DE102013203664A1 - Substrate for lighting device e.g. LED light module, has ceramic portion made of electrically insulating ceramic material and cermet portion which is formed as electrical strip conductor to which metal structure is attached - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Substrat für eine Leuchtvorrichtung, wobei das Substrat mindestens einen Keramikbereich aus elektrisch isolierender Keramik aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Substrats. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf Substrate für LEDs, insbesondere mit daran angeordneten Kühlkörpern. The invention relates to a substrate for a lighting device, wherein the substrate has at least one ceramic region of electrically insulating ceramic. The invention also relates to a method for producing such a substrate. The invention is particularly applicable to substrates for LEDs, in particular with cooling bodies arranged thereon.
Es sind Substrate für Leuchtdioden (LEDs) bekannt, welche aus Keramik bestehen. Keramik weist den Vorteil auf, dass sie hochgradig wärmeleitfähig ist und in den meisten Fällen hochgradig elektrisch isolierend ist. Jedoch besteht ein Problem darin, metallische Körper an dem Keramiksubstrat zu befestigen, z.B. Leiterbahnen oder Kühlkörper. Zum Aufbringen von Leiterbahnen auf einem Keramiksubstrat muss dieses aktiviert werden, meist mit Palladium, was aufwändig und teuer ist. Ein Kühlkörper wird in der Regel mittels eines Haftvermittlers (z.B. einem dünnen doppelseitigen Klebeband, einer Wärmeleitpaste usw.) an dem Keramiksubstrat befestigt. Hierbei ist nachteilig, dass der Wärmeübergangswiderstand zwischen dem Keramiksubstrat und dem Kühlkörper aufgrund des Klebebands vergleichsweise hoch ist. There are known substrates for light-emitting diodes (LEDs), which consist of ceramic. Ceramic has the advantage that it is highly thermally conductive and is highly electrically insulating in most cases. However, there is a problem in attaching metallic bodies to the ceramic substrate, e.g. Tracks or heatsinks. To apply printed conductors on a ceramic substrate, this must be activated, usually with palladium, which is complicated and expensive. A heat sink is typically attached to the ceramic substrate by means of a primer (e.g., a thin double-sided adhesive tape, thermal grease, etc.). In this case, it is disadvantageous that the heat transfer resistance between the ceramic substrate and the heat sink is comparatively high due to the adhesive tape.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine vereinfachte Möglichkeit zum Anbringen metallischer Körper an ein Keramikvolumen bereitzustellen.It is the object of the present invention to at least partially overcome the disadvantages of the prior art and in particular to provide a simplified possibility for attaching metallic bodies to a ceramic volume.
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 Aufgabe wird gelöst durch ein Substrat für eine Leuchtvorrichtung, wobei das Substrat mindestens einen Teilbereich aus elektrisch isolierender Keramik (im Folgenden als „Keramik-Teilbereich“ bezeichnet) und mindestens einen Teilbereich aus Cermet (im Folgenden als „Cermet-Teilbereich“ bezeichnet) aufweist. Cermets sind Verbundwerkstoffe aus keramischen Werkstoffen in einer metallischen Matrix. Cermets sind typischerweise Sinterwerkstoffe und können somit vorteilhafterweise einstückig durch Sintern mit dem Keramik-Teilbereich hergestellt werden. Cermets weisen den weiteren Vorteil auf, dass sie sich wie Metall mit anderen Metallkörpern verbinden lassen, so dass auf übliche Verbindungs- oder Herstellungsverfahren zwischen Metallen zurückgegriffen werden kann. Auf aufwändige Verbindungstechniken zwischen Keramik und Metall wie das Aktivieren oder die Verwendung des Haftvermittlers kann verzichtet werden. Metall-Metall-Verbindungsmethoden wie beispielsweise Löten oder Schweißen erlauben dabei einen erheblich geringeren Wärmeübergangswiderstand zwischen dem Substrat und einem zugehörigen Metallkörper. The object is achieved by a substrate for a lighting device, wherein the substrate has at least one subregion made of electrically insulating ceramic (hereinafter referred to as "ceramic subregion") and at least one subregion made of cermet (hereinafter referred to as "cermet subregion") , Cermets are composites of ceramic materials in a metallic matrix. Cermets are typically sintered materials and thus can advantageously be manufactured in one piece by sintering with the ceramic subregion. Cermets have the further advantage that they can be connected like metal with other metal bodies, so that can be used in common bonding or manufacturing processes between metals. Elaborate bonding techniques between ceramic and metal such as activating or using the primer can be dispensed with. Metal-to-metal bonding methods such as soldering or welding allow a significantly lower heat transfer resistance between the substrate and an associated metal body.
