DE102013216961A1 - Zusammenbau einer Halbleiterlampe aus separat hergestellten Bauteilen - Google Patents

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Thomas Klafta
Hubertus Breier
Michael Rosenauer
Marianne Auernhammer
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Abstract

Die Halbleiterlampe (21) ist mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle (9) ausgerüstet und weist mehrere separat hergestellte Bauteile (2–5, 7–11, 22, 26) auf, wobei mindestens zwei der Bauteile (2–5, 7–11, 22, 26) mittels einer gemeinsamen Umspritzung (27) miteinander verbunden sind. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterlampe (21) mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle (9), wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist: Einlegen zumindest eines offenen Treibergehäuses (3, 6) und eines Deckels (5) für das Treibergehäuse (3, 6) in eine Spritzgussform; und Umspritzen der in die Form eingelegten Bauteile (3, 6, 5) mit Vergussmasse (26) so, dass diese Bauteile (3, 5) durch die Vergussmasse (26) fest miteinander verbunden werden. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf Retrofitlampen, z.B. auf Lampen für PAR-Scheinwerfer, insbesondere PAR 16, oder auf Halogenlampen-Retrofitlampen vom Typ MR, insbesondere MR 16.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Halbleiterlampe mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle, aufweisend mehrere separat hergestellte Bauteile. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterlampe mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf Retrofitlampen, z.B. auf Lampen für PAR-Scheinwerfer, insbesondere PAR 16, oder auf Halogenlampen-Retrofitlampen vom Typ MR, insbesondere MR 16.
  • Eine LED-Lampe wird bisher in mehreren Arbeitsschritten aus mehreren Bauteilen aufwendig in einer Fertigungslinie oder mit der Hand zusammengebaut. Durch die notwendigen Befestigungen der einzelnen Bauteile miteinander (z.B. durch Verschrauben, Verkleben oder Verrasten) kommt es, bedingt durch Toleranzen und Fertigungsproblemen, immer wieder zu teuren Nacharbeiten und zu Produktionsausfällen.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine verbesserte Möglichkeit zum Zusammenbau einer Halbleiterlampe, insbesondere LED-Lampe, bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Halbleiterlampe mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle, aufweisend mindestens zwei separat hergestellte Bauteile, wobei mindestens zwei der Bauteile mittels einer gemeinsamen Umspritzung bzw. einem gemeinsamen Umspritzungsmaterial fest miteinander verbunden sind. Die Nutzung der Umspritzung weist den Vorteil auf, dass kostengünstigere Bauteile verwendet werden können, da Toleranzen gröber ausgeführt werden können. Dadurch und durch einen Verzicht auf einen manuellen Zusammenbau können Nacharbeiten und Produktionsausfälle in erheblichem Maße vermieden werden, und die Produktionskosten können gesenkt werden. Zudem kann auf Befestigungselemente wie Schnapper oder Schrauben an den einzelnen Bauteilen verzichtet werden.
  • 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. Auch dem mindestens einen Diodenlaser mag ein wellenlängenumwandelnden Leuchtstoff nachgeschaltet sein, z.B. in einer LARP („Laser Activated Remote Phosphor“)-Anordnung.
  • Die Halbleiterlampe mag insbesondere eine Ersatzlampe oder Retrofitlampe zum Ersatz herkömmlicher Lampen sein, z.B. zum Ersatz einer Glühlampe, einer Halogenlampe, einer Gasentladungslampe, einer Gasentladungsröhre, einer Linienlampe usw. Die Retrofit-Halbleiterlampe mag dazu insbesondere einen in herkömmliche Fassungen passenden Sockel aufweisen, z.B. einen Edison-Sockel, einen Bipin-Sockel (z.B. vom GU-Typ) oder einen Bajonett-Sockel. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf Halogenlampen-Retrofitlampen, insbesondere für PAR-Scheinwerfer, z.B. vom Typ PAR 16, oder auf Halogenlampen-Retrofitlampen für den Typ MR, z.B. MR 16 oder MR 11.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass die Halbleiterlampe mindestens zwei separat hergestellte, funktional unterschiedliche Bauteile aufweist, wobei mindestens zwei der funktional unterschiedlichen Bauteile mittels einer gemeinsamen Umspritzung fest miteinander verbunden sind. Unter „funktional unterschiedlichen Bauteilen“ mögen insbesondere Bauteile verstanden werden, welche eine unterschiedliche Funktion der Halbleiterlampe ausüben, z.B. ein Deckel oder oberes Gehäuseteil eines Treibergehäuses einerseits und ein Kühlkörper andererseits.
