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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Leiterplattenaufbau zur Aufnahme wenigstens eines Halbleiterleuchtmittels.
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STAND DER TECHNIK
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Leiterplattenaufbauten können so ausgeführt werden, dass ein Trägerelement bereitgestellt wird, auf dem das Halbleiterleuchtmittel aufgebracht ist, und das Trägerelement dient sowohl zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterleuchtmittels als auch zur Entwärmung desselben. Insbesondere zur Entwärmung von auf den Leiterplatten aufgebrachten Bauteilen sind sogenannte „IMS“-Leiterplatten bekannt, die Isolierte Metall Substrate bilden, und das Metallsubstrat, beispielsweise ein Aluminiumblech, kann selbst als Kühlkörper wirken oder das Metallsubstrat bildet eine Kühlbrücke zwischen dem Bauteil, beispielsweise einem Halbleiterleuchtmittel, und einem Kühlkörper, auf dem die IMS-Leiterplatte aufgebracht ist.
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Weiterhin bekannt sind Leiterplatten aus nichtmetallischen Komponenten, diese sind insbesondere aufgebaut aus Epoxidharz in Verbindung mit einem Glasfasergewebe. Beispielsweise sind sogenannte FR4-Leiterplatten bekannt, wobei „FR“ eine flammhemmende Eigenschaft beschreibt (Flame Retardant). Derartige FR4-Leiterplatten sind preiswerter verfügbar als IMS-Leiterplatten, diese können jedoch häufig nicht hinreichend für eine Wärmeabfuhr eines sich im Betrieb befindenden Halbleiterleuchtmittels sorgen. Die nichtmetallische Materialeigenschaft im vorliegenden Sinn bezieht sich dabei auf den Plattenaufbau selbst und nicht auf Leiterbahnen, die auch den FR4-Leiterplatten zu eigen sind und auf deren Oberfläche ausgebildet sind.
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Beispielsweise beschreibt die
US 9,551,082 B2 einen Leiterplattenaufbau mit einer Grundplatte aus Aluminium, auf der eine dielektrische Isolierschicht aufgebracht ist. Auf dieser dielektrischen Isolierschicht ist eine metallische Leiterbahn angeordnet, sodass dieser Aufbau eine IMS-Leiterplatte bildet. Oberseitig auf der metallischen Leiterbahn ist in mehrfach-schichtweiser Anordnung eine FR4-Leiterplatte aufgebracht, und ein Halbleiterelement befindet sich in Anordnung auf der dielektrischen Schicht der IMS-Leiterplatte. Dieses Halbleiterelement wird über Bondingdrähte kontaktiert mit den Leiterbahnen der FR4-Leiterplatte. Die beiden Leiterplatten sind dabei übereinander aufgebracht, wobei die Grundplatte der IMS-Leiterplatte aus Aluminium gemäß diesem Aufbau eine Größe aufweisen muss, die der Gesamtgröße des Leiterplattenaufbaus entspricht, und wodurch sich der Leiterplattenaufbau unnötig verteuert.
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Die
DE 20 2017 102 811 U1 beschreibt einen Leiterplattenaufbau zur Aufnahme eines Halbleiterleuchtmittels für einen Scheinwerfer eines Fahrzeugs, und es wird beschrieben, dass der Leiterplattenaufbau eine FR4-Leiterplatte mit Einlagen von massiven Kupferbahnen umfassen kann, welche Kupferbahnen beispielsweise zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterleuchtmittels dient. Weiterhin werden Kupferinserts oder Wärmespreizflächen zur Wärmeleitung und Wärmeankopplung an einen Kühlkörper beschrieben, der beispielsweise durch einen Reflektor gebildet werden kann, sodass der Reflektor in einem Scheinwerfer sowohl den Kühlkörper bildet als auch eine optische Funktion erfüllt. Derartige Leiterplattenaufbauten sind jedoch auch mehrschichtig, beispielsweise indem eine Grund-Leiterplatte aus FR4 bereitgestellt wird, auf der oberseitig eine IMS-Leiterplatte angeordnet wird. Eine Entwärmung des Halbleiterleuchtmittels ist dabei nachteilhafterweise ebenfalls nur mit entsprechenden Kupferinserts, Wärmespreizflächen oder sonstige Wärmeleitmittel möglich.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Leiterplattenaufbaus zur Aufnahme wenigstens eines Halbleiterleuchtmittels, insbesondere in Anordnung eines Scheinwerfers für ein Fahrzeug, wobei der Leiterplattenaufbau preiswert bereitgestellt werden soll und wobei eine effektive Entwärmung des Halbleiterleuchtmittels möglich sein muss.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Leiterplattenaufbau gemäß Anspruch 1 mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Leiterplattenaufbau eine erste Leiterplatte aufweist, die aus nichtmetallischen Komponenten ausgebildet ist und wobei der Leiterplattenaufbau ferner eine zweite Leiterplatte aufweist, die ein isoliertes Metallsubstrat umfasst, wobei die Leiterplatten sich im Wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene erstrecken und wobei das Halbleiterleuchtmittel auf der zweiten Leiterplatte angeordnet ist.
