DE102019106910A1

DE102019106910A1 - Method for arranging a printed circuit board on a heat sink

Info

Publication number: DE102019106910A1
Application number: DE102019106910.6A
Authority: DE
Inventors: Werner Kösters; Stefan Richter; Heinrich Schäfer; Thomas Wiese
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2019-03-19
Filing date: 2019-03-19
Publication date: 2020-09-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anordnung einer Leiterplatte (10) mit einem auf der Leiterplatte aufgebrachten Leuchtmittel (11) auf einem Kühlkörper (12), wobei das Verfahren wenigstens die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen des Kühlkörpers (12) mit einem optisch erfassbaren Referenzmittel (13), Bereitstellen eines Manipulators (14) zur Bewegung der Leiterplatte (10) in einer X-Y-Ebene auf einer Aufnahmeoberfläche (12a) des Kühlkörpers (12), Bereitstellen einer Kamera (15) zur Erfassung der X-Y-Position des Referenzmittels (13) und der X-Y-Position des Leuchtmittels (11), Bestimmung einer Abweichung der X-Y-Position des Leuchtmittels (11) relativ zu einer Sollposition des Leuchtmittels (11) in der X-Y-Ebene relativ zur X-Y-Position des Referenzmittels (13) mittels der Kamera (15), Verlagern der Leiterplatte (10) mit dem Manipulator (14) in der X-Y-Ebene, bis das Leuchtmittel (11) in der Sollposition angeordnet ist und Herstellen einer Bondverbindung (16) mit mehreren Bondbändchen (17) zwischen der Leiterplatte (10) und dem Kühlkörper (12).The invention relates to a method for arranging a printed circuit board (10) with a lighting means (11) applied to the printed circuit board on a heat sink (12), the method comprising at least the following steps: providing the heat sink (12) with an optically detectable reference means ( 13), providing a manipulator (14) for moving the circuit board (10) in an XY plane on a receiving surface (12a) of the heat sink (12), providing a camera (15) for detecting the XY position of the reference means (13) and the XY position of the lamp (11), determination of a deviation of the XY position of the lamp (11) relative to a target position of the lamp (11) in the XY plane relative to the XY position of the reference means (13) by means of the camera (15), moving the circuit board (10) with the manipulator (14) in the XY plane until the lighting means (11) is arranged in the desired position and establishing a bond connection (16) with several Bonding ribbon (17) between the circuit board (10) and the heat sink (12).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anordnung einer Leiterplatte mit einem auf der Leiterplatte aufgebrachten Leuchtmittel auf einem Kühlkörper. Das Leuchtmittel dient im späteren Gebrauch dazu, Licht in ein optisch wirksames Bauteil einzustrahlen, beispielsweise in eine durchstrahlbare Optik oder in einen Reflektor. Das optisch wirksame Bauteil wird relativ zur Leiterplatte und damit auch relativ zum Leuchtmittel angeordnet, und es müssen enge Toleranzen zwischen dem Leuchtmittel und dem optisch wirksamen Bauteil eingehalten werden. Zudem kommt häufig ein Kühlkörper zum Einsatz, auf dem die Leiterplatte mit dem Leuchtmittel aufgebracht werden muss, um das Leuchtmittel auf der Leiterplatte wirksam zu entwärmen.The invention relates to a method for arranging a printed circuit board with a lighting means applied to the printed circuit board on a heat sink. In later use, the illuminant is used to radiate light into an optically effective component, for example into a radiant optics or into a reflector. The optically effective component is arranged relative to the printed circuit board and thus also relative to the illuminant, and tight tolerances must be maintained between the illuminant and the optically effective component. In addition, a heat sink is often used, on which the circuit board with the illuminant must be attached in order to effectively cool the illuminant on the circuit board.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Die EP 2 888 519 B1 offenbart ein Verfahren zur Anordnung einer Leiterplatte mit einem Leuchtmittel auf einem Kühlkörper, und an die Leiterplatte wird ein Reflektor so angeordnet, dass mit der relativen Position zwischen dem Leuchtmittel und dem Reflektor enge Toleranzvorgaben eingehalten werden können. Hierfür sollen an der Leiterplatte Referenzpositionen angebracht werden, an die später der Reflektor zur Anlage gebracht wird. Die Referenzpositionen werden so angebracht, dass diese enge Toleranzen einhalten relativ zur Lage des Leuchtmittels auf der Leiterplatte. Um dieser Toleranzen einzuhalten, wird mit einer Kamera die Position des Leuchtmittels auf der Leiterplatte vermessen, und die Referenzpositionen werden beispielsweise durch eine spanende Bearbeitung zumindest zweier Kanten an der Leiterplatte hergestellt. Die spanende Bearbeitung wird so lange ausgeführt, bis die Sollposition des Leuchtmittels relativ zu den beispielsweise zwei Referenzpositionen erreicht ist. Wird später der Reflektor an die spanend bearbeiteten Anlageflächen an der Leiterplatte angebracht, so wird eine genaue Lage zwischen der Position des Leuchtmittels und der Position des Reflektors ermöglicht.The EP 2 888 519 B1 discloses a method for arranging a printed circuit board with a luminous means on a heat sink, and a reflector is arranged on the printed circuit board in such a way that narrow tolerance specifications can be maintained with the relative position between the luminous means and the reflector. For this purpose, reference positions should be attached to the circuit board, at which the reflector will later be brought to rest. The reference positions are attached in such a way that they adhere to narrow tolerances relative to the position of the light source on the circuit board. In order to adhere to these tolerances, the position of the lighting means on the circuit board is measured with a camera, and the reference positions are produced, for example, by machining at least two edges on the circuit board. The machining is carried out until the target position of the lighting means is reached relative to the two reference positions, for example. If the reflector is later attached to the machined contact surfaces on the circuit board, an exact position between the position of the illuminant and the position of the reflector is made possible.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird das Leuchtmittel in einer vorgegebenen Position auf der Leiterplatte aufgebracht und die Leiterplatte mit den Referenzpositionen wird an die tatsächlich gemessene Position des Leuchtmittels auf der Leiterplatte angepasst, beispielsweise durch das Anfräsen von Anschlagkanten oder das Bohren von Löchern. Die vorgeschlagene Variante, das Leuchtmittel auf der Leiterplatte und die Leiterplatte auf dem Aufnahmekörper, beispielsweise einem Kühlkörper, festzusetzen, und anschließend die Referenz dafür zu schaffen, an die der Reflektor angeordnet wird, ist aufwendig und erfordert eine spanende Bearbeitung.In the proposed method, the illuminant is applied in a predetermined position on the circuit board and the circuit board with the reference positions is adapted to the actually measured position of the illuminant on the circuit board, for example by milling stop edges or drilling holes. The proposed variant of fixing the illuminant on the circuit board and the circuit board on the receiving body, for example a heat sink, and then creating the reference for it, on which the reflector is arranged, is complex and requires machining.