  • Zumindest eines der Bauteile mag zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung über die gemeinsame Umspritzung oder Umspritzungsmaterial einen Hinterschnitt in Bezug auf die gemeinsame Umspritzung aufweisen.
  • Das Umspritzungsmaterial besteht bevorzugt aus Kunststoff, beispielsweise aus thermoplastischem Kunststoff wie PP, PA, PA, PBT, POM, PC, ABS, PPS und/oder PS.
  • Es ist eine Ausgestaltung, dass die Halbleiterlampe mindestens drei separat hergestellte, insbesondere funktional unterschiedliche Bauteile aufweist, wobei mindestens drei der Bauteile mittels einer gemeinsamen Umspritzung miteinander verbunden sind. Die gleichzeitige Umspritzung von mindestens drei Bauteilen weist den Vorteil auf, dass die Einsparung an Montageaufwand besonders hoch ist. Bei der herkömmlichen Zusammensetzung zwischen jeweils nur zwei Bauteilen (z.B. durch Rasten, Kleben usw.) sind dafür zwei Arbeitsschritte nötig. Je mehr Bauteile mittels einer gemeinsamen Umspritzung verbunden werden, desto größer ist die Einsparung.
  • Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die mehreren Bauteile mindestens zwei der folgenden Bauteile umfassen:
    • – ein offenes Treibergehäuse,
    • – einen Deckel für das Treibergehäuse,
    • – einen auf den Deckel aufsetzbaren, ersten Kühlkörper,
    • – ein mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle bestücktes Substrat,
    • – eine lichtdurchlässige Abdeckung für das Substrat,
    • – einen das Treibergehäuse mindestens seitlich abdeckenden, zweiten Kühlkörper und/oder
    • – mindestens einen rückwärtig an dem Treibergehäuse angeordneten Anschlusskontakt, insbesondere Anschlussstift, für die Versorgungsspannung.
  • Durch diese Ausgestaltung mögen wichtige Teile einer Halbleiterlampe mittels der gemeinsamen Umspritzung verbunden sein.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass sämtliche separat hergestellten bzw. vorgefertigten Bauteile zur Endmontage mittels der gemeinsamen Umspritzung verbunden sind. Insbesondere braucht kein weiteres Bauteil mehr nachträglich an einen solchen gemeinsam umspritzten Bauteilverbund angebracht zu werden, z.B. durch Verrasten, Verkleben usw. Die gemeinsame Umspritzung entspricht dann dem letzten Zusammenbau- oder Montageschritt der Halbleiterlampe.
  • Das offene Treibergehäuse mag beispielsweise zur Aufnahme eines Treibers vorgesehen sein. Das Treibergehäuse mag insbesondere vorderseitig offen sein und rückwärtig mindestens einen elektrischen Anschlusskontakt zum Anschluss an eine herkömmliche Fassung aufweisen. Der mindestens eine elektrische Anschlusskontakt mag beispielsweise einen Teil eines Sockels oder Sockelbereichs darstellen. Der Sockel mag z.B. als ein Edison-Sockel (z.B. vom E-Typ wie E 14 oder E27), als ein Steck- oder Bipin-Sockel (z.B. vom GU-Typ wie GU5.3 oder GU10), als ein Bajonett-Sockel (z.B. vom Typ BC, B22 oder B22d) oder als ein Röhrensockel (z.B. vom Typ G5 oder G13) ausgebildet sein.
  • Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass die Halbleiterlampe einen Treiber zum Betreiben mindestens einer Halbleiterlichtquelle aufweist. Der Treiber dient dazu, über den mindestens einen elektrischen Anschlusskontakt aufgenommene elektrische Signale (z.B. eine Versorgungsspannung, insbesondere Netzspannung) in zum Betrieb der mindestens einen Halbleiterlichtquelle geeignete elektrische Signale umzuwandeln. Der Treiber mag beispielsweise eine Leiterplatte oder Platine aufweisen, auf welcher ein oder mehrere Treiberbausteine angeordnet sind, die z.B. eine Treiberelektronik bilden können.
  • Der Deckel für das Treibergehäuse mag auch als oberes Treibergehäuse bezeichnet werden. Es mag insbesondere mindestens eine Durchführung, z.B. einen Kabelkanal, zum Durchführen von elektrischen Leitungen von dem Treiber zu der mindestens einen Halbleiterlichtquelle aufweisen. Der Deckel mag an seiner vorderen, dem (unteren) Treibergehäuse abgewandten Seite insbesondere eine plane Auflagefläche aufweisen, beispielsweise für den ersten Kühlkörper (falls vorhanden) oder für das Substrat.
