DE102014215939A1 - Beleuchtungsvorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer solchen - Google Patents

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Abstract

Das Verfahren (S1–S9) zum Herstellen einer Beleuchtungsvorrichtung (11a–11c; 12A–12E), bei dem mehrere nebeneinander angeordnete Halbleiteremitter (1) bis auf eine Seite (2), die ihre elektrischen Anschlüsse (4) aufweist, in einer lichtdurchlässigen Verfüllmasse (6) eingebettet werden (S2), in die lichtdurchlässige Verfüllmasse (6) an der die elektrischen Anschlüsse (4) aufweisenden Seite (2) zwischen mindestens zwei Halbleiteremittern (1) Gräben (7a, 7b) eingebracht werden (S4, S5), die die elektrischen Anschlüsse (4) aufweisende Seite (2) der lichtdurchlässigen Verfüllmasse (6) einschließlich der elektrischen Anschlüsse (4) mit einem dielektrischen Material (8) bedeckt wird (S6), elektrische Leitungen (9) durch das dielektrische Material (8) zu den elektrischen Anschlüssen (4) geführt werden (S7) und zumindest einige der Gräben (7a, 7b) durchtrennt werden (S8). Eine Beleuchtungsvorrichtung (11a–11c; 12A–12E) mit mindestens einem Halbleiteremitter, ist mittels des Verfahrens (S1–S9) hergestellt worden. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf LEDs als den Halbleiteremittern. Sie ist insbesondere anwendbar auf Flächen- und Linearleuchten und/oder Ersatz- oder Retrofit-Lampen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Beleuchtungsvorrichtung mit mehreren Halbleiteremittern. Die Erfindung betrifft auch eine Beleuchtungsvorrichtung mit mindestens einem Halbleiteremitter, wobei die Beleuchtungsvorrichtung mittels des Verfahrens hergestellt worden ist. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf LEDs als den Halbleiteremittern. Sie ist insbesondere anwendbar auf Flächen- und Linearleuchten und/oder Ersatz- oder Retrofit-Lampen.
  • Die Abstrahlcharakteristik von sog. "LED-Packages" oder gehausten LEDs ist von verschiedenen geometrischen und materialspezifischen Faktoren abhängig. Typischerweise wird mindestens ein LED-Chip in ein Gehäuse, welches vier Seiten und einen Boden aufweist, eingeklebt oder gelötet und mit nach außen führenden Leitern verbunden. Der durch das Gehäuse gebildete Hohlraum oder Aufnahmeraum, in welchem sich der mindestens eine LED-Chip befindet, wird mit konvertierenden und streuenden Materialien gefüllt. Abhängig von einem Typ des verwendeten LED-Chips und den eingefüllten Materialien trifft von dem mindestens einen LED-Chip emittiertes Licht in bestimmten Winkeln auf eine Innenseite des Gehäuses und wird je nach Beschaffenheit der Innenseite von dort abgelenkt oder davon absorbiert. Die Dimensionen des Gehäuses und dessen geometrische Beschaffenheit hat daher direkten Einfluss auf die optischen Eigenschaften der gehausten LED, z.B. auf einen Abstrahlwinkel und/oder auf eine Winkelabhängigkeit einer Lichtfarbe. Wird in von dem Gehäuse viel Licht absorbiert, sinkt eine Effizienz. Diese Gehäuse werden üblicherweise in einem Spritzgussverfahren hergestellt und verursachen daher hohe Kosten für Werkzeuge. Zudem kann eine Form des Gehäuses dann nicht einfach und schnell variiert werden.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine Möglichkeit zur preiswerten und einfach und schnell variierbaren Herstellung eines Gehäuses für mindestens einen Halbleiteremitter, insbesondere LED-Chip, bereitzustellen. Der LED-Chip mag ein Volumenstrahler, z.B. ein Saphir-Chip, oder ein Oberflächenstrahler sein.
  • Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Beleuchtungsvorrichtung, bei dem (i) mehrere nebeneinander angeordnete Halbleiteremitter bis auf eine Seite, die ihre elektrischen Anschlüsse aufweist, in einer lichtdurchlässigen Verfüllmasse eingebettet werden, (ii) in die Verfüllmasse an der die elektrischen Anschlüsse aufweisenden Seite zwischen mindestens zwei Halbleiteremittern Gräben eingebracht werden, (iii) eine die elektrischen Anschlüsse aufweisende Seite der Verfüllmasse einschließlich der elektrischen Anschlüsse mit einem dielektrischen Material bedeckt wird, (iv) elektrische Leitungen durch das dielektrische Material zu den elektrischen Anschlüssen geführt werden und (v) zumindest einige der Gräben durchtrennt werden.