Die EP 3 088 798 B1 beschreibt ein Verfahren zur Anordnung einer Leiterplatte mit einem Leuchtmittel relativ zu einem optisch wirksamen Bauteil, und es wird eine Lagedifferenz zwischen einer Ist-Lage und einer geforderten Soll-Lage des Leuchtmittels relativ zum optisch wirksamen Bauteil ermittelt, und schließlich wird die Leiterplatte mit dem Leuchtmittel so lange relativ zum optisch wirksamen Bauteil bewegt, bis die Ist-Lage des Leuchtmittels mit der geforderten Soll-Lage übereinstimmt. Auch bei diesem System wird das optisch wirksame Bauteil, also beispielsweise ein Reflektor, in die Justierung des Leuchtmittels mit einbezogen, wodurch das Verfahren unflexibel und aufwändiger wird, da mehrere Komponenten an der Ausrichtung beteiligt sind.The EP 3 088 798 B1 describes a method for arranging a circuit board with a light source relative to an optically effective component, and a position difference between an actual position and a required target position of the light source relative to the optically effective component is determined, and finally the circuit board with the light source is determined Moved relative to the optically effective component until the actual position of the illuminant matches the required target position. In this system, too, the optically effective component, for example a reflector, is included in the adjustment of the lighting means, which makes the method inflexible and more complex, since several components are involved in the alignment.

Wünschenswert ist vielmehr ein Verfahren, über das eine Einheit aus einer Leiterplatte, einem Leuchtmittel und einem Aufnahmekörper, insbesondere einem Kühlkörper, bereitgestellt wird, und die Einheit wird an einer Referenz ausgerichtet, an die damit das optisch wirksame Bauteil, also beispielsweise der Reflektor mit einem Reflektorfuß, zur Anlage gebracht werden kann. Dabei soll die Referenz so ausgebildet sein, dass das Leuchtmittel schließlich die geforderte Sollposition gegenüber dem optisch wirksamen Bauteil aufweist.What is more desirable is a method by which a unit made up of a circuit board, a lamp and a receiving body, in particular a heat sink, is provided, and the unit is aligned with a reference to which the optically effective component, for example the reflector with a Reflector foot, can be brought to the facility. The reference should be designed in such a way that the lighting means finally has the required target position in relation to the optically effective component.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren gemäß Anspruch 1 mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved on the basis of a method according to claim 1 with the characterizing features. Advantageous further developments of the invention are given in the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren schlägt die folgenden Verfahrensschritte vor: Bereitstellen des Kühlkörpers mit einem optisch erfassbaren Referenzmittel; Bereitstellen eines Manipulators zur Bewegung der Leiterplatte in einer X-Y-Ebene auf einer Aufnahmeoberfläche des Kühlkörpers; Bereitstellen einer Kamera zur Erfassung der X-Y-Position des Referenzmittels und der X-Y-Position des Leuchtmittels; Bestimmung einer Abweichung der X-Y-Position des Leuchtmittels relativ zu einer Sollposition des Leuchtmittels in der X-Y-Ebene relativ zur X-Y-Position des Referenzmittels mittels der Kamera; Verlagern der Leiterplatte mit dem Manipulator in der X-Y-Ebene, bis das Leuchtmittel in der Sollposition angeordnet ist und Herstellen einer Bondverbindung mit mehreren Bondbändchen zwischen der Leiterplatte und dem Kühlkörper.The method according to the invention proposes the following method steps: providing the heat sink with an optically detectable reference means; Providing a manipulator for moving the circuit board in an X-Y plane on a receiving surface of the heat sink; Providing a camera for detecting the X-Y position of the reference means and the X-Y position of the illuminant; Determination of a deviation of the X-Y position of the illuminant relative to a target position of the illuminant in the X-Y plane relative to the X-Y position of the reference means by means of the camera; Shifting the circuit board with the manipulator in the X-Y plane until the illuminant is arranged in the target position and establishing a bond with several bonding strips between the circuit board and the heat sink.

