DE102013218541A1 - Leuchtmodul mit Halbleiterlichtquellen und Trägerplatte - Google Patents

Leuchtmodul mit Halbleiterlichtquellen und Trägerplatte Download PDF

Info

Publication number
DE102013218541A1
DE102013218541A1 DE102013218541.3A DE102013218541A DE102013218541A1 DE 102013218541 A1 DE102013218541 A1 DE 102013218541A1 DE 102013218541 A DE102013218541 A DE 102013218541A DE 102013218541 A1 DE102013218541 A1 DE 102013218541A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
carrier
carrier substrate
semiconductor light
module
light module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102013218541.3A
Other languages
English (en)
Inventor
Farhang Ghasemi Afshar
Axel Kaltenbacher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Osram GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram GmbH filed Critical Osram GmbH
Priority to DE102013218541.3A priority Critical patent/DE102013218541A1/de
Priority to US15/021,952 priority patent/US9659915B2/en
Priority to KR1020167009192A priority patent/KR20160056910A/ko
Priority to PCT/EP2014/067914 priority patent/WO2015036221A1/de
Priority to CN201480050818.2A priority patent/CN105556665A/zh
Publication of DE102013218541A1 publication Critical patent/DE102013218541A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/075Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00
    • H01L25/0753Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00 the devices being arranged next to each other
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/483Containers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/64Heat extraction or cooling elements
    • H01L33/644Heat extraction or cooling elements in intimate contact or integrated with parts of the device other than the semiconductor body
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48135Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/48137Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/62Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls

Abstract

Das Leuchtmodul (1) ist mit mehreren Halbleiterlichtquellen (8, 8h, 8l), insbesondere LED-Chips, ausgerüstet und weist eine metallische Trägerplatte (2) auf, wobei auf der Trägerplatte (2) und von dieser elektrisch isoliert mehrere metallische Trägersubstrate (5, 5-1, 5-2, 5-3) angeordnet sind, an welchen Trägersubstraten (5, 5-1, 5-2, 5-3) jeweils mindestens eine Halbleiterlichtquelle (8, 8h, 8l) angeordnet ist und die Trägersubstrate (5, 5-1, 5-2, 5-3) elektrisch in Reihe geschaltet sind. Das Verfahren dient zum Betreiben eines Leuchtmoduls (1), wobei an mindestens ein Trägersubstrat (5, 5-1, 5-2, 5-3) ein elektrisches Potenzial (Vc1, Vc2, Vc3) angelegt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Leuchtmodul mit mehreren Halbleiterlichtquellen, insbesondere LED-Chips, wobei das Leuchtmodul eine Trägerplatte aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Leuchtmoduls. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf LED-Leuchtmodule in CoB („Chip-on-Board”)-Technologie.
  • 1 zeigt ein herkömmliches Leuchtmodul 101 in CoB-Technologie mit einer Trägerplatte 102 aus Aluminium, an deren spiegelnder Vorderseite 103 mehrere Halbleiterlichtquellen in Form von LED-Chips 104 aufgebracht sind. Die Verwendung einer solchen Trägerplatte 102 weist zwei Vorteile auf, nämlich ein hohes Reflexionsvermögen bei gleichzeitig hoher Wärmeleitfähigkeit.
  • Die LED-Chips 104 sind mittels eines dielektrischen Chipsubstrats gegen die Trägerplatte 102 elektrisch isoliert und sind durch Bonddrähte 105 miteinander elektrisch in einer Reihe verschaltet. Ein erster LED-Chip 104, 104h der Reihe ist über einen Bonddraht 105 mit einem ersten Anschlusskontakt 106h verbunden, welcher auf einem höchsten elektrischen Potenzial HV liegt. Ein letzter LED-Chip 104l der Reihe ist mit einem zweiten Anschlusskontakt 106l verbunden, welcher auf einem niedrigsten elektrischen Potenzial LV liegt. Die einzelnen LED-Chips 104 sollten so in einer Reihe verschaltet sein, dass die Summe ihrer Vorwärtsspannungen der insgesamt an diese LED-Reihe 104h, ..., 104l angelegten Spannung HV – LV entspricht.
  • Die Vorderseite 103 der Trägerplatte 102 mit den LED-Chips 104 und den Bonddrähten 105 ist mittels einer lichtdurchlässigen Vergussmasse 107 vergossen, z.B. Silikon oder Epoxidharz, welche beispielsweise Füllstoff wie Diffusorpartikel und/oder Leuchtstoffpartikel aufweisen mag.
  • Da die Trägerplatte 102 elektrisch leitfähig ist, ist sie zum Einsatz des Leuchtmoduls 101 bei einer an die Reihe 104h ... 104l der LED-Chips 104 bzw. bei einer an die Anschlusskontakte 106h, 106l angelegten Hochspannung HV – LV wenig geeignet. Die Hochspannung mag z.B. einer Spitzenspannung eines Wechselspannungssignals entsprechen oder einer Gleichspannung entsprechen.
  • Da die Dicke eines LED-Chips 104 vergleichsweise gering ist (typischerweise im Bereich von wenigen 100 Mikrometern liegt), führt das Anlegen einer hohen Spannung HV – LV zu einem starken elektrischen Feld F zwischen dem Bonddraht 105 und dem Chipsubstrat des LED-Chips 104 durch die Vergussmasse 106 und den restlichen Teil des LED-Chips 104 hindurch, insbesondere im Bereich des ersten LED-Chips 104h. In diesem Fall wird nachteiligerweise ein elektrischer Nebenpfad P zu der LED-Reihenschaltung geschlossen.
  • Ein weiteres Problem tritt auf, falls das die Trägerplatte 102 mit seiner Rückseite 108 über eine elektrisch isolierende Zwischenschicht 109 mit einem metallischen Kühlkörper 110 verbunden ist, wie in 2 gezeigt. Der Kühlkörper 110 ist typischerweise elektrisch mit Masse GND verbunden. In diesem Fall tritt auch eine kapazitive Kopplung zwischen den Bonddrähten 105 und dem Kühlkörper 110 auf.
  • Wie in dem zu 2 entsprechenden Ersatzschaltbild aus 3 gezeigt, liegen pro Bonddraht 105 mindestens zwei Kapazitäten zwischen diesem Bonddraht 105 und dem Kühlkörper 110 vor, nämlich eine erste Kapazität Cws zwischen dem Bonddraht 105 und der Trägerplatte 102, welche die Vergussmasse 107 als Dielektrikum aufweist, und eine zweite Kapazität Csh zwischen der Trägerplatte 102 und dem Kühlkörper 110, welche die Zwischenschicht 109 als Dielektrikum aufweist. Die erste Kapazität Cws ist typischerweise erheblich kleiner als die zweite Kapazität Csh. Dadurch fällt das an dem Bonddraht 105 anliegende elektrische Potenzial an der ersten Kapazität Cws signifikant ab. Dies führt zusätzlich zu einem starken elektrischen Feld durch die Vergussmasse 107.