  • Der Deckel mag beispielsweise dem Berührschutz vor elektrischer Spannung und als Halter des in dem Treibergehäuse untergebrachten elektrischen Treibers verwendet werden. Die Durchführung des Deckels kann zudem als Führung und Stabilisierung der elektrischen Leitungen, z.B. Kabel, für die elektrische Versorgung der Halbleiterlichtquellen verwendet werden. Dadurch kann das Verlöten des Substrats mit den elektrischen Leitungen vereinfacht werden. Es könnte auch Laserlöten zum Einsatz kommen. Dies vereinfacht ein maschinelles Verlöten des Substrats mit den elektrischen Leitungen erheblich.
  • Der auf den Deckel aufsetzbare erste Kühlkörper mag beispielsweise dazu dienen, durch die Halbleiterlichtquelle(n) erzeugte Wärme von dem Substrat abzuleiten, insbesondere seitlich nach außen. Der Kühlkörper mag dazu eine ringscheibenförmige Grundform aufweisen, deren äußerer Rand bevorzugt als ein dazu senkrecht stehendes, umlaufendes Band ausgebildet ist. Ein Loch in dem Kühlkörper (insbesondere in dessen Mitte) mag beispielsweise zur Durchführung eines nach vorne vorstehenden Kabelkanals des Deckels dienen.
  • Das mit der mindestens einen Halbleiterlichtquelle bestückte Substrat mag beispielsweise eine Leiterplatte sein (häufig auch als „Submount“ bezeichnet), welche mit der mindestens einen Halbleiterlichtquelle bestückt ist. Die Leiterplatte mag z.B. übliches Platinenmaterial als Grundmaterial aufweisen, z.B. FR4, mag als Metallkernplatine ausgebildet sein oder mag Keramik, z.B. AlN, als Grundmaterial aufweisen („Keramiksubstrat“). Das Substrat mag z.B. ringscheibenförmig ausgebildet sein, wobei ein mittiges Loch beispielsweise zur Durchführung des nach vorne vorstehenden Kabelkanals des Deckels dienen mag.
  • Die lichtdurchlässige Abdeckung für das Substrat und damit auch die mindestens eine Halbleiterlichtquelle und ggf. zusätzlich auf dem Substrat angeordnete elektrische oder elektronische Bauteile, mag beispielsweise eine transparente oder opake (transluzente) Schutzabdeckung und/oder mindestens ein optisches Element (z.B. einen Reflektor, eine Linse, einen Kollimator, eine Blende usw.) aufweisen.
  • Der zweite Kühlkörper mag beispielsweise aus Metall, z.B. Aluminium, bestehen. Er umgibt insbesondere das Treibergehäuse seitlich und mag z.B. in Längsrichtung verlaufende und in Umfangsrichtung versetzt angeordnete Kühlrippen aufweisen. Der zweite Kühlkörper mag mit dem ersten Kühlkörper verbunden sein oder mit geringem Abstand beabstandet, um eine verbesserte Wärmeableitung von dem ersten Kühlkörper zu ermöglichen.
  • Der erste Kühlkörper und/oder der zweite Kühlkörper mag bzw. mögen – falls vorhanden – beispielsweise aus Metall, z.B. Aluminium und/oder Kupfer, bestehen. Der Kühlkörper mag z.B. durch Aluminiumguss, als Tiefziehteil oder als Strangpressprofil vorliegen. Die Verwendung des ersten Kühlkörpers und/oder des zweiten Kühlkörpers mag insbesondere bei Halbleiterlampen höherer Leistung vorteilhaft sein.
  • Der mindestens eine rückwärtig an dem Treibergehäuse angeordnete, insbesondere davon vorstehende, Anschlusskontakt für die Versorgungsspannung mag insbesondere ein Anschlussstift oder Pin, z.B. eines GU-Sockels, sein.
  • Die Anschlusskontakte für die Versorgungsspannung auf der einen (rückwärtigen) Seite und die lichtdurchlässige Abdeckung für das Substrat, z.B. Linse, auf der anderen Seite können insbesondere als Befestigungspunkte im Werkzeug bzw. in der Spritzgussform verwendet werden. Dies erleichtert eine Handhabung und damit Herstellung.
  • Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die Halbleiterlampe eine mittels der gemeinsamen Umspritzung staubdicht und/oder wasserdicht ausgebildete Halbleiterlampe ist. Dies erhöht die Anwendungsbreite auf besonders einfache, weil ohne weiteren Aufwand verbundene Weise. Insbesondere ist die Halbleiterlampe dadurch auch im Außenbereich besonders vorteilhaft einsetzbar.