Kerngedanke der Erfindung ist die Erfassung einer Referenzposition auf einem Kühlkörper, der auch allgemein als Aufnahmeplatte oder dergleichen dienen kann, in diesem Sinne ebenfalls einen Kühlkörper bildet. Auf diesem Kühlkörper befinden sich auf der Aufnahmeoberfläche beliebig geartete Referenzmittel, beispielsweise Langlöcher, Bohrungen, Vorsprünge oder dergleichen, die mit der Kamera erfasst werden können. Zugleich wird die Position des Leuchtmittels in der X-Y-Ebene erfasst, und es kann ermittelt werden, wie groß die Differenz zwischen der Istposition und der Sollposition des Leuchtmittels relativ zu den Referenzmitteln ist, sodass schließlich mit dem Manipulator die Leiterplatte mit dem Leuchtmittel über eine Steuerung so lange verlagert wird, bis das Leuchtmittel die Sollposition in der X-Y-Ebene eingenommen wurde. Anschließend wird gemäß einem weiteren Kerngedanken der Erfindung die Leiterplatte auf dem Kühlkörper festgesetzt, indem eine Bondverbindung hergestellt wird, und die Bondverbindung umfasst mehrere Bondbändchen.The core idea of the invention is the detection of a reference position on a heat sink, which can also generally serve as a receiving plate or the like, in this sense also forms a heat sink. Any type of heat sink can be found on the receiving surface of this heat sink Reference means, for example elongated holes, bores, projections or the like, which can be recorded with the camera. At the same time, the position of the illuminant is recorded in the XY plane, and it can be determined how big the difference between the actual position and the target position of the illuminant is relative to the reference means, so that finally the manipulator is used to control the circuit board with the illuminant is shifted until the lamp has taken the target position in the XY plane. Then, according to a further core idea of the invention, the circuit board is fixed on the heat sink by producing a bond connection, and the bond connection comprises a plurality of bonding strips.

Die Bondbändchen sind dabei so ausgeführt, dass diese primär eine Kühlfunktion des Leuchtmittels erfüllen, nämlich indem die Bondbändchen unmittelbar mit dem Kühlkörper verbunden werden. Beispielsweise können die Bondbändchen als Flachband-Bändchen oder als Drähte (Bond-Wire) ausgebildet sein, und Wärme, die im Betrieb im Leuchtmittel entsteht, wird über die mehreren Bondbändchen an den Kühlkörper unmittelbar abgeleitet. Eine Wärmeleitung erfolgt dabei nur noch zum Teil oder gar nicht (mehr) über die Leiterplatte unmittelbar in den Kühlkörper. Die Bondverbindung kann optional auch zur elektrischen Kontaktierung der Leiterplatte dienen, insbesondere dann, wenn auf der Aufnahmeoberfläche des Kühlkörpers entsprechend isolierte Kontakte vorgehalten werden, an die die Bondbändchen angebracht und elektrisch kontaktiert werden.The bonding ribbons are designed in such a way that they primarily fulfill a cooling function of the lighting means, namely by connecting the bonding ribbons directly to the heat sink. For example, the bond ribbons can be designed as flat ribbon ribbons or as wires (bond wire), and heat that arises in the lamp during operation is dissipated directly to the heat sink via the multiple bond ribbons. Heat is only partially or not at all (no longer) conducted via the circuit board directly into the heat sink. The bond connection can optionally also serve to make electrical contact with the printed circuit board, in particular if correspondingly insulated contacts are provided on the receiving surface of the cooling body, to which the bonding strips are attached and electrically contacted.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Referenzmittel mittels Aufnahmeöffnungen im Kühlkörper gebildet werden, über die in einem nachfolgenden Schritt ein optisch wirksames Bauteil über der Leiterplatte und dem Leuchtmittel positioniert wird. Wird die Position des Leuchtmittels erfindungsgemäß an den Positionen des oder der Referenzmittel in der X-Y-Ebene ausgerichtet, so kann mit Vorteil das optisch wirksame Bauteil, also beispielsweise ein Reflektor, an den Referenzmitteln angeordnet werden. Im Ergebnis ergibt sich eine genaue Ausrichtung des optisch wirksamen Bauteils an die Emitterfläche des Leuchtmittels.An advantageous embodiment of the method provides that the reference means are formed by means of receiving openings in the heat sink, via which an optically effective component is positioned over the circuit board and the lighting means in a subsequent step. If, according to the invention, the position of the lighting means is aligned with the positions of the reference means (s) in the X-Y plane, the optically effective component, for example a reflector, can advantageously be arranged on the reference means. The result is a precise alignment of the optically effective component to the emitter surface of the illuminant.

Auch ist es von Vorteil, dass die Leiterplatte erst nach der Herstellung der Bondverbindung mit mehreren Bondbändchen von dem Manipulator wieder freigegeben wird. Der Manipulator kann ein Greifer sein, der die Leiterplatte so greift, dass der Manipulator die Leiterplatte in der X-Y-Ebene planar verlagern kann und in der Sollposition festsetzt bis die Bondbändchen hergestellt sind.It is also advantageous that the circuit board is only released again by the manipulator after the bond connection with a plurality of bonding ribbons has been established. The manipulator can be a gripper that grips the printed circuit board in such a way that the manipulator can displace the printed circuit board in a planar manner in the X-Y plane and fix it in the desired position until the bonding strips are produced.