Die Keramik bzw. der keramische Anteil des Cermets besteht oft aus Aluminiumoxid und/oder Zirkondioxid, während als metallische Komponenten häufig Niob, Molybdän, Titan, Kobalt, Zirkon oder Chrom verwendet werden. Es wird bevorzugt, dass die Keramik des Cermets der Keramik des Keramik-Teilbereichs entspricht, da so ein Materialmismatch verringerbar ist. The ceramic or the ceramic component of the cermet often consists of alumina and / or zirconia, while the metallic components often niobium, molybdenum, titanium, cobalt, zirconium or chromium are used. It is preferred that the ceramic of the cermet corresponds to the ceramic of the ceramic portion, since such a material mismatch is reducible.
Cermets können elektrisch leitend oder elektrisch nicht-leitend sein. Dies mag z.B. abhängig von einem Verhältnis der Anteile von Keramik zu Metall sein. Bevorzugt wird ein Volumenverhältnis von Keramik zu Metall von 40:60. Cermets may be electrically conductive or electrically nonconductive. This may be e.g. be dependent on a ratio of the proportions of ceramic to metal. A volume ratio of ceramic to metal of 40:60 is preferred.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der mindestens eine Cermet-Teilbereich einen Teil einer Oberfläche des Substrats bildet. So kann an diesem Teil direkt ein Metallkörper angebracht werden.It is an embodiment that the at least one cermet subregion forms part of a surface of the substrate. Thus, a metal body can be attached directly to this part.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass das Substrat einen Keramik-Teilbereich mit einer ersten Seite (im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit als „Vorderseite“ bezeichnet) und mit einer zweiten Seite (im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit als „Rückseite“ bezeichnet) aufweist und sich an der Vorderseite und/oder an der Rückseite jeweils mindestens ein Cermet-Teilbereich anschließt. Dies weist den Vorteil auf, dass sich an der Vorderseite und/oder an der Rückseite an dem Cermet-Teilbereich auf einfache Weise ein metallischer Körper anbringen lässt. It is still another embodiment that the substrate has a ceramic portion having a first side (hereinafter referred to as "front side" without limitation) and a second side (hereinafter referred to as "backside") At least one cermet subarea is connected to the front side and / or the rear side. This has the advantage that a metallic body can be easily attached to the front and / or back of the cermet portion.
Es ist eine Weiterbildung, dass das Substrat eine plattenförmige Grundform aufweist. Das Substrat mag in der Ebene der größten Erstreckungen (z.B. in einer x-y-Ebene) vollflächig sein oder sich durch die gesamte Dicke (in z-Erstreckung) erstreckende Aussparungen aufweisen. It is a development that the substrate has a plate-shaped basic shape. The substrate may be full-surface in the plane of the largest extents (e.g., in an x-y plane) or may have recesses extending through the entire thickness (in z-extension).
Das plattenförmige Substrat braucht nicht eben zu sein, sondern mag z.B. auch in einer oder in zwei Richtungen gekrümmt sein. Ganz allgemein ist das Substrat auch nicht auf eine plattenförmige Grundform beschränkt, sondern mag jede geeignete Form aufweisen. The plate-shaped substrate need not be flat, but may be e.g. also be curved in one or in two directions. In general, the substrate is not limited to a plate-like basic shape, but may have any suitable shape.
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass zumindest die Vorderseite mindestens einen zumindest teilweise oberflächlich verlaufenden, elektrisch leitfähigen Cermet-Teilbereich als elektrische Leiterbahn aufweist. Der mindestens eine Cermet-Teilbereich kann also selbst als Leiterbahn dienen, falls das Cermet elektrisch ausreichend leitfähig ist. Somit ist keine folgende Metallisierung notwendig.It is a further embodiment that at least the front side has at least one, at least partially superficially extending, electrically conductive cermet portion as an electrical conductor track. The at least one cermet subarea can therefore serve as a conductor even if the cermet is sufficiently electrically conductive. Thus, no subsequent metallization is necessary.
