DE102011115314B4 - LED-Modul - Google Patents

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Abstract

LED-Modul (10) mit
- einem elektrisch isolierenden Grundkörper (1),
- einer Bodenfläche (11) und einer der Bodenfläche (11) gegenüberliegende Montagefläche (12),
- mehreren an der Montagefläche (12) angeordneten elektrischen Anschlusskontakten (2), wobei die Anschlusskontakte (2) nicht an die Bodenfläche (11) angrenzen,
- einer in dem Grundkörper (1) angeordneten Wärmesenke (3), die sich von der Montagefläche (12) bis zur Bodenfläche (11) erstreckt, und
- mehreren LED-Chips (5), die jeweils ein elektrisch isolierendes Trägersubstrat (4) an einer Chipunterseite und jeweils zwei Chipkontakte (6, 7) an einer Chipoberseite aufweisen, wobei
- die LED-Chips (5) jeweils mit dem elektrisch isolierendem Trägersubstrat (4) auf der Wärmesenke (3) angeordnet sind,
- die elektrisch isolierenden Trägersubstrate (4) der LED-Chips (5) AlN oder SiN aufweisen,
- die LED-Chips (5) kein Aufwachssubstrat aufweisen,
- das LED-Modul (10) an der Bodenfläche (11) auf eine Metallkernplatine (15) montiert ist, und
- die Wärmesenke (3) mit einem Metallkern (16) der Metallkernplatine (15) verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein LED-Modul, insbesondere ein LED-Modul für einen Kraftfahrzeug-Scheinwerfer.
  • Ein LED-Modul für einen Kraftfahrzeug-Scheinwerfer ist beispielsweise aus der Druckschrift US 2008/0008427 A1 bekannt.
  • Die Druckschrift US 2008/0128718 A1 beschreibt ein lichtemittierendes Bauelement mit mehreren LED-Chips, die auf einer Wärmesenke in einem isolierenden Grundkörper angeordnet sind. Die Druckschrift US 2002/0175621 A1 beschreibt ein LED-Modul mit LED-Chips, die mit elektrisch isolierenden Trägersubstraten auf einer Wärmesenke angeordnet sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes LED-Modul, insbesondere für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug-Scheinwerfer, anzugeben, dass sich insbesondere durch eine gute Wärmeabfuhr von den LEDs und einen vergleichsweise geringen Herstellungsaufwand auszeichnet.
  • Diese Aufgabe wird durch ein LED-Modul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Das LED-Modul weist einen elektrisch isolierenden Grundkörper auf. Weiterhin weist das LED-Modul eine Bodenfläche und eine der Bodenfläche gegenüberliegende Montagefläche auf. Gemäß einer Ausgestaltung grenzt mindestens ein Teilbereich des Grundkörpers an die Bodenfläche des LED-Moduls an, und mindestens ein weiterer Teilbereich des Grundkörpers grenzt an eine der Bodenfläche gegenüberliegende Montagefläche des LED-Moduls an. Der elektrisch isolierende Grundkörper weist vorzugsweise einen Kunststoff auf. Die Bodenfläche des LED-Moduls ist vorzugsweise eben ausgebildet, so dass das LED-Modul an der Bodenfläche auf einen Träger wie beispielsweise eine Leiterplatte montiert werden kann.
  • An der Montagefläche sind mehrere elektrische Anschlusskontakte angeordnet. Die Anschlusskontakte sind beispielsweise aus einem Metall oder einer Metalllegierung gebildet. Die Anschlusskontakte grenzen nicht an die Bodenfläche des LED-Moduls an und sind vorteilhaft durch das Material des elektrisch isolierenden Grundkörpers von der Bodenfläche elektrisch isoliert. Bei den elektrischen Anschlusskontakten handelt es sich mit anderen Worten nicht um elektrische Durchkontaktierungen, die sich von der Montagefläche zur Bodenfläche des Grundkörpers erstrecken. Vielmehr ist vorgesehen, die elektrischen Anschlusskontakte an der Montagefläche zu kontaktieren.
  • In dem Grundkörper ist eine Wärmesenke angeordnet, die vorzugsweise aus einem Metall oder einer Metalllegierung gebildet ist. Die Wärmesenke kann beispielsweise Kupfer enthalten oder daraus bestehen. Die Wärmesenke erstreckt sich von der Montagefläche bis zur Bodenfläche des LED-Moduls. Die Wärmesenke bildet auf diese Weise vorteilhaft eine thermisch leitende Verbindung zwischen der Montagefläche und der Bodenfläche.
  • Die Wärmesenke weist vorzugsweise eine ebene Bodenfläche auf, die bündig an die ebene Bodenfläche des Grundkörpers angrenzt. Die ebene Bodenfläche des Grundkörpers und die ebene Bodenfläche der in den Grundkörper eingebetteten Wärmesenke bilden vorteilhaft gemeinsam eine ebene Bodenfläche des LED-Moduls aus, mit der das LED-Modul auf einen Träger montiert werden kann.
