Metall, und dennoch kann auch hierbei eine Verringerung eines thermischen Flusses von der Halbleiterlichtquelle auf den Kühlkörperelement aufgrund einer dazwischenliegenden elektrischen Isolierungsschicht, welche typischerweise eine geringe thermische Leitfähigkeit von weniger als 1 W/(m·K) aufweist, vermieden werden. It is another development that the heat sink element is electrically conductive and the at least one semiconductor light source is designed to be electrically insulated from the heat sink element. Thus, a wide variety, including electrically conductive, materials may be used for the heat sink element, e.g. a metal, and yet in this case too, a reduction in thermal flux from the semiconductor light source to the heat sink element due to an intervening electrical insulation layer, which typically has a low thermal conductivity of less than 1 W / (m · K), can be avoided.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass Kontaktflächen der Halbleiterlichtquelle obenliegend (von dem Kühlkörperelement abgewandt) angeordnet sind, was eine Kontaktierung erleichtert, insbesondere mittels eines Drahtbondens. Dies gilt insbesondere für eine Halbleiterlichtquelle, die gegenüber dem Kühlkörperelement elektrisch isoliert ist. It is still a further development that contact surfaces of the semiconductor light source are arranged overhead (facing away from the heat sink element) are what facilitates contact, in particular by means of wire bonding. This applies in particular to a semiconductor light source which is electrically insulated from the heat sink element.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass das Kühlkörperelement elektrisch leitfähig ist und zwischen der mindestens einen Halbleiterlichtquelle und dem Kühlkörperelement eine elektrisch isolierende Isolierschicht vorhanden ist. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass eine große Vielfalt an Halbleiterlichtquellen verwendbar ist, insbesondere in Bezug auf deren elektrische Anschlussart. It is yet an embodiment that the heat sink element is electrically conductive and between the at least one semiconductor light source and the heat sink element, an electrically insulating insulating layer is present. This results in the advantage that a wide variety of semiconductor light sources can be used, in particular with regard to their electrical connection type.
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass das mindestens eine plattenförmige Kühlkörperelement aus Aluminium (einschließlich einer Legierung davon) besteht, da Aluminium preiswert, korrosionsbeständig, hochgradig wärmeleitfähig und leicht ist. Es sind jedoch insbesondere auch andere Metalle und deren Legierungen denkbar, beispielsweise aufweisend Eisen und/oder Kupfer. It is a further embodiment that the at least one plate-shaped heat sink element is made of aluminum (including an alloy thereof), since aluminum is inexpensive, corrosion resistant, highly thermally conductive, and lightweight. However, other metals and their alloys are conceivable in particular, for example comprising iron and / or copper.
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). Der Leuchtstoff kann alternativ oder zusätzlich entfernt von der Leuchtdiode angeordnet sein ("remote phosphor"). 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.Preferably, the at least one semiconductor light source comprises at least one light-emitting diode. If several LEDs are present, they can be lit in the same color or in different colors. A color may be monochrome (e.g., red, green, blue, etc.) or multichrome (e.g., white). The light emitted by the at least one light-emitting diode can also be an infrared light (IR LED) or an ultraviolet light (UV LED). Several light emitting diodes can produce a mixed light; e.g. a white mixed light. The at least one light-emitting diode may contain at least one wavelength-converting phosphor (conversion LED). The phosphor can alternatively or additionally be arranged remotely from the light-emitting diode ("remote phosphor"). The at least one light-emitting diode can be in the form of at least one individually housed light-emitting diode or in the form of at least one LED chip. Several LED chips can be mounted on a common substrate ("submount"). The at least one light emitting diode may be equipped with at least one own and / or common optics for beam guidance, e.g. at least one Fresnel lens, collimator, and so on. Instead of or in addition to inorganic light emitting diodes, e.g. based on InGaN or AlInGaP, organic LEDs (OLEDs, for example polymer OLEDs) can generally also be used. Alternatively, the at least one semiconductor light source may be e.g. have at least one diode laser.