  • Dieses Verfahren ergibt den Vorteil einer Kosteneinsparung durch Wegfall von Produktionsausrüstung wie einem Spritzgusswerkzeug. Auch wird eine hohe Flexibilität bei der Herstellung durch eine einfach, preiswert und schnell umsetzbare Anpassbarkeit einer Größe, der nach dem letzten Schritt vereinzelten Teile (z.B. in Bezug auf deren seitliche Ausdehnung und/oder Dicke) erreicht. Auch lassen sich Form und Größe gehäuseinterner Reflektorflächen ebenso preiswert und schnell umsetzen. Darüber hinaus kann auf einen gesonderten Träger für die Halbleiteremitter verzichtet werden, da diese durch die Verfüllmasse an dem dielektrischen Material gehalten werden. Folglich lassen sich unter anderem mit geringen Kosten und hoher Herstellungsflexibilität verschiedene Abstrahleigenschaften an unterschiedliche Applikationen anpassen.
  • Der Halbleiteremitter mag beispielsweise eine Leuchtdiode oder ein Laser, insbesondere Laserdiode, sein. Der Halbleiteremitter mag als ein Halbleiter-Chip vorliegen, insbesondere als ein LED-Chip oder als ein Laser-Chip. Bei Vorliegen mehrerer Halbleiteremitter können diese Primärlicht der gleichen Farbe oder in verschiedenen Farben emittieren. Eine Farbe kann monochrom (z.B. rot, grün, blau usw.) oder multichrom (z.B. weiß) sein. Auch kann das von mindestens einem Halbleiteremitter abgestrahlte Licht ein infrarotes Licht (IR-LED) oder ein ultraviolettes Licht (UV-LED) sein. Mehrere Halbleiteremitter können ein Mischlicht erzeugen; z.B. ein weißes Mischlicht. Der mindestens eine Halbleiteremitter kann mindestens einen wellenlängenumwandelnden Leuchtstoff enthalten (Konversions-Halbleiteremitter). Der Leuchtstoff kann alternativ oder zusätzlich entfernt von der Leuchtdiode angeordnet sein ("Remote Phosphor"), z.B. in dem lichtdurchlässigen Verfüllmaterial. 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.
  • Die Halbleiteremitter mögen in Schritt (i) in einem regelmäßigen Muster nebeneinander angeordnet werden, z.B. in einem matrixförmigen oder hexagonalen Muster.
  • Die Halbleiteremitter mögen in Schritt (i) auf einer gleichen Höhe angeordnet werden. Alternativ mögen zumindest zwei Halbleiteremitter auf unterschiedlicher Höhe angeordnet werden.
  • Die lichtdurchlässige Verfüllmasse mag transparente (z.B. klare) oder transluzente bzw. opake (z.B. lichtstreuende) Masse sein. Die transluzente Verfüllmasse mag ein transparentes Grund- oder Matrixmaterial aufweisen, in welchem Streupartikel verteilt sind. Die Streupartikel mögen in Pulverform vorliegen. Die Streupartikel mögen weiße und/oder farbige Partikel sein, insbesondere Weißpigmente. Mögliche Streupartikel mögen z.B. in Form von Titanoxid und/oder Aluminiumoxid vorliegen. Die lichtdurchlässige Verfüllmasse mag auch als "Einbettmasse" bezeichnet werden.
  • Die lichtdurchlässige Verfüllmasse mag mindestens einen Leuchtstoff aufweisen. Ein Leuchtstoff ist dazu geeignet, von den Halbleiteremittern emittiertes Primärlicht zumindest teilweise in Sekundärlicht unterschiedlicher Wellenlänge umzuwandeln oder zu konvertieren. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtstoffe mögen diese Sekundärlicht von zueinander unterschiedlicher Wellenlänge erzeugen. Die Wellenlänge des Sekundärlichts mag länger sein (sog. „Down Conversion“) oder kürzer sein (sog. „Up Conversion“) als die Wellenlänge des Primärlichts. Beispielsweise mag blaues Primärlicht mittels eines Leuchtstoffs in grünes, gelbes, orangefarbenes oder rotes Sekundärlicht umgewandelt werden. Bei einer nur teilweisen Wellenlängenumwandlung oder Wellenlängenkonversion wird von dem Leuchtstoffkörper eine Mischung aus Sekundärlicht und nicht umgewandeltem Primärlicht abgestrahlt, die als Nutzlicht dienen kann. Beispielsweise mag weißes Nutzlicht aus einer Mischung aus blauem, nicht umgewandeltem Primärlicht und gelbem Sekundärlicht erzeugt werden. Jedoch ist auch eine Vollkonversion möglich, bei der das Nutzlicht entweder nicht mehr oder zu einem nur vernachlässigbaren Anteil in dem Nutzlicht vorhanden ist. Ein Umwandlungsgrad hängt beispielsweise von einer Dicke und/oder einer Leuchtstoffkonzentration des Leuchtstoffs ab. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtstoffe können aus dem Primärlicht Sekundärlichtanteile unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung erzeugt werden, z.B. gelbes und rotes Sekundärlicht. Das rote Sekundärlicht mag beispielsweise dazu verwendet werden, dem Nutzlicht einen wärmeren Farbton zu geben, z.B. sog. „warm-weiß“. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtstoffe mag mindestens ein Leuchtstoff dazu geeignet sein, Sekundärlicht nochmals wellenlängenumzuwandeln, z.B. grünes Sekundärlicht in rotes Sekundärlicht. Ein solches aus einem Sekundärlicht nochmals wellenlängenumgewandeltes Licht mag auch als „Tertiärlicht“ bezeichnet werden.