  • Eine Oberseite der Wärmesenke schließt an der Montagefläche vorzugsweise bündig an einen Teilbereich des Grundkörpers an. Die elektrischen Anschlusskontakte sind vorzugsweise derart in den Grundkörper eingebettet, dass ihre Oberseite in der gleichen Ebene wie ein angrenzender Teil der Oberfläche des Grundkörpers und die Oberseite der Wärmesenke liegt. Die Oberseiten der Wärmesenke, der Anschlusskontakte sowie ein Teilbereich der Oberfläche des Grundkörpers bilden vorteilhaft die Montagefläche des LED-Moduls aus.
  • Weiterhin weist das LED-Modul mehrere LED-Chips auf, die jeweils ein elektrisch isolierendes Trägersubstrat an einer Chipunterseite und jeweils zwei Chipkontakte an einer Chipoberseite aufweisen. Das elektrisch isolierende Trägersubstrat der LED-Chips weist vorteilhaft eine hohe thermische Leitfähigkeit auf. Insbesondere können die LED-Chips jeweils ein Trägersubstrat aus einer Keramik aufweisen.
  • Die LED-Chips sind jeweils mit dem elektrisch isolierenden Trägersubstrat auf der Wärmesenke angeordnet. Jeder der mehreren LED-Chips kann die beim Betrieb erzeugte Wärme über sein Trägersubstrat an die gemeinsame Wärmesenke abgeben. Auf diese Weise wird eine besonders gute Wärmeableitung von den mehreren LED-Chips des LED-Moduls erzielt.
  • Das LED-Modul kann vorteilhaft im Bereich der Wärmesenke an der Bodenfläche des LED-Moduls thermisch angeschlossen werden, während die elektrischen Anschlusskontakte an der der Bodenfläche gegenüberliegenden Montagefläche angeordnet sind. Die Bodenfläche ist daher vorteilhaft potentialfrei, wodurch die Montage des LED-Moduls auf eine beliebige Oberfläche, beispielsweise in einem KFZ-Scheinwerfer, erleichtert wird. Insbesondere kann das LED-Modul direkt auf einen Kühlkörper montiert werden.
  • Die Bodenfläche des LED-Moduls wird vorteilhaft durch die Bodenfläche der Wärmesenke, die vorzugsweise ein Metall oder eine Metalllegierung aufweist, und die Bodenfläche des elektrisch isolierenden Grundkörpers, der vorzugsweise einen Kunststoff aufweist, gebildet. Bevorzugt weist die Bodenfläche des LED-Moduls keine Keramik auf. Das LED-Modul kann daher vorteilhaft auf einen Träger aus einem Metall oder einer Metalllegierung gelötet oder geklebt werden, ohne dass große mechanische Spannungen auftreten, die beispielsweise bei einem LED-Modul mit einem Submount aus einer Keramik auf einen Träger aus einem Metall oder einer Metalllegierung aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Keramik und des Metalls auftreten können.
  • Das LED-Modul weist vorteilhaft nur eine geringe Anzahl von Einzelteilen auf und zeichnet sich somit durch einen vergleichsweise geringen Herstellungsaufwand auf.
  • Die LED-Chips weisen jeweils ein Trägersubstrat auf, dass AlN oder SiN enthält oder daraus besteht. Diese Materialien weisen eine hohe thermische Leitfähigkeit auf und sind elektrisch isolierend.
  • Die LED-Chips weisen kein Aufwachssubstrat auf. Insbesondere können die LED-Chips jeweils eine Halbleiterschichtenfolge mit einer darin enthaltenen aktiven Schicht aufweisen, wobei ein zum epitaktischen Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge verwendetes Aufwachssubstrat nachträglich von dem LED-Chip abgelöst wurde. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, dass die Halbleiterschichtenfolge des LED-Chips zunächst epitaktisch auf das Aufwachssubstrat aufgewachsen wird, der LED-Chip nachfolgend an der dem Aufwachssubstrat gegenüberliegenden Seite mit dem Trägersubstrat verbunden werden, und nachfolgend das Aufwachssubstrat beispielsweise durch ein Laser-Lift-Off-Verfahren von dem LED-Chip abgelöst wird. Dies ermöglicht es insbesondere, ein Trägersubstrat zu verwenden, das nicht zum epitaktischen Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge des LED-Chips geeignet sein muss, und somit nach anderen Kriterien, insbesondere der thermischen Leitfähigkeit, ausgewählt werden kann.
