DE102022111490A1 - Lichtmodul für eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Lichtmoduls - Google Patents

Lichtmodul für eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Lichtmoduls Download PDF

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Sebastian Bartscher
Frank Brinkmeier
Werner Kösters
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Thomas Wiese
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lichtmodul (100) für eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung, wenigstens umfassend ein LED-Leuchtmittel (1), metallische Leiterbahnen (2) zur elektrischen Kontaktierung des LED-Leuchtmittels (1), einen Trägerkörper (3), auf welchem das LED-Leuchtmittel (1) und die Leiterbahnen (2) angeordnet sind, und einen metallischen Kühlkörper (4), wobei der Trägerkörper (3) formschlüssig mit dem Kühlkörper (4) verbunden ist. Erfindungsgemäß weist der Trägerkörper (3) einen elektrisch isolierenden und thermisch leitfähigen Verbundwerkstoff (30) auf.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lichtmodul für eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung, wenigstens umfassend ein LED-Leuchtmittel, metallische Leiterbahnen zur elektrischen Kontaktierung des LED-Leuchtmittels, einen Trägerkörper, auf welchem das LED-Leuchtmittel und die Leiterbahnen angeordnet sind, und einen metallischen Kühlkörper, wobei der Trägerkörper formschlüssig mit dem Kühlkörper verbunden ist. Die Erfindung betrifft weiterhin Verfahren zur Herstellung eines derartigen Lichtmoduls.
  • STAND DER TECHNIK
  • Beim Einsatz leistungsstarker LED-Leuchtmittel (LED: light-emitting diode) in Lichtmodulen von Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtungen, insbesondere Frontscheinwerfern, stellt das Wärmemanagement eine besondere Herausforderung dar.
  • Im Stand der Technik werden die LED-Leuchtmittel auf einer Leiterplatte angeordnet und diese wiederum auf einem metallischen Kühlkörper. Die Verbindung zwischen den LED-Leuchtmitteln und der Leiterplatte wird üblicherweise mittels einer Lötverbindung gebildet und der Fügespalt zwischen der Leiterplatine und dem Kühlkörper wird beispielsweise mittels einer Wärmeleitpaste überbrückt. Einen wesentlichen Beitrag zum Wärmestromwiderstand zwischen den LED-Leuchtmitteln und dem Kühlkörper leistet der elektrisch und thermisch isolierende Trägerkörper der Leiterplatine. Dieser ist beispielsweise aus einem aus einem schwer entflammbaren Verbundwerkstoff aus Epoxidharz und Glasfasergewebe ausgebildet, typischerweise aus einem Verbundwerkstoff der Klasse FR-4. Alternativ sind sogenannte Insulated Metal Substrates (IMS) für Leiterplatten bekannt, deren Aufbau in der Regel eine Schichtfolge aus einem Aluminium- oder Kupferträger, einer elektrisch und thermisch isolierender Isolationsschicht und einer Leiterbahnen umfassenden Kupferschicht besteht. Dabei dient die Kupferschicht unter anderem der lateralen Wärmespreizung. Der Wärmewiderstand wird hauptsächlich durch die Isolationsschicht dominiert.
  • Weiterhin offenbart die DE 10 2019 129 591 A1 ein Lichtmodul für eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung, welches anstelle einer Leiterplatte eine Schaltungsträgerfolie aus einem thermoplastischen Kunststoff aufweist, wobei die Schaltungsträgerfolie formschlüssig mit einem metallischen Kühlkörper verbunden ist. Nachteilig an dieser Ausführungsform ist die Anfälligkeit der Schaltungsträgerfolie für thermische Beschädigung. Aufgrund ihrer geringen Dicke weist die Schaltungsträgerfolie nur eine geringe Wärmekapazität auf, sodass eine Wärmeaufnahme rasch zu einer kritischen Temperaturerhöhung führen kann.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Lichtmodul für eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung vorzuschlagen, welches insbesondere durch ein verbessertes Wärmemanagement im Betrieb der LED-Leuchtmittel ausgezeichnet ist.
  • Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Lichtmodul gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der formschlüssig mit dem Kühlkörper verbundene Trägerkörper, auf welchem das wenigstens eine LED-Leuchtmittel und die zugehörigen Leiterbahnen angeordnet sind, einen elektrisch isolierenden und thermisch leitfähigen Verbundwerkstoff aufweist.
  • Die Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, den Wärmewiderstand des Trägerkörpers im Vergleich zu Aufbauten aus dem Stand der Technik signifikant zu verringern, indem der Trägerkörper einen funktionsintegrierten Verbundwerkstoff aufweist, welcher neben der für den Betrieb der LED-Leuchtmittel notwendigen elektrischen Isolation zugleich eine ausgeprägte Wärmeleitfähigkeit aufweist. Aufgrund derart vorteilhafter Werkstoffeigenschaften kann der Wärmewiderstand zwischen den LED-Leuchtmitteln und dem metallischen Kühlkörper gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsformen weiter abgesenkt werden, sodass im Betrieb des erfindungsgemäßen Lichtmoduls eine besonders effiziente Entwärmung der LED-Leuchtmittel und sonstiger auf dem Trägerkörper angeordneter elektrischer Verbraucher ermöglicht ist. Dies zudem auch aufgrund der formschlüssigen Verbindung des Trägerkörpers mit dem Kühlkörper, wobei die zugehörige Fügefläche vorzugsweise großflächig ausgebildet ist und den Wärmeübergang vom Trägerkörper in den Kühlkörper bestimmt. Im Unterschied zu einem Lichtmodul mit Leiterplatte aus dem Stand der Technik liegt somit kein den Wärmefluss unterbrechender Fügespalt zum Kühlkörper vor.
  • Geeignete Verbundwerkstoffe weisen insbesondere eine Matrix aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus einem Polyamid oder einem anderen teilkristallinen Kunststoff, und metallische, keramische und/oder graphitische Füllstoffe auf, wobei die Füllstoffe vorzugsweise eine globulitische Gestalt und eine homogene Verteilung in der Matrix aufweisen. Derartige Verbundwerkstoffe sind aus den Druckschriften DE 10 2015 015 276 A1 und DE 10 2017 001 013 A1 bekannt. Insbesondere können die elektrischen und thermischen Eigenschaften dieser Verbundwerkstoff durch Variation der Packungsdichte der Füllstoffe „maßgeschneidert“ werden. Die im Anspruch 1 der vorliegenden Anmeldung formulierten Werkstoffeigenschaften „elektrisch isolierend“ und „thermisch leitfähig“ sind derart auszubilden, dass in Bezug auf ein konkretes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls zweckmäßige Werte des elektrischen Widerstands und der Wärmeleitfähigkeit vorliegen. Die Auslegung dieser Werte bemisst sich insbesondere an den im Betrieb des Lichtmoduls durch die Leiterbahnen fließenden elektrischen Ströme sowie an der abzuführenden Wärme. Insbesondere sollen die gewünschten elektrischen und thermischen Eigenschaften isotrop vorliegen, wozu beispielsweise eine globulitische Gestalt der Füllstoffe und eine homogene Verteilung innerhalb des gebildeten Trägerkörpers beitragen.
  • Beispielsweise weist der Trägerkörper einen elektrischen Isolationswiderstand von mindestens 107 Ω (10 Megaohm)auf und/oder der Verbundwerkstoff weist eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 4 W/mK, bevorzugt mindestens 10 W/mK, auf. Um den gewünschten Isolationswiderstand bei zweckmäßigen Abmessungen des Trägerkörpers zu erreichen, weist der Verbundwerkstoff beispielsweise einen elektrischen Durchgangswiderstand von mindestens 109 Ωm auf (bei 500 V Prüfspannung, gemäß DIN EN 61340-2-3).
  • Der Trägerkörper weist beispielsweise eine Dicke von 0,5 - 5 Millimeter, vorzugsweise 1 - 3 Millimeter auf. Eine derartige Dicke ermöglicht eine laterale Wärmespreizung innerhalb des Trägerkörpers, sodass insbesondere die unerwünschte Bildung thermischer hot spots unterdrückt werden kann. Weiterhin ist eine ausreichende Dicke vonnöten, um einen zuverlässigen Herstellungsprozess des Thermokörpers mittels Spritzgießens zu gewährleisten.
