DE102020100742A1

DE102020100742A1 - Leiterplatte, Lichtmodul, Beleuchtungseinrichtung und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020100742A1
Application number: DE102020100742.6A
Authority: DE
Inventors: Mario Baumann; Anna Harder
Original assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2020-01-14
Filing date: 2020-01-14
Publication date: 2021-07-15

Abstract

Es wird eine Leiterplatte (102) für eine Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt, wobei die Leiterplatte (102) einen ersten Abschnitt (200a-c) mit wenigstens einem ersten Schichtaufbau umfassend einen Metallträger umfasst, wobei die Leiterplatte (100) einen zweiten Abschnitt (300) mit einem von dem ersten Schichtaufbau unterschiedlichen zweiten Schichtaufbau mit mehreren übereinander angeordneten inneren Leiterschichten umfasst, und wobei der wenigstens eine erste Abschnitt (200a-c) von dem zweiten Abschnitt (300) lateral eingefasst ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte, ein Lichtmodul, eine Beleuchtungseinrichtung und ein Kraftfahrzeug.
DE 10 2008 016 458 A1 betrifft eine Leiterplatte mit mindestens einem Durchgangsloch, in dem ein Wärmeableitelement angeordnet ist. Diese sogenannten Inlays sind aus einem einzigen Vollmaterial hergestellt, was in mehrfacher Hinsicht nachteilig sein kann.
Aufgabe ist damit, die thermischen Eigenschaften als auch die Integration mehrerer funktional unterschiedlicher Komponenten auf einer Leiterplatte zu verbessern.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch eine Leiterplatte gemäß dem Anspruch 1, ein Lichtmodul gemäß einem nebengeordneten Anspruch, eine Beleuchtungseinrichtung gemäß einem weiteren nebengeordneten Anspruch und durch ein Kraftfahrzeug gemäß einem anderen nebengeordneten Anspruch gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben und finden sich in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und in der Zeichnung.
Ein erster Aspekt der Beschreibung betrifft eine Leiterplatte für eine Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, wobei die Leiterplatte einen ersten Abschnitt mit wenigstens einem ersten Schichtaufbau umfassend einen Metallträger umfasst, wobei die Leiterplatte einen zweiten Abschnitt mit einem von dem ersten Schichtaufbau unterschiedlichen zweiten Schichtaufbau mit mehreren übereinander angeordneten inneren Leiterschichten umfasst, und wobei der wenigstens eine erste Abschnitt von dem zweiten Abschnitt lateral eingefasst ist.
Vorteilhaft lassen sich durch die Integration des ersten Abschnitts in den zweiten Abschnitt die Vorteile beider Leiterplattentechniken miteinander verbinden.
So ist zum einen eine Entflechtung von elektrischen Leitern im Bereich des zweiten Abschnitts vorteilhaft besser möglich als in dem ersten Abschnitt. Folglich können auch komplexe Schaltungen auf der Leiterplatte platzsparend realisiert werden.
Weitergehend kann der erste Leiterplattenabschnitt vorteilhaft zum gezielten Ableiten von thermischer Energie genutzt werden. Mithin wird die Wärmeübertragung verbessert. Insbesondere kann - mit oder ohne zusätzlichen Kühlkörper - je nach Anwendungsfall bei freier Konvektion auf eine aktive Kühlung verzichtet werden, was die Kosten und die Komplexität reduziert.
Folglich wird die Integration von komplexen Steuerelektroniken und vergleichsweise einfach anbindbaren, aber thermische Energie erzeugenden Bauteilen wie beispielsweise Halbleiterlichtquellen oder Steuerelektroniken auf einer einzigen Leiterplatte möglich. Durch diese Integration fallen zuvor separat ausgeführte Leiterplatten weg. Dies hat zur Folge, dass Steckverbinder entfallen, was zu einer vereinfachten Fertigung, Teilereduktion und einer Erhöhung der Lebensdauer der Beleuchtungseinrichtung führt.
Ebenso erhöhen sich die Freiheitsgrade bei der Gestaltung des Lichtmoduls und der Beleuchtungseinrichtung, da durch den Wegfall von weiteren Leiterplatten und entsprechender Verbindungen Bauraum frei wird.
Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass sich eine zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt angeordnete dielektrische Lage lotrecht zu den inneren Leiterschichten erstreckt.