  • Der Leuchtstoff kann auch als Streumaterial verwendet werden. Der Leuchtstoff kann zusätzlich oder alternativ zu dedizierten Streupartikeln verwendet werden. Der Leuchtstoff mag als Streupartikel vorliegen, insbesondere in Pulverform. Der Leuchtstoff mag in einem z.B. transparenten Matrixmaterial verteilt sein.
  • Das Matrixmaterial, in dem das Streumaterial und/oder der Leuchtstoff eingebracht sind, mag beispielsweise Silikon oder Epoxidharz sein oder aufweisen.
  • Die Verfüllmasse mag insbesondere Vergussmaterial oder Vergussmasse sein.
  • Die Seite eines jeweiligen Halbleiteremitters, die ihre elektrischen Anschlüsse aufweist, mag in einer Weiterbildung vollständig frei von der Verfüllmasse sein. Sind also z.B. alle elektrischen Anschlüsse eines Halbleiteremitters an einer Seite (im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit als "Unterseite" bezeichnet) angeordnet, ist in einer Weiterbildung die gesamte Unterseite, und zwar einschließlich der elektrischen Anschlüsse und des Bereichs zwischen den elektrischen Anschlüssen, frei von der Verfüllmasse. In einer anderen Weiterbildung sind nur die elektrischen Anschlüsse eines jeweiligen Halbleiteremitters frei von der Verfüllmasse. In diesem Fall ist also auch der Bereich z.B. der Unterseite zwischen den elektrischen Anschlüssen mit der Verfüllmasse belegt. Die elektrischen Anschlüsse können insbesondere flächenbündig mit der Verfüllmasse abschließen oder erhoben aus der Verfüllmasse vorragen. Die elektrischen Anschlüsse können auch als "Chipkontakte" bezeichnet werden.
  • Die Gräben (die auch als "Trenches" bezeichnet werden können) sind insbesondere geradlinige Gräben. Sie reichen zumindest abschnittsweise nicht durch die verfestigte Verfüllmasse hindurch. Ein Graben mag insbesondere eine gleiche Querschnittsform aufweisen. Die Querschnittsform mehrerer Gräben mag gleich oder unterschiedlich sein. Die Gräben mögen die Verfüllmasse längs ganz durchlaufen.
  • Die Gräben mögen bei Draufsicht auf deren Unterseite mindestens eine Gruppe, insbesondere mehrere Gruppen, von Halbleiteremittern umgeben. Die mindestens eine Gruppe mag ein oder mehrere Halbleiteremitter aufweisen. Mehrere Gruppen können die gleiche oder eine unterschiedliche Zahl von Halbleiteremittern aufweisen. Beispielsweise mag sich zwischen allen benachbarten Halbleiteremittern mindestens ein Graben befinden. Die Gräben mögen bei einer matrixartigen Anordnung der Halbleiteremitter beispielsweise eine gitterartige Anordnung annehmen.
  • Schritt (iii) umfasst, dass mit der Bedeckung mit dem dielektrischen Material auch die Gräben durch das dielektrische Material aufgefüllt werden. Das dielektrische Material bewirkt eine elektrische Isolierung der die elektrischen Anschlüsse aufweisenden, bisher freiliegenden Seite. Eine Höhe des dielektrischen Materials ist einfach einstellbar.
  • Das dielektrische Material mag transparent, spekular oder diffus reflektierend sein. Es mag insbesondere diffus reflektierendes Material wie Titanoxid und/oder Aluminiumoxid oder anderes diffus reflektierendes Material aufweisen. Das reflektierende Material mag als Partikel, z.B. in Pulverform, in ein Matrix- oder Grundmaterial eingebettet oder darin verteilt sein. Das Matrix- oder Grundmaterial mag z.B. Silikon oder Epoxidharz sein oder aufweisen.
  • Das Führen oder Erzeugen der elektrischen Leitungen durch das dielektrische Material zu den elektrischen Anschlüssen der Halbleiteremitter (auch als elektrische "Ankontaktierung" bezeichnet) in Schritt (iv) mag umfassen, dass das dielektrische Material im Bereich der elektrischen Anschlüsse zunächst geöffnet und dann der geöffnete Bereich mit elektrisch leitfähigem Material verfüllt wird. Das Öffnen mag z.B. mechanisch (z.B. durch Bohren), durch Laserablation oder lithografisch geschehen. Das Verfüllen mit dem elektrisch leitfähigen Material mag beispielsweise durch eine Metallabscheidung und ggf. eine anschließende Galvanik oder durch ein Druckverfahren (z.B. einen Pastendruck) geschehen.