Es ist davon eine besonders bevorzugte Ausgestaltung, dass die mindestens eine Halbleiterlichtquelle in Form mindestens eines LED-Chips vorliegt. Ein LED-Chip ist besonders klein (mit einer typischen Breite von ca. 0,25 mm), so dass sich eine hohe Packungsdichte der LED-Chips ergibt. Dies wiederum ermöglicht eine Verwendung besonders schmaler Kühlkörperelemente und folglich eine hohe Leuchtdichte der Halbleiter-Leuchtvorrichtung. Zudem ist durch das fehlende Gehäuse eine Wärmeableitung von dem LED-Chip besonders hoch, insbesondere durch eine Auflagefläche des LED-Chips hindurch. It is a particularly preferred embodiment that the at least one semiconductor light source is present in the form of at least one LED chip. An LED chip is particularly small (with a typical width of about 0.25 mm), so that results in a high packing density of the LED chips. This in turn allows a use of particularly narrow heat sink elements and consequently a high luminance of the semiconductor light-emitting device. In addition, due to the missing housing, a heat dissipation from the LED chip is particularly high, in particular through a bearing surface of the LED chip.
Der mindestens eine LED-Chip kann insbesondere aufgeklebt oder aufgelötet sein. Das Aufkleben erfolgt vorzugsweise mittels eines gut wärmeleitfähigen Haftmittels, z.B. einer Wärmeleitpaste, einer Wärmeleit-Klebefolie usw. The at least one LED chip may in particular be glued or soldered. The gluing is preferably carried out by means of a good thermal conductivity adhesive, e.g. a thermal grease, a heat-conductive adhesive film, etc.
Es ist eine Weiterbildung, dass der mindestens eine LED-Chip nachträglich verkapselt, insbesondere nachträglich vergossen, ist. Dies verbessert einen Schutz des LED-Chips. Unter einer nachträglichen Verkapselung kann insbesondere eine Verkapselung verstanden werden, welche nach einem Bestücken des LED-Chips vorgenommen worden ist. It is a further development that the at least one LED chip subsequently encapsulated, in particular subsequently potted, is. This improves protection of the LED chip. Subsequent encapsulation can be understood in particular to be an encapsulation which has been carried out after the LED chip has been fitted.
Für eine Einstellung einer Farbe des von dem verkapselten LED-Chip abgestrahlten Lichts kann es vorteilhaft sein, dass die Verkapselung, insbesondere die Vergussmasse, mindestens einen wellenlängenumwandelnden Leuchtstoff aufweist. For setting a color of the light emitted by the encapsulated LED chip, it may be advantageous for the encapsulation, in particular the potting compound, to have at least one wavelength-converting phosphor.
Es ist eine spezielle Weiterbildung, insbesondere im Zusammenhang mit einem direkten Aufliegen auf dem Kühlkörperelement, dass der LED-Chip ein elektrisch isolierendes Substrat aufweist. Auf diesem Substrat können geeignete Halbleiterschichten aufgebracht sein, z.B. mittels eines Epitaxieverfahrens, welche eine Emitterfläche erzeugen, z.B. an einem pn-Übergang. Das Substrat kann insbesondere ein Saphir-Substrat sein, welches elektrisch isolierend ist und eine im Vergleich zu anderen isolierenden Materialien hohe Wärmeleitfähigkeit von 40 W/(m·K) bei Raumtemperatur aufweist.It is a special development, in particular in connection with a direct contact with the heat sink element, that the LED chip has an electrically insulating substrate. Suitable semiconductor layers may be applied to this substrate, e.g. by means of an epitaxy process, which produce an emitter surface, e.g. at a pn junction. In particular, the substrate may be a sapphire substrate which is electrically insulating and has a high thermal conductivity of 40 W / (m · K) at room temperature compared with other insulating materials.
Es ist eine besonders bevorzugte Kombination, dass auf einem Kühlkörperelement aus Aluminium mindestens ein LED-Chip mit einem Saphir-Substrat direkt aufliegt, da sich so eine besonders gute Wärmeableitung bei einer gleichzeitig hohen Leuchtdichte und einer preiswerten Herstellung ergibt. It is a particularly preferred combination that at least one LED chip with a sapphire substrate rests directly on a heat sink element made of aluminum, since this results in a particularly good heat dissipation with a simultaneously high luminance and an inexpensive production.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass das Kühlkörperelement mindestens eine Leiterbahn zur elektrischen Kontaktierung der mindestens einen Halbleiterlichtquelle aufweist und wobei zwischen der mindestens einen Leiterbahn und dem Kühlkörperelement eine elektrisch isolierende Isolierschicht vorhanden ist. Dies ermöglicht eine sichere Verdrahtung auf elektrisch leitfähigen Kühlkörperelementen. Bei einem elektrisch nichtleitenden Kühlkörperelement kann auf eine solche Isolierschicht verzichtet werden. It is further an embodiment that the heat sink element has at least one conductor for electrically contacting the at least one semiconductor light source and wherein between the at least one conductor track and the heat sink element, an electrically insulating insulating layer is present. This allows a secure wiring on electrically conductive heat sink elements. In an electrically non-conductive heat sink element can be dispensed with such an insulating layer.