  • Die gemeinsame Umspritzung weist den weiteren Vorteil auf, dass so auf einfache Weise eine Berührsicherheit gegenüber elektrischen Spannungen erreichbar ist.
  • Es ist eine Ausgestaltung, dass der Treiber ein eingekapselter („potted“) Treiber ist. Dies ergibt den Vorteil, dass der Treiber vor dem gemeinsamen Umspritzen mit einem schützenden Einkapselungsmaterial umgeben wird. So kann der Treiber nach Aushärten des Einkapselungsmaterials einen Umspritzungsprozess durchlaufen, ohne durch die dort auftretenden hohen Temperaturen oder Drücke Schaden zu nehmen. Zudem wird so eine besonders hohe Berührsicherheit gegenüber elektrischen Spannungen ermöglicht. Das Einkapselungsmaterial mag ein thermoplastischer und/oder duroplastischer Kunststoff oder z.B. Silikon sein.
  • Bei einem herkömmlichen Einkapseln des Treibers wird dieser manuell in das (untere) Treibergehäuse eingeführt und dort in dem eingebauten Zustand mit dem Einkapselungsmaterial vergossen („gepotted“). Danach mag das Einkapselungsmaterial bei einer Temperatur von 80°C ca. eine halbe Stunde lang aushärten, bei einer Raumtemperatur von 25° ca. acht Stunden lang.
  • Es ist noch eine Ausgestaltung, dass der Treiber ein voreingekapselter („pre-potted“) Treiber ist. Dabei mag zumindest der Treiber zuvor (d.h. vor einem Überführen in eine das gemeinsame Umspritzen aufweisende Linienfertigung) eingekapselt und ausgehärtet werden. Dies ermöglicht eine Linienfertigung, da auf die Wartezeit zum Aushärten während der Linienfertigung verzichtet werden kann. Es mag also eine Herstellung der Halbleiterlampe vereinfacht werden, da bei der Heranführung der in die Gussform einzusetzenden Bauteile während der Linienfertigung nicht auf ein Einfüllen des Einkapselungsmaterials in das Treibergehäuse und auf das Aushärten des Einkapselungsmaterials und des Treibers gewartet zu werden braucht. Vielmehr können die mit dem Einkapselungsmaterial eingekapselten Bauteile bereits vorher hergestellt werden und dann bei Bedarf zugeführt werden. Die gemeinsam durch das Einkapselungsmaterial oder „Potting-Material“ verbundenen Bauteile (d.h., zumindest der Treiber) sind durch die Einkapselung zudem lange haltbar und damit auch lange lagerbar.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass bei einem voreingekapselten Treiber auf ein Treibergehäuse verzichtet werden kann. Die äußere Oberfläche des Einkapselungsmaterials mag dann die Funktion der äußeren Oberfläche des Treibergehäuses übernehmen, z.B. zur Auflage eines Kühlkörpers und/oder eines Deckels und zur Kontaktierung des gemeinsamen Umspritzungsmaterials.
  • Wenn ein voreingekapselter Treiber in das Treibergehäuse eingeschoben wird, entstehen im Vergleich zum Einkapseln durch Verguss in dem Treibergehäuse keine funktionellen Verschlechterungen. Beispielsweise ist die thermische Anbindung an das Treibergehäuse für voreingekapselte Treiber vergleichbar mit in dem Treibergehäuse eingekapselten Treibern. Folglich ergeben sich keine Temperaturerhöhungen an dem Treiber beim Betrieb der Halbleiterlampe. Dieses Verfahren kann also auch bei Halbleiterlichtquellen mit großen Leistungen verwendet werden.
  • Zum Voreinkapseln oder Pre-Potten wird zumindest der Treiber in eine Metall- oder Kunststoff-Form eingelegt. Es können mit dem Treiber aber auch noch weitere Bauteile eingelegt werden, z.B. der Deckel für das Treibergehäuse; der erste Kühlkörper und/oder die Anschlussstifte (siehe auch weiter unten). Es schließt sich ein Befüllen der Form mit flüssigem Einkapselungsmaterial und dann ein Aushärten, z.B. im Ofen bei 80°C und 30 Minuten oder ein Aushärten für acht Stunden bei Raumtemperatur, an. Das Voreinkapseln wird in einer anderen Linie durchgeführt als das gemeinsame Umspritzen. Der Zusammenbau der Halbleiterlampe kann nun auch praktisch sinnvoll im Rahmen einer Linienfertigung automatisiert werden. Eine Wartezeit für das Aushärten würde bei der auch das gemeinsame Umspritzen aufweisenden Linienfertigung nicht entstehen.