  • In einer Weiterbildung sind zumindest einige der elektrischen Leitungen an der den Halbleiteremittern abgewandten Oberfläche als Kontaktflächen oder "Kontaktpads" ausgebildet, um eine elektrische Kontaktierung zu erleichtern. Die Kontaktflächen mögen insbesondere als Lötstellen ausgebildet sein.
  • In Schritt (v) mögen insbesondere alle Gräben durchtrennt werden. Die durch diesen Schritt vereinzelten Teile werden im Folgenden als "Packages" bezeichnet. Die Packages mögen einen Halbleiteremitter ("Single-Chip-Package") oder mehrere Halbleiteremitter ("Multi-Chip-Package") aufweisen. Bei Vorliegen mehrerer Halbleiteremitter mögen diese in einem durch das dielektrische Material gebildeten gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein. Das Durchtrennen mag z.B. mittels Sägens, Schneidens, Laserabalation oder eines lithographischen Prozesses erreicht werden. Insbesondere bleiben dabei Seiten der verfüllten Gräben bestehen, um Seitenwände des Gehäuses der Beleuchtungsvorrichtung zu bilden.
  • Es ist eine Ausgestaltung, dass die Halbleiteremitter auf einem Träger angebracht werden und der Träger nach dem Einbetten in das Verfüllmaterial und vor dem Einbringen der Gräben entfernt wird. Dies ermöglicht eine besonders einfache Anordnung und Handhabung der Halbleiteremitter. Zudem wird ein Aufbringen der Verfüllmasse erleichtert, da der Träger als eine Grenzfläche oder Grenzschicht für die lichtdurchlässige Verfüllmasse dient. Der mag im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit als "temporärer Träger" oder "Opferträger" bezeichnet werden.
  • Der temporäre Träger mag z.B. eine Klebefolie sein, auf welcher die Halbleiteremitter mit ihrer Unterseite aufgeklebt sind.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass die lichtdurchlässige Verfüllmasse durch Vergießen (auch als "Molden" bezeichnet), durch Spritzgießen, durch Aufdrucken (z.B. Siebdruck oder Schablonendruck) usw. aufgebracht werden kann, insbesondere auf die Halbleiteremitter und die freiliegende Fläche des temporären Trägers. Der temporäre Träger kann beispielsweise nach Verfestigung der lichtdurchlässigen Verfüllmasse entfernt werden.
  • Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Gräben durch eine mechanische Materialabtragung in die lichtdurchlässige Verfüllmasse eingebracht werden. Dies mag besonders einfach umsetzbar sein. Insbesondere kann so eine Querschnittsform der Gräben besonders einfach durch eine Wahl einer Form eines Abtragungswerkzeugs festgelegt werden.
  • Es ist eine Weiterbildung davon, dass die Gräben durch Sägen eingebracht werden. Die Querschnittsform kann beispielsweise mittels einer Querschnittsform eines Sägeblatts (z.B. dessen Winkel und/oder Stirnseitenlänge) beeinflusst werden. Das Einbringen der Sägen kann dann auch als ein Ansägen der lichtdurchlässigen Verfüllmasse angesehen werden. Anstelle eines Sägeblatts mag auch jede andere geeignete Trennscheibe verwendet werden.
  • Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass die Gräben durch eine Laserablation in die lichtdurchlässige Verfüllmasse eingebracht werden. Dies vermeidet hohe mechanische Belastungen. Eine Querschnittsform der Gräben mag beispielsweise durch eine Wahl des Brennpunkts und/oder durch eine Strahlformung festgelegt werden.
  • Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die Gräben durch einen Ätzprozess in die lichtdurchlässige Verfüllmasse eingebracht werden. Für den Ätzprozess mag die die elektrischen Anschlüsse aufweisende Seite mittels z.B. einer Maske geschützt werden, beispielweise lithografisch.
  • Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass das dielektrische Material ein optisch reflektierendes Material ist. Dadurch kann eine Effizienz einer Lichtauskopplung erhöht werden. Insbesondere mag eine Reflektivität mehr als 90% betragen, insbesondere mehr als 95%. Insbesondere in diesem Fall mag das dielektrische Material Titanoxid und/oder Aluminiumoxid aufweisen, z.B. als Partikel eingebettet in ein Matrixmaterial wie Silikon oder Epoxidharz.
  • Das dielektrische Material ist jedoch grundsätzlich nicht beschränkt und mag z.B. Fotolack oder Vergussmaterial sein oder aufweisen.
  • Eine den Halbleiteremittern abgewandte Seite des dielektrischen Materials mag insbesondere eben sein, was deren weitere Bearbeitung erleichtert.
  • Es ist auch eine Ausgestaltung, dass das dielektrische Material mittels eines Druckverfahrens aufgebracht wird. Das Druckverfahren mag beispielsweise einen Schablonendruck oder einen Siebdruck umfassen. Insbesondere mag Rakeln eingesetzt werden.