Es ist eine für elektrisch leitfähige oder elektrisch nicht leitfähige Cermet-Teilbereiche einsetzbare Weiterbildung, dass mindestens ein Cermet-Teilbereich eine Form einer elektrischen Leiterbahn aufweist und darauf eine metallische Leiterbahn aufgebracht ist. Solche Leiterbahnen lassen sich besonders einfach auf das Substrat aufbringen, z.B. durch herkömmliche Metallisierungsverfahren, ohne dass eine vorherige Aktivierung notwendig ist. It is a development which can be used for electrically conductive or electrically non-conductive cermet subareas that at least one cermet subregion has a form of an electrical conductor track and a metallic conductor track is applied thereon. Such interconnects are particularly easy to apply to the substrate, for example by conventional metallization, without a previous activation is necessary.
Es ist eine Ausgestaltung davon, dass die aus dem elektrisch leitfähigen Cermet-Teilbereich bestehende Leiterbahn („Cermet-Leiterbahn“) vollständig oberflächlich verläuft. Eine solche Ausgestaltung ist besonders einfach herstellbar. So mag beispielsweise ein solcher Cermet-Teilbereich bei einem Pulverpressen eines Grünkörpers dadurch hergestellt werden, dass Cermet-Pulver in eine entsprechend geformte Negativform eines Pressstempels eingefüllt wird. Dadurch wird insbesondere eine erhobene Cermet-Leiterbahn geschaffen, die einfach kontaktierbar ist, z.B. von einem LED-Chip oder einem Bonddraht.It is an embodiment of the fact that the existing of the electrically conductive cermet portion conductor track ("cermet track") is completely superficial. Such a configuration is particularly easy to produce. For example, such a cermet portion may be produced by powder pressing a green body by filling cermet powder into a correspondingly shaped female mold negative mold. In particular, this provides a raised cermet trace that is easily contactable, e.g. from an LED chip or a bonding wire.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass die Cermet-Leiterbahn teilweise in dem Keramik-Teilbereich verläuft, also insbesondere seitlich vollständig von dem Keramik-Teilbereich umgeben ist. Dadurch kann die Cermet-Leiterbahn auch in der Tiefe (unterhalb der Oberfläche des Substrats) des Keramik-Teilbereichs verlaufen. Dies ermöglicht beispielsweise eine elektrische Leitung unterhalb einer elektrisch isolierenden Oberfläche, wodurch sich z.B. mehrlagige Leitungsebenen und/oder berührungssichere Oberflächen bereitstellen lassen.It is also an embodiment that the cermet conductor runs partially in the ceramic subregion, ie in particular is laterally completely surrounded by the ceramic subregion. As a result, the cermet track can also run in the depth (below the surface of the substrate) of the ceramic subregion. This, for example, allows electrical conduction below an electrically insulating surface, resulting in e.g. multi-layered line levels and / or touch-safe surfaces can be provided.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass an mindestens einen Cermet-Teilbereich mindestens ein metallischer Körper anschließt. Ein solcher metallischer Körper lässt sich besonders einfach anschließen, insbesondere durch Metall-Metall-Verbindungsarten, Metall-Kunststoff-Verbindungsarten oder eine Beschichtung. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass auf einen Haftvermittler, z.B. ein Klebeband, verzichtet werden kann und sich so ein besonders geringer Wärmeübergangswiderstand einstellt.It is also an embodiment that connects at least one cermet portion at least one metallic body. Such a metallic body is particularly easy to connect, in particular by metal-metal compound types, metal-plastic compound types or a coating. This embodiment has the advantage that a primer, e.g. an adhesive tape can be dispensed with and thus sets a particularly low heat transfer resistance.