Die Isolierschicht wird bevorzugt mittels eines Druckverfahrens, insbesondere mittels eines Siebdrucks oder eines Schablonendrucks, aufgebracht. Alternativ kann die Isolierschicht über selektive Abscheidungsmethoden oder aktive Strukurierungsmethoden aufgebracht werden, wie durch Beschichten, Photostrukturieren und/oder Ätzen usw. The insulating layer is preferably applied by means of a printing method, in particular by means of a screen printing or stencil printing. Alternatively, the insulating layer may be applied via selective deposition methods or active patterning techniques, such as by coating, photopatterning and / or etching, etc.
Falls die mindestens eine Halbleiterlichtquelle ebenfalls auf einer Isolierschicht aufliegt, kann die Isolierschicht eine einzige, durchgängige Isolierschicht sein. If the at least one semiconductor light source also rests on an insulating layer, the insulating layer may be a single, continuous insulating layer.
Falls die mindestens eine Halbleiterlichtquelle direkt auf dem Kühlkörperelement aufliegt, weist die Isolierschicht vorzugsweise eine jeweilige Aussparung an einem Bestückplatz der Halbleiterlichtquelle auf. If the at least one semiconductor light source rests directly on the heat sink element, the insulating layer preferably has a respective cutout at a placement location of the semiconductor light source.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass auf mindestens einer Stirnseite zumindest eines plattenförmigen Kühlkörperelements mehrere Halbleiterlichtquellen in Reihe angeordnet sind, insbesondere äquidistant zueinander, wobei zwischen zwei benachbarten Halbleiterlichtquellen eine Leiterbahn angeordnet ist. Die Reihenanordnung ermöglicht eine hohe Leuchtdichte sowie eine einfache Verdrahtung und Bestückung der Halbleiterlichtquellen. Der äquidistante Abstand ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung der Lichtstärke und eine gleichmäßige Wärmeabfuhr über die Länge des Kühlkörperelements.It is also an embodiment that a plurality of semiconductor light sources are arranged in series on at least one end face of at least one plate-shaped heat sink element, in particular equidistantly from one another, wherein a conductor track is arranged between two adjacent semiconductor light sources. The series arrangement enables a high luminance as well as a simple wiring and assembly of the semiconductor light sources. The equidistant spacing allows a uniform distribution of the light intensity and a uniform heat dissipation over the length of the heat sink element.
Eine Leiterbahn kann mit einer benachbarten Halbleiterlichtquelle auf verschiedene Arten elektrisch kontaktiert werden, z.B. durch eine Druckkontaktierung, eine Verlötung, ein Drahtbonden usw. A trace may be electrically contacted with an adjacent semiconductor light source in various ways, e.g. by a pressure contact, a soldering, wire bonding, etc.
Die Leiterbahn kann insbesondere Silber aufweisen, z.B. aus einer Silberpaste hergestellt sein. Die Leiterbahn kann insbesondere aus einem sinterfähigen Silber hergestellt worden sein. The conductor may in particular comprise silver, e.g. be made of a silver paste. The conductor track may in particular have been produced from a sinterable silver.
Die Leiterbahn kann insbesondere aufgedruckt sein. The conductor can be printed in particular.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass die Halbleiter-Leuchtvorrichtung mehrere Halbleiterlichtquellen aufweist, welche zumindest bezüglich eines Kühlkörperelements elektrisch in Reihe geschaltet sind. Eine solche elektrische Verschaltung ist besonders einfach umsetzbar. It is also an embodiment that the semiconductor lighting device comprises a plurality of semiconductor light sources, which are electrically connected in series at least with respect to a heat sink element. Such an electrical connection is particularly easy to implement.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die Stirnseite des mindestens einen plattenförmigen Kühlkörperelements eine Breite von nicht mehr als 5 mm, insbesondere von nicht mehr als 2 mm, insbesondere von ca. 1 mm, aufweist. Dadurch wird eine besonders hohe Leuchtdichte ermöglicht, insbesondere bei einer Verwendung von LED-Chips als den Halbleiterlichtquellen.It is yet another embodiment that the end face of the at least one plate-shaped heat sink element has a width of not more than 5 mm, in particular of not more than 2 mm, in particular of about 1 mm. As a result, a particularly high luminance is made possible, in particular when using LED chips as the semiconductor light sources.