  • Es ist auch noch eine Ausgestaltung, dass das dielektrische Material mittels eines Vergießens, Dispensens oder Jettens aufgebracht wird.
  • Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Beleuchtungsvorrichtung mit mindestens einem Halbleiteremitter, wobei die Beleuchtungsvorrichtung mittels eines Verfahrens wie oben beschrieben hergestellt worden ist. Diese Beleuchtungsvorrichtung kann analog zu dem Verfahren ausgestaltet werden und weist die gleichen Vorteile auf.
  • Die Beleuchtungsvorrichtung mag insbesondere einen aus dem dielektrischen Material geformten schalenförmigen Reflektor aufweisen, an dessen Boden der mindestens eine Halbleiteremitter angeordnet ist, wobei der schalenförmige Reflektor mit der lichtdurchlässigen Vergussmasse aufgefüllt ist. Es kann also auf einen gesonderten Träger für den mindestens einen Halbleiteremitter verzichtet werden.
  • Die Beleuchtungsvorrichtung mag also einen oder mehrere Halbleiteremitter aufweisen.
  • Diese Beleuchtungsvorrichtung mag, ggf. zusammen mit weiteren so hergestellten Beleuchtungsvorrichtungen, einen Teil eines Beleuchtungsmoduls, einer sog. "Light Engine", einer Leuchte und/oder eines Beleuchtungssystems darstellen.
  • 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 bis 3 zeigen verschiedene Verfahrensschritte eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
  • 4A bis 4E zeigen als Schnittdarstellung in Seitenansicht verschiedene mittels des Verfahrens herstellbare Beleuchtungsvorrichtungen.
  • 1 zeigt Verfahrensschritte S1 bis S3 eines möglichen Verfahrens.
  • In einem ersten Verfahrensschritt S1 werden LED-Chips 1 mit ihrer Unterseite 2 nach unten gerichtet auf einen Träger 3 in Form z.B. einer Klebefolie aufgebracht, z.B. aufgeklebt. An der Unterseite 2 der LED-Chips 1 befinden sich jeweils zwei elektrische Chipkontakte 4, die leicht über die sie umgebende Fläche vorstehen. Die LED-Chips 1 können beispielsweise blaues Licht als ihr Primärlicht abstrahlen. Sie können in einer Variante als Volumenstrahler ausgebildet sein, die ihr Primärlicht von praktisch allen Oberflächen aus abstrahlen. In einer zweiten Variante können die LED-Chips 1 ihr Primärlicht insbesondere von ihrer der Unterseite abgewandten Oberseite 5 abstrahlen. Solche LED-Chips 1 werden auch als Oberflächenstrahler bezeichnet und können beispielsweise als sog. "ThinGaN"-Chips vorliegen.
  • In einem folgenden zweiten Verfahrensschritt S2 wird lichtdurchlässige Verfüllmasse in Form von Vergussmasse 6 auf die LED-Chips 1 und den Träger 3 aufgebracht, so dass die LED-Chips 1 außerhalb ihrer Unterseite 2 oder außerhalb ihrer Chipkontakte 4 in die lichtdurchlässige Vergussmasse 6 eingebettet werden. Die lichtdurchlässige Vergussmasse 6 steht also oberhalb der LED-Chips 1 und bedeckt sie. Die Vergussmasse 6 weist hier zumindest einen Leuchtstoff auf, welcher das blaue Primärlicht der LED-Chips 1 teilweise in gelbes Licht umwandelt. Dadurch tritt an der den LED-Chips 1 abgewandten Seite der Vergussmasse 6 blau-gelbes bzw. weißes Mischlicht aus. Der Verfahrensschritt S2 mag auch ein Aushärten der Vergussmasse 6 umfassen, z.B. ohne erhöhte Temperatur oder alternativ in einem Ofen oder durch UV-Aushärtung.
  • In einem folgenden dritten Verfahrensschritt S3 wird der Träger 3 entfernt, z.B. durch Abziehen der Klebefolie. Dadurch liegen die Chipkontakte 4 frei, insbesondere aus der Vergussmasse 6 heraus. Zudem wird die Kombination aus Vergussmasse 6 und den LED-Chips 1 zur weiteren Verarbeitung auf den Kopf gestellt oder "geflippt", so dass nun die Unterseite 2 der LED-Chips 1 nach oben zeigt.
  • 2 zeigt Verfahrensschritte S4 bis S6 des Verfahrens.
  • In einem vierten Verfahrensschritt S4 werden geradlinige Gräben 7a, 7b zwischen LED-Chips 1 in die Vergussmasse 6 eingebracht. Die geschieht hier durch ein Einschneiden der Vergussmasse 6 über die ganze Länge und/oder Breite der Vergussmasse 6, z.B. durch Ansägen. Die Gräben 7a, 7b können für den Fall des Ansägens auch als "Sägetrenches" bezeichnet werden. Eine Querschnittsform der Gräben 7a und 7b ist durch eine Querschnittsform der dazu verwendeten Trennscheiben Sa bzw. Sb bestimmt. Die hier zur Herstellung eines ersten Grabens 7a verwendete Trennscheibe Sa weist eine kegelstumpfförmige Grundform im Bereich der Materialabtragung der Vergussmasse 6 auf. Die zur Herstellung des zweiten Grabens 7b verwendete Trennscheibe Sb weist hingegen eine rechteckige Grundform im Bereich der Abtragung der Vergussmasse 6 auf. Die Trennscheiben Sa bzw. Sb können z.B. als diamantbesetzte Schleifblätter ausgebildet sein.