Mit Vorteil werden die Bondbändchen mit einem Kupferwerkstoff, mit einem kupferbasierten Werkstoff oder, als besonderer Vorteil, auf einem Aluminiumwerkstoff gebildet. Werden die Bondbändchen unmittelbar mit dem Werkstoff des Kühlkörpers verbunden, so ergibt sich eine vorteilhafte Materialpaarung zum Anschweißen der Bondbändchen an den Werkstoff des Kühlkörpers im Bondprozess (wire bonding).The bonding strips are advantageously formed with a copper material, with a copper-based material or, as a particular advantage, on an aluminum material. If the bonding strips are connected directly to the material of the heat sink, this results in an advantageous material pairing for welding the bonding strips to the material of the heat sink in the bonding process (wire bonding).

Ein weiterer Vorteil wird erreicht, wenn die Bondbändchen in ihrer Länge so bestimmt sind, dass sich nach dem Herstellen der Bondverbindung eine Zugspannung in den Bondbändchen aufbaut, mittels der die Leiterplatte auf die Aufnahmeoberfläche des Kühlkörpers gedrückt wird. Dadurch wird eine zusätzliche Wärmeleitung von der Leiterplatte in den Kühlkörper erreicht, insbesondere zur zusätzlichen Entwärmung des Leuchtmittels über die Bondbändchen.A further advantage is achieved if the length of the bond ribbons is determined in such a way that after the bond connection has been established, tensile stress builds up in the bond ribbons, by means of which the circuit board is pressed onto the receiving surface of the heat sink. As a result, additional heat conduction is achieved from the printed circuit board into the heat sink, in particular for additional cooling of the luminous means via the bonding strips.

Die Kamera zur Erfassung der X-Y-Position sowohl des Referenzmittels als auch des Leuchtmittels kann mit einer Bildauswerteeinheit verbunden werden, wobei die Bestimmung einer Abweichung der X-Y-Positionen des Leuchtmittels zur Sollposition relativ zum Referenzmittel mittels einer Bildauswertung durch die Bildauswerteeinheit ausgeführt wird, insbesondere anhand eines Bildes oder eines Videos, das mit der Kamera aufgenommen und an die Bildauswerteeinheit übermittelt wird. Die Positioniergenauigkeit des Leuchtmittels relativ zu der oder zu den Referenzmitteln kann auf beispielsweise etwa +/- 50 µm bestimmt werden.The camera for detecting the XY position of both the reference means and the illuminant can be connected to an image evaluation unit, with the determination of a deviation of the XY positions of the illuminant from the target position relative to the reference means by means of an image evaluation by the image evaluation unit, in particular using a Image or a video that is recorded with the camera and transmitted to the image evaluation unit. The positioning accuracy of the luminous means relative to the reference means or means can be determined to be approximately +/- 50 μm, for example.

Mit weiterem Vorteil wird die Kamera in einer Position über der Aufnahmeoberfläche des Kühlkörpers angeordnet, sodass mit der Kamera die Position des Leuchtmittels und die Position des Referenzmittels in nur einem Bild oder in nur einem Video gemeinsam erfasst wird. Die Kamera wird insbesondere in einer Art Vogelperspektive über dem Kühlkörper und damit auch über der Leiterplatte mit dem Leuchtmittel positioniert. Das Referenzmittel befindet sich dabei beispielsweise benachbart zur Anordnung der Leiterplatte mit dem Leuchtmittel in der Aufnahmeoberfläche des Kühlkörpers, beispielsweise in Form von Löchern, Langlöchern, Vorsprüngen oder dergleichen. Die Kamera kann dann sowohl das Referenzmittel als auch die optische Mitte des Leuchtmittels erfassen, wobei die optische Mitte beispielsweise geometrisch bestimmt wird oder durch einen Betrieb des Leuchtmittels, sodass ein Lichtintensitäts-Maximum mit der Kamera erfasst werden kann.With a further advantage, the camera is arranged in a position above the recording surface of the heat sink, so that the position of the illuminant and the position of the reference means are recorded jointly with the camera in just one image or in just one video. In particular, the camera is positioned in a kind of bird's eye view above the heat sink and thus also above the circuit board with the illuminant. The reference means is located, for example, adjacent to the arrangement of the circuit board with the lighting means in the receiving surface of the heat sink, for example in the form of holes, elongated holes, projections or the like. The camera can then detect both the reference means and the optical center of the illuminant, with the optical center being determined, for example, geometrically or by operating the illuminant, so that a light intensity maximum can be captured with the camera.

Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung kann auch eine Z-Sollposition mit der Leiterplatte und schließlich für das Leuchtmittel angefahren werden. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, dass die Leiterplatte mit einer Hubvorrichtung von der Aufnahmeoberfläche des Kühlkörpers in eine Z-Sollposition vorübergehend oder dauerhaft abgehoben wird, um eine Positionierung des Leuchtmittels in die Z-Sollposition auszuführen. Dabei kann die Hubvorrichtung entweder während der oder im Anschluss an die Herstellung der Bondverbindung mit dem mehreren Bondbändchen zwischen der Leiterplatte und dem Kühlkörper eingesetzt werden.According to a further concept of the invention, a target Z position can also be approached with the circuit board and finally for the illuminant. For example, there is the possibility that the circuit board is lifted temporarily or permanently from the receiving surface of the heat sink into a Z target position with a lifting device in order to carry out a positioning of the illuminant in the Z target position. The Lifting device can be used either during or after the production of the bond with the multiple bonding tapes between the circuit board and the heat sink.