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Kerngedanke der Erfindung ist die Kombination einer FR4-Leiterplatte mit einer IMS-Leiterplatte, wobei die erste Leiterplatte vorzugsweise eine FR4-Leiterplatte und die zweite Leiterplatte vorzugsweise eine IMS-Leiterplatte bildet. Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann die zweite Leiterplatte über die engere Bedeutung einer Leiterplatte hinaus jede Form eines Inserts bilden, das wenigstens einen metallischen Teil umfasst und als ein Flächenkörper ausgebildet ist.
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Wenn sich beide Leiterplatten in einer gemeinsamen Ebene erstrecken, besteht auf einfache Weise die Möglichkeit, die zweite Leiterplatte mit dem isolierten Metallsubstrat auf einem Kühlkörper anzuordnen, um eine effektive Entwärmung des Halbleiterleuchtmittels über das isolierte Metallsubstrat in einen Kühlkörper hinein zu ermöglichen, und die zweite Leiterplatte kann kleine Abmessungen umfassen. Als weiterer Vorteil kann die erste Leiterplatte aus dem preiswerteren FR4-Material umfassend nichtmetallische Komponenten vergleichsweise groß ausgebildet werden, insbesondere um beispielsweise ein sicheres Anordnen und Positionieren des Leiterplattenaufbaus im Lichtmodul eines Scheinwerfers zu ermöglichen. Insbesondere muss auch eine Kontaktierung des Leiterplattenaufbaus hergestellt werden können, wobei derartige Leuchteinheiten mit einem Leiterplattenaufbau weitere elektronische Komponenten umfassen, die auf einfache und preiswerte Weise auf der ersten Leiterplatte aufgebracht werden können.
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Mit besonderem Vorteil ist wenigstens eine Kontaktbrücke vorgesehen, die sich abschnittsweise über beide Leiterplatten erstreckt und die zwischen der ersten Leiterplatte und der zweiten Leiterplatte eine elektrische Kontaktierung bildet. Beispielsweise können zwei Kontaktbrücken vorgesehen sein, die eine elektrische Versorgung des Halbleiterleuchtmittels ermöglichen. Die Kontaktbrücken können beispielsweise als Nullbrücken oder als Federkontakte ausgeführt sein.
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Die Erstreckung der Leiterplatten in einer im Wesentlichen gemeinsamen Ebene beschreibt im Sinne der Erfindung eine Anordnung der Leiterplatten, die sich hinsichtlich ihrer Plattendicke wenigstens überwiegend überschneiden. Dabei müssen die erste und zweite Leiterplatte nicht zwingend mit der gleichen Dicke ausgeführt sein, überdies müssen die jeweils oberseitigen Oberflächen und/oder die jeweils unterseitigen Oberflächen nicht zwingend in einer gemeinsamen Ebene liegen, und die Oberflächen können auch einen Versatz zueinander aufweisen. Jedoch gehen die Leiterplatten derart ineinander über, dass kein wesentlicher Versatz der Leiterplatten insbesondere mit einem Höhenspalt zwischen den Leiterplatten vorgesehen ist.
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Beispielsweise weist die erste Leiterplatte eine Aussparung auf, in die die zweite Leiterplatte im Wesentlichen passgenau eingesetzt ist. Die zweite Leiterplatte kann in der Aussparung in der ersten Leiterplatte beispielsweise lokal über Pressstellen verpresst sein. Auch ist es denkbar, dass die beiden Leiterplatten miteinander verklebt, verlötet oder auf sonstige Weise mit mechanischen Verbindungsmitteln miteinander verbunden sind. Die Aussparung in der ersten Leiterplatte kann eine geschlossene Kontur aufweisen, die innenseitig in der ersten Leiterplatte eingebracht ist. Auch ist es denkbar, dass diese eine taschenartig ausgebildete, offene Kontur darstellt, die in eine Außenkontur der ersten Leiterplatte übergeht. Dadurch entsteht der Vorteil, dass auch die zweite Leiterplatte einen Teil der Außenkontur des Leiterplattenaufbaus bildet, was insbesondere für eine weitere Kontaktierung des Halbleiterleuchtmittels vorteilhaft ist.