  • Nach Entfernen der Trennscheiben Sa und Sb in einem folgenden fünften Verfahrensschritt S5 verbleiben hier rein beispielhaft der erste Graben 7a mit seinem kegelstumpfförmigen Querschnitt und der zweite Graben 7b mit seinem rechteckigen Querschnitt.
  • In einem folgenden sechsten Verfahrensschritt S6 wird eine Oberseite der mit den LED-Chips 1 und den Gräben 7a, 7b versehenen, hier obenliegenden Seite der Vergussmasse 6 mit einer dielektrischen Vergussmasse 8 bedeckt. Die dielektrische Vergussmasse 8 mag z.B. mit Weißpigment wie Titanoxidpulver und/oder Aluminiumoxidpulver versetztes Silikon sein. Die dielektrische Vergussmasse 8 ist dadurch hochgradig reflektierend, z.B. mit einer Reflektivität von 90% oder mehr. Durch die dielektrische Vergussmasse 8 werden auch die LED-Chips 1 und deren Chipkontakte 4 gegeneinander elektrisch isoliert. Die dielektrische Vergussmasse 8 mag beispielsweise durch ein Druckverfahren, ein Vergießen, ein Dispensen oder ein Jetten aufgebracht werden. Durch die Menge des aufgebrachten Volumens lässt sich z.B. eine Höhe der dielektrischen Vergussmasse 8 über der lichtdurchlässigen Vergussmasse 6 einstellen. Die Gräben 7a, 7b sind auch mit der dielektrischen Vergussmasse 8 gefüllt.
  • 3 zeigt Verfahrensschritte S7 bis S9 des Verfahrens.
  • In einem siebten Verfahrensschritt S7 werden elektrische Leitungen 9 oder Ankontaktierungen bzw. Durchkontaktierungen (Vias) von der freien, hier obenliegenden Fläche der dielektrischen Vergussmasse 8 durch die dielektrische Vergussmasse 8 zu den an der gegenüberliegenden Seite angeordneten Chipkontakten 4 hergestellt, z.B. durch Öffnen der dielektrischen Vergussmasse 8 und folgendes Verfüllen mit elektrisch leitfähiger Masse, z.B. Paste. An der obenliegenden, freien Oberfläche der dielektrischen Vergussmasse 8 sind die elektrischen Leitungen 9 als Kontaktfelder 10 ausgestaltet.
  • In einem folgenden achten Verfahrensschritt S8 werden die mit der dielektrischen Vergussmasse 8 gefüllten Gräben 7a, 7b getrennt, z.B. mittels Durchsägens mit einer dünnen Trennscheibe T. Die so vereinzelten Teilstücke werden als LED-Packages 11a, 11b und 11c bezeichnet. Dabei bleiben hier auf beiden Seiten der Gräben 7a, 7b Teilbereiche der dielektrischen Vergussmasse 8 stehen, die als reflektierende Seitenwände der LED-Packages 11a, 11b und 11c dienen.
  • Die vereinzelten LED-Packages 11a, 11b und 11c sind gesondert in Schritt S9 gezeigt. Sie sind nun bereit zur Montage, einschließlich einer mechanischen und/oder elektrischen Kontaktierung. Die Montage kann z.B. einen Einbau in ein Modul, eine Light Engine, eine Leuchte und/oder in ein Beleuchtungssystem umfassen.
  • 4A zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Beleuchtungsvorrichtung in Form eines LED-Packages 12A, das z.B. gemäß den Verfahrensschritten S1 bis S9 hergestellt worden ist. Das LED-Package 12A weist einen schalenförmigen Reflektor 13A auf, der aus dem dielektrischen Material 8 besteht. Dieser mag z.B. eine kastenförmige Grundform mit einem Boden 14 und davon abgehenden Seitenwänden 15A und 16A aufweisen. Eine ggf. vor der Bildebene vorhandene vordere Seitenwand und eine ggf. hinter der Bildebene vorhandene hintere Seitenwand sind nicht gezeigt. Die Seitenwände 15A, 16A können insbesondere geschlossen um den Boden 14 herumlaufen.
  • An dem Boden 14 ist der mindestens eine LED-Chip 1 angebracht, und zwar so, dass seine das Primärlicht emittierende(n) Fläche(n) in den durch den Boden 14 und die Seitenwände 15A und 16A gebildeten Hohlraum des Reflektors 13A gerichtet ist. Der Hohlraum ist mit der lichtdurchlässigen Vergussmasse 6, welche wellenlängenumwandelnden Leuchtstoff enthält, gefüllt, so dass an dessen freier Oberfläche, die als eine Lichtabstrahlfläche 17A dient, weißes Mischlicht abstrahlbar ist.