Wird die Hubvorrichtung nach der Herstellung der Bondverbindung eingesetzt, müssen die Bondbändchen in ihrer Länge so bestimmt werden, dass diese nicht auf Zug spannen und eine gewisse Feder-Nachgiebigkeit in den Bondbändchen ausgenutzt wird, um die Leiterplatte auf die Z-Sollposition oberhalb der Aufnahmeoberfläche des Kühlkörpers zu positionieren. Dabei können die Bondverbindungen als Federelemente dienen, und wird die Hubvorrichtung beispielsweise nicht nach dem Anheben der Leiterplatte entfernt, so kann die Hubvorrichtung im Verbund der Leiterplatte mit dem Kühlkörper verbleiben, und als Z-Positionierung auch im Betrieb der hergestellten Lichteinheit dienen. Insbesondere dann, wenn die Bondbändchen erst nach Angeben der Leiterplatte hergestellt werden, kann über die Bondbändchen die angehobene Z-Sollposition der Leiterplatte über die Bondverbindung im späteren Betrieb der Einheit aufrecht erhalten bleiben.If the lifting device is used after the bond has been made, the length of the bond ribbons must be determined in such a way that they are not tensioned and a certain spring flexibility in the bond ribbons is used to bring the circuit board to the target Z position above the receiving surface of the Position the heat sink. The bond connections can serve as spring elements, and if the lifting device is not removed after the circuit board has been lifted, for example, the lifting device can remain connected to the circuit board with the heat sink, and also serve as Z-positioning when the light unit is in operation. In particular, if the bonding tapes are only produced after the printed circuit board has been specified, the raised Z target position of the circuit board can be maintained via the bonding connection during subsequent operation of the unit via the bonding tapes.

Das Verfahren sieht alternativ zur Hubvorrichtung vor, dass die Leiterplatte zunächst mit einem Abstand zur Aufnahmeoberfläche über dem Kühlkörper angeordnet wird, wobei erst nach der Herstellung der Bondverbindung mit den mehreren Bondbändchen über dem Leuchtmittel das optisch wirksame Bauteil angeordnet wird, mit dem dann die Leiterplatte um einen mit der Optik geometrisch festgelegten Weg wieder nach unten in Richtung zur Aufnahmeoberfläche des Kühlkörpers gedrückt wird, wodurch die Z-Position der Leiterplatte genau bestimmt wird. Hierfür kann an dem optisch wirksamen Bauteil, beispielsweise eine transmittive Optik aus einem Spritzguss-Bauteil, zugeordnete Druckstempel aufweisen, mit denen die aufgebrachte Optik die Leiterplatte wieder nach unten drückt. Schließlich wird die aufgebrachte Optik über die Referenzmittel mit dem Kühlkörper verbunden.As an alternative to the lifting device, the method provides that the printed circuit board is initially arranged above the heat sink at a distance from the receiving surface, the optically effective component with which the printed circuit board is then placed over the lighting means only after the bond has been established with the multiple bonding strips a path geometrically defined with the optics is pressed down again in the direction of the receiving surface of the heat sink, whereby the Z position of the circuit board is precisely determined. For this purpose, on the optically effective component, for example a transmissive optic made of an injection-molded component, can have associated pressure stamps with which the applied optic presses the printed circuit board down again. Finally, the applied optics are connected to the heat sink via the reference means.

BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNGPREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

1 eine Draufsicht auf die Anordnung einer Leiterplatte auf einem Kühlkörper,
2 eine Seitenansicht der Leiterplatte auf einem Kühlkörper mit einer Kamera und mit einem Manipulator,
3 eine Seitenansicht der Leiterplatte mit dem Leuchtmittel in Anordnung auf einem Kühlkörper,
4 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß 3,
5a-5c die Anwendung einer Hubvorrichtung zum Anheben der Leiterplatte über der Aufnahmeoberfläche des Kühlkörpers und
6a, 6b die Anordnung eines optisch wirksamen Bauteils über dem Leuchtmittel auf der Leiterplatte, während das optisch wirksame Bauteil eine Z-Position der Leiterplatte über dem Kühlkörper einstellt.

Further measures improving the invention are shown in more detail below together with the description of a preferred exemplary embodiment of the invention with reference to the figures. It shows:

1 a plan view of the arrangement of a circuit board on a heat sink,
2 a side view of the circuit board on a heat sink with a camera and a manipulator,
3 a side view of the circuit board with the illuminant arranged on a heat sink,
4th a plan view of the arrangement according to 3 ,
5a-5c the use of a lifting device to lift the circuit board above the receiving surface of the heat sink and
6a , 6b the arrangement of an optically effective component above the illuminant on the circuit board, while the optically effective component sets a Z position of the circuit board above the heat sink.