  • Mit eingekapselt sein können z.B. an den Treiber angeschlossene elektrische Leitungen, beispielsweise Drähte oder Kabel zur elektrischen Verbindung mit der mindestens einen Halbleiterlichtquelle, ein erster Kühlkörper, ein Substrat zum Tragen der mindestens einen Halbleiterlichtquelle, Metallbolzen oder Metallstifte zum Aufschieben elektrischer Anschlusskontakte und/oder die elektrischen Anschlusskontakte. Dies mag z.B. eine Herstellung vereinfachen.
  • Beispielsweise kann durch einen mitvoreingekapselten Deckel dieser als Halterung für den Treiber in der Potting-Gussform verwendet werden. Der Deckel kann ferner als Führung und Stabilisierung der elektrischen Leitungen, z.B. von Kabeln für die Betriebsspannung der Halbleiterlichtquellen, verwendet werden. Dadurch kann auch ein Verlöten mit dem Substrat vereinfacht werden. Es mag dazu insbesondere auch ein Laserlöten zum Einsatz kommen. Das maschinelle Verlöten des Substrats mit den elektrischen Leitungen wird dadurch ebenfalls ermöglicht.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass nach dem Voreinkapseln und vor dem gemeinsamen Umspritzen ein Schritt eines elektrischen Verbindens der mindestens einen elektrischen Leitung zwischen dem Treiber und der mindestens einen Halbleiterlichtquelle durchgeführt, wird, insbesondere durch Verbinden mit dem Substrat. Das Verbinden mag z.B. durch Verlöten, insbesondere Laserlöten, durchgeführt werden.
  • Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterlampe mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle, wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist: Einlegen zumindest zweier separat hergestellter Bauteile der Halbleiterlampe in eine Spritzgussform und Umspritzen dieser Bauteile mit Vergussmasse oder Spritzgussmaterial, so dass diese Bauteile durch die Vergussmasse miteinander verbunden werden. Dieses Verfahren kann analog zu der Halbleiterlampe ausgebildet werden und ergibt die gleichen Vorteile.
  • Es ist eine Ausgestaltung, dass das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist: Einlegen zumindest eines (vorderseitig) offenen Treibergehäuses und eines Deckels für das Treibergehäuse in eine Spritzgussform und Umspritzen der in die Form eingelegten Bauteile mit Vergussmasse, so dass diese Bauteile durch die Vergussmasse miteinander verbunden werden. Die Verbindung dieser beiden Bauteile durch gemeinsames Umspritzen ist besonders vorteilhaft, da hierdurch auf einfache Weise eine dichte Verbindung zwischen ihnen erreichbar ist. Diese dichte Verbindung wiederum verhindert ein Eindringen von Feuchtigkeit und/oder Staub, welche(r) sich ansonsten in dem Treibergehäuse festsetzen könnte und z.B. zu einer dauernden Korrosion führen könnte. Andere Verbindungsarten wie Verrasten oder Verkleben weisen dagegen eine weit größere Gefahr einer ungewollten Spaltbildung zwischen dem (unteren oder rückwärtigen) Treibergehäuse und dem diese Öffnung abdeckenden Deckel (oder vorderen Treibergehäuse) auf.
  • Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass bei dem Schritt des Einlegens auch mindestens eines der folgenden Bauteile:
    • – ein auf den Deckel aufsetzbarer, erster Kühlkörper,
    • – ein mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle bestücktes Substrat,
    • – eine lichtdurchlässige Abdeckung für das Substrat,
    • – ein das Treibergehäuse mindestens seitlich abdeckender, zweiter Kühlkörper und/oder
    • – mindestens ein rückwärtig an dem Treibergehäuse angeordneter Anschlusskontakt, insbesondere Anschlussstift,
    in die Spritzgussform eingelegt wird, so dass auch dieses mindestens eine Bauteil durch die Vergussmasse fest mit den anderen in die Spritzgussform eingelegten Bauteilen verbunden wird.
  • Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass vor dem Umspritzen ein voreingekapselter Treiber in das Treibergehäuse eingesetzt wird. Der voreingekapselte Treiber mag folglich vor dem Einsetzen von Einkapselungsmaterial („Potting-Material“) umgeben sein. Das Voreinkapseln („Pre-Potting“) ergibt den Vorteil, dass die elektrischen Bauteile und/oder elektronischen Bauteile des Treibers vor dem hohem Einspritzdruck und den hohen Temperaturen für das gemeinsame Kunststoffspritzen geschützt sind.