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Alternativ besteht weiterhin die Möglichkeit, dass die zweite Leiterplatte an einer Übergangskante der ersten Leiterplatte angeordnet ist, sodass die beiden Leiterplatten voreinander angeordnet sind. Die Kontaktbrücken erstrecken sich dabei ebenfalls zwischen den beiden Leiterplatten jeweils mit entsprechenden Abschnitten der Kontaktbrücken, wobei zur Befestigung der zweiten Leiterplatte in Anordnung vor der ersten Leiterplatte eine Klebeverbindung mittels einer Klebefuge oder dergleichen vorgesehen sein kann.
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Im Sinne der Erfindung kann die erste Leiterplatte ein Epoxidharz und ein Glasfasergewebe aufweisen und/oder die zweite Leiterplatte kann ein Aluminiumblech, ein Kupferblech und/oder ein Messingblech aufweisen, zudem besteht vorteilhaft die Möglichkeit, dass die zweite Leiterplatte ein Prepreg aus Epoxidharz-Glasfasermaterial umfasst. Der Prepreg dient dabei zur Isolierung des Metallsubstrates, sodass oberseitig auf dem Prepreg Leiterbahnen und dergleichen aufgebracht sein können. Mit Bezug auf die erste Leiterplatte beziehen sich die nichtmetallischen Komponenten nicht auf Leiterbahnen selbst, die auch bei FR4-Leiterplatten metallisch ausgebildet sind.
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Gemäß einer noch weiteren Ausführungsvariante ist eine Deckschicht vorgesehen, die sich über die erste Leiterplatte und über die zweite Leiterplatte wenigstens überwiegend hinweg erstreckt. Damit ist die Deckschicht auf den Oberseiten der beiden Leiterplatten durchgehend ausgebildet und kann dazu genutzt werden, auf der Oberseite Leiterbahnen aufzunehmen. Diese können dann auf vorteilhafte Weise zwischen den beiden Leiterplatten übergehen. Zur thermischen Kontaktierung der Halbleiterleuchtmittel mit der zweiten Leiterplatte, die insbesondere einen IMS-Aufbau aufweist, kann in der Deckschicht ein Öffnungsbereich vorgesehen werden, sodass die Halbleiterleuchtmittel bzw. ein dazu vorgesehener Leuchtmittelträger die zweite Leiterplatte direkt thermisch kontaktiert.
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Mit besonderem Vorteil ist auf der ersten Leiterplatte ein elektrisches Steckkontaktmittel angeordnet. Ebenfalls können weitere elektronische Komponenten auf der ersten Leiterplatte ausgebildet sein, und mit besonderem Vorteil ist auf der zweiten Leiterplatte das wenigstens eine Leuchtmittel aufgebracht, wofür ein Leuchtmittelträger vorgesehen sein kann, über den das Halbleiterleuchtmittel auf der Oberseite der zweiten Leiterplatte aufgebracht ist.
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Insbesondere kann der Leiterplattenaufbau in seiner Form, Größe und mit Bezug auf die Betriebsspezifikationen des Halbleiterleuchtmittels zur Anordnung in einem Scheinwerfer eines Fahrzeugs ausgebildet sein. Vorzugsweise dient dabei der Leiterplattenaufbau zur Anordnung auf einem Kühlkörper, der als Einzelteil oder durch einen Fuß eines Reflektors ausgeführt sein kann. Die Anordnung des Leiterplattenaufbaus auf einem Kühlkörper erfolgt dabei insbesondere in der Weise, dass die Unterseite der zweiten Leiterplatte mit dem Kühlkörper in Festkörperkontakt steht.
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Figurenliste
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Leiterplattenaufbaus mit einer Aussparung in einer ersten Leiterplatte, die eine geschlossene Kontur aufweist, und wobei Kontaktbrücken aus Nullbrücken gebildet sind,
- 2 das Ausführungsbeispiel eines Leiterplattenaufbaus gemäß 1, wobei Kontaktbrücken aus Federkontakten ausgebildet sind,
- 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Leiterplattenaufbaus mit einer Aussparung, die eine offene Kontur aufweist,
- 4 ein Ausführungsbeispiel eines Leiterplattenaufbaus mit einer Anordnung einer zweiten Leiterplatte vor einer Übergangskante einer ersten Leiterplatte und
- 5 ein noch weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Deckschicht, die sich über beide Leiterplatten hinweg erstreckt.