1 zeigt in einer Draufsicht einen Kühlkörper 12 mit einer oberseitigen Aufnahmeoberfläche 12a, und an dem Kühlkörper 12 sind Referenzmittel 13 in Form von Aufnahmeöffnungen 18 eingebracht. Zwischen den beiden dargestellten Aufnahmeöffnungen 18 ist eine Leiterplatte 10 mit einem auf der Leiterplatte 10 angeordneten Leuchtmittel 11 angeordnet. In schematischer Andeutung befindet sich über der Leiterplatte 10 ein Manipulator 14. Die Leiterplatte 10 weist selbst Fangköcher 24 auf, über die der Manipulator 14 in nicht näher gezeigter Weise die Leiterplatte 10 greifen und in der planen Ebene der Aufnahmeoberfläche 12a in X- und in Y-Richtung verlagern kann. 1 shows a heat sink in a plan view 12th with a top receiving surface 12a , and on the heat sink 12th are reference means 13 in the form of receiving openings 18th brought in. Between the two receiving openings shown 18th is a printed circuit board 10 with one on the circuit board 10 arranged illuminants 11 arranged. In a schematic indication is located above the circuit board 10 a manipulator 14th . The circuit board 10 has quiver itself 24 on which the manipulator 14th the circuit board in a manner not shown 10 grab and in the flat plane of the recording surface 12a can shift in the X and Y directions.

Die Leiterplatte 10 ist auf dem Kühlkörper 12 mittels einer Bondverbindung 16 befestigt, und die Bondverbindung 16 weist beispielhaft vier Bondbändchen 17 auf. Die Bondbändchen 17 sind direkt mit der Aufnahmeoberfläche 12a des Kühlkörpers 12 verbunden, und können - lediglich optional - auch eine elektrische Kontaktierung des Leuchtmittels 11 bewirken. Der Grundgedanke der Erfindung ist jedoch die Befestigung und Entwärmung des Leuchtmittels 11 über die Bondbändchen 17, die unmittelbar mit dem Werkstoff des Kühlkörpers 12 verbunden, insbesondere verschweißt sind.The circuit board 10 is on the heat sink 12th by means of a bond connection 16 attached, and the bond 16 has an example of four bonding ribbons 17th on. The bond ribbons 17th are directly with the recording surface 12a of the heat sink 12th connected, and can - only optionally - also make electrical contact with the illuminant 11 cause. The basic idea of the invention, however, is the fastening and cooling of the lighting means 11 over the ribbon 17th that are directly related to the material of the heat sink 12th connected, in particular welded.

2 zeigt die Anordnung der Leiterplatte 10 auf dem Kühlkörper 12 gemäß 1 in einer Seitenansicht, wobei zudem der Manipulator 14 mit zugeordneten Greifern 23 und eine Kamera 15 näher dargestellt sind. Die Leiterplatte 10 ist mit Leuchtmittel 11 auf der Aufnahmeoberfläche 12a des Kühlkörpers 12 aufgebracht, und die Kamera kann die Position des Leuchtmittels 11 gemäß einem Verfahrensschritt erfassen. Die Leiterplatte 10 wird dabei mit dem Greifer 23 gegriffen und kann in der Ebene über der Aufnahmeoberfläche 12a in X- und Y-Richtung verlagert werden. Zugleich erfasst die Kamera 15 die Referenzmittel 13 (siehe 1), und die Kamera 15 ist mit einer Bildauswerteeinheit 20 verbunden, mit der die Positionen des Leuchtmittels 11 und der Referenzmittel 13 verglichen werden. Über nicht weiter dargestellte zusätzliche Mittel kann mit dem Ergebnis aus der Bildauswerteeinheit 20, nämlich der Abweichung zwischen einer Sollposition und einer Istposition des Leuchtmittels 11 relativ zu den Referenzmitteln 13 eine Information an den Manipulator 14 übermittelt werden, sodass ein Korrekturweg erzeugt wird, über den das Leuchtmittel 11 in die Sollposition gebracht wird, um in der X-Y-Ebene die Sollposition relativ zu den Referenzmitteln einzunehmen. 2 shows the layout of the circuit board 10 on the heat sink 12th according to 1 in a side view, with the manipulator 14th with assigned grippers 23 and a camera 15th are shown in more detail. The circuit board 10 is with bulbs 11 on the recording surface 12a of the heat sink 12th applied, and the camera can determine the position of the light source 11 record according to a method step. The circuit board 10 is done with the gripper 23 gripped and can be in the plane above the receiving surface 12a be displaced in the X and Y directions. At the same time, the camera records 15th the reference funds 13 (please refer 1 ), and the camera 15th is with an image evaluation unit 20th connected with which the positions of the illuminant 11 and the reference means 13 be compared. The result can be obtained from additional funds not shown the image evaluation unit 20th , namely the deviation between a target position and an actual position of the light source 11 relative to the reference funds 13 information to the manipulator 14th are transmitted so that a correction path is generated through which the lamp 11 is brought into the target position in order to assume the target position relative to the reference means in the XY plane.

Anschließend wird die Bondverbindung 16 mit den Bondbändchen 17 hergestellt, was dargestellt ist in 1. Durch die Bondverbindung 16 ergibt sich eine unveränderliche Lage der Leiterplatte 10 und damit auch des Leuchtmittels 11 auf der Aufnahmeoberfläche 12a des Kühlkörpers 12, und damit ist auch die Sollposition des Leuchtmittels 11 relativ zu den Referenzmitteln 13 in Form der Aufnahmeöffnungen 18 gewährleistet.Then the bond is made 16 with the ribbon 17th manufactured what is shown in 1 . Through the bond 16 this results in an unchangeable position of the circuit board 10 and thus also the light source 11 on the recording surface 12a of the heat sink 12th , and that is also the target position of the lamp 11 relative to the reference funds 13 in the form of the receiving openings 18th guaranteed.