  • Vorzugsweise bildet der Trägerkörper mit dem Kühlkörper eine vollflächige Fügezone aus, wobei der Kühlkörper in der Fügezone eine Fügefläche mit mikroskaligen und/oder nanoskaligen Kavitäten aufweist, welche der Verbundwerkstoff des Trägerkörpers unter Bildung einer formschlüssigen Verbindung ausfüllt, vorzugsweise unter Bildung von Hinterschneidungen. Die lateralen Abmessungen der Fügezone entsprechen vorzugsweise im Wesentlichen den lateralen Abmessungen des Trägerkörpers, d.h., dass der gesamte Querschnitt des Trägerkörpers zum Wärmetransport in den Kühlkörper beiträgt. Die in die Fügefläche eingebrachten mikroskaligen und/oder nanoskaligen Kavitäten sorgen für eine weitere Vergrößerung der effektiven Oberfläche für den Wärmeübergang. Die Kavitäten können beispielsweise grübchenförmig oder als rillenartige Vertiefungen in geradliniger oder mäanderförmiger Form vorliegen oder eine komplexere Topographie aufweisen, und beispielsweise kann auch eine Kombination aus Kavitäten und Oberflächenerhebungen vorliegen. Die Abmessungen der Oberflächenstrukturen sind dabei vorzugsweise an die Formbarkeit des konkreten Verbundwerkstoffs des Trägerkörpers angepasst, beispielsweise weisen mikroskalige Kavitäten charakteristische Strukturabmessungen in der Größenordnung von 1 - 100 Mikrometern auf. Eine Nanostrukturierung kann insbesondere für eine gezielte Veränderung der Oberflächenenergie sorgen, und dadurch Einfluss auf den Benetzungsgrad der Metalloberfläche mit dem bei der Herstellung erweichten Matrixwerkstoff nehmen. Kavitäten und geometrische Hinterschneidungen erzeugen dabei eine formschlüssige Verbindung sowohl senkrecht als auch parallel zur Ebenennormale der Fügefläche. Die Hinterschneidungen können beispielsweise durch Stufen oder Ausbeulungen einer Kavität gebildet werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist der Kühlkörper wenigstens ein metallisches Entwärmungselement für das wenigstens eine LED-Leuchtmittel auf, wobei das Entwärmungselement von der Fügefläche des Kühlkörpers hervorsteht und lateral vom Trägerkörper umschlossen ist, derart, dass mittels des Entwärmungselements eine direkte Wärmebrücke zwischen dem LED-Leuchtmittel und dem Kühlkörper gebildet ist. Ein derartiges Entwärmungselement ist vorzugsweise einteilig und materialeinheitlich mit dem Kühlkörper ausgebildet und kontaktiert das LED-Leuchtmittel beispielsweise mittels einer Lotverbindung oder einer Wärmeleitpaste, sodass darüber eine besonders effiziente Wärmeabfuhr aus dem betriebenen LED-Leuchtmittel erfolgen kann.
  • Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Lichtmodul wenigstens ein metallisches Wärmespreizelement umfassen, welches von dem Verbundwerkstoff des Trägerkörpers wenigstens teilweise umschlossen ist. Das Wärmespreizelement kann beispielsweise in Form eines Metallblechs ausgebildet und parallel zur Fügefläche des Kühlkörpers mit dem Trägerkörper orientiert sein, sodass damit eine laterale Wärmespreizung ermöglicht ist.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin unterschiedliche Verfahren zur Herstellung eines Lichtmoduls gemäß einer vorgenannten Ausführungsformen.