  • Die Bodenfläche des LED-Moduls ist vorzugsweise frei von elektrischen Anschlusskontakten. Insbesondere sind die elektrischen Anschlusskontakte an der Montagefläche vorteilhaft derart in den Grundkörper eingebettet, dass sie durch das Material des Grundkörpers von der Bodenfläche des LED-Moduls elektrisch isoliert sind.
  • Das LED-Modul ist an der Bodenfläche auf eine Metallkernplatine montiert. Dies ermöglicht es, dass die von den LED-Chips erzeugte Wärme über die Wärmesenke an den Metallkern der Metallkernplatine abgeleitet wird.
  • Die Wärmesenke ist mit dem Metallkern der Metallkernplatine verbunden. Insbesondere kann die Wärmesenke unmittelbar auf den Metallkern der Metallkernplatine gelötet oder geklebt sein. Eine elektrisch isolierende Schicht und eine elektrisch leitende Schicht, die in der Regel zur Herstellung von Leiterbahnen auf einer Metallkernplatine angeordnet sind, sind in dem Bereich der Verbindung zwischen der Wärmesenke und der Metallkernplatine von dem Metallkern entfernt. Auf diese Weise wird eine besonders gute Wärmeableitung von den LED-Chips erzielt. Der Wärmewiderstand zwischen den LED-Chips und dem Metallkern der Metallkernplatine beträgt vorzugsweise 1 K/W oder weniger.
  • Die Wärmesenke und der Metallkern der Metallkernplatine sind bevorzugt aus dem gleichen Metall oder der gleichen Metalllegierung gebildet. Beispielsweise können die Wärmesenke und der Metallkern jeweils Kupfer enthalten oder daraus bestehen. Die Wärmesenke und der Metallkern weisen in diesem Fall vorteilhaft den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf. Dies hat den Vorteil, dass mechanische Spannungen bei Temperaturänderungen, die insbesondere beim Wechsel zwischen der Betriebstemperatur des LED-Moduls und der Umgebungstemperatur auftreten, vermindert werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Wärmesenke mittels eines Leitklebers, der Silber enthält, mit dem Metallkern der Metallkernplatine verbunden. Der Leitkleber kann insbesondere ein Epoxid-Leitkleber, der Silber enthält, sein. Auf diese Weise wird eine Verbindung mit einer besonders guten thermische Leitfähigkeit erzielt.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung bildet ein oberhalb der Montagefläche angeordnetes Oberteil des elektrisch isolierenden Grundkörpers eine Kavität aus, in der die LED-Chips angeordnet sind. Die von dem Oberteil des elektrisch isolierenden Grundkörpers gebildete Kavität weist vorzugsweise Seitenwände auf, die zur Strahlformung der von den LED-Chips emittierten Strahlung dienen. Beispielsweise kann die Kavität als Reflektor oder Blenden geformte Seitenwände aufweisen. Dadurch, dass die Seitenwände der Kavität einen Teil der von den LED-Chips emittierten Strahlung reflektieren und/oder abschatten, lassen sich hohe Kontraste erzeugen. Dies kann beispielsweise zur Erzeugung einer Abblendlichtfunktion in einem Kraftfahrzeug-Scheinwerfer ausgenutzt werden.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist ein Teil des Oberteils des elektrisch isolierenden Grundkörpers derart auf den Anschlusskontakten angeordnet, dass ein den LED-Chips zugewandter erster Bereich der Anschlusskontakte in der Kavität angeordnet ist, und ein zweiter Bereich der Anschlusskontakte außerhalb der Kavität angeordnet ist. Beispielsweise können die Chipkontakte der LED-Chips jeweils mit dem ersten Bereich eines Anschlusskontakts elektrisch leitend verbunden sein. Insbesondere kann jeweils ein Bonddraht von einem Chipkontakt eines LED-Chips zu dem ersten Bereich eines Anschlusskontakts geführt sein. Die LED-Chips und die von ihren Chipkontakten zu den Anschlusskontakten geführten Bonddrähte sind daher in der Kavität angeordnet.
  • Die Kavität kann vorteilhaft mit einem Vergussmaterial gefüllt sein, das insbesondere die LED-Chips und deren Bonddrähte vor einer mechanischen Beschädigung schützt. Weiterhin kann ein in der Kavität angeordnetes Vergussmaterial einen Leuchtstoff enthalten, um zumindest einen Teil der von den LED-Chips emittierten Strahlung zu einer längeren Wellenlänge hin zu konvertieren. Die Vergussmasse fungiert in diesem Fall als Lumineszenzkonversionsschicht. Mittels der Lumineszenzkonversionsschicht wird beispielsweise durch Farbmischung einer von den LED-Chips emittierten ultravioletten oder blauen Strahlung und der konvertierten Strahlung Weißlicht erzeugt.