  • Es ist auch eine Ausgestaltung, dass mit dem Treiber auch voreingekapselt („pre-potted“) werden: der Deckel für das Treibergehäuse, der erste Kühlkörper und/oder die Anschlussstifte sowie ggf. mindestens eine elektrische Leitung. Dies mag herstellungstechnische Vorteile aufweisen, z.B. in Bezug auf eine Handhabung elektrischer Leitungen. Der Deckel, der erste Kühlkörper und/oder die Anschlussstifte mögen also zusammen mit dem Treiber eingekapselt werden und/oder von der gemeinsamen Umspritzung umspritzt sein, und zwar insbesondere mit zugehörigen elektrischen Leitungen.
  • Das mindestens eine voreingekapselte Bauteil, insbesondere der voreingekapselte Treiber, kann auch als Skelett/Stützgerüst dienen. Zudem kann durch ein elektrisch isolierendes Einkapselungsmaterial das davon umgebende mindestens eine Bauteil elektrisch isoliert werden. Auf eine gesonderte elektrische Isolierung kann verzichtet werden.
  • 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.
  • 1 zeigt eine Explosionsdarstellung in Schrägansicht einer Halbleiterlampe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 2 zeigt die Halbleiterlampe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in Seitenansicht in einem durch gemeinsame Umspritzung zusammengebauten Zustand;
  • 3 zeigt als Schrägansicht in einer Explosionsdarstellung Bauteile, einschließlich eines Treibers, einer Halbleiterlampe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, die zur gemeinsamen Voreinkapselung vorgesehen sind;
  • 4 zeigt in Seitenansicht die Bauteile aus 3 in voreingekapseltem Zustand; und
  • 5 zeigt die Halbleiterlampe gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel als Schnittdarstellung in Seitenansicht.
  • 1 zeigt eine Explosionsdarstellung in Schrägansicht einer Halbleiterlampe in Form einer LED-Lampe 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die LED-Lampe 1 weist in der gezeigten Reihenfolge von einem rückwärtigen Ende zu einem vorderseitigen Ende auf: zwei in eine rückwärtige Richtung ragende Anschlusskontakte in Form von z.B. MR16-kompatiblen Anschlusspins 2, ein (unteres) Treibergehäuse 3, das eine nach vorne offene Seite 6 aufweist, einen Treiber 4 zum Einsatz in das Treibergehäuse, einen Deckel 5 zur Abdeckung der offenen Seite 6 des Treibergehäuses 3, eine ringscheibenförmige, thermisch gut leitfähige Haftfolie 7 („TIM-Folie“), welche auf die Vorderseite des Deckels 5 aufzulegen ist, ein ringscheibenförmiges Substrat 8, welches mit seiner Rückseite auf die Haftfolie 7 aufzulegen ist und an seiner Vorderseite mehrere Halbleiterlichtquellen in Form von Leuchtdioden, LEDs, 9 aufweist sowie eine lichtdurchlässige Abdeckung in Form einer Linse 10. Darüber hinaus ist ein seitlich umlaufender (zweiter) Kühlkörper 11 vorhanden.
  • Die LED-Lampe 1 ist hier als eine Halogenlampen-Retrofitlampe ausgebildet, insbesondere vom Typ MR16. Die Anschlusspins 2 und das Treibergehäuse 3 bilden folglich einen Sockel vom GU-Typ.
  • Der Treiber 4 ist hier nicht voreingekapselt, sondern wird z.B. in dem Treibergehäuse 3 mit Einkapselungsmaterial (o. Abb.) vergossen, falls überhaupt. Der Treiber 4 ist im zusammengebauten Zustand mit den Anschlusspins 2 elektrisch verbunden und kann über diese mit einer Versorgungsspannung gespeist werden.
  • Der Deckel 5 kann auch als oberes Treibergehäuse bezeichnet werden und dient zum Verschluss der offenen Seite 6 des unteren Treibergehäuses 3. Der Deckel 5 weist einen mittigen, nach vorne vorstehenden Kabelkanal 12 auf, durch welchen elektrische Leitungen (o. Abb.) zur Versorgung der LEDs 9 von dem Treiber 4 zu dem Substrat 8 geleitet sind.
  • Das Substrat 8 weist eine zentrale Öffnung 13 zur Durchführung des Kabelkanals 12 auf. Das Substrat 8 mag z.B. ein Keramiksubstrat oder eine Metallkernplatine sein.