  • Ein erstes Herstellungsverfahren umfassend wenigstens die folgenden Schritte:
    • - Bereitstellen des metallischen Kühlkörpers,
    • - Einbringen von mikroskaligen und/oder nanoskaligen Kavitäten in die Fügefläche des Kühlkörpers,
    • - Spritzgießen des Trägerkörpers aus dem elektrisch isolierenden und thermisch leitfähigen Verbundwerkstoff, wobei der Verbundwerkstoff des Trägerkörpers die Kavitäten in der Fügefläche des Kühlkörpers unter Bildung einer formschlüssigen Verbindung ausfüllt,
    • - Aufbringen der metallischen Leiterbahnen auf den Trägerkörper, und
    • - Aufbringen des wenigstens einen LED-Leuchtmittels.
  • Beispielsweise wird das Einbringen der mikroskaligen und/oder nanoskaligen Kavitäten in die Fügefläche des Kühlkörpers mittels eines elektrochemischen Verfahrens, mittels eines Verfahrens der Lasermaterialbearbeitung oder mittels eines mechanischen Verfahrens durchgeführt. Beispielsweise sind Verfahren des elektrochemischen Abtragens geeignet für das Einbringen komplexer Oberflächenstrukturen in metallisch leitfähige Werkstücke mit Genauigkeiten im Mikrometerbereich. Für höhere Fertigungspräzision bis in den Nanometerbereich können moderne Verfahren der Lasermaterialbearbeitung und Photonik eingesetzt werden. Mechanische Verfahren stellen kostengünstige Alternativen dar, wobei beispielsweise mittels einer Kombination von Fräsen und Hämmern auch Strukturen mit Hinterschneidungen realisierbar sind.
  • Der Trägerkörper wird vorzugsweise samt der Leiterbahnen als sogenanntes Molded Interconnect Device (MID) gefertigt, wozu die aus dem Stand der Technik bekannten MID-Herstellungsprozesse verwendet werden können, beispielsweise Zweikomponentenspritzguss, Heißprägen, Laserstrukturierung oder Maskenbelichtungsverfahren. Die Aufbringung und elektrische Kontaktierung der LED-Leuchtmittel erfolgt beispielsweise mittels eines geeigneten Löt-Verfahrens oder mittels Wärmeleitklebens.
  • Bei der Herstellung einer Ausführungsform des Lichtmoduls mit von der Fügefläche des Kühlkörpers abragenden Entwärmungselements, werden diese beim Spritzgießen des Trägerkörpers lateral von dem Verbundwerkstoff umspritzt. Zusätzliche Wärmespreizelemente können beim Spritzgießen des Trägerkörpers eingelegt und von dem Verbundwerkstoff umspritzt und somit in den Trägerkörper integriert werden.
  • Ein zweites Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls umfasst wenigstens die folgenden Schritte in nicht festgelegter Reihenfolge:
    • - Bereitstellen des metallischen Kühlkörpers,
    • - Einbringen von mikroskaligen und/oder nanoskaligen Kavitäten in die Fügefläche des Kühlkörpers,
    • - Bereitstellen des Trägerkörpers,
    • - Thermisches Direktfügen des Trägerkörpers mit dem Kühlkörper, wobei der Verbundwerkstoff des Trägerkörpers die Kavitäten in der Fügefläche des Kühlkörpers unter Bildung einer formschlüssigen Verbindung ausfüllt,
    • - Aufbringen der metallischen Leiterbahnen auf den Trägerkörper, und
    • - Aufbringen des wenigstens einen LED-Leuchtmittels.
  • Ein drittes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls umfasst wenigstens die folgenden Schritte in nicht festgelegter Reihenfolge:
    • - Bereitstellen des metallischen Kühlkörpers,
    • - Einbringen von mikroskaligen und/oder nanoskaligen Kavitäten in die Fügefläche des Kühlkörpers,
    • - Bereitstellen einer Trägerfolie aus einem elektrisch isolierenden und thermisch leitfähigen Verbundwerkstoff,
    • - Thermisches Direktfügen der Trägerfolie mit dem Kühlkörper, wobei der Verbundwerkstoff der Trägerfolie die Kavitäten in der Fügefläche des Kühlkörpers unter Bildung einer formschlüssigen Verbindung ausfüllt,
    • - Bereitstellen des Trägerkörpers,
    • - Thermisches Direktfügen des Trägerkörpers mit der Trägerfolie, und
    • - Aufbringen des wenigstens einen LED-Leuchtmittels und der metallischen Leiterbahnen auf den Trägerkörper.