Insbesondere eine Breite von 1 mm hat sich für LED-Chips als vorteilhaft erwiesen, da diese Breite immer noch eine sichere Bestückung und effektive Wärmeableitung von den LED-Chips ermöglicht, und zwar auch durch eine konvektive Kühlung des mindestens einen plattenförmigen Kühlkörperelements. Eine Verwendung mehrerer, entsprechend dünnerer plattenförmiger Kühlkörperelemente als Träger insbesondere für einen nur 0,25 mm breiten LED-Chip wäre schon alleine aufgrund der schwierigen Herstellung und Handhabung der dünneren Kühlkörperelemente nachteilig. In particular, a width of 1 mm has proved to be advantageous for LED chips, since this width still allows safe placement and effective heat dissipation from the LED chips, and indeed by a convective cooling of the at least one plate-shaped heat sink element. A use of several, correspondingly thinner plate-shaped heat sink elements as a carrier, in particular for only 0.25 mm wide LED chip would be disadvantageous, if only because of the difficult production and handling of the thinner heat sink elements.
Es ist auch noch eine Ausgestaltung, dass das plattenförmige Kühlkörperelement quaderförmig ist und eine Länge zwischen ca. 400 mm und 800 mm, insbesondere von ca. 600 mm, sowie eine Höhe zwischen ca. 15 mm und 25 mm, insbesondere von ca. 20 mm, aufweist. Diese Abmessungen haben sich als kompakt und dennoch effektiv dabei erwiesen, Wärme von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle, insbesondere dem mindestens einen LED-Chip, konvektiv abzuleiten, insbesondere bei einer Leistungsdichte von 3000 lm/m wie sie für Retrofit-Fluoreszenzröhren vorteilhaft sind. So kann beispielsweise eine Temperatur an einem pn-Übergang der Halbleiterlichtquelle(n) unter 100 °C bleiben. Dies gilt insbesondere in Kombination mit der oben angeführten Breite, insbesondere von ca. 1 mm. Besonders bevorzugt wird ein quaderförmiges Kühlkörperelement aus Aluminium mit einer Länge von ca. 600 mm, einer Höhe von ca. 20 und einer Breite von ca. 1 mm. It is also an embodiment that the plate-shaped heat sink element is cuboid and a length between about 400 mm and 800 mm, in particular of about 600 mm, and a height between about 15 mm and 25 mm, in particular of about 20 mm , having. These dimensions have proven to be compact yet effective in convective dissipation of heat from the at least one semiconductor light source, particularly the at least one LED chip, particularly at a power density of 3000 lm / m, as are advantageous for retrofit fluorescent tubes. For example, a temperature at a pn junction of the semiconductor light source (s) can remain below 100 ° C. This is especially true in combination with the above-mentioned width, in particular of about 1 mm. Particularly preferred is a cuboid heat sink element made of aluminum with a length of about 600 mm, a height of about 20 and a width of about 1 mm.
Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass die Halbleiter-Leuchtvorrichtung mehrere zu einem Stapel zusammengesetzte plattenförmige Kühlkörperelemente aufweist. Eine solche Halbleiter-Leuchtvorrichtung ermöglicht eine besonders hohe, mittels einer Zahl der plattenförmigen Kühlkörperelemente skalierbare Lichtstärke. It is also an embodiment that the semiconductor lighting device comprises a plurality of plate-shaped heat sink elements assembled into a stack. Such a semiconductor lighting device allows a particularly high, by means of a number of plate-shaped heat sink elements scalable light intensity.
In anderen Worten weist die Halbleiter-Leuchtvorrichtung mehrere zu einem Stapel zusammengesetzte plattenförmige Kühlkörperelemente auf, von denen mindestens ein Kühlkörperelement, insbesondere alle Kühlkörperelemente, wie oben beschrieben ausgebildet sind. In other words, the semiconductor lighting device has a plurality of plate-shaped heat sink elements assembled to form a stack, of which at least one heat sink element, in particular all heat sink elements, are designed as described above.