Die dielektrische Lage realisiert eine elektrische Entkopplung der beiden Leiterplattenabschnitte. Diese elektrische Isolierung verbindet die beiden Leiterplattenabschnitte mechanisch sicher miteinander.
Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der erste und der zweite Abschnitt der Leiterplatte eine gemeinsame Außenleiterstruktur aufweisen.
Die gemeinsame Außenleiterstruktur ermöglicht die Anordnung und elektrische Verbindung von elektronischen Bauteilen auf der gesamten jeweiligen Oberfläche der Leiterplatte.
Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass sich eine elektrisch leitende Schicht der Außenleiterstruktur abschnittsweise über den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt, und insbesondere eine bzw. die dielektrische Lage, erstreckt.
Die elektrisch leitende Schicht ermöglicht vorteilhaft, dass im Bereich der Oberfläche der Leiterplatte eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Abschnitten möglich ist. Somit wird auf innenliegende, die beiden Abschnitte verbindende Leiterstrukturen verzichtet. Dies hat den Vorteil, dass die elektrisch leitende Schicht der Außenleiterstruktur prozesssicher hergestellt werden kann.
Ein zweiter Aspekt der Beschreibung betrifft ein Lichtmodul umfassend die Leiterplatte gemäß dem ersten Aspekt.
Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Lichtmodul eine Anzahl von auf dem ersten Abschnitt angeordneten Lichtquellenbauelementen umfasst.
Vorteilhaft wird die von den auf einer Primärseite der Leiterplatte angeordneten Lichtquellenbauelementen erzeugte Wärmeenergie über den ersten Abschnitt auf eine Sekundärseite der Leiterplatte geleitet.
Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Lichtmodul mindestens ein auf dem zweiten Abschnitt angeordnetes elektronisches Bauteil einer Steuerelektronik, insbesondere einen integrierten Schaltkreis insbesondere zur Steuerung der Lichtquellenbauelemente, umfasst.
Vorteilhaft wird der zweite Abschnitt dazu genutzt, um beispielsweise die Anschlüsse der Steuerelektronik so zu entflechten, dass die auf dem vergleichsweise einfach strukturierten ersten Abschnitt angeordneten Lichtquellenbauelemente angesteuert werden können.
Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass ein Kühlkörper mit dem ersten Abschnitt der Leiterplatte verbunden ist.
Vorteilhaft wird der zur Wärmeübertragung besser geeignete erste Abschnitt mittels des Kühlkörpers dazu genutzt um Wärmeenergie von dem ersten Abschnitt besser wegzuführen.
Ein dritter Aspekt der Beschreibung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, wobei die Beleuchtungseinrichtung das Lichtmodul gemäß dem zweiten Aspekt umfasst.
Ein vierter Aspekt dieser Beschreibung betrifft ein Kraftfahrzeug, welches die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem dritten Aspekt umfasst.
In der Zeichnung zeigen:

1 ein Lichtmodul umfassend eine Leiterplatte in schematischer Form;
2 eine schematische Draufsicht auf die Leiterplatte;
3 einen schematischen Schnitt der Leiterplatte; und
4 eine Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs.

1 zeigt in schematischer Form ein Lichtmodul 100 für eine Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, wobei das Lichtmodul 100 eine Leiterplatte 102 umfasst.
Die Leiterplatte 102 umfasst eine Mehrzahl von ersten Abschnitten 200a-c, welche einem ersten Schichtaufbau umfassend einen Metallträger aufweisen. Die Leiterplatte 100 umfasst einen zweiten Abschnitt 300 mit einem von dem ersten Schichtaufbau unterschiedlichen zweiten Schichtaufbau, welcher mehrere übereinander angeordneten inneren Leiterschichten umfasst. Der jeweilige erste Abschnitt 200a-c ist von dem zweiten Abschnitt 300 lateral eingefasst. Der jeweilige ersten Abschnitt 200a-c ist umfangsseitig von dem zweiten Abschnitt 300 umschlossen. Abweichend davon kann der jeweilige erste Abschnitt 200a-c in nicht gezeigter Form auch am Rande des Abschnitts 300 eingefasst sein und eine Außenkante der Leiterplatte 102 ausbilden. Beispielsweise ist der erste Abschnitt 200a-c von lediglich drei Seiten von dem zweiten Abschnitt 300 umschlossen, wobei der jeweilige erste Abschnitt 200a-c dann beispielsweise eine gemeinsame Kante mit dem zweiten Abschnitt 300 ausbildet. Zur Herstellung der Leiterplatte 102 werden der erste und der zweite Abschnitt 200, 300 zunächst separat hergestellt. Anschließend wird in den zweiten Abschnitt 300 eine Öffnung eingebracht. In die Öffnung wird der jeweilige erste Abschnitt 200a-c eingebracht und mechanisch fixiert, wobei zumindest auf einer Seite ein im Wesentlichen bündiger Abschluss erfolgt. Anschließend wird eine gemeinsame Außenleiterstruktur bzw. ein gemeinsames Außenlagenbild auf die Oberfläche aufgebracht.