  • Die außerhalb der Kavität angeordneten zweiten Bereiche der Anschlusskontakte sind vorteilhaft von außen frei zugänglich, so dass das LED-Modul in den zweiten Bereichen der Anschlusskontakte von außen kontaktiert werden kann. Beispielsweise können die zweiten Bereiche der Anschlusskontakte mittels eines Drahtkontakts, eines Bandkontakts oder eines Steckkontakts an eine Stromversorgung angeschlossen werden.
  • Die Chipkontakte an der Oberseite der LED-Chips sind jeweils mit einem der elektrischen Anschlusskontakte oder mit dem Chipkontakt eines weiteren LED-Chips elektrisch leitend verbunden. Beispielsweise können die Chipkontakte der LED-Chips jeweils mittels eines Bonddrahts mit einem der Anschlusskontakte oder einem Chipkontakt eines benachbarten LED-Chips elektrisch leitend verbunden sein.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung sind die LED-Chips in einer Reihenschaltung angeordnet. Die Reihenschaltung kann beispielsweise derart realisiert sein, dass ein erster Anschlusskontakt des LED-Moduls mit einem ersten Chipkontakt an einem Halbleiterbereich eines ersten Leitungstyps des ersten LED-Chips verbunden ist. Der Chipkontakt an einem zweiten Halbleiterbereich eines zweiten Leitungstyps des ersten LED-Chips ist mit dem Chipkontakt an einem ersten Halbleiterbereich eines ersten Leitungstyps des zweiten LED-Chips verbunden. Die weiteren Chipkontakte der LED-Chips sind derart miteinander verbunden, dass jeweils der Chipkontakt des Halbleiterbereichs mit dem zweiten Leitungstyp mit dem Chipkontakt des Halbleiterbereichs mit dem ersten Leitungstyp des nachfolgenden LED-Chips verbunden ist. Der Chipkontakt an einem zweiten Halbleiterbereich des zweiten Leitungstyps des letzten LED-Chips der Reihenschaltung mit einem weiteren Anschlusskontakt des LED-Moduls verbunden.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die zwei Chipkontakte jedes LED-Chips jeweils derart mit zwei benachbarten Anschlusskontakten verbunden, dass die LED-Chips in einer Reihenschaltung angeordnet sind. Jeder LED-Chip ist bei dieser Ausgestaltung mit zwei benachbarten Anschlusskontakten verbunden, wobei zwei benachbarten LED-Chips ein gemeinsamer Anschlusskontakt zugeordnet ist. Beispielsweise ist ein erster Anschlusskontakt mit dem ersten Chipkontakt eines ersten LED-Chips verbunden, der zweite Chipkontakt des ersten LED-Chips mit dem zweiten Anschlusskontakt verbunden, der zweite Anschlusskontakt mit dem ersten Chipkontakt des zweiten LED-Chips verbunden, der zweite Chipkontakt des zweiten LED-Chips mit dem dritten Anschlusskontakt verbunden und so weiter. Die elektrische Verbindung zwischen zwei benachbarten LED-Chips erfolgt bei dieser Ausgestaltung also nicht durch eine direkte elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Chipkontakt eines Chips und dem ersten Chipkontakt des nachfolgenden LED-Chips, sondern über einen gemeinsamen elektrischen Anschlusskontakt. Das LED-Modul weist bei dieser Ausgestaltung vorteilhaft eine Anzahl von N + 1 Anschlusskontakten auf, wenn die Anzahl der LED-Chips N beträgt. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass über eine entsprechende Auswahl der Anschlusskontakte entweder alle oder nur ein Teil der LED-Chips kontaktiert werden können. Bei einem Kraftfahrzeug-Scheinwerfer kann dies beispielsweise für die Realisierung verschiedener Beleuchtungsfunktionen, wie beispielsweise Abblendlicht und Fernlicht, genutzt werden. Die zwei Anschlusskontakte, die bei dieser Ausgestaltung vorteilhaft jedem der LED-Chips zugeordnet sind, können auch zum Testen der LED-Chips des LED-Moduls verwendet werden.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der elektrisch isolierende Grundkörper des LED-Moduls mindestens eine Justagestruktur auf. Die Justagestrukturen können insbesondere Ausnehmungen für Justage- oder Befestigungsmittel sein. Beispielsweise kann eine Halterung für das LED-Modul in die Ausnehmungen der Justagestrukturen einrasten. Die Ausnehmungen sind vorzugsweise in der Nähe einer Seitenkante des Grundkörpers angeordnet. Mittels der Justagestrukturen kann das LED-Modul auf einfache Weise in einer vorgegebenen Position in einen Kraftfahrzeug-Scheinwerfer eingebaut werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist das LED-Modul Bestandteil eines Kraftfahrzeug-Scheinwerfers. Insbesondere kann das LED-Modul Bestandteil eines Frontscheinwerfers für ein Kraftfahrzeug sein.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen im Zusammenhang mit den 1 bis 3 näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1A eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein LED-Modul gemäß einem Beispiel zur Erläuterung von Teilaspekten der Erfindung,
    • 1B eine schematische Darstellung einer Aufsicht auf das LED-Modul gemäß 1A,
    • 2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein LED-Modul gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
    • 3A eine schematische Darstellung einer Aufsicht auf ein LED-Modul gemäß einem weiteren Beispiel zur Erläuterung von Teilaspekten der Erfindung, und
    • 3B eine schematische Darstellung eines Querschnitts entlang der Linie AB durch das LED-Modul gemäß 3A.
  • Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
  • Das in 1A im Querschnitt und in 1B in einer Aufsicht dargestellte LED-Modul 10 weist einen elektrisch isolierenden Grundkörper 1 auf, der vorzugsweise aus einem Kunststoff gebildet ist. Der Grundkörper 1 kann insbesondere durch Formpressen hergestellt werden. Das LED-Modul 10 weist eine Bodenfläche 11 und eine der Bodenfläche 11 gegenüberliegende Montagefläche 12 auf. Die Montagefläche 12 ist zur Montage der mehreren LED-Chips 5 des LED-Moduls 10 und zur Herstellung der elektrischen Anschlüsse vorgesehen. Die Bodenfläche 11 ist zur Montage des LED-Moduls 10 auf einen Träger wie beispielsweise eine Leiterplatte vorgesehen. Der Grundkörper 1 grenzt in Teilbereichen an die Bodenfläche 11 und in Teilbereichen an die Montagefläche 12 an.
  • An der Montagefläche 12 sind mehrere elektrische Anschlusskontakte 2 aus einem Metall oder einer Metalllegierung angeordnet. Die elektrischen Anschlusskontakte 2 sind vorzugsweise derart in den elektrisch isolierenden Grundkörper 1 eingebettet, dass sie bündig zu den an der Montagefläche 12 angeordneten Bereichen des Grundkörpers 1 verlaufen und insbesondere nicht an die Bodenfläche 11 des LED-Moduls 10 angrenzen.
  • Das LED-Modul 10 weist ferner eine Wärmesenke 3 auf, die derart in den Grundkörper 1 eingebettet ist, dass sie sich von der Montagefläche 12 bis zur Bodenfläche 11 des LED-Moduls 10 erstreckt. Die Wärmesenke 3 weist ein Metall oder eine Metalllegierung auf. Vorteilhaft ist die Wärmesenke 3 aus einem Metall oder einer Metalllegierung mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit, insbesondere aus Kupfer oder Aluminium oder einer Metalllegierung mit Kupfer oder Aluminium gebildet. Die Wärmesenke 3 bildet vorteilhaft eine thermisch leitfähige Verbindung zwischen der Montagefläche 12 und der Bodenfläche 11 des LED-Moduls 10 aus.
  • Das LED-Modul 10 weist mehrere LED-Chips 5 auf. Zur Vereinfachung der Darstellung sind in 1 nur drei LED-Chips dargestellt. Das LED-Modul 10 kann aber auch mehr LED-Chips 5 aufweisen. Die LED-Chips 5 sind bei dem Ausführungsbeispiel in einer Reihe, beispielsweise in Abständen von etwa 100 µm, angeordnet. Alternativ könnten die LED-Chips 5 auch in einem Array angeordnet werden. Die LED-Chips 5 können beispielsweise eine Größe von jeweils etwa 1 mm x 1 mm aufweisen.
  • Die LED-Chips 5 weisen jeweils ein elektrisch isolierendes Trägersubstrat 4 auf. Die elektrisch isolierenden Trägersubstrate 4 der LED-Chips 5 sind vorzugsweise aus einem Material mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit ausgebildet. Insbesondere können die Trägersubstrate 4 der LED-Chips 5 eine Keramik wie beispielsweise SiN oder AlN aufweisen.
  • Die LED-Chips 5 weisen vorteilhaft jeweils kein Aufwachssubstrat auf. Das heißt, dass ein zum epitaktischen Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolgen der LED-Chips 5 verwendetes Aufwachssubstrat von den Halbleiterschichtenfolgen der LED-Chips 5 abgelöst wurde. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, dass die Halbleiterschichtenfolgen der LED-Chips 5 zunächst auf das Aufwachssubstrat aufgewachsen werden, wobei auf die dem Aufwachssubstrat gegenüberliegende Oberfläche der LED-Chips 5 die elektrisch isolierenden Trägersubstrate 4 aufgebracht werden. Das Aufwachssubstrat kann nachfolgend beispielsweise mit einem Laser-Lift-Off-Prozess von den LED-Chips 5 abgelöst werden, so dass die LED-Chips 5 nachfolgend an dem Trägersubstrat 4 auf einen Träger wie beispielsweise die Wärmesenke 3 montiert werden können. Dadurch, dass die LED-Chips 5 kein Aufwachssubstrat aufweisen, kann die in der Halbleiterschichtenfolge der LED-Chips 5 erzeugte Wärme über die thermisch leitfähigen Trägersubstrate 4 besonders gut an die Wärmesenke 3 abgeführt werden.