Es ist eine für eine hohe Lichtstärke bevorzugte Ausgestaltung, dass die plattenförmigen Kühlkörperelemente einen vollständig kompakten Körper bilden. Unter einem solchen vollständig kompakten Körper kann insbesondere ein aus Kühlkörperelementen zusammengesetzter Körper verstanden werden, welcher keinen definierten Spalt zwischen benachbarten Kühlkörperelementen aufweist. Unter einem solchen vollständig kompakten Körper kann auch ein aus Kühlkörperelementen zusammengesetzter Körper verstanden werden, bei dem benachbarte Kühlkörperelemente vollflächig aufeinanderliegen. So kann eine grundsätzlich beliebig hohe Zahl an Kühlkörperelementen zu einem Stapel zusammengesetzt werden. Dazu ist keine Vorbereitung oder Nachbearbeitung, z.B. Biegung, der Kühlkörperelemente notwendig. Bei quaderförmigen Kühlkörperelementen kann sich so insbesondere ein quaderförmiger Stapel ergeben. Dennoch ergibt sich eine ausreichende Wärmeabfuhr bei einer konvektiven Kühlung des Stapels, z.B. durch Anblasen von Kühlluft mittels eines Lüfters.It is a preferred embodiment for a high light intensity that the plate-shaped heat sink elements form a completely compact body. Such a completely compact body can in particular be understood as meaning a body composed of heat sink elements which does not have a defined gap between adjacent heat sink elements. Such a completely compact body can also be understood as meaning a body composed of heat sink elements, in which adjacent heat sink elements over the entire surface. Thus, a basically arbitrarily high number of heat sink elements can be assembled into a stack. For this purpose, no preparation or post-processing, such as bending, the heat sink elements necessary. In cuboid heat sink elements in particular a cuboid stack can result. Nevertheless, there is sufficient heat dissipation in a convective cooling of the stack, eg by blowing cooling air by means of a fan.
Es ist eine Weiterbildung, dass auf mindestens einer Oberfläche des Stapels, welche sich aus nebeneinander liegenden Stirnseiten der Kühlkörperelemente ergibt, und welche für eine Bestückung mit Halbleiterlichtquellen vorgesehen ist ("Bestückoberfläche"), eine gemeinsame elektrische Isolierschicht aufgebracht ist. So wird eine einfache und großflächige elektrische Isolierung ermöglicht. Bei direkt auf die Kühlkörperelemente aufzubringenden Halbleiterlichtquellen können in der elektrischen Isolierschicht entsprechende Aussparungen an den Bestückplätzen vorhanden sein. It is a further development that a common electrical insulating layer is applied to at least one surface of the stack, which results from adjacent end faces of the heat sink elements, and which is provided for equipping with semiconductor light sources ("placement surface"). So a simple and large-scale electrical insulation is possible. In the case of semiconductor light sources to be applied directly to the heat sink elements, corresponding recesses may be present in the electrical insulation layer at the placement locations.
Es ist noch eine Weiterbildung des Stapels, dass eine Verdrahtung, insbesondere mindestens eine Leiterbahn und/oder mindestens ein Bonddraht o.ä., zwischen Stirnseiten von mindestens zwei Kühlkörperelementen vorliegt. Dies erleichtert einen elektrischen Anschluss an eine externe Stromversorgung. beispielsweise können Reihen von Halbleiterlichtquellen benachbarter Kühlkörperelemente zusammen in Reihe oder parallel zueinander geschaltet werden. It is still a development of the stack that a wiring, in particular at least one conductor track and / or at least one bonding wire or the like, is present between end faces of at least two heat sink elements. This facilitates an electrical connection to an external power supply. For example, rows of semiconductor light sources of adjacent heat sink elements may be connected together in series or in parallel.