Das Lichtmodul 100 umfasst eine Anzahl von auf dem jeweiligen ersten Abschnitt 200a-c angeordneten Lichtquellenbauelementen 104a-c, die eine jeweilige Lichtverteilung abstrahlen, die gemeinsam mit dem Bezugszeichen 110 versehen ist.
Das Lichtmodul 100 umfasst ein auf dem zweiten Abschnitt 300 angeordnetes elektronisches Bauteil 106 einer Steuerelektronik in Form eines integrierten Schaltkreises. Das elektronische Bauteil ist zur Steuerung der Lichtquellenbauelemente 104a-c ausgebildet, wozu eine gemeinsame Außenleiterstruktur 500 den ersten und den zweiten Abschnitt 200, 300 überdeckt.
Ein Steckverbinder 112 ist mit der Leiterplatte 102 mechanisch und elektrisch verbunden. Die Kontakte des Steckverbinders 12 sind elektrisch über ein Außenleiterbild 510 mit dem elektronischen Bauteil 106 verbunden.
Ein Kühlkörper 108 ist mit dem ersten Abschnitt 200 der Leiterplatte 102 verbunden. Der Kühlkörper befindet sich auf einer Sekundärseite der Leiterplatte 102 und dient zur Kühlung der auf einer Primärseite der Leiterplatte 102 angeordneten Lichtquellenbauelemente 104a-c.
2 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Leiterplatte 102. Auf dem ersten Abschnitt 200 ist das Lichtquellenbauelement 104b, dessen Außenmaße schematisch dargestellt sind, und ein Temperatursensorbauelement 250, dessen Außenmaße ebenfalls schematisch dargestellt sind, angeordnet. Das Temperatursensorbauelement 250 ist mittels zweier elektrischer Leiter 252 und 254 einer Leiterschicht, welche die beiden Abschnitte 200 und 300 überdeckt, an die Steuerelektronik zur Temperaturüberwachung angebunden. Zwei weitere elektrische Leiter 256 und 258 dienen zur Stromversorgung des Lichtquellenbauelements 104b. Ein weiterer Leiter 260 überdeckt ebenfalls die beiden Abschnitte 200 und 300 und dient dazu, das Kontaktpad des Lichtquellenbauelement 104b zur thermischen Kontaktierung auf Massepotential zu legen.
3 zeigt einen schematischen Schnitt A-A der Leiterplatte 102 aus den 1 oder 2. Der erste und der zweite Abschnitt 200, 300 der Leiterplatte 102 weisen zumindest auf einer Seite eine gemeinsame Außenleiterstruktur 500 auf, wohingegen sich die Innenlagenstrukturen 506, 508 der beiden Abschnitte unterscheiden.
Der erste Abschnitt 200 umfasst die Innenlagenstruktur 506 im Sinne eines Schichtaufbaus mit dem Metallträger 202, einer dielektrischen, thermisch leitfähigen Schicht 204 und die auf der Schicht 204 aufgebrachten Leiterschicht 206. Der Metallträger 202 ist beispielsweise aus einer Metalllegierung umfassend Aluminium und/oder Kupfer und/oder Molybdän gefertigt. Die Schicht 204 umfasst beispielsweise eine Keramik oder ein Epoxidharz mit eingebrachtem Keramikzusatz. Die Leiterschicht 206 umfasst beispielsweise eine Kupferfolie. Eine metallgefüllte Via 208 verbindet die Leiterschicht 206 elektrisch leitend mit dem Metallträger 202. Der erste Abschnitt 200 ist beispielsweise eine IMS-Leiterplatte (IMS: Insulated Metal Substrate).