  • Die LEDs 9 werden üblicherweise in einem separaten Fertigungsprozess auf die Vorderseite des Substrats 8 aufgesetzt. Die LEDs 9 sind hier als gehäuste LEDs ausgebildet, z.B. als weißes Licht abstrahlende LEDs.
  • Der seitlich umlaufende Kühlkörper 11 ist z.B. aus Aluminium hergestellt und zur Auflage auf einer außenseitigen Mantelfläche 14 des Treibergehäuses 3 vorgesehen. Zumindest eine Aufgabe davon ist die Ableitung von innerhalb des Treibergehäuses 3 erzeugter Wärme. Der Kühlkörper 11 weist hier mehrere parallel zu der Längsrichtung (vertikal) ausgerichtete, in Umfangsrichtung äquidistant verteilte Kühlrippen 15 auf.
  • Die obigen Bauteile sind zuvor separat hergestellt worden. Sie sind funktional unterschiedlich. Sie werden (nach Potten des Treibers 4) zur Endmontage der LED-Lampe 1 mittels einer gemeinsamen Umspritzung miteinander verbunden. Die so hergestellte LED-Lampe 1 ist – ohne den Kühlkörper 11 – in 2 gezeigt. Sie ist wasserdicht und staubdicht und somit insbesondere zur Verwendung in einen Außenbereich geeignet.
  • 3 zeigt mehrere Bauteile einer LED-Lampe 21, welche vor dem gemeinsamen Umspritzen zusammen voreingekapselt werden, nämlich den Treiber 4, den Deckel 5, einen (ersten) Kühlkörper 22, die Haftfolie 7 und das mit dem LEDs 9 (o. Abb.) bestückte Substrat 8. Alternativ mag das Substrat 8 noch nicht mit den LEDs 9 bestückt sein.
  • Der Kühlkörper 22, der z.B. aus Aluminium oder Kupfer besteht, dient zum Ableiten von Wärme von dem Substrat 8, welches wiederum durch die Abwärme der LEDs 9 aufgeheizt wird. Zur guten Wärmeübertragung liegt die Rückseite des Substrats 8 über die Haftfolie 7 auf einer Vorderseite des Kühlkörpers 22 auf, während die Rückseite des Kühlkörpers 22 auf der Vorderseite des Deckels 5 aufliegt. Der Kühlkörper 22 weist eine ringscheibenförmige Grundform 23 auf, deren äußerer Rand 24 als ein dazu senkrecht stehendes, umlaufendes Band ausgebildet ist. Ein Loch 25 in der Mitte der Grundform 23 dient zur Durchführung des Kabelkanals 12 des Deckels 5.
  • Zum Voreinkapseln werden die in 3 gezeigten Bauteile in eine Gussform verbracht und mit Voreinkapselungsmaterial 26 vergossen. Das Vergießen geschieht vorzugsweise drucklos und bei geringen Temperaturen (z.B. von weniger als 100 °C).
  • Die durch das Voreinkapselungsmaterial 26 voreingekapselten Bauteile sind in 4 gezeigt. Sie können bis zum Deckel 5 passend in das Treibergehäuse 3 eingesetzt werden. Das Voreinkapselungsmaterial 26 mag in seinem in das Treibergehäuse 3 einzusetzenden Bereich passend zu der Innenkontur des Treibergehäuses 3 geformt sein.
  • 5 zeigt die fertige LED-Lampe 21 (ohne die LEDs 9) als Schnittdarstellung nach dem gemeinsamen Umspritzen mit dem Umspritzungsmaterial 27. Der äußere Rand 24 des Kühlkörpers 22 ist randseitig von dem Umspritzungsmaterial 27 umgeben und von dem zweiten Kühlkörper 11 beabstandet. Da jedoch der Abstand vergleichsweise gering ist, kann auch über den äußeren Rand 24 des ersten Kühlkörpers 22 Wärme auf den zweiten Kühlkörper 11 übertragen werden, welcher wiederum Wärme an die Umgebung abgibt, und zwar auch von dem Treibergehäuse 3.
  • Da das Voreinkapselungsmaterial 26 eng an dem Treibergehäuse 3 anliegt, ist seine Wärmeübertragung auf das Treibergehäuse 3 mit einer Wärmeübertragung eines in dem Treibergehäuse 3 vergossenen bzw. gekapselten Treibers vergleichbar. Der Treiber ist hier mit seiner Platine 29 und diversen daran angeordneten elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen 30 gezeigt.