  • Eine bekannte Maßnahme um diese Probleme zu umgehen, besteht in der Verwendung von Trägerplatten aus thermisch leitfähigem, aber elektrisch isolierendem Keramikmaterial, z.B. aus AlN. Diese Lösung ist jedoch sehr teuer.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere auf einfache und kostengünstige Weise eine Durchbruchsicherheit zwischen einem Bonddraht und dem Trägersubstrat zu erhöhen bzw. die Gefahr eine Bildung von Nebenpfaden und/oder Teilentladungen zu verringern.
  • Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Leuchtmodul mit mehreren Halbleiterlichtquellen, aufweisend eine metallische Trägerplatte, wobei auf der Trägerplatte und von dieser elektrisch isoliert mehrere metallische Substrate (im Folgenden als „Trägersubstrate” bezeichnet) angeordnet sind, an welchen Trägersubstraten jeweils mindestens eine Halbleiterlichtquelle angeordnet ist. Die Halbleiterlichtquellen der Trägersubstrate sind vorzugsweise elektrisch in Reihe geschaltet sind.
  • Durch das Verteilen oder „Clustern” der Halbleiterlichtquellen auf n Gruppen oder „Cluster” mit n > 1 wird der elektrische Potenzialunterschied oder „Clusterspannung” Vn = HVn – LVn über die Reihe der an einem gemeinsamen Träger angeordneten Halbleiterlichtquellen verringert. In anderen Worten wird nun nicht mehr ein für alle Halbleiterlichtquellen gemeinsamer Träger (nämlich die Trägerplatte) verwendet, sondern ein Satz mehrerer voneinander elektrisch isolierter Träger (nämlich die Trägersubstrate). So wird es ermöglicht, die zwischen der ersten und der letzten Halbleiterlichtquelle einer Gruppe bzw. eines Trägersubstrats n anliegende Clusterspannung Vn durch eine Wahl der Zahl m (m >= 1) der auf einem Trägersubstrat befindlichen Halbleiterlichtquellen auf einen gewünschten maximalen Wert zu begrenzen. So mag die Clusterspannung Vn für m in Reihe geschaltete Halbleiterlichtquellen mit einer Vorwärtsspannung Vf zu Vg = mVf bestimmt werden. Dadurch kann das elektrische Feld F zwischen den Bonddrähten und der Trägerplatte verringert werden. Dadurch wiederum wird eine Gefahr einer Teilentladung innerhalb des Leuchtmoduls und/oder einer Ausbildung eines elektrischen Nebenpfads verringert. Das Leuchtmodul ist zudem einfach und preiswert implementierbar.
  • 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 wellenlängenumwandelnder Leuchtstoff nachgeschaltet sein, z.B. in einer LARP („Laser Activated Remote Phosphor”)-Anordnung. Besonders bevorzugt wird ein LED-Chip, z.B. auf der Basis einer GaN-Struktur, insbesondere mit einem elektrisch isolierenden Aufsatzbereich oder Bodenbereich.
  • Die metallische Trägerplatte mag insbesondere Aluminium und/oder Kupfer aufweisen oder daraus bestehen. Die Trägerplatte mag insbesondere kreisscheibenförmig oder quaderförmig geformt sein. Die Dicke der Trägerplatte ist insbesondere erheblich geringer als eine Ausdehnung in einer Ebene der Trägerplatte. Die Trägerplatte mag plan oder gekrümmt sein. Die Dicke mag konstant sein, ist aber nicht darauf beschränkt.
  • Die metallischen Trägersubstrate mögen ebenfalls z.B. Aluminium und/oder Kupfer aufweisen oder daraus bestehen. Auch mag ein Trägersubstrat insbesondere kreisscheibenförmig oder quaderförmig geformt sein. Die Dicke eines Trägersubstrats ist insbesondere erheblich geringer als eine Ausdehnung in einer Ebene des Trägersubstrats. Die Dicke mag konstant sein, ist aber nicht darauf beschränkt. Die Trägersubstrate sind bevorzugt an einer Seite der Trägerplatte angeordnet. Die metallischen Trägersubstrate weisen bevorzugt eine spiegelnde Oberfläche auf, um Lichtverluste gering zu halten.