  • Bei dem zweiten und dem dritten Verfahren wird der Trägerkörper jeweils als ein separates Bauteil bereitgestellt, wobei das Aufbringen des wenigstens einen LED-Leuchtmittels und der metallischen Leiterbahnen wahlweise vor oder nach dem Verbinden des Trägerkörpers mit dem Kühlkörper durchgeführt werden kann.
  • Im Unterschied zum zweiten Verfahren wird beim dritten Verfahren zunächst eine Trägerfolie auf die Fügefläche des Kühlkörpers aufgebracht. Die Trägerfolie weist vorzugsweise denselben Verbundwerkstoff auf wie der Trägerkörper, sodass beim Fügen des Trägerkörpers mit der Trägerfolie ein materialeinheitlicher Körper gebildet wird. Der Vorteil in der Verwendung einer Trägerfolie besteht beispielsweise darin, dass beim Aufbau der formschlüssigen Verbindung mit dem Kühlkörper ein hoher Anpressdruck auf die Trägerfolie ausgeübt werden kann, ohne dass Beschädigungen von etwaig bereits auf dem Trägerkörper angeordneten LED-Leuchtmittel oder Leiterbahnen zu befürchten sind. Die mit dem Kühlkörper verbundene Trägerfolie bildet dann eine glatte Fügefläche für den Trägerkörper.
  • Das thermische Direktfügen wird durch Erwärmen des Trägerkörpers bzw. der Trägerfolie in der Fügezone beispielsweise mittels Laserbestrahlung, mittels Infrarotbestrahlung, mittels konvektiver Wärmezufuhr und/oder mittels einer induktiven oder kontaktierenden Erwärmung des Kühlkörpers durchgeführt. Durch die Erwärmung wird der Matrixwerkstoff des Verbundwerkstoffs in einen erweichten, fließfähigen Zustand überführt, sodass insbesondere ein Ausfüllen der Kavitäten in der Fügefläche des Kühlkörpers zur Bildung des Formschlusses ermöglicht ist.
  • Hinsichtlich des Einbringens der Kavitäten in die Fügefläche des Kühlkörpers sowie hinsichtlich des Aufbringen des wenigstens einen LED-Leuchtmittels und der metallischen Leiterbahnen auf den Trägerkörper wird sinngemäß auf die vorstehend, im Zusammenhang mit der Beschreibung des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens dargelegten Ausführungen verwiesen.
  • Insbesondere kann der Trägerkörper vorkonfektioniert bereitgestellt werden, d.h., mit daran bereits aufgebrachten metallischen Leiterbahnen und mindestens einem LED-Leuchtmittel.
  • BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
  • Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
    • 1 eine erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lichtmoduls, und
    • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel.
  • Die Figuren zeigen schematische Querschnittsansichten von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Lichtmoduls 100 für eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung, jeweils die LED-Leuchtmittel 1, die metallischen Leiterbahnen 2 zur elektrischen Kontaktierung der LED-Leuchtmittel 1, den Trägerkörper 3, auf welchem die LED-Leuchtmittel 1 und die Leiterbahnen 2 angeordnet sind, sowie den metallischen Kühlkörper 4, wobei der Trägerkörper 3 formschlüssig mit dem Kühlkörper 4 verbunden ist. Erfindungsgemäß weist der Trägerkörper 3 den elektrisch isolierenden und thermisch leitfähigen Verbundwerkstoff 30 auf.
  • Aufgrund der ausgeprägten Wärmeleitfähigkeit des Verbundwerkstoffs 30, welche beispielsweise mindestens 4 W/mK, insbesondere mehr als 10 W/mK, beträgt, erfolgt im Betrieb der LED-Leuchtmittel 1 eine überaus effiziente Wärmeabfuhr durch den Trägerkörper 3 in den Kühlkörper 4. Die Dicke D des Trägerkörpers 3 beträgt vorzugsweise 1 - 3 Millimeter, sodass der Trägerkörper 3 eine ausreichend hohe Wärmekapazität aufweist, um den anfallenden Wärmestrom zu verteilen und abzuleiten ohne thermische Beschädigungen davonzutragen.