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1 zeigt in schematischer Weise perspektivisch einen Leiterplattenaufbau 100 zur Aufnahme von Halbleiterleuchtmitteln 1, wobei die Darstellung beispielhaft drei Halbleiterleuchtmittel 1 zeigt. Der Leiterplattenaufbau 100 weist eine erste Leiterplatte 10 auf, die aus nichtmetallischen Komponenten ausgebildet ist, sodass die erste Leiterplatte 10 insbesondere durch eine FR4-Leiterplatte ausgebildet sein kann. Weiterhin umfasst der Leiterplattenaufbau 100 eine zweite Leiterplatte 11, die ein isoliertes Metallsubstrat umfasst, sodass diese zweite Leiterplatte 11 insbesondere eine IMS-Leiterplatte bilden kann. Die beiden Leiterplatten 10 und 11 erstrecken sich im Wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene, wobei das Halbleiterleuchtmittel 1 auf der zweiten Leiterplatte 11 umfassend das isolierte Metallsubstrat angeordnet ist, wobei zur Aufnahme des Halbleiterleuchtmittels 1 auf der zweiten Leiterplatte 11 ein Leuchtmittelträger 22 dient.
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Die erste Leiterplatte 10 besitzt gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Aussparung 13 mit einer geschlossenen Kontur 15, und die zweite Leiterplatte 11 weist Abmessungen auf, die mit der geschlossenen Kontur 15 im Wesentlichen korrespondieren. Somit kann die zweite Leiterplatte 11 in die Aussparung 13 der ersten Leiterplatte 10 eingesetzt werden. Zur Befestigung der zweiten Leiterplatte 11 in der Aussparung 13 der ersten Leiterplatte 10 sind Pressstellen 14 vorgesehen, diese können auf beliebige Weise ausgebildet sein und dazu dienen, eine haltende Anordnung der zweiten Leiterplatte 11 in der Aussparung 13 innerhalb der ersten Leiterplatte 10 zu gewährleisten. Beispielsweise können in der Außenkontur der zweiten Leiterplatte 11 Zacken vorgesehen sein, die sich beim Eindrücken der zweiten Leiterplatte 11 in die Aussparung 13 in die geschlossene Kontur 15 der ersten Leiterplatte 10 einschneiden. Weitere Möglichkeiten der Befestigung sind ebenfalls denkbar, die beispielsweise mittels einem Anstauchen, einem Ankörnen oder dergleichen umgesetzt sein kann, um die Pressstellen 14 zu bilden. Auch ein Kleben oder Löten kann dazu dienen, die zweite Leiterplatte 11 in der Aussparung 13 der ersten Leiterplatte 10 zu befestigen.
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Um eine Kontaktierung zwischen der ersten Leiterplatte 10 und der zweiten Leiterplatte 11 zu schaffen, sind Kontaktbrücken 12 vorgesehen, und das Ausführungsbeispiel zeigt die Kontaktbrücken 12 in Form von sogenannten Nullbrücken 20. Die Nullbrücken 20 sind unflexibel und bilden damit starre Brücken zwischen den beiden Leiterplatten 10, 11. Die externe Kontaktierung des Leiterplattenaufbaus 100 erfolgt über ein Steckkontaktmittel 19, das auf der ersten Leiterplatte 10 aufgenommen ist.
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2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Leiterplattenaufbaus 100 gemäß 1, und zur Kontaktierung des Halbleiterleuchtmittels 1 sind Kontaktbrücken 12 aus Federkontakten 21 vorgesehen. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Kontaktbrücken 12 zur Befestigung der zweiten Leiterplatte 11 in oder an der ersten Leiterplatte 10 dienen, jedoch wird regelmäßig eine mechanische Belastung von auf einer Oberseite einer Leiterplatte 10, 11 aufgebrachten Leiterbahnen vermieden, um Ausbrüche der Leiterbahnen zu vermeiden. Insofern kann die zweite Leiterplatte 11 an der ersten Leiterplatte 10 ebenso befestigt sein wie in Zusammenhang mit 1 obenstehend beschrieben.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Leiterplattenaufbaus 100 mit einer ersten Leiterplatte 10 und mit einer zweiten Leiterplatte 11, und in der ersten Leiterplatte 10 ist eine offene Kontur 16 in einer Taschenform eingebracht, die in eine vorderseitige Außenkontur 17 der ersten Leiterplatte 10 übergeht. Die zweite Leiterplatte 11 besitzt eine Außenkontur, die der offenen Kontur 16 innerhalb der ersten Leiterplatte 10 entspricht. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die zweite Leiterplatte 11 mit einer vorderen Kante übergeht in die Außenkontur 17 der ersten Leiterplatte 10.