  • Eine an die Halbleiterlichtquellen angelegte Spannung oder Potenzialdifferenz HV – LV mag insbesondere eine Hochspannung sein. Unter einer Hochspannung mag insbesondere eine Spannung verstanden werden, welche für eine Wechselspannung einen Effektivwert von mindestens 50 V aufweist und für eine Gleichspannung einen Wert von mindestens 120 V aufweist. Unter einer Hochspannung mag insbesondere eine Gleichspannung von 230 V oder mehr, insbesondere von 400 V, verstanden werden.
  • Dass die Halbleiterlichtquellen elektrisch in Reihe geschaltet sind, bedeutet in einer Ausgestaltung insbesondere, dass alle Halbleiterlichtquellen elektrisch in Reihe verschaltet sind. Dabei können die Halbleiterlichtquellen alle in einer einzigen Reihe verschaltet sein, oder die Halbleiterlichtquellen können elektrisch auf mehrere unabhängige betreibbare Reihen oder „Stränge” verteilt sein. Die Aufteilung auf mehrere Stränge mag insbesondere bei unterschiedlich farbigen Halbleiterlichtquellen sinnvoll sein, wobei ein Strang bevorzugt in einer Reihe geschaltete Halbleiterlichtquellen gleicher Farbe umfasst. Auf einem Trägersubstrat mögen also in einer Variante Halbleiterlichtquellen mehrerer Stränge angeordnet sein.
  • Es ist eine Ausgestaltung, dass das Leuchtmodul dazu eingerichtet ist, an mindestens ein Trägersubstrat ein elektrisches Potenzial Vc anzulegen, insbesondere ein jeweiliges elektrisches Potenzial Vc an alle Trägersubstrate. Das freie Potenzial Vc verringert eine Potenzialdifferenz zwischen den Bonddrähten und dem Trägersubstrat. Dies führt zu einem erheblich geringeren elektrischen Feld zwischen dem Bonddraht und dem Trägersubstrat, was wiederum ein Risiko einer Teilentladung innerhalb des Leuchtmoduls verringert. Diese Ausgestaltung ist einfach und preiswert implementierbar. Sie funktioniert unabhängig von den Werten von Cws und Csh.
  • Es ist eine besonders einfach umsetzbare und effektive Ausgestaltung, dass das elektrische Potenzial Vc des Trägersubstrats dem Mittelwert der an der Reihe der mindestens einen Halbleiterlichtquelle dieses Trägersubstrats anliegenden elektrischen Potenziale entspricht. Das elektrische Potenzial Vc des Trägersubstrats entspricht also dem Mittelwert des an dem ersten LED-Chip des Trägersubstrats anliegenden elektrischen Potenzials HV und des an dem letzten LED-Chip des Trägersubstrats anliegenden elektrischen Potenzials LV, also Vc = (HV + LV)/2. Dadurch wird eine besonders geringe Potenzialdifferenz zwischen einem Bonddraht und dem Trägersubstrat erreicht, nämlich von betragsmäßig maximal (HV – LV)/2 an dem Bonddraht, welcher von dem ersten Anschlusskontakt des Trägersubstrats zu dem ersten LED-Chip des Trägersubstrats führt, oder an dem Bonddraht, welcher von dem letzten LED-Chip des Trägersubstrats zu dem zweiten Anschlusskontakt des Trägersubstrats führt.
  • Es ist eine zur besonders einfachen Umsetzung des Anlegens des elektrischen Potenzials Vc an ein Trägersubstrat bevorzugte Ausgestaltung, dass das Leuchtmodul einen Spannungsteiler zum Bereitstellen des elektrischen Potenzials Vc für das mindestens eine Trägersubstrat aufweist oder damit verbunden ist.
  • Das Leuchtmodul ist besonders einfach umsetzbar, falls an den Trägersubstraten eine gleiche Zahl von Halbleiterlichtquellen angeordnet ist.
  • Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass die Trägerplatte an einem Kühlkörper befestigt ist. Dies verbessert eine Kühlung der Halbleiterlichtquellen.
  • Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Leuchtmoduls wie oben beschrieben, wobei an mindestens ein Trägersubstrat ein elektrisches Potenzial angelegt wird. Das Verfahren kann analog zu der Leuchtvorrichtung ausgestaltet werden und ergibt die gleichen Vorteile.
  • 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.
  • 4 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Leuchtmodul; und
  • 5 zeigt das Leuchtmodul aus 4 mit angeschlossenem Spannungsteiler.