Die 3 und 4 stellen in einer Seitenansicht und in einer Draufsicht nochmals die Leiterplatte 10 in Anordnung auf der Aufnahmeoberfläche 12a des Kühlkörpers 12 dar. Das Beispiel zeigt eine alternative Ausgestaltung der Bondverbindung 16 mit den Bondbändchen 17, die auf Bondflächen 25 auf der Leiterplatte 10 angebunden sind, und die mit einem gegenüberliegenden Ende auf der Aufnahmeoberfläche 12a des Kühlkörpers 12 angebunden sind.The 3 and 4th represent in a side view and in a plan view again the circuit board 10 in arrangement on the receiving surface 12a of the heat sink 12th The example shows an alternative embodiment of the bond connection 16 with the ribbon 17th that are on bond pads 25th on the circuit board 10 are tied, and those with an opposite end on the receiving surface 12a of the heat sink 12th are connected.

Der Manipulator 14 ist vereinfacht mit einem Pfeilkreuz und mit einem gebogenen Pfeil dargestellt, womit verdeutlicht wird, dass mit dem Manipulator 14 die Leiterplatte 10 sowohl in der X-Y-Ebene als auch in einer Rotation verlagert werden kann, und der Manipulator 14 kann mit der Leiterplatte 10 über zugeordnete Fanglöcher 24 verbunden werden. Damit kann die Leiterplatte 10 sowohl translatorisch als auch rotatorisch justiert werden. Im Ergebnis ergibt sich nach der Justage durch den Manipulator 14 eine exakte Lage des Leuchtmittels 11 relativ zu den Referenzmitteln 13.The manipulator 14th is shown in simplified form with a cross and a curved arrow, which makes it clear that with the manipulator 14th the circuit board 10 can be moved both in the XY plane and in a rotation, and the manipulator 14th can with the circuit board 10 via assigned catch holes 24 get connected. This allows the circuit board 10 can be adjusted both translationally and rotationally. The result is after the adjustment by the manipulator 14th an exact position of the light source 11 relative to the reference funds 13 .

Die 5a, 5b und 5c zeigen ein Ausführungsbeispiel, gemäß dem mit einer Hubvorrichtung 21 die Leiterplatte 10 mit dem Leuchtmittel 11 über der Aufnahmeoberfläche 12a des Kühlkörpers 12 angehoben werden kann. Dafür wird die Hubvorrichtung 21, beispielhaft ausgeführt als Hubstempel, von unten durch eine Öffnung durch den Kühlkörper 12 hindurch gegen die Unterseite der Leiterplatte 10 gefahren, um schließlich die Leiterplatte 10 anzuheben. Dabei ist die Leiterplatte 10 bereits mit den Bondbändchen 17 mit dem Kühlkörper 12 verbunden.The 5a , 5b and 5c show an embodiment according to the with a lifting device 21st the circuit board 10 with the lamp 11 above the recording surface 12a of the heat sink 12th can be raised. The lifting device is used for this 21st , exemplarily designed as a lifting ram, from below through an opening through the heat sink 12th through against the underside of the circuit board 10 drove to finally the circuit board 10 to raise. Here is the circuit board 10 already with the bond ribbon 17th with the heat sink 12th connected.

5a zeigt die Anordnung der Hubvorrichtung 21 außer Eingriff mit der Leiterplatte 10. 5a shows the arrangement of the lifting device 21st out of engagement with the circuit board 10 .

5b zeigt die Hubvorrichtung 21 während des Anhebens der Leiterplatte 10, indem die Hubvorrichtung 21 gegen die Unterseite der Leiterplatte 10 gefahren wird. Wird gemäß 5c die Hubvorrichtung 21 wieder entfernt, verbleibt die Leiterplatte 10 in der Position über der Aufnahmeoberfläche 12a des Kühlkörpers 12. Damit kann eine Z-Position des Leuchtmittels 11 über dem Kühlkörper 12 einjustiert werden. Die Hubvorrichtung 21 kann alternativ auch in der Anordnung gemäß 5b verbleiben, um die Leiterplatte 10 in der angefahrenen Z-Position über der Aufnahmeoberfläche 12a des Kühlkörpers 12 dauerhaft zu halten. 5b shows the lifting device 21st while lifting the circuit board 10 by the lifting device 21st against the underside of the circuit board 10 is driven. Will according to 5c the lifting device 21st removed again, the circuit board remains 10 in the position above the recording surface 12a of the heat sink 12th . This allows a Z position of the light source 11 above the heat sink 12th be adjusted. The lifting device 21st can alternatively also in the arrangement according to 5b remain to the circuit board 10 in the approached Z position above the mounting surface 12a of the heat sink 12th to hold permanently.

Die 6a und 6b zeigen in aufeinander folgenden Schritten die Anordnung eines optisch wirksamen Bauteils 19 an dem Kühlkörper 12. Um das optisch wirksame Bauteil 19 über dem Leuchtmittel 11 auf der Leiterplatte 10 genau zu positionieren, sind am optisch wirksamen Bauteil 19 Positionierzapfen 26 angebracht, die in die Aufnahmeöffnungen 18 passgenau eingesetzt werden können. Die Leiterplatte 10 ist in einem Abstand über der Aufnahmeoberfläche 12a des Kühlkörpers 12 angeordnet und über die Bondbändchen 17 gehalten.The 6a and 6b show the arrangement of an optically effective component in successive steps 19th on the heat sink 12th . About the visually effective component 19th above the lamp 11 on the circuit board 10 must be precisely positioned on the optically effective component 19th Positioning pin 26th attached, which in the receiving openings 18th can be used precisely. The circuit board 10 is at a distance above the recording surface 12a of the heat sink 12th arranged and over the bond ribbon 17th held.