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Schließlich zeigt 4 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Leiterplattenaufbaus 100 mit einer ersten Leiterplatte 10 und mit einer zweiten Leiterplatte 11, wobei wiederum auf der zweiten Leiterplatte 11 mehrere Halbleiterleuchtmittel 1 über einen Leuchtmittelträger 22 aufgenommen sind. Zur Kontaktierung der zweiten Leiterplatte 11 mit der ersten Leiterplatte 10 sind Kontaktbrücken 12 vorgesehen, die beispielhaft als Nullbrücken 20 ausgeführt sind. Die zweite Leiterplatte 11 ist vor einer Übergangskante 18 der ersten Leiterplatte 10 angeordnet, sodass sich beide Leiterplatten 10, 11 in einer gemeinsamen Ebene erstrecken und voreinander angebracht sind. Zur Befestigung der zweiten Leiterplatte 11 an der Übergangskante 18 der ersten Leiterplatte 10 ist beispielhaft eine Klebefuge 23 gezeigt, wobei auch jede andere Form der Befestigung der zweiten Leiterplatte 11 an der ersten Leiterplatte 10 denkbar ist.
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5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Deckschicht 24, die sich über die erste Leiterplatte 10 und über die zweite Leiterplatte 11 wenigstens überwiegend hinweg erstreckt. Damit ist die Deckschicht 24 auf den Oberseiten der beiden Leiterplatten 10, 11 durchgehend ausgebildet und kann dazu genutzt werden, auf der Oberseite Leiterbahnen aufzunehmen, sodass diese als Leiterbahnoberfläche 26 genutzt werden kann, insbesondere um die Halbleiterleuchtmittel 1 elektrisch zu kontaktieren. Diese können dann auf vorteilhafte Weise zwischen den beiden Leiterplatten 10, 11 übergehen. Zur thermischen Kontaktierung der Halbleiterleuchtmittel 1 mit der zweiten Leiterplatte 11, die insbesondere einen IMS-Aufbau aufweist, kann in der Deckschicht 24 ein Öffnungsbereich 25 vorgesehen werden, sodass die Halbleiterleuchtmittel 1 bzw. ein dazu vorgesehener Leuchtmittelträger 22 die zweite Leiterplatte 11 direkt thermisch kontaktiert.
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Die in den Ausführungsbeispielen gezeigte Anordnung der zweiten Leiterplatte 11 in Relation zur ersten Leiterplatte 10 des Leiterplattenaufbaus 100 ermöglicht eine unterseitige Kontaktierung der zweiten Leiterplatte 11 mit einem Kühlkörper. Insbesondere kann die zweite Leiterplatte 11 Positioniermittel aufweisen, über die die zweite Leiterplatte 11 relativ zu einem optischen Mittel, insbesondere einem Reflektor, positioniert werden kann, ohne dass die genaue Anordnung der ersten Leiterplatte 10 Beachtung finden muss. Sitzt die zweite Leiterplatte 11 unterseitig auf einem Kühlkörper, beispielsweise auch auf dem Fuß eines Reflektors, so kann über das Metallsubstrat als Bestandteil der zweiten Leiterplatte 11 das Halbleiterleuchtmittel 1 auf besonders vorteilhafte Weise gekühlt werden.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten, räumlichen Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Leiterplattenaufbau
- 1
- Halbleiterleuchtmittel
- 10
- erste Leiterplatte
- 11
- zweite Leiterplatte
- 12
- Kontaktbrücke
- 13
- Aussparung
- 14
- Pressstelle
- 15
- geschlossene Kontur
- 16
- offene Kontur
- 17
- Außenkontur
- 18
- Übergangskante
- 19
- Steckkontaktmittel
- 20
- Nullbrücke
- 21
- Federkontakt
- 22
- Leuchtmittelträger
- 23
- Klebefuge
- 24
- Deckschicht
- 25
- Öffnungsbereich
- 26
- Leiterbahnoberfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 9551082 B2 [0004]
- DE 202017102811 U1 [0005]