  • Die LED-Chips 5 weisen an der Chipoberseite jeweils zwei Chipkontakte 6, 7 auf. Beispielsweise kann der erste Chipkontakt 6 jeweils mit einem p-dotierten Halbleiterbereich des LED-Chips 5 und der zweite Chipkontakt 7 mit einem n-dotierten Halbleiterbereich des LED-Chips 5 verbunden sein, oder umgekehrt. Die Chipkontakte 6, 7 sind jeweils mit einem der Anschlusskontakte 2 verbunden. Die LED-Chips 5 sind vorzugsweise in einer Reihenschaltung angeordnet.
  • Die elektrische Kontaktierung der LED-Chips 5 in der Reihenschaltung erfolgt vorzugsweise derart, dass zwei benachbarten LED-Chips 5 ein gemeinsamer Anschlusskontakt 2 zugeordnet ist, mit der zwei Chipkontakte 6, 7 entgegengesetzter Polarität der beiden benachbarten LED-Chips 5 verbunden sind. Die Verbindung der beiden Chipkontakte 6, 7 zweier benachbarter LED-Chips 5 erfolgt also nicht direkt, beispielsweise durch einen von einem LED-Chip 5 zum benachbarten LED-Chip 5 geführten Bonddraht, sondern durch einen von dem Chipkontakt 7 mit einer ersten Polarität zum gemeinsamen Anschlusskontakt 2 geführten Bonddraht 8 und einen weiteren von dem gemeinsamen Anschlusskontakt 2 zum Chipkontakt 6 mit der ersten Polarität des benachbarten LED-Chips 5 geführten Bonddraht 8.
  • Die Verbindung benachbarter LED-Chips 5 über jeweils einen gemeinsamen Anschlusskontakt 2 hat gegenüber einer direkten Verbindung von einem LED-Chip 5 zum benachbarten LED-Chip den Vorteil, dass durch eine Auswahl der Anschlusskontakte 2 für die externe Kontaktierung eine beliebige Anzahl von LED-Chips 5in einer Reihenschaltung kontaktiert werden kann. Dies kann insbesondere zur Realisierung verschiedener Funktionen von einem KFZ-Scheinwerfer genutzt werden, beispielsweise zur Realisierung einer Abblendlicht- und einer Fernlichtfunktion. Durch Kontaktierung zweier benachbarter Anschlusskontakte 2 können vorteilhaft auch einzelne LED-Chips 5 kontaktiert und beispielsweise auf diese Weise getestet werden.
  • Mindestens zwei der elektrischen Anschlusskontakte 2 sind über eine elektrische Verbindung 9, beispielsweise Bonddrähte, an eine Stromversorgung angeschlossen. Anstelle von Bondrähten 9 können auch Bandkontakte verwendet werden, die sich vorteilhaft durch eine hohe Stromtragfähigkeit auszeichnen.
  • Die Anschlusskontakte 2 sind vorteilhaft nicht elektrisch leitend mit der Bodenfläche 11 des LED-Moduls 10 verbunden, sondern vielmehr von dem Material des elektrisch isolierenden Grundkörpers 1 von der Bodenfläche 11 elektrisch isoliert. Da auch die Wärmesenke 3 vorteilhaft durch die elektrisch isolierenden Trägersubstrate 4 von den LED-Chips 5 elektrisch isoliert ist, ist die Bodenfläche 11 des LED-Moduls 10 vorteilhaft insgesamt potentialfrei. Die elektrische Kontaktierung des LED-Moduls 10 erfolgt also vorteilhaft ausschließlich von der Seite der Montagefläche 12 aus.
  • Ein Oberteil 21 des Grundkörpers 1 bildet vorteilhaft eine Kavität 13 aus, in der die LED-Chips 5 angeordnet sind. Die Innenwände 14 der Kavität 13 dienen vorteilhaft zur Strahlformung der von den LED-Chips 5 emittierten Strahlung. Beispielsweise können die Innenwände 14 der Kavität 13 als Reflektor oder als Blenden für die von den LED-Chips 5 emittierte Strahlung dienen.