Das optisch wirksame Bauteil 19 weist Druckstempel 22 auf, und wird in der gezeigten Pfeilrichtung das optisch wirksame Bauteil 19 entgegen der Leiterplatte 10 nach unten bewegt, während die Positionierzapfen 26 in die Aufnahmeöffnungen 18 eingreifen, so drücken die Druckstempel 22 die Leiterplatte 10 um einen kleineren Betrag in Richtung zur Aufnahmeoberfläche 12a, wodurch sich eine genaue Position des Leuchtmittels 11 zum optisch aktiven Teil 19a des optisch wirksamen Bauteils 19 ergibt.The optically effective component 19th has stamp 22nd and becomes the optically effective component in the direction of the arrow shown 19th against the circuit board 10 moved down while the positioning pin 26th into the receiving openings 18th intervene, the pressure stamps press 22nd the circuit board 10 by a smaller amount towards the receiving surface 12a , thus ensuring an exact position of the light source 11 to the optically active part 19a of the visually effective component 19th results.

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, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.The embodiment of the invention is not limited to the preferred exemplary embodiment specified above. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the solution shown even in the case of fundamentally different designs. All of the features and / or advantages arising from the claims, the description or the drawings, including structural details, spatial arrangements and method steps, can be essential to the invention both individually and in a wide variety of combinations.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010: LeiterplatteCircuit board
1111: LeuchtmittelBulbs
1212: KühlkörperHeat sink
12a12a: AufnahmeoberflächeRecording surface
1313: ReferenzmittelReference means
1414th: Manipulatormanipulator
1515th: Kameracamera
1616: BondverbindungBond connection
1717th: BondbändchenBond ribbon
1818th: AufnahmeöffnungReceiving opening
1919th: optisch wirksames Bauteilvisually effective component
19a19a: optisch aktiver Bereichoptically active area
2020th: BildauswerteeinheitImage evaluation unit
2121st: HubvorrichtungLifting device
2222nd: DruckstempelStamp
2323: GreiferGripper
2424: FanglochCatchhole
2525th: BondflächeBond area
2626th: PositionierzapfenPositioning pin

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

EP 2888519 B1 [0002]
EP 3088798 B1 [0004]

Claims

A method for arranging a circuit board (10) with a lighting means (11) applied to the circuit board on a heat sink (12), the method comprising at least the following steps: - Provision of the cooling body (12) with an optically detectable reference means (13), - Provision of a manipulator (14) for moving the circuit board (10) in an X-Y plane on a receiving surface (12a) of the heat sink (12), - Providing a camera (15) for detecting the X-Y position of the reference means (13) and the X-Y position of the illuminant (11), - Determination of a deviation of the X-Y position of the lighting means (11) relative to a target position of the lighting means (11) in the X-Y plane relative to the X-Y position of the reference means (13) by means of the camera (15), - Shifting the circuit board (10) with the manipulator (14) in the X-Y plane until the illuminant (11) is arranged in the target position and - Establishing a bond connection (16) with several bonding strips (17) between the circuit board (10) and the heat sink (12).

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the bonding strips (17) are connected directly to the receiving surface (12a) of the cooling body (12).

Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the reference means (13) are formed by means of receiving openings (18) in the heat sink (12), via which an optically effective component (19) is positioned over the circuit board (10) and the illuminant (11) in a subsequent step .

Method according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the circuit board (10) is only released again by the manipulator (14) after the bond connection (16) has been established with a plurality of bonding tapes (17).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a copper material, a copper-based material or an aluminum material is used to form the bonding strips (17).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the length of the bonding strips (17) is determined in such a way that, after the bond connection (16) has been established, a tensile stress builds up in the bonding strips (17), by means of which the circuit board (10) is pressed onto the receiving surface (12a) of the heat sink (12).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the camera (15) is connected to an image evaluation unit (20), the determination of a deviation in the XY position of the illuminant (11) relative to a target position of the illuminant (11) in the XY plane is executed relative to the reference means (13) by means of an image evaluation by the image evaluation unit (20) of an image or video recorded with the camera (15).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the camera (15) is arranged in a position above the receiving surface (12a) of the heat sink (12) so that the position of the illuminant (11) and the position with the camera (15) of the reference means (13) is recorded in an image or in a video.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the printed circuit board (10) is lifted with a lifting device (21) from the receiving surface (12a) of the heat sink (12) into a target Z position in order to position the illuminant (11) in execute the Z target position.

Procedure according to Claim 9 , characterized in that the lifting device (21) is used during or after the production of the bond connection (16) with the plurality of bonding tapes (17) between the circuit board (10) and the heat sink (12).

Procedure according to Claim 9 or 10 , characterized in that the circuit board (10) is fixed in the set Z-position with or after removing the lifting device (21).

Method according to one of the Claims 1 to 8th , characterized in that the circuit board (10) is arranged at a distance from the receiving surface (12a), the optically effective component (19) above the lighting means (11) after the bond connection (16) has been established with the multiple bonding tapes (17) is arranged, with which the circuit board (10) is pressed by a geometrically defined path downwards in the direction of the receiving surface (12a) of the heat sink (12), whereby the Z position of the circuit board (10) is determined.