  • Das Inset der 1 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht der vollflächigen Fügezone 34 zwischen dem Kühlkörper 4 und dem Trägerkörper 3. Der Kühlkörper 4 weist in der Fügezone 34 eine Fügefläche mit den mikroskaligen und/oder nanoskaligen Kavitäten 41 auf, welche der Verbundwerkstoff 30 des Trägerkörpers 3 unter Bildung einer formschlüssigen Verbindung ausfüllt. Aufgrund der ausgebeulten Gestalt der Kavitäten 41 bildet der eingedrungene Verbundwerkstoff 30 Hinterschneidungen des Trägerkörpers 3 aus.
  • Im Ausführungsbeispiel der 2 weist der Kühlkörper 4 die metallischen Entwärmungselemente 5 auf, auf welche die LED-Leuchtmittel 1 beispielhaft aufgelötet sind. Die Entwärmungselemente 5 sind einteilig und materialeinheitlich mit dem Kühlkörper 4 ausgebildet und lateral vom Trägerkörper 3 umschlossen ist, sodass mittels der Entwärmungselemente 5 eine direkte metallische Wärmebrücke zwischen den LED-Leuchtmitteln 1 und dem Kühlkörper 4 gebildet ist, welche eine besonders schnelle Wärmeableitung ermöglicht.
  • Weiterhin umfasst das Lichtmodul 100 das metallische Wärmespreizelement 6, welches von dem Verbundwerkstoff 30 des Trägerkörpers 3 umschlossen ist und zur Verbesserung der lateralen Wärmespreizung innerhalb des Trägerkörpers 3 beiträgt.
  • Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. 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 konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Lichtmodul
    1
    LED-Leuchtmittel
    2
    Leiterbahn
    3
    Trägerkörper
    30
    Verbundwerkstoff
    34
    Fügezone
    4
    Kühlkörper
    41
    Kavität
    5
    Entwärmungselement
    6
    Wärmespreizelement
    D
    Dicke des Trägerkörpers
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102019129591 A1 [0004]
    • DE 102015015276 A1 [0009]
    • DE 102017001013 A1 [0009]

Claims (12)

  1. Lichtmodul (100) für eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung, wenigstens umfassend ein LED-Leuchtmittel (1), metallische Leiterbahnen (2) zur elektrischen Kontaktierung des LED-Leuchtmittels (1), einen Trägerkörper (3), auf welchem das LED-Leuchtmittel (1) und die Leiterbahnen (2) angeordnet sind, und einen metallischen Kühlkörper (4), wobei der Trägerkörper (3) formschlüssig mit dem Kühlkörper (4) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (3) einen elektrisch isolierenden und thermisch leitfähigen Verbundwerkstoff (30) aufweist.
  2. Lichtmodul (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (3) einen elektrischen Isolationswiderstand von mindestens 107 Ω aufweist und/oder der Verbundwerkstoff (30) eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 4 W/mK, bevorzugt mindestens 10 W/mK, aufweist.
  3. Lichtmodul (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff (30) eine Matrix aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus einem Polyamid oder einem anderen teilkristallinen Kunststoff, und metallische, keramische und/oder graphitische Füllstoffe aufweist, wobei die Füllstoffe vorzugsweise eine globulitische Gestalt und eine homogene Verteilung in der Matrix aufweisen.
  4. Lichtmodul (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (3) eine Dicke (D) von 0,5 - 5 Millimeter, vorzugsweise 1 - 3 Millimeter aufweist.
  5. Lichtmodul (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (4) wenigstens ein metallisches Entwärmungselement (5) zur Kontaktierung des wenigstens einen LED-Leuchtmittels (1) aufweist, wobei das Entwärmungselement (5) von der Fügefläche des Kühlkörpers (4) hervorsteht und lateral vom Trägerkörper (3) umschlossen ist, derart, dass mittels des Entwärmungselements (5) eine Wärmebrücke zwischen dem LED-Leuchtmittel (1) und dem Kühlkörper (4) gebildet ist.