  • 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Leuchtmodul 1 in CoB-Technologie mit einer Trägerplatte 2 aus Aluminium, an deren Vorderseite 3 über eine dielektrische Schicht 4 seitlich beabstandet mehrere Trägersubstrate 5 bzw. 5-1, 5-2 und 5-3 aus Aluminium aufgebracht sind. Die plattenartigen Trägersubstrate 5 liegen mit ihrer Rückseite 6 an der dielektrischen Schicht 4 auf und tragen an ihrer Vorderseite 7 jeweils mehrere LED-Chips 8, von denen hier nur die jeweils ersten LED-Chips 8h und letzten LED-Chips 8l gezeigt sind. Rein beispielshaft seien hier drei (n = 3) gleichartige Trägersubstrate 5 mit jeweils einer gleichen Zahl m gleicher LED-Chips 8 vorhanden, z.B. mit jeweils m = 45. Das Leuchtmodul 1 weist also insgesamt 3m = 135 LED-Chips 8 auf. Alle LED-Chips 8 sind elektrisch in einer einzigen Reihe verschaltet. Die Trägersubstrate 5 mögen insbesondere eine spiegelnde Oberfläche aufweisen, z.B. nach Art von MIRO oder MIRO SILVER der Fa. Alanod.
  • Der erste LED-Chip 8h des ersten Trägersubstrats 5-1 ist über einen Bonddraht 105 mit einem ersten Anschlusskontakt (o. Abb.) des Leuchtmoduls 1 verbunden, so dass an diesem Bonddraht 105 ein höchstes elektrisches Potenzial HV des Leuchtmoduls 1 anliegt, welches auch dem höchsten Potenzial HV1 des ersten Trägersubstrats 5-1 entspricht. Das höchste elektrische Potenzial HV bzw. HV1 mag für ein Rechenbeispiel hier bei 400 V liegen.
  • Bei einer angenommenen Vorwärtsspannung Vf der LED-Chips 8 von 2,9 V fällt über die Reihe der LED-Chips 8 jedes der n Trägersubstrate 5 eine Clusterspannung Vn = 45 2,9 V = 130,5 V ab. An dem Bonddraht 105, welcher den elektrischen Übergang zwischen dem ersten Trägersubstrat 5-1 und dem zweiten Trägersubstrat 5-2 bildet, liegt somit ein niedrigstes Potenzial LV1 des ersten Trägersubstrats 5-1 von LV1 = 400 V – 130,5 V = 269,5 V an. Dies entspricht dem höchsten elektrischen Potenzial HV2 des zweiten Trägersubstrats 5-2, also LV1 = HV2. Analog liegt an dem Bonddraht 105, welcher den elektrischen Übergang zwischen dem zweiten Trägersubstrat 5-2 und dem dritten Trägersubstrat 5-3 bildet, ein niedrigstes Potenzial LV2 des zweiten Trägersubstrats 5-2 von 139 V an. Dies entspricht dem höchsten elektrischen Potenzial HV3 des dritten Trägersubstrats 5-3, also LV2 = HV3. Der letzte LRD-Chip 8l des dritten Trägersubstrats 5-3 ist über einen Bonddraht 105 mit einem zweiten Anschlusskontakt (o. Abb.) des Leuchtmoduls 1 verbunden, und zwar auf einem niedrigsten elektrischen Potenzial LV3 des dritten Trägersubstrats 5-3 von 139 V – 130,5 V = 8,5 V, was dem niedrigsten elektrischen Potenzial LV der Gesamtheit der m = 135 LED-Chips 8 des Leuchtmoduls 1 entspricht. Insgesamt liegt also an der Reihe aller LED-Chips 8 eine (Betriebs-)Spannung HV – LV von 391,5 V an.
  • Die Vorderseite 9 der Trägerplatte 2 ist auch hier mit Vergussmasse 107 vergossen, und zwar einschließlich der Trägersubstrate 5, der LED-Chips 8 und der diese verbindenden Bonddrähte 105. Das Leuchtmodul 1 mag wiederum mit seiner Rückseite 10 über eine dielektrische Zwischenschicht mit einem Kühlkörper verbunden sein (o. Abb.).
  • 5 zeigt das Leuchtmodul 1 aus 4 nun in einer Variante mit einem angeschlossenen Spannungsteiler 11, welcher über einen Hochspannungs-LED-Treiber 12 bespeist wird. Der Hochspannungs-LED-Treiber 12 gibt auch die Betriebsspannung HV – LV an die Reihe der m = 135 LED-Chips 8 aus und ist dazu einerseits über einen Bonddraht 105, der auf dem höchsten Potenzial HV liegt, mit dem ersten LED-Chip 8h des ersten Treibersubstrats 5-1 und andererseits über einen Bonddraht 105, der auf dem niedrigsten Potenzial LV liegt, mit dem letzten LED-Chip 8l des dritten Treibersubstrats 5-3 verbunden.
  • Der Spannungsteiler 11 ist elektrisch zwischen diesen Anschlüssen HV, LV des Hochspannungs-LED-Treibers 12 angeordnet und weist hier vier in Reihe geschaltete ohmsche Widerstände R1, R2, R3 und R4 auf, welche einen Widerstandswert von R, 2R, 2R bzw. R aufweisen, wobei R hier einen Wert von 500 Kiloohm besitzt. Der Gesamtwiderstand des Spannungsteilers 11 beträgt folglich 3000 Kiloohm oder 3 Megaohm. Bei einer Betriebsspannung HV – LV von 391,5 V fließt somit ein Strom I von 130,5 Mikroampere durch den Spannungsteiler 11.