Der zweite Abschnitt 300 umfasst die Innenlagenstruktur 508 im Sinne eines Schichtaufbaus mit wenigstens zwei innere Leiterschichten 306, 310. Die übereinander angeordneten inneren Leiterschichten 306 und 310 sind durch eine verstärkte dielektrische Schicht 308 voneinander getrennt. Die inneren Leiterschichten 306 und 310 sind von verstärkten dielektrischen Schichten 304 und 312 umgeben. Des Weiteren sind beidseitig äußere Leiterschichten 302 und 314 beispielsweise in Form von Kupferfolien auf die jeweilige dielektrische Schicht 304, 312 aufgebracht. Eine Via 316 verbindet die Leiterschichten 302 und 314 elektrisch leitend miteinander. Eine Via 318 verbindet die inneren Leiterschichten 306 und 310 elektrisch leitend miteinander. Eine Via 320 verbindet die Schicht 314 mit der Schicht 310. Folglich ist die Innenlagenstruktur 508 des zweiten Abschnitts 300 komplexer als die Innenlagenstruktur 506 des ersten Abschnitts 200. Der verhältnismäßig dicke, elektrisch leitfähige Metallträger 202 des ersten Abschnitts 200 wird mittels der dielektrischen Lage 400 von den inneren Leiterschichten 306 und 310 des zweiten Abschnitts 300 getrennt. Die zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 200, 300 angeordnete dielektrische Lage 400 erstreckt sich lotrecht zu den inneren Leiterschichten 306, 310 des zweiten Abschnitts 300. Der zweite Abschnitt 300 ist also eine Multilayer-Leiterplatte beispielsweise umfassend ein verstärktes Kunstharz wie FR4.
Selbstverständlich können die Abschnitte 200 und 300 mehr als die gezeigten Schichten und insbesondere weitere Zwischenschichten aufweisen. Die Abschnitte 200 und 300 umfassen voneinander unterschiedliche Innenlagerbilder, jedoch ein gemeinsames Außenlagerbild.
Eine elektrisch leitende Schicht 502 der Außenleiterstruktur 500 erstreckt sich abschnittsweise über den ersten Abschnitt 200 und den zweiten Abschnitt 300 und vorliegend insbesondere über die dielektrische Lage 400. Je nach Herstellverfahren befindet sich zwischen den Schichten 206 und 314 eine Lücke 510 oder nicht. Besteht die Lücke 510, so wird diese im Herstellprozess mittels der elektrisch leitende Schicht 502 aufgefüllt. Im dem nicht gezeigten Fall, dass entweder die Schicht 314 oder die Schicht 206 auf der dielektrischen Lage 400 angeordnet sind, so wird die elektrisch leitende Schicht 502 über die beiden Abschnitte 200 und 300 geführt, ohne dass eine Lücke durch die Schicht 502 ausgefüllt wird.
Eine Lötstoppschicht 600, 602 ist überall dort aufgebracht, wo keine elektrische Kontaktierung der Leiterplatte 102 erfolgen soll.
Das elektronische Bauteil 106 ist im gezeigten Schnitt mit zwei Kontaktpads 106-1 und 106-2 und Lötmaterial 107-1 und 107-2 an im Schnitt voneinander elektrisch getrennte Abschnitte der elektrisch leitenden Schicht 502 der gemeinsamen Außenleiterstruktur 500 elektrisch leitend angebunden.
Das Lichtquellenbauelement 104b ist im gezeigten Schnitt mit zwei Kontaktpads 104-1 und 104-2 und Lötmaterial 105-1 und 105-2 an im Schnitt voneinander elektrisch getrennte Abschnitte der elektrisch leitenden Schicht 502 der gemeinsamen Außenleiterstruktur 500 elektrisch leitend angebunden. Das Kontaktpad 104-2 ist beispielsweise zur potentialfreien Anordnung an der Leiterplatte 102 ausgeführt und dient zur thermischen Kopplung des Lichtquellenbauelements 104b. Über die Via 208 ist die Schicht 206 mit dem Metallträger 202 elektrisch leitend verbunden. Der Metallträger 202 ist beispielsweise mit einem Nullpotential bzw. Masse verbunden. Auf der anderen Seite werden auch potentialführende Kontaktpads wie das Kontaktpad 104-1 mittels der Schicht 204 thermisch leitend mit dem Metallträger 202 verbunden.