  • Von dem mindestens einen LED-Chip 1 emittiertes Primärlicht mag direkt durch die lichtdurchlässige Vergussmasse 6 zu der Lichtabstrahlfläche 17A gelangen oder zuvor einfach oder mehrfach an dem reflektierenden dielektrischen Material 8, insbesondere an einer Innenseite der Seitenwände 15A und/oder 16A diffus reflektiert worden sein.
  • Der mindestens eine LED-Chip 1 ist über die Leitungen 9 mit Strom versorgbar. So kann ein Treiber (o. Abb.) an die Kontaktfelder 10 angelötet und/oder angeklebt werden, und zwar direkt oder über eine Platine usw.
  • Die Seitenwände 15A und 16A sind hier von gleicher Querschnittsform, nämlich rechteckig, so dass ihre Innenseiten senkrecht von dem Boden 14 hochstehen. Eine Flächenbündigkeit der Lichtabstrahlfläche 17A mit den Rändern der Seitenwände 15A und 16A lässt sich beispielsweise durch Materialabtrag der lichtdurchlässigen Vergussmasse 6 erreichen.
  • 4B zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Beleuchtungsvorrichtung in Form eines LED-Packages 12B, das z.B. gemäß den Verfahrensschritten S1 bis S9 hergestellt worden ist. Das LED-Package 12B weist einen schalenförmigen Reflektor 13B auf, der aus dem dielektrischen Material 8 besteht. Die Seitenwände 15B und 16B des Reflektors 13B bzw. dessen reflektierende Innenseiten sind ebenfalls von gleicher Querschnittsform, jedoch nun so geformt, dass ihre Innenseiten schräg von dem Boden 14 hochstehen. Dadurch weitet sich der Reflektor 13B von seinem Boden 14 bis zu der Lichtabstrahlfläche 17B auf. So lässt sich ein im Vergleich zu dem LED-Package 12A unterschiedliches Abstrahlmuster einstellen. Eine Flächenbündigkeit der Lichtabstrahlfläche 17B mit den Rändern der Seitenwände 15B und 16B ist auch hier gegeben. Die Anordnung und elektrische Kontaktierung des mindestens einen LED-Chips 1 ist ähnlich zu dem LED-Package 12A.
  • 4C zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Beleuchtungsvorrichtung in Form eines LED-Packages 12C, das z.B. gemäß den Verfahrensschritten S1 bis S9 hergestellt worden ist. Das LED-Package 12C ist ähnlich zu dem LED-Package 12A aufgebaut und weist einen schalenförmigen Reflektor 13C auf, der aus dem dielektrischen Material 8 besteht. Die Seitenwände 15C und 16C des Reflektors 13B sind auch hier von gleicher Querschnittsform, nämlich rechteckig, so dass ihre Innenseiten senkrecht von dem Boden 14 hochstehen. Jedoch steht nun die lichtdurchlässige Vergussmasse 6 über den Reflektor 13C bzw. dessen freie Ränder vor. Eine Flächenbündigkeit einer Lichtabstrahlfläche 17C mit den Rändern der Seitenwände 15C und 16C nach unten ist folglich nicht mehr gegeben. Die Lichtabstrahlfläche 17C weist dadurch einen seitlichen Streifen 18 auf, was eine seitlich gerichtete Lichtabstrahlung durch die Lichtabstrahlfläche 17C verstärkt. Die Anordnung und elektrische Kontaktierung des mindestens einen LED-Chips 1 ist ähnlich zu dem LED-Package 12A.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel (o. Abb.) kann eine Beleuchtungsvorrichtung in Form eines LED-Packages erzeugt werden, das eine Form ähnlich zu dem LED-Package 12C aufweist, aber anstelle der rechteckigen Seitenwände 15C und 16C nun Seitenwände mit reflektierenden Innenseiten aufweist, die schräg von dem Boden 14 hochstehen, z.B. ähnlich zu den Seitenwänden 15B und 16B.
  • 4D zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Beleuchtungsvorrichtung in Form eines LED-Packages 12D, das z.B. gemäß den Verfahrensschritten S1 bis S9 hergestellt worden ist. Das LED-Package 12D mag als eine Kombination der LED-Packages 12A und 12B aufgefasst werden, bei welcher die Seitenwände 15B und 16A des reflektierenden Gehäuses oder Reflektors 13D nun wie bei den LED-Packages 12B bzw. 12A ausgebildet sind. Eine Flächenbündigkeit einer Lichtabstrahlfläche 17D ist mit den Rändern beider Seitenwände 15A und 16B gegeben.