Es ist eine Weiterbildung, dass der metallische Körper eine Leiterbahn oder eine Kontaktfläche („Bondpad“) ist. In diesem Fall mag die Leiterbahn oder die Kontaktfläche z.B. ohne vorherige Aktivierung auf den Cermet-Teilbereich aufgebracht worden sein, z.B. durch übliche Beschichtungsmethoden bzw. Metallisierungsverfahren.It is a development that the metallic body is a conductor track or a contact pad ("bonding pad"). In this case, the trace or contact area may be e.g. have been applied to the cermet portion without prior activation, e.g. by conventional coating methods or metallization.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass mindestens ein metallischer Körper ein separat hergestellter und danach an mindestens einem Cermet-Teilbereich befestigter Körper ist. Dies kann besonders mittels eines Metallverbindungsverfahrens geschehen, z.B. durch Löten oder Schweißen.It is also an embodiment that at least one metallic body is a separately produced body and then attached to at least one cermet portion. This can be done especially by a metal joining method, e.g. by soldering or welding.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass mindestens ein metallischer Körper ein an den Cermet-Teilbereich integral anschließender metallischer Körper ist. Unter einem integral anschließenden Körper wird insbesondere ein Körper verstanden, welcher gleichzeitig mit der Herstellung des Cermet-Teilbereichs bzw. des Cermet-Teilbereichs und des Keramik-Teilbereichs hergestellt wird und nicht nachträglich an einem bereits fertigen Cermet-Teilbereich angebracht wird. Beispielsweise mag der Grünkörper auch metallische Teilbereiche aufweisen, z.B. aus sinterfähigem Metall. Somit können ganz allgemein während eines gemeinsamen Sintervorgangs mindestens ein Keramik-Teilbereich, mindestens eine Cermet-Teilbereich und mindestens ein metallischer Teilbereich des Substrats hergestellt worden sein. Diese Ausgestaltung erlaubt eine Verringerung der Zahl der Arbeitsschritte und mag folglich ein besonders einfaches und preiswertes Substrat ermöglichen. It is still an embodiment that at least one metallic body is an integral with the cermet portion metallic body. An integral adjoining body is understood in particular to mean a body which is produced simultaneously with the production of the cermet subregion or of the cermet subregion and of the ceramic subregion and is not subsequently attached to an already finished cermet subregion. For example, the green body may also have metallic subregions, e.g. made of sinterable metal. Thus, during a common sintering process, at least one ceramic subregion, at least one cermet subregion and at least one metallic subregion of the substrate can be produced in a very general manner. This embodiment allows a reduction in the number of steps and thus may allow a particularly simple and inexpensive substrate.
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass mindestens ein metallischer Körper ein Kühlkörper ist. Dieser mag also mit einem besonders geringen Wärmeübergangswiderstand mit dem Substrat verbunden sein, was eine besonders effektive Wärmeabfuhr ermöglicht, z.B. von an dem Substrat befestigten Halbleiterlichtquellen und/oder elektronischen Bauelementen. It is a further embodiment that at least one metallic body is a heat sink. This may therefore be connected to the substrate with a particularly low heat transfer resistance, which enables particularly effective heat removal, e.g. of semiconductor light sources and / or electronic components attached to the substrate.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass mindestens ein metallischer Körper zumindest teilweise in dem Keramik-Teilbereich vergraben ist und von mindestens einem zugehörigen, insbesondere elektrisch leitfähigen, Cermet-Teilbereich umgriffen ist. Dadurch kann auf einfache und sichere Weise eine effektive mechanische Fixierung und/oder elektrische Kontaktierung des metallischen Körpers erreicht werden. Zusätzlich oder alternativ mag der mindestens eine metallischer Körper zumindest teilweise in einem Cermet-Teilbereich vergraben sein bzw. davon umgeben sein. It is also an embodiment that at least one metallic body is at least partially buried in the ceramic subregion and is encompassed by at least one associated, in particular electrically conductive, cermet subregion. As a result, an effective mechanical fixation and / or electrical contacting of the metallic body can be achieved in a simple and reliable manner. Additionally or alternatively, the at least one metallic body may be at least partially buried in or surrounded by a cermet subregion.