  • Die Kavität 13 kann beispielsweise mit einem Vergussmaterial wie beispielsweise einem Silikon gefüllt sein. Dies hat zum einen den Vorteil, dass die LED-Chips 5 sowie die zu den Chipkontakten 6, 7 geführten Bonddrähte 8 vor äußeren Einwirkungen geschützt werden. Weiterhin kann das Vergussmaterial mit einem Leuchtstoff gefüllt sein, um zumindest einen Teil der von den LED-Chips 5 emittierten Strahlung zu einer längeren Wellenlänge hin zu konvertieren. Auf diese Weise kann beispielsweise mit im blauen Spektralbereich emittierenden LED-Chips 5 Weißlicht erzeugt werden.
  • Ein Teilbereich des Oberteils 21 des Grundkörpers 1 ist vorteilhaft derart auf den Anschlusskontakten 2 angeordnet, dass es die Anschlusskontakte 2 in erste Bereiche 2a und zweite Bereiche 2b unterteilt. Die ersten Bereiche 2a der Anschlusskontakte 2 sind den LED-Chips 5 zugewandt und innerhalb der Kavität 13 angeordnet. Diese Bereiche 2a dienen vorteilhaft zum Anschluss der Chipkontakte 6, 7 der LED-Chips 5 an die Anschlusskontakte 2 mittels Bonddrähten 8. Die zweiten Bereiche 2b der Anschlusskontakte 2 sind außerhalb der Kavität 13 angeordnet und somit von außen frei zugänglich. Diese Bereiche 2b sind zur externen Kontaktierung der Anschlusskontakte 2, beispielsweise zur elektrischen Verbindung mit der Leiterbahn einer Leiterplatte mittels eines Bonddrahts 9 vorgesehen.
  • Bei dem in 2 in einem Querschnitt dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist das LED-Modul 10 auf eine Metallkernplatine 15 montiert worden. Der Aufbau des LED-Moduls 10 entspricht dem vorherigen Beispiel und wird daher nicht nochmals näher erläutert.
  • Die Metallkernplatine 15 weist einen Metallkern 16 mit einer darauf aufgebrachten elektrisch isolierenden Schicht 17 auf, wobei auf die elektrisch isolierende Schicht 17 eine zu einer oder mehreren Leiterbahnen strukturierte elektrisch leitende Schicht 18 aufgebracht ist. Die elektrisch isolierende Schicht 17 ist beispielsweise aus FR4 gebildet. Die elektrisch leitende Schicht 18 weist beispielsweise Kupfer, Nickel, Gold, eine Legierung mit mindestens einem dieser Materialien, oder eine Schichtenfolge aus einem oder mehreren dieser Materialien auf. Der Metallkern 16 ist vorzugsweise aus einem Metall oder einer Metalllegierung mit guter Wärmeleitfähigkeit gebildet, insbesondere aus Aluminium, Kupfer oder Legierungen mit Aluminium und/oder Kupfer.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung sind die elektrisch leitende Schicht 18 und die elektrisch isolierende Schicht 17 in dem Bereich, in dem das LED-Modul 10 auf die Metallkernplatine 15 montiert ist, von dem Metallkern 16 entfernt. Dies ermöglicht es vorteilhaft, das LED-Modul 10 unmittelbar auf den Metallkern 16 der Metallkernplatine 15 zu löten oder zu kleben. Auf diese Weise wird der Wärmewiderstand zwischen den LED-Chips 5 und dem Metallkern 16 vorteilhaft verringert.
  • Besonders bevorzugt ist das LED-Modul 10 mit einem Leitkleber 19, der Silber enthält, insbesondere mit einem silberhaltigen Epoxid-Leitkleber, auf den Metallkern 16 geklebt. Die in den LED-Chips 5 generierte Wärme kann auf diese Weise besonders gut über die Trägersubstrate 4, die Wärmesenke 3 und den Leitkleber 19 an den Metallkern 16 abgegeben werden. Vorzugsweise beträgt der gesamt thermische Widerstand zwischen den LED-Chips 5 und dem Metallkern 16 nur 1 K/W oder weniger.
  • Die Wärmesenke 3 und der Metallkern 16 sind vorzugsweise aus dem gleichen Metall oder der gleichen Metalllegierung gebildet. Dies hat den Vorteil, dass durch Temperaturänderungen bedingte mechanische Spannungen zwischen der Wärmesenke 3 und dem Metallkern 16 vermindert werden. Die Langzeitstabilität des LED-Moduls 10 wird auf diese Weise verbessert.