Die Kühlkörperelemente können zur Herstellung des Stapels miteinander verschweißt, verklebt, verschraubt, verklemmt u.v.m. werden. The heat sink elements can be welded, glued, screwed, clamped u.v.m. become.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die Halbleiter-Leuchtvorrichtung eine Retrofitlampe oder einen Teil davon darstellt. Insbesondere bei einem Ersatz einer herkömmlichen Lampe durch eine äußerlich ähnlich geformte Retrofitlampe ist die Möglichkeit zur kompakten Bauweise bei hoher Lichtstärke (bevorzugt 3000 lm/m) vorteilhaft einsetzbar. Die Retrofitlampe kann insbesondere eine Retrofit-Fluoreszenzröhre sein. It is yet another embodiment that the semiconductor light-emitting device is a retrofit lamp or a part thereof. In particular, in a replacement of a conventional lamp by an externally similar shaped retrofit lamp, the possibility of compact design at high light intensity (preferably 3000 lm / m) is advantageously used. The retrofit lamp may in particular be a retrofit fluorescent tube.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiter-Leuchtvorrichtung aufweisend mehrere zu einem Stapel zusammengesetzte plattenförmige Kühlkörperelemente, wobei (a) mehrere elektrisch leitfähige, plattenförmige Kühlkörperelemente zu einem Stapel zusammengesetzt werden; (b) auf mindestens einer Bestückoberfläche des Stapels, welche sich aus nebeneinander liegenden Stirnseiten der Kühlkörperelemente ergibt, eine elektrische Isolierschicht aufgebracht wird; (c) auf die elektrische Isolierschicht mindestens eine Leiterbahn aufgebracht wird; (d) die mindestens eine Bestückoberfläche mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle bestückt wird; und (e) die mindestens eine Halbleiterlichtquelle mit der mindestens einen Leiterbahn elektrisch kontaktiert wird. The object is also achieved by a method for producing a semiconductor light-emitting device comprising a plurality of plate-shaped heat sink elements assembled into a stack, wherein (a) a plurality of electrically conductive, plate-shaped heat sink elements are assembled into a stack; (B) on at least one placement surface of the stack, which results from adjacent end faces of the heat sink elements, an electrical insulating layer is applied; (C) at least one conductor track is applied to the electrical insulating layer; (d) the at least one placement surface is equipped with at least one semiconductor light source; and (e) the at least one semiconductor light source is electrically contacted with the at least one conductive trace.
Dieses Verfahren ermöglicht eine einfache und preiswerte Herstellung der Halbleiter-Leuchtvorrichtung. Das Verfahren kann insbesondere analog zu der Halbleiter-Leuchtvorrichtung ausgestaltet werden. This method enables a simple and inexpensive production of the semiconductor light-emitting device. The method can be configured in particular analogously to the semiconductor lighting device.
Beispielsweise kann das Verfahren den folgenden Schritt: (e) Verkapseln, insbesondere Vergießen der mindestens einen Halbleiterlichtquelle, insbesondere mit einem Leuchtstoff beaufschlagten Verkapselungsmaterial, aufweisen. So wird ein Schutz der mindestens einen Halbleiterlichtquelle erreicht. For example, the method may comprise the following step: (e) encapsulating, in particular casting, the at least one semiconductor light source, in particular encapsulation material exposed to a phosphor. Thus, protection of the at least one semiconductor light source is achieved.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein. The above-described characteristics, features and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following schematic description of an embodiment which will be described in detail in conjunction with the drawings. In this case, the same or equivalent elements may be provided with the same reference numerals for clarity.
Das Kühlkörperelement
Ein solcher kompakter Stapel
Nun kann auf mindestens einer Bestückoberfläche
Folgend können auf die Isolierschicht
In einem weiteren Schritt kann die Bestückoberfläche
Folgend können die LED-Chips
In einem nächsten Schritt können die bis dahin noch nackten LED-Chips
Darüber hinaus können Leiterbahnen
Die Halbleiter-Leuchtvorrichtung F kann ferner mit einem Treiber versehen werden, gehäust werden usw. The semiconductor light-emitting device F may further be provided with a driver, housed, etc.
Die LED-Chips
Die LED-Chips
Diese Halbleiter-Leuchtvorrichtung F eignet sich besonders zur Verwendung in einer Retrofit-Fluoreszenzröhre.This semiconductor light-emitting device F is particularly suitable for use in a retrofit fluorescent tube.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das gezeigte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. While the invention has been further illustrated and described in detail by the illustrated embodiment, the invention is not so limited and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Kühlkörperelement Heat sink element
- 2 2
- lange Stirnseite long frontal
- 3 3
- kurze Stirnseite short front
- 4 4
- Breitseite broadside
- 5 5
- kreisförmige Aussparung circular recess
- 6 6
- Stapel stack
- 7 7
- Bestückoberfläche Bestückoberfläche
- 8 8th
- Isolierschicht insulating
- 9 9
- LED-Chip LED chip
- 10 10
- Leiterbahn conductor path
- F F
- Halbleiter-Leuchtvorrichtung Semiconductor light emitting device
- H H
- Höhe height
- B B
- Breite width
- L L
- Länge length
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 7878686 B2 [0002] US 7878686 B2 [0002]
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