Der metallische Körper mag beispielsweise aus einer in den Grünkörper eingebrachten metallischen Pulverspur oder durch Einlegen eines metallischen Einlegeteils in Keramik- und/oder Cermetpulver vor einem Pressvorgang und/oder einem Sintervorgang realisiert werden. The metallic body may for example be realized from a metallic powder trace introduced into the green body or by inserting a metallic insert into ceramic and / or cermet powder before a pressing process and / or a sintering process.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass mindestens ein Cermet-Teilbereich ein Gradientenbereich ist, also zumindest in einer Erstreckungsrichtung (z.B. über seine Dicke) sich graduell ändernde Keramik-Metall-Anteile aufweist. Dies ermöglicht eine verbesserte Anbindung einerseits an einen Keramik-Teilbereich, z.B. mit einem besonders geringen mechanischen Mismatch, und andererseits an ein Metall, z.B. mit einem besonders geringen Wärmeübergangswiderstand. It is also an embodiment that at least one cermet subregion is a gradient region, that is to say that at least in one direction of extent (for example over its thickness) it has gradually changing ceramic-metal fractions. This enables an improved connection on the one hand to a ceramic subregion, e.g. with a particularly low mechanical mismatch, and on the other hand to a metal, e.g. with a very low heat transfer resistance.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Gradientenbereich zwei oder mehr Unterbereiche oder Abstufungen aufweist, welche in sich einen konstanten Keramik-Metall-Anteil, aber zueinander unterschiedliche Keramik-Metall-Anteile aufweisen. Dies mag insbesondere in Form eines lagenartigen Gradientenbereichs realisiert sein. Diese Weiterbildung zeichnet sich durch ihre besonders einfache Umsetzung aus, z.B. indem Pulver oder ein anderes Ausgangsmaterial mit unterschiedlichem Keramik-Metall-Anteil schichtweise in eine Grünkörperform eingegeben werden. It is a further development that the gradient region has two or more subregions or graduations which have a constant ceramic-metal component but different ceramic-metal components. This may be realized in particular in the form of a layer-like gradient region. This development is characterized by its particularly simple implementation, for example, by powder or other starting material with different ceramic-metal content layer by layer are entered into a green body shape.
Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass das Substrat mittels eines Verfahrens hergestellt worden ist, welches mindestens die folgenden Schritte umfasst: Herstellen eines Grünkörpers, wobei der Grünkörper Bereiche aus keramischem Ausgangsmaterial und Bereiche aus Cermet-Ausgangsmaterial aufweist; und Sintern des Grünkörpers zu dem Substrat. It is also an embodiment that the substrate has been produced by means of a method comprising at least the following steps: producing a green body, the green body having regions of ceramic starting material and regions of cermet starting material; and sintering the green body to the substrate.
Das Sintern mag beispielsweise ein druckloses Sintern, wobei das Herstellen des Grünkörpers und das Sintern insbesondere als unterschiedliche Arbeitsschritte realisierbar sind. Das Sintern mag aber auch ein Gashochdrucksintern sein, insbesondere ein heißisostatisches Pressen (HIP). Dabei mögen das Herstellen des Grünkörpers und das Sintern in einem gemeinsamen Arbeitsschritt erfolgen. In noch einer Variante kann beispielsweise ein Sinterprozess unter Normaldruck bis zum Schließen der offenen Porosität im Sinterkörper durchgeführt werden und sich ein HIP-Zyklus anschließen. Dieser als Sinter-HIP oder Post-HIP bezeichnete Prozess kann in einem anderen Apparat durchgeführt werden als das Sintern unter Normaldruck, oder aber aneinander anschließend in dem gleichen Apparat. Ganz allgemein kann das Substrat mittels eines (beliebigen geeigneten) Sinterverfahrens hergestellt werden, z.B. auch mittels eines Spark-Plasma-Sinterns, SPS. The sintering may for example be pressureless sintering, wherein the production of the green body and the sintering can be realized in particular as different working steps. However, sintering may also be a gas high pressure sintering, in particular a hot isostatic pressing (HIP). In this case, the production of the green body and sintering may take place in a common work step. In yet another variant, for example, a sintering process can be carried out under normal pressure until the open porosity in the sintered body is closed, followed by a HIP cycle. This process, referred to as sintering HIP or post-HIP, can be carried out in another apparatus than sintering under normal pressure or subsequently in the same apparatus. In general, the substrate may be made by any (any suitable) sintering process, e.g. also by means of spark plasma sintering, SPS.
Der Grünkörper kann auf alle möglichen bekannten Arten hergestellt worden sein, z.B. durch Pulverpressen oder nasschemisch.The green body may have been made in any of a number of known ways, e.g. by powder pressing or wet-chemical.