  6. Lichtmodul (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtmodul (100) wenigstens ein metallisches Wärmespreizelement (6) umfasst, welches von dem Verbundwerkstoff (30) des Trägerkörpers (3) wenigstens teilweise umschlossen ist.
  7. Lichtmodul (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (3) mit dem Kühlkörper (4) eine Fügezone (34) ausbildet, wobei der Kühlkörper (4) in der Fügezone (34) eine Fügefläche mit mikroskaligen und/oder nanoskaligen Kavitäten (41) aufweist, welche der Verbundwerkstoff (30) des Trägerkörpers (3) unter Bildung einer formschlüssigen Verbindung ausfüllt, vorzugsweise unter Bildung von Hinterschneidungen.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Lichtmoduls (100) für eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, wenigstens umfassend die folgenden Schritte: - Bereitstellen des metallischen Kühlkörpers (100), - Einbringen von mikroskaligen und/oder nanoskaligen Kavitäten (41) in die Fügefläche des Kühlkörpers (4), - Spritzgießen des Trägerkörpers (3) aus dem elektrisch isolierenden und thermisch leitfähigen Verbundwerkstoff (30), wobei der Verbundwerkstoff (30) des Trägerkörpers (3) die Kavitäten (41) in der Fügefläche des Kühlkörpers (4) unter Bildung einer formschlüssigen Verbindung ausfüllt, - Aufbringen der metallischen Leiterbahnen (2) auf den Trägerkörper (3), und - Aufbringen des wenigstens einen LED-Leuchtmittels (1).
  9. Verfahren zur Herstellung eines Lichtmoduls (100) für eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wenigstens umfassend die folgenden Schritte in nicht festgelegter Reihenfolge: - Bereitstellen des metallischen Kühlkörpers (4), - Einbringen von mikroskaligen und/oder nanoskaligen Kavitäten (41) in die Fügefläche des Kühlkörpers (4), - Bereitstellen des Trägerkörpers (3), - Thermisches Direktfügen des Trägerkörpers (3) mit dem Kühlkörper (4), wobei der Verbundwerkstoff (30) des Trägerkörpers (3) die Kavitäten (41) in der Fügefläche des Kühlkörpers (4) unter Bildung einer formschlüssigen Verbindung ausfüllt, - Aufbringen der metallischen Leiterbahnen (2) auf den Trägerkörper (3), und - Aufbringen des wenigstens einen LED-Leuchtmittels (1).
  10. Verfahren zur Herstellung eines Lichtmoduls (100) für eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wenigstens umfassend die folgenden Schritte in nicht festgelegter Reihenfolge: - Bereitstellen des metallischen Kühlkörpers (4), - Einbringen von mikroskaligen und/oder nanoskaligen Kavitäten (41) in die Fügefläche des Kühlkörpers (4), - Bereitstellen einer Trägerfolie aus einem elektrisch isolierenden und thermisch leitfähigen Verbundwerkstoff, - Thermisches Direktfügen der Trägerfolie mit dem Kühlkörper (4), wobei der Verbundwerkstoff der Trägerfolie die Kavitäten (41) in der Fügefläche des Kühlkörpers (4) unter Bildung einer formschlüssigen Verbindung ausfüllt, - Bereitstellen des Trägerkörpers (3), - Thermisches Direktfügen des Trägerkörpers (3) mit der Trägerfolie, und - Aufbringen des wenigstens einen LED-Leuchtmittels (1) und der metallischen Leiterbahnen (2) auf den Trägerkörper (3).
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Direktfügen durch Erwärmen des Trägerkörpers (3) und/oder der Trägerfolie in der Fügezone (34) mittels Laserbestrahlung, mittels Infrarotbestrahlung, mittels konvektiver Wärmezufuhr und/oder mittels einer induktiven oder kontaktierenden Erwärmung des Kühlkörpers (4) durchgeführt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (3) mit daran aufgebrachten metallischen Leiterbahnen (2) und mindestens einem LED-Leuchtmittel (1) bereitgestellt wird.
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