  • Eine zwischen dem ersten Widerstand R1 und dem zweiten Widerstand R2 abzweigende elektrische Leitung 13 führt zu dem ersten Trägersubstrat 5-1, so dass an dem Trägersubstrat 5-1 ein freies elektrisches Potenzial Vc1 = (5/6)·(HV – LV) + LV = (HV1 + LV1)/2 = 334,75 V anliegt. Dieses Potenzial Vc1 entspricht also dem Mittelwert (HV1 + LV1)/2 der an der Reihe LED-Chips 8 des ersten Trägersubstrats 5-1 anliegenden elektrischen Potenziale HV1 und HV2. Es unterscheidet sich betragsmäßig nur um 65,25 V von HV1 und LV1 und stellt die größte Potenzialdifferenz zwischen einem mit einem LED-Chip 8 des Trägersubstrats 5-1 verbundenen Bonddraht 105 und dem Trägersubstrat 5-1 dar. Folglich wird zwischen dem Bonddraht 105 und dem ersten Trägersubstrat 5-1 ein erheblich geringeres elektrisches Feld aufgebaut als bei sonst 400 V. Dadurch wird eine Bildung von Nebenstrompfaden und/oder Teilentladungen stark unterdrückt, und es können nun auf einfache und preiswerte Weise auch metallische Träger 2, 5 zum Hochspannungsbetrieb von LED-Chips 8 eingesetzt werden.
  • Analog führt eine zwischen dem zweiten Widerstand R2 und dem dritten Widerstand R3 abzweigende elektrische Leitung 14 zu dem zweiten Trägersubstrat 5-2, so dass an dem zweiten Trägersubstrat 5-2 ein freies elektrisches Potenzial Vc2 = (3/6)·(HV – LV) + LV = (HV2 + LV2)/2 = 204,25 V anliegt. Dieses Potenzial Vc2 unterscheidet sich betragsmäßig nur um 65,25 V von HV2 und LV2.
  • Ferner führt auch eine zwischen dem dritten Widerstand R3 und dem vierten Widerstand R4 abzweigende elektrische Leitung 15 zu dem dritten Trägersubstrat 5-3, so dass an dem dritten Trägersubstrat 5-3 ein freies elektrisches Potenzial Vc3 = (5/6)·(HV – LV) + LV = (HV3 + LV3)/2 = 73,25 V anliegt. Dieses Potenzial Vc3 unterscheidet sich betragsmäßig nur um 65,25 V von HV3 und LV3.
  • 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.
  • So können auch zwei oder mehr als drei Trägersubstrate 5 verwendet werden. Je größer die Zahl n der Trägersubstrate 5 ist und je geringer also die Zahl n der LED-Chips 8 pro Trägersubstrat 5 sein kann, desto geringer mag der maximale Potenzialunterschied zwischen einem Trägersubstrat 5 und einem zugehörigen Bonddraht 105 sein.
  • Grundsätzlich können die Trägersubstrate auch unterschiedlich ausgebildet sein, z.B. unterschiedliche Maße, z.B. einen unterschiedlichen Durchmesser, aufweisen. Auch können die Trägersubstrate eine unterschiedliche Zahl von LED-Chips tragen, wobei dann bei Vorliegen eines Spannungsteilers der Wert der zugehörigen Widerstände daran angepasst werden kann.
  • 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
    Leuchtmodul
    2
    Trägerplatte
    3
    Vorderseite der Trägerplatte
    4
    dielektrische Schicht
    5
    Trägersubstrat
    5-1
    erstes Trägersubstrat
    5-2
    zweites Trägersubstrat
    5-3
    drittes Trägersubstrat
    6
    Rückseite des Trägersubstrats
    7
    Vorderseite des Trägersubstrats
    8
    LED-Chip
    8h
    erster LED-Chip eines Trägersubstrats 5
    8l
    letzter LED-Chip eines Trägersubstrats 5
    9
    Vorderseite der Trägerplatte
    10
    Rückseite des Leuchtmoduls
    11
    Spannungsteiler
    12
    Hochspannungs-LED-Treiber
    101
    Leuchtmodul
    102
    Trägerplatte
    103
    Vorderseite der Trägerplatte
    104
    LED-Chip
    104h
    erster LED-Chip der Trägerplatte
    104l
    letzter LED-Chip der Trägerplatte
    105
    Bonddraht
    106h
    erster Anschlusskontakt
    106l
    zweiter Anschlusskontakt
    107
    Vergussmasse
    108
    Rückseite
    109
    elektrisch isolierende Zwischenschicht
    110
    Kühlkörper
    Cws
    erste Kapazität
    Csh
    zweite Kapazität
    F
    elektrisches Feld
    HV
    höchstes elektrisches Potenzial
    HV1
    höchstes elektrisches Potenzial des ersten Trägersubstrats
    HV2
    höchstes elektrisches Potenzial des zweiten Trägersubstrats
    HV3
    höchstes elektrisches Potenzial des dritten Trägersubstrats
    GND
    Masse
    LV
    niedrigstes elektrisches Potenzial
    LV1
    niedrigstes elektrisches Potenzial des ersten Trägersubstrats
    LV2
    niedrigstes elektrisches Potenzial des zweiten Trägersubstrats
    LV3
    niedrigstes elektrisches Potenzial des dritten Trägersubstrats
    P
    elektrischer Nebenpfad
    R
    Widerstandswert
    R1–R4
    ohmscher Widerstand