Zur integralen Herstellung mindestens eines metallischen Teilbereichs bzw. Körpers des Substrats mag der Grünkörper auch mindestens einen Metallbereich aufweisen. Der Metallbereich mag insbesondere aus sinterfähigem Metall bestehen, ist aber nicht drauf beschränkt. For the integral production of at least one metallic subregion or body of the substrate, the green body may also have at least one metal region. The metal region may in particular consist of sinterable metal, but is not limited thereto.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass das Substrat ein Substrat für eine Leuchtvorrichtung ist und als Substrat oder Träger für mindestens eine Lichtquelle eingerichtet ist. Dazu mag das Substrat beispielsweise Bestückplätze für mindestens eine Lichtquelle aufweisen. Diese Weiterbildung weist den Vorteil auf, dass sich so eine besonders effektive Wärmeableitung von der mindestens einen Lichtquelle erreichen lässt.It is still a development that the substrate is a substrate for a lighting device and is configured as a substrate or support for at least one light source. For this purpose, the substrate may, for example, have placement sites for at least one light source. This development has the advantage that it is possible to achieve a particularly effective heat dissipation from the at least one light source.
Es ist eine Weiterbildung, dass die mindestens eine Lichtquelle mindestens eine Halbleiterlichtquelle aufweist. 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 (häufig auch als "Remote Phosphor"-Anordnung bezeichnet). 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.It is a development that the at least one light source has at least one semiconductor light source. 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 may alternatively or additionally be arranged remotely from the light-emitting diode (often also referred to as "remote phosphor" arrangement). 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.
Das Substrat mag zusätzlich oder alternativ als Substrat oder Träger für mindestens ein elektronisches oder elektrisches Bauelement eingerichtet sein.The substrate may additionally or alternatively be designed as a substrate or carrier for at least one electronic or electrical component.
Dazu mag das Substrat beispielsweise Bestückplätze für das mindestens eine elektronische oder elektrische Bauelement aufweisen. Diese Weiterbildung weist den Vorteil auf, dass sich so eine besonders effektive Wärmeableitung von der mindestens einen Lichtquelle erreichen lässt. Das elektronische oder elektrische Bauelement mag beispielsweise ein SMD-Bauteil sein. For this purpose, the substrate may for example have placement locations for the at least one electronic or electrical component. This development has the advantage that it is possible to achieve a particularly effective heat dissipation from the at least one light source. The electronic or electrical component may for example be an SMD component.
Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine Leuchtvorrichtung, aufweisend mindestens ein Substrat wie oben beschrieben, an welchem mindestens eine Lichtquelle, insbesondere Halbleiterlichtquelle, angeordnet ist. The object is also achieved by a lighting device, comprising at least one substrate as described above, on which at least one light source, in particular semiconductor light source, is arranged.
Die Leuchtvorrichtung mag beispielsweise ein Leuchtmodul (auch als Light Engine bezeichnet), eine Lampe oder eine Leuchte sein. The lighting device may be, for example, a light module (also referred to as a light engine), a lamp or a lamp.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Substrats wie oben beschrieben, wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist: (a) Herstellen mindestens eines Grünkörpers mit mindestens einem Bereich, insbesondere Lage, aus keramischen Ausgangsmaterial, insbesondere Keramikpulver, und mindestens einem Bereich, insbesondere Lage, aus Cermet-Ausgangsmaterial, insbesondere Cermetpulver; und (b) Sintern des Grünkörpers. The object is also achieved by a method for producing a substrate as described above, the method having at least the following steps: (a) producing at least one green body with at least one region, in particular layer, of ceramic starting material, in particular ceramic powder, and at least one Area, in particular layer, of cermet starting material, in particular cermet powder; and (b) sintering the green body.
Das Verfahren kann analog zu der Vorrichtung ausgebildet werden und weist die gleichen Vorteile auf. The method can be designed analogously to the device and has the same advantages.
So können die Schritte (a) und (b) getrennt durchgeführt werden (z.B. bei einem drucklosen Sintern), oder sie können gleichzeitig bzw. in einem Arbeitsschritt durchgeführt werden (z.B. im Rahmen eines heißisostatischen Pressens).Thus, steps (a) and (b) may be carried out separately (e.g., in pressureless sintering), or they may be carried out simultaneously (e.g., by hot isostatic pressing).
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 von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. 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 will be achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following schematic description of exemplary embodiments 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.