Eine freiliegende Oberfläche 210 des ersten Abschnitts 200 ist dazu vorgesehen, eine thermische Kontaktierung mit dem Kühlkörper 108 aus 1 herzustellen. Die vorgenannte thermische Kontaktierung kann beispielsweise mittels einer Wärmeleitpaste ausgeführt sein.
4 zeigt eine Beleuchtungseinrichtung 4000 für das Kraftfahrzeug. Die Beleuchtungseinrichtung 4000 umfasst das Lichtmodul 100, welches in einem Gehäuse 4002 angeordnet ist. Das Lichtmodul 100 wird zu einer Abstrahlung von Licht betrieben. Das von dem Lichtmodul 100 abgestrahlte Licht trifft auf eine transparente Abdeckscheibe 4006, welche eine Lichtdurchtrittsöffnung des Gehäuses 402 verschließt. Von der Abdeckscheibe 4006 wird eine Abstrahllichtverteilung 408 in Fahrtrichtung x abgestrahlt. Die Beleuchtungseinrichtung 4000 ist im gezeigten Beispiel ein Kraftfahrzeugscheinwerfer. Selbstverständlich sind das Lichtmodul 100 und die Leiterplatte 102 aus den vorigen Figuren auch für Heckleuchten, Blinkleuchten oder andere Beleuchtungseinrichtungen des Kraftfahrzeugs einsetzbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008016458 A1 [0002]

Claims

Eine Leiterplatte (102) für eine Beleuchtungseinrichtung (4000) eines Kraftfahrzeugs, wobei die Leiterplatte (102) einen ersten Abschnitt (200a-c) mit wenigstens einem ersten Schichtaufbau umfassend einen Metallträger (202) umfasst, wobei die Leiterplatte (100) einen zweiten Abschnitt (300) mit einem von dem ersten Schichtaufbau unterschiedlichen zweiten Schichtaufbau mit mehreren übereinander angeordneten inneren Leiterschichten (306, 310) umfasst, und wobei der wenigstens eine erste Abschnitt (200a-c) von dem zweiten Abschnitt (300) lateral eingefasst ist.
Die Leiterplatte (102) gemäß dem Anspruch 1, wobei sich eine zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt (200, 300) angeordnete dielektrische Lage (400) lotrecht zu den inneren Leiterschichten (306, 310) erstreckt.
Die Leiterplatte (102) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der erste und der zweite Abschnitt (200, 300) der Leiterplatte (102) eine gemeinsame Außenleiterstruktur (500) aufweisen.
Die Leiterplatte (102) gemäß dem Anspruch 3, wobei sich eine elektrisch leitende Schicht (502) der Außenleiterstruktur (500) abschnittsweise über den ersten Abschnitt (200) und den zweiten Abschnitt (300), und insbesondere eine bzw. die dielektrische Lage (400), erstreckt.
Ein Lichtmodul (100) umfassend die Leiterplatte (102) gemäß einem der vorigen Ansprüche.
Das Lichtmodul (100) gemäß dem Anspruch 5, wobei das Lichtmodul (100) eine Anzahl von auf dem ersten Abschnitt (200) angeordneten Lichtquellenbauelementen (104a-c) umfasst.
Das Lichtmodul (100) gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei das Lichtmodul (100) mindestens ein auf dem zweiten Abschnitt (300) angeordnetes elektronisches Bauteil (106) einer Steuerelektronik, insbesondere einen integrierten Schaltkreis insbesondere zur Steuerung der Lichtquellenbauelemente (104a-c), umfasst.
Das Lichtmodul (100) gemäß dem Anspruch 5, 6 oder 7, wobei ein Kühlkörper (108) mit dem ersten Abschnitt (200) der Leiterplatte (102) verbunden ist.
Eine Beleuchtungseinrichtung (4000) eines Kraftfahrzeugs umfassend das Lichtmodul (100) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8.
Ein Kraftfahrzeug umfassend die Beleuchtungseinrichtung (4000) gemäß dem Anspruch 9.