  • Durch das gemeinsame Umspritzen mit dem Umspritzungsmaterial 27 wird der Deckel 5 (und damit auch die anderen voreingekapselten Bauteile) mit dem Treibergehäuse 3 verbunden. Die Linse 10 wird so ebenfalls fest in Bezug auf das Substrat 8 gehalten. Die Linse 10 mag dazu beispielsweise einen Hinterschnitt in Form einer außenseitig umlaufenden Nut 28 aufweisen.
  • 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.
  • 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.
  • Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    LED-Lampe
    2
    Anschlusspin
    3
    Treibergehäuse
    4
    Treiber
    5
    Deckel
    6
    offene Seite des Treibergehäuses
    7
    Haftfolie
    8
    Substrat
    9
    LED
    10
    Linse
    11
    zweiter Kühlkörper
    12
    Kabelkanal
    13
    zentrale Öffnung
    14
    Mantelfläche des Treibergehäuses
    15
    Kühlrippe
    21
    LED-Lampe
    22
    erster Kühlkörper
    23
    ringscheibenförmige Grundform des Kühlkörpers
    24
    äußerer Rand des ersten Kühlkörpers
    25
    Loch
    26
    Voreinkapselungsmaterial
    27
    Umspritzungsmaterial
    28
    Nut
    29
    Platine
    30
    elektrisches/elektronisches Bauteil

Claims (9)

  1. Halbleiterlampe (1; 21) mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle (9), aufweisend mehrere separat hergestellte Bauteile (25, 711, 22, 26), wobei mindestens zwei der Bauteile (25, 711, 22, 26) mittels einer gemeinsamen Umspritzung (27) miteinander verbunden sind.
  2. Halbleiterlampe (1; 21) nach Anspruch 1, wobei die Halbleiterlampe mindestens drei separat hergestellte Bauteile (25, 711, 22, 26) aufweist und wobei mindestens drei der Bauteile (25, 711, 22, 26) mittels der gemeinsamen Umspritzung (27) miteinander verbunden sind.
  3. Halbleiterlampe (1; 21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bauteile mindestens umfassen: – ein offenes Treibergehäuse (3, 6), – einen Deckel (5) für das Treibergehäuse (3, 6), – einen auf den Deckel (5) aufsetzbaren, ersten Kühlkörper (22), – ein mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle (9) bestücktes Substrat (8), – eine lichtdurchlässige Abdeckung (10) für das Substrat (8), – einen das Treibergehäuse (3) mindestens seitlich abdeckenden, zweiten Kühlkörper (11) und/oder – mindestens einen rückwärtig an dem Treibergehäuse (3) angeordneten Anschlusskontakt (2).
  4. Halbleiterlampe (1; 21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbleiterlampe (1; 21) eine mittels der gemeinsamen Umspritzung (27) staubdicht und/oder wasserdicht ausgebildete Halbleiterlampe ist.
  5. Halbleiterlampe (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbleiterlampe (21) einen Treiber (4) zum Betreiben mindestens einer Halbleiterlichtquelle aufweist und der Treiber (4) ein voreingekapselter Treiber (4, 26) ist.
  6. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterlampe (1; 21) mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle (9), wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist: – Einlegen zumindest eines offenen Treibergehäuses (3, 6) und eines Deckels (5) für das Treibergehäuse (3, 6) in eine Spritzgussform; und – Umspritzen der in die Form eingelegten Bauteile (3, 6, 5) mit Vergussmasse (27) so, dass diese Bauteile (3, 5) durch die Vergussmasse (27) fest miteinander verbunden werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei bei dem Schritt des Einlegens auch mindestens eines der folgenden Bauteile: – ein auf den Deckel (5) aufsetzbarer, erster Kühlkörper (22), – ein mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle (9) bestücktes Substrat (8), – eine lichtdurchlässige Abdeckung (10) für das Substrat (8), – ein das Treibergehäuse (3) mindestens seitlich abdeckender, zweiter Kühlkörper (11) und/oder – mindestens ein rückwärtig an dem Treibergehäuse (3) angeordneter Anschlusskontakt (2), in die Spritzgussform eingelegt wird, so dass auch dieses mindestens eine Bauteil (2, 811, 22, 26) durch die Vergussmasse (27) fest mit den anderen in die Spritzgussform eingelegten Bauteilen verbunden wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei vor dem Umspritzen ein voreingekapselter Treiber (4, 26) in das Treibergehäuse (3) eingesetzt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei mit dem Treiber (4) auch voreingekapselt sind: – der Deckel (5) für das Treibergehäuse (3); – ein auf den Deckel (5) aufsetzbarer, erster Kühlkörper (22) und/oder – mindestens einen rückwärtig an dem Treibergehäuse (3) angeordneten Anschlusskontakt (12).
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