Zum Herstellen des Substrats
Folgend wird oberseitig ein zweiter Stempel So in das Gehäuse G eingeführt. Zum Hippen werden die beiden Stempel Su und So aufeinander zubewegt, wie durch die Pfeile angedeutet. Auch werden die Pulver K, C1 und C2 so weit aufgeheizt, dass sie sintern können. Insgesamt werden die Pulver K, C1 und C2 dadurch isostatisch zusammengepresst, wodurch sie z.B. einen Grünkörper bilden, und gleichzeitig oder zeitlich versetzt so weit aufgeheizt, dass sie zu einem fertigen Substrat
An einer rückseitigen Oberfläche oder Rückseite R des Substrats
Während der Keramik-Teilbereich
Beispielsweise sind hier die ersten Cermet-Teilbereiche
Der zweite Cermet-Teilbereich C2, der elektrisch leitfähig oder nicht-leitfähig sein mag, ist flächig mit einem metallischen Körper in Form eines Kühlkörpers H verbunden, und zwar mittels Lötens, Schweißens oder anderer Metall-Metall-Verbindungsmethoden. Der Kühlkörper H ist hier als separates Bauteil vorgefertigt worden. Dies ermöglicht einen geringen Wärmeübergangswiderstand zwischen dem Substrat
An der Vorderseite V des Substrats
Die Metallleitungen
Das Substrat
Wie in
Insbesondere für diesen Fall mag es vorteilhaft sein, dass ein Cermet-Teilbereich, hier: der rückseitige Cermet-Teilbereich
Obwohl die Erfindung im Detail durch die gezeigten Ausführungsbeispiele 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. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the illustrated embodiments, 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.
So können anstelle der oder zusätzlich zu den LEDs auch elektronische und/oder elektrische Bauteile an dem Substrat befestigt werden. Thus, instead of or in addition to the LEDs, electronic and / or electrical components can also be fastened to the substrate.
Allgemein können Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele additiv oder alternativ verwendet werden. Beispielsweise mag der die LEDs kontaktierende Cermet-Teilbereich auch für die Leuchtvorrichtung M2 aus dem Keramik-Teilbereich erhoben sein. In general, features of the various embodiments may be used additively or alternatively. For example, the cermet portion contacting the LEDs may also be raised for the lighting device M2 from the ceramic subregion.
Allgemein kann unter "ein", "eine" usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von "mindestens ein" oder "ein oder mehrere" usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck "genau ein" usw. Generally, "on", "an", etc. may be taken to mean a singular or a plurality, in particular in the sense of "at least one" or "one or more" etc., unless this is explicitly excluded, e.g. by the expression "exactly one", etc.
Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist. Also, a number may include exactly the specified number as well as a usual tolerance range, as long as this is not explicitly excluded.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11 11
- Substrat substratum
- 12 12
- erster Cermet-Teilbereich first cermet subarea
- 13 13
- Keramik-Teilbereich Ceramic portion
- 14 14
- zweiter Cermet-Teilbereich second cermet subarea
- 21 21
- Substrat substratum
- 22 22
- Cermet-Teilbereich Cermet portion
- 23 23
- plattenförmiger Keramik-Teilbereich plate-shaped ceramic section
- 24 24
- plattenförmiger Cermet-Teilbereich plate-shaped cermet portion
- 25 25
- Metallleitung metal line
- 31 31
- Substrat substratum
- 32 32
- Cermet-Teilbereich Cermet portion
- 33 33
- Keramik-Teilbereich Ceramic portion
- 34 34
- Cermet-Teilbereich Cermet portion
- 34a 34a
- Cermet-Unterbereich Cermet subregion
- 34b 34b
- Cermet-Unterbereich Cermet subregion
- 35 35
- Trennstelle separation point
- 36 36
- Lücke gap
- 39 39
- Kühlkörper heatsink
- 37 37
- Isolatorelement insulator element
- C1, C2C1, C2
- Cermetpulver cermet
- B B
- Kontaktfläche contact area
- F F
- freie Seite free page
- G G
- Gehäuse casing
- H H
- Kühlkörper heatsink
- H2 H2
- Kühlkörper heatsink
- K K
- Keramikpulver ceramic powder
- L L
- LED LED
- M1 M1
- erstes LED-Leuchtmodul first LED light module
- M2 M2
- zweites LED-Leuchtmodul second LED light module
- M3 M3
- drittes LED-Leuchtmodul third LED light module
- P P
- Rücksprung return
- R R
- Rückseite back
- Su Su
- erster Stempel first stamp
- So So
- zweiter Stempel second stamp
- V V
- Vorderseite front
- W W
- Aussparung recess
Claims (15)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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