Claims (9)

  1. Leuchtmodul (1) mit mehreren Halbleiterlichtquellen (8, 8h, 8l), insbesondere LED-Chips, aufweisend – eine metallische Trägerplatte (2), wobei – auf der Trägerplatte (2) und von dieser elektrisch isoliert mehrere metallische Trägersubstrate (5, 5-1, 5-2, 5-3) angeordnet sind, – an welchen Trägersubstraten (5, 5-1, 5-2, 5-3) jeweils mindestens eine Halbleiterlichtquelle (8, 8h, 8l) angeordnet ist und – die Trägersubstrate (5, 5-1, 5-2, 5-3) elektrisch in Reihe geschaltet sind.
  2. Leuchtmodul (1) nach Anspruch 1, wobei das Leuchtmodul (1) dazu eingerichtet ist, an mindestens ein Trägersubstrat (5, 5-1, 5-2, 5-3) ein elektrisches Potenzial (Vc1, Vc2, Vc3) anzulegen.
  3. Leuchtmodul (1) nach Anspruch 2, wobei das Leuchtmodul (1) dazu eingerichtet ist, an alle Trägersubstrate (5, 5-1, 5-2, 5-3) ein elektrisches Potenzial (Vc1, Vc2, Vc3) anzulegen.
  4. Leuchtmodul (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei das elektrische Potenzial (Vc1, Vc2, Vc3) des Trägersubstrats (5, 5-1, 5-2, 5-3) dem Mittelwert der an der Reihe der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (8, 8h, 8l) dieses Trägersubstrats (5, 5-1, 5-2, 5-3) anliegenden elektrischen Potenziale (HV1, LV1, HV2, LV2, HV3, LV3) entspricht.
  5. Leuchtmodul (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Leuchtmodul einen Spannungsteiler (11) zum Bereitstellen des elektrischen Potenzials (Vc1, Vc2, Vc3) für das mindestens eine Trägersubstrat (5, 5-1, 5-2, 5-3) aufweist oder damit verbunden ist.
  6. Leuchtmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an den Trägersubstraten (5, 5-1, 5-2, 5-3) eine gleiche Zahl von Halbleiterlichtquellen (8, 8h, 8l) angeordnet ist.
  7. Leuchtmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei alle Halbleiterlichtquellen (8, 8h, 8l) elektrisch in Reihe verschaltet sind.
  8. Leuchtmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägerplatte (2) an einem Kühlkörper befestigt ist.
  9. Verfahren zum Betreiben eines Leuchtmoduls (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an mindestens ein Trägersubstrat (5, 5-1, 5-2, 5-3) ein elektrisches Potenzial (Vc1, Vc2, Vc3) angelegt wird.
DE102013218541.3A 2013-09-16 2013-09-16 Leuchtmodul mit Halbleiterlichtquellen und Trägerplatte Withdrawn DE102013218541A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013218541.3A DE102013218541A1 (de) 2013-09-16 2013-09-16 Leuchtmodul mit Halbleiterlichtquellen und Trägerplatte
US15/021,952 US9659915B2 (en) 2013-09-16 2014-08-22 Lighting module with semiconductor light sources and carrier plate
KR1020167009192A KR20160056910A (ko) 2013-09-16 2014-08-22 반도체 광원들 및 캐리어 플레이트를 포함하는 조명 모듈
PCT/EP2014/067914 WO2015036221A1 (de) 2013-09-16 2014-08-22 Leuchtmodul mit halbleiterlichtquellen und trägerplatte
CN201480050818.2A CN105556665A (zh) 2013-09-16 2014-08-22 具有半导体光源和承载板的发光模块