  • 4E zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Beleuchtungsvorrichtung in Form eines LED-Packages 12E, das z.B. gemäß den Verfahrensschritten S1 bis S9 hergestellt worden ist. Das LED-Package 12E mag als eine Kombination der LED-Packages 12B und 12C aufgefasst werden, bei welcher die Seitenwände 15B und 16C des Reflektors 13E nun wie bei den LED-Packages 12B bzw. 12C ausgebildet sind. Eine Flächenbündigkeit der lichtdurchlässigen Vergussmasse 6 ist nur für den Rand der schrägen Seitenwand 15B gegeben. Bei der anderen Seitenwand 16C steht die lichtdurchlässige Vergussmasse 6 nach unten vor den Rand vor, so dass eine Lichtabstrahlfläche 17E im Bereich der Seitenwand 16C einen seitlichen Streifen 19 aufweist.
  • 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 können die Seitenwände des Reflektors umlaufend geschlossen sein. Sie können alternativ Lücken aufweisen.
  • Der Reflektor mag auch als reflektierendes Gehäuse angesehen oder bezeichnet werden.
  • 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-Chip
    2
    Unterseite des LED-Chips
    3
    Träger
    4
    Chipkontakt
    5
    Oberseite des LED-Chips
    6
    Lichtdurchlässige Vergussmasse
    7a
    Erster Graben
    7b
    Zweiter Graben
    8
    Dielektrische Vergussmasse
    9
    Elektrische Leitung
    10
    Kontaktfeld
    11a-c
    LED-Package
    12A-E
    LED-Package
    13A-E
    Reflektor
    14
    Boden des Reflektors
    15A-C
    Seitenwand des Reflektors
    16A-C
    Seitenwand des Reflektors
    17A-E
    Lichtabstrahlfläche
    18
    Seitlicher Streifen der Lichtabstrahlfläche 17C
    19
    Seitlicher Streifen der Lichtabstrahlfläche 17E
    Sa
    Trennscheibe
    Sb
    Trennscheibe
    S1–S9
    Verfahrensschritte
    T
    Trennscheibe

Claims (10)

  1. Verfahren (S1–S9) zum Herstellen einer Beleuchtungsvorrichtung (11a–11c; 12A–12E), bei dem – mehrere nebeneinander angeordnete Halbleiteremitter (1) bis auf eine Seite (2), die ihre elektrischen Anschlüsse (4) aufweist, in einer lichtdurchlässigen Verfüllmasse (6) eingebettet werden (S2), – in die lichtdurchlässige Verfüllmasse (6) an der die elektrischen Anschlüsse (4) aufweisenden Seite (2) zwischen mindestens zwei Halbleiteremittern (1) Gräben (7a, 7b) eingebracht werden (S4, S5), – die die elektrischen Anschlüsse (4) aufweisende Seite (2) der lichtdurchlässigen Verfüllmasse (6) einschließlich der elektrischen Anschlüsse (4) mit einem dielektrischen Material (8) bedeckt wird (S6), – elektrische Leitungen (9) durch das dielektrische Material (8) zu den elektrischen Anschlüssen (4) geführt werden (S7) und – zumindest einige der Gräben (7a, 7b) durchtrennt werden (S8).
  2. Verfahren (S1–S9) nach Anspruch 1, bei dem die Halbleiteremitter (1) nebeneinander auf einem Träger (3) angebracht werden (S1) und der Träger (3) nach dem Einbetten in die lichtdurchlässige Verfüllmasse (6) und vor dem Einbringen der Gräben (7a, 7b) entfernt wird (S3).
  3. Verfahren (S1–S9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Träger (3) eine Klebefolie ist.
  4. Verfahren (S1–S9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Gräben (7a, 7b) durch eine mechanische Materialabtragung, insbesondere ein Sägen, durch eine Laserablation oder durch einen Ätzprozess in das die lichtdurchlässige Verfüllmasse (6) eingebracht werden (S4).
  5. Verfahren (S1–S9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das dielektrische Material (8) ein optisch reflektierendes Material ist.
  6. Verfahren (S1–S9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das dielektrische Material (8) mittels eines Druckverfahrens aufgebracht wird.
  7. Verfahren (S1–S9) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das dielektrische Material(8) mittels eines Vergießens aufgebracht wird.
  8. Verfahren (S1–S9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Halbleiteremitter (1) LED-Chips sind.
  9. Beleuchtungsvorrichtung (11a–11c; 12A–12E) mit mindestens einem Halbleiteremitter, wobei die Beleuchtungsvorrichtung (11a–11c; 12A–12E) mittels eines Verfahrens (S1–S9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt worden ist.
  10. Beleuchtungsvorrichtung (11a–11c; 12A–12E) nach Anspruch 9, wobei die Beleuchtungsvorrichtung (11a–11c; 12A–12E) einen schalenförmigen Reflektor (13A–13E) aus dem dielektrischen Material (8) aufweist, an dessen Boden (14) der mindestens eine Halbleiteremitter (1) angeordnet ist, und der schalenförmige Reflektor (13A–13E) mit der lichtdurchlässigen Vergussmasse (8) gefüllt ist.
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