  • In den 3A und 3B ist ein weiteres Beispiel eines LED-Moduls 20 in einer Aufsicht und einem (nicht maßstabsgerechten) Querschnitt entlang der in der Aufsicht eingezeichneten Linie AB dargestellt. Das LED-Modul 20 unterscheidet sich von den beiden vorherigen Beispielen zum einen dadurch, dass eine Reihenschaltung der LED-Chips 5 dadurch realisiert ist, dass der erste LED-Chip 5 und der letzte LED-Chip 5 der Reihenschaltung jeweils mit einem der Anschlusskontakte 2 verbunden sind, wobei die Verbindungen zwischen den benachbarten LED-Chips 5 aber nicht über einen gemeinsamen Anschlusskontakt, sondern durch Verbindungen mittels Bonddrähten 8 zwischen den benachbarten LED-Chips erfolgt. Es sind also nur jeweils ein Anschlusskontakt 2 für den ersten LED-Chip 5 der Reihenschaltung und den letzten LED-Chip 5 der Reihenschaltung vorgesehen. Eine derartige Kontaktierung kann insbesondere dann erfolgen, wenn nicht vorgesehen ist, einen oder mehrere der LED-Chips 5 der Reihenschaltung separat zu kontaktieren.
  • Bei dem Beispiel der 3A und 3B sind in den Randbereichen des Grundkörpers 1 Justagestrukturen 22 ausgebildet. Die Justagestrukturen 22 sind beispielsweise in dem Grundkörper 1 eingebettete Strukturen aus einem Metall, die Ausnehmungen 23 aufweisen. In die Ausnehmungen 23 der Justagestrukturen 22 können von außen Justage- oder Befestigungsmittel eingreifen. Auf diese Weise wird die Montage des LED-Moduls 20 an einer vorbestimmten Position, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug-Scheinwerfer erleichtert. Das LED-Modul 20 kann insbesondere Bestandteil eines Kraftfahrzeug-Schweinwerfers sein.

Claims (11)

  1. LED-Modul (10) mit - einem elektrisch isolierenden Grundkörper (1), - einer Bodenfläche (11) und einer der Bodenfläche (11) gegenüberliegende Montagefläche (12), - mehreren an der Montagefläche (12) angeordneten elektrischen Anschlusskontakten (2), wobei die Anschlusskontakte (2) nicht an die Bodenfläche (11) angrenzen, - einer in dem Grundkörper (1) angeordneten Wärmesenke (3), die sich von der Montagefläche (12) bis zur Bodenfläche (11) erstreckt, und - mehreren LED-Chips (5), die jeweils ein elektrisch isolierendes Trägersubstrat (4) an einer Chipunterseite und jeweils zwei Chipkontakte (6, 7) an einer Chipoberseite aufweisen, wobei - die LED-Chips (5) jeweils mit dem elektrisch isolierendem Trägersubstrat (4) auf der Wärmesenke (3) angeordnet sind, - die elektrisch isolierenden Trägersubstrate (4) der LED-Chips (5) AlN oder SiN aufweisen, - die LED-Chips (5) kein Aufwachssubstrat aufweisen, - das LED-Modul (10) an der Bodenfläche (11) auf eine Metallkernplatine (15) montiert ist, und - die Wärmesenke (3) mit einem Metallkern (16) der Metallkernplatine (15) verbunden ist.
  2. LED-Modul nach Anspruch 1, wobei die Bodenfläche (11) des LED-Moduls (10) keine elektrischen Anschlusskontakte aufweist.
  3. LED-Modul nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wärmesenke (3) und der Metallkern (16) aus dem gleichen Metall oder der gleichen Metalllegierung gebildet sind.
  4. LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wärmesenke (3) mittels eines Leitklebers (19), der Silber enthält, mit dem Metallkern (16) der Metallkernplatine (15) verbunden ist.
  5. LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein oberhalb der Montagefläche (12) angeordnetes Oberteil (21) des elektrisch isolierenden Grundkörpers (1) eine Kavität (13) ausbildet, in der die LED-Chips (5) angeordnet sind.
  6. LED-Modul nach Anspruch 5, wobei ein Teilbereich des Oberteils (21) derart auf den Anschlusskontakten (2) angeordnet ist, dass ein den LED-Chips (5) zugewandter erster Bereich (2a) der Anschlusskontakte (2) in der Kavität (13) angeordnet ist, und ein zweiter Bereich (2b) der Anschlusskontakte (2) außerhalb der Kavität (13) angeordnet ist.
  7. LED-Modul nach Anspruch 5 oder 6, wobei ein Vergussmaterial in der Kavität (13) angeordnet ist.
  8. LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Chipkontakte (6, 7) der LED-Chips (5) jeweils mit einem der elektrischen Anschlusskontakte (2) elektrisch leitend verbunden sind.
  9. LED-Modul nach Anspruch 8, wobei die Chipkontakte (6, 7) jedes LED-Chips (5) jeweils derart mit zwei benachbarten Anschlusskontakten der elektrischen Anschlusskontakte (2) verbunden sind, dass die LED-Chips (5) in einer Reihenschaltung angeordnet sind.
  10. LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Grundkörper (1) mindestens eine Justagestruktur (22) aufweist.
  11. LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das LED-Modul (10) Bestandteil eines Kraftfahrzeug-Scheinwerfers ist.
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