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013218541.3A DE102013218541A1 (de) 2013-09-16 2013-09-16 Leuchtmodul mit Halbleiterlichtquellen und Trägerplatte

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102013218541A1 true DE102013218541A1 (de) 2015-03-19

Family

ID=51399650

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102013218541.3A Withdrawn DE102013218541A1 (de) 2013-09-16 2013-09-16 Leuchtmodul mit Halbleiterlichtquellen und Trägerplatte

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9659915B2 (de)
KR (1) KR20160056910A (de)
CN (1) CN105556665A (de)
DE (1) DE102013218541A1 (de)
WO (1) WO2015036221A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017115798A1 (de) * 2017-07-13 2019-01-17 Alanod Gmbh & Co. Kg Reflektierendes Verbundmaterial, insbesondere für oberflächenmontierte Bauelemente (SMD), und lichtemittierende Vorrichtung mit einem derartigen Verbundmaterial

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10245946C1 (de) * 2002-09-30 2003-10-23 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Lichtquellenmoduls
US20110156613A1 (en) * 2009-12-24 2011-06-30 Toshiba Lighting & Technology Corporation Lighting apparatus

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4434274A1 (de) * 1994-09-24 1996-03-28 Blaupunkt Werke Gmbh Beleuchtungsanordnung mit in Reihe geschalteten Leuchtdioden
DE102005009060A1 (de) * 2005-02-28 2006-09-07 Osram Opto Semiconductors Gmbh Modul mit strahlungsemittierenden Halbleiterkörpern
EP2315284A3 (de) * 2009-10-21 2013-03-27 Toshiba Lighting & Technology Corporation Lichtemittierende Vorrichtung und Leuchte
JP2011146353A (ja) * 2010-01-18 2011-07-28 Toshiba Lighting & Technology Corp 照明装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10245946C1 (de) * 2002-09-30 2003-10-23 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Lichtquellenmoduls
US20110156613A1 (en) * 2009-12-24 2011-06-30 Toshiba Lighting & Technology Corporation Lighting apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
US9659915B2 (en) 2017-05-23
CN105556665A (zh) 2016-05-04
KR20160056910A (ko) 2016-05-20
WO2015036221A1 (de) 2015-03-19
US20160225747A1 (en) 2016-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1451872B1 (de) Leuchtdioden-leuchtpaneel und leiterplatte
DE112004000864B4 (de) Licht abstrahlende Dioden - Baugruppe und Licht abstrahlendes Diodensystem mit mindestens zwei Wärmesenken
DE112016002349T5 (de) Lichtemissionseinrichtung und Fahrzeuglampe mit dieser
DE102016109665A1 (de) Filament und leuchtvorrichtung
DE102016220745A1 (de) Licht emittierendes Modul
WO2014079939A2 (de) Optoelektronisches halbleiterbauteil
DE102008049398A1 (de) Scheinwerfer mit einer Mehrzahl von Lumineszenzdiodenemittern
DE102010016720B4 (de) Leuchtdiodenanordnung für hohe Sicherheitsanforderungen
DE202007019397U1 (de) Lichtemittierende Halbleitervorrichtung
DE102015220512B4 (de) Lichtemissionsvorrichtung
DE102015107526A1 (de) Optoelektronischer Halbleiterchip und optoelektronisches Modul
DE102015111358A1 (de) Beleuchtungsbaugruppe und Leuchte
DE102008059552A1 (de) Leuchtdiodenmodul und Leuchtdiodenbauteil
WO2010108774A1 (de) Anordnung optoelektronischer bauelemente
WO2018146084A1 (de) Led-einheit
EP2556288A1 (de) Leuchtmodul und leuchte
DE102012221250A1 (de) Leuchtvorrichtung mit biegbarer Trägerplatte
DE102013218541A1 (de) Leuchtmodul mit Halbleiterlichtquellen und Trägerplatte
DE102011078620A1 (de) Hochvolt-LED-Multichip-Modul und Verfahren zur Einstellung eines LED-Multichip-Moduls
DE212012000164U1 (de) Beleuchtungsmodul mit einem gemeinsamen Anschluss
DE102013201952A1 (de) Halbleiter-Leuchtmodul mit lichtdurchlässiger Vergussmasse
DE102014205470B4 (de) Leuchtvorrichtung mit CoB-Bereich
DE102016102243A1 (de) Lichtquelleneinheit und leuchte
DE102010023342A1 (de) Leuchtdiodenanordnung und Leuchtmittel insbesondere mit solch einer Leuchtdiodenanordnung
EP2938170A1 (de) Halter für SMD-Leuchtdiode

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee