DE10245946C1 - Verfahren zur Herstellung eines Lichtquellenmoduls - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Lichtquellenmoduls

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtquellenmoduls, mit mehreren LEDs auf einem Trägersubstrat (2), wobei erfindungsgemäß ein Vergußrahmen (10) über das Trägersubstrat (2) aufgesetzt wird, so daß die LEDs jeweils in einer Aussparung (11) angeordnet sind und der Vergußrahmen nach dem Aufgießen der Aussparungen (11) mit Vergußmasse wieder entfernt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtquellenmoduls mit mehreren auf einem Trägersubstrat an­ geordneten LEDs.
Aus der DE 100 51 159 A1 ist ein Lichtquellenmodul mit mehre­ ren auf einer Leiterplatte angeordneten LEDs bekannt.
Bei LEDs bzw. oberflächenmontierbaren optoelektronischen Bau­ elementen ist z. B. aus dem Artikel "Siemens SMT-Toplet für die Oberflächenmontage" von F, Möllmer und G. Waitl, Siemens Components 29 (1991, Heft 4, Seiten 147 bis 149) bekannt ei­ nen vorgefertigten elektrischen Leiterrahmen (Leadframe) mit Kunststoffmaterial zu umspritzen. Der Kunststoffrahmen ist mit Aussparungen für die LEDs versehen, welche nach der Mon­ tage der LEDs mit Vergußmasse ausgegossen werden.
Um die Wärme der LEDs abzuführen, ist es bei Lichtquellen mit mehreren LEDs notwendig, an der Unterseite der Leiterplatte einen Kühlkörper anzuordnen. Bei starken Temperaturspannungen kommte es jedoch aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungs­ koeffizienten des Kühlkörpers und des Kunststoffes, mit denen die LEDs umspritzt sind, zu Spannungen, welche zur Beein­ trächtigung bzw. zur Zerstörung des Lichtquellenmoduls führen können.
Aus der WO 99/41785 A1 ist es an sich bekannt, mechanische unerwünschte Spannungen dadurch auszugleichen, dass die Einzel- LEDs durch Abdünnungen des Trägers voneinander getrennt sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtquellenmoduls aufzuzeigen, welches auch starken Temperaturschwankungen Stand hält.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
  • a) ein Vergußrahmen aufgesetzt wird, so daß die LEDs in einer Aussparung des Vergußrahmens angeordnet sind,
  • b) die Aussparungen, in denen die LEDs angeordnet sind, aus­ gegossen werden und
  • c) der Vergußrahmen wieder entfernt wird.
Durch das nachträgliche Entfernen des Vergußrahmens ist ge­ währleistet, daß auch bei Anordnung eines Kühlkörpers in Form eines Metallträgers unterhalb der Trägersubstrate keine Be­ schädigungen der LEDs durch die Wärmeausdehnungen von dem Kühlkörper verursacht wird, da die LEDs durch Luftzwischen­ räume an den Stellen, wo der Vergußrahmen entfernt wurde, be­ abstandet sind.
Der Vergußrahmen weist vorzugsweise an der Unterseite Ab­ dichtwülste auf, so daß beim Aufsetzen des Vergußrahmens z. B. auf zwischen den Trägersubstraten angeordneten Leiterplatten eine hohe Abdichtung zwischen Vergußrahmen und Leiterplatte erzielt wird und es somit nicht zum ungewollten Auslaufen der Vergußmasse beim Vergießen der Aussparungen kommt.
Der Verguß der Aussparungen erfolgt vorzugsweise in zwei Schritten, wobei zuerst mit Reflektormaterial und anschlie­ ßend mit transparentem Material vergossen wird.
Als Reflektormaterial dient vorzugsweise weißes Silikon oder Titanoxid bzw. mit Titanoxid versetztes Epoxidharz oder Sili­ kon und als transparentes Material entweder transparentes Si­ likon oder transparentes Epoxidharz. Je nach Vergußmaterial ist es vorteilhaft, den Vergußrahmen vor jedem neuen Verguß mit einem Antihaftmittel zu versehen.
Weitere Vorteile der Erfindung sind in der nachfolgenden Fi­ gurenbeschreibung offenbart.
In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 ein teilweiser Querschnitt durch ein Lichtquellen­ modul mit aufgesetztem Vergußrahmen,
Fig. 2 die Darstellung gemäß Fig. 1 beim Entfernen des Vergußrahmens,
Fig. 3a und 3b einen Ausschnitt eines Lichtquellenmoduls nach dem ersten Verguß in Seitenansicht und der Ansicht von oben und die
Fig. 4a und 4b die Ansichten gemäß den Fig. 3a und 3b nach dem zweiten Verguß.
Fig. 1 zeigt einen teilweisen Querschnitt durch ein Licht­ quellenmodul mit zwei LEDs. Die LEDs umfassen jeweils opto­ elektronische Bauelemente 1, die über ein Trägersubstrat 2 aus Metall oder einem gut wärmeleitendem Material mit einem Metallträger 3 verbunden.
Die Trägersubstrate 2 sind, wie im linken Trägersubstrat 2 von Fig. 1 dargestellt, aus einer siliziumhaltigen Träger­ schicht 4 und einer darüber angeordneten Siliziumoxidschicht 5 sowie einer über dieser angeordneten Siliziumnitridschicht 6 aufgebaut, wobei die Schichten 5 und 6 als Isolierschicht fungieren.
Zwischen den optoelektronischen Bauelemente 1 sind Leiter­ platten 7 angeordnet, wobei die optoelektronischen Bauelemen­ te über diese Leiterplatten 7 sowie über Verdrahtungen 8 elektrisch angesteuert sind. An der Oberfläche der Trägersub­ strate 2 sind hierzu Metallpads 9 vorgesehen.
Die optoelektronischen Bauelemente 1, die Trägersubstrate 2, die Leiterplatten 7 einschließlich der Verdrahtung 8 sind in der Regel in einer flexiblen Leiterplatte aufgenommen.
Zum Schutz der LEDs vor mechanischer Einwirkung sowie zur Er­ zielung eines Reflektors für bessere Lichtabstrahlung müssen die LEDs vergossen werden.
Hierzu ist, wie in Fig. 1 dargestellt, ein Vergußrahmen 10 auf die Leiterplatte aufgesetzt, wobei der Vergußrahmen 10 jeweils Aussparungen 11 an den Stellen aufweist, an welchen die LEDs angeordnet sind.
Der Vergußrahmen 10 weist an seiner Unterseite elastisch ver­ formbare Dichtwülste 12 auf, so daß eine ideale Abdichtung zur Leiterplatte 7 hin erfolgt.
Ist der Vergußrahmen 10, wie in Fig. 1 dargestellt, aufge­ setzt, erfolgt in einem ersten Verfahrensschritt der Verguß von reflektierender Vergußmasse 13 und in einem zweiten Schritt der Verguß mit klarer Vergußmasse 14.
Die reflektierende Vergußmasse 13 kann entweder weißes Sili­ kon oder auch Titanoxid oder mit Titanoxidpartikeln versetz­ tes Epoxidharz oder Silikon sein. Als klare Vergußmasse fin­ det in der Regel transparentes Silikon bzw. transparentes Epoxidharz Verwendung.
Zur Reflektorwirkung wird die reflektierende Vergußmasse 13 so ausgegossen, daß sich die Oberfläche der reflektierenden Vergußmasse 13 seitlich schräg bzw. konvex von dem Trägersub­ strat 2 nach oben erstreckt.
Fig. 2 zeigt die Ansicht gemäß Fig. 1, wobei in diesem Ver­ fahrensschritt der Vergußrahmen 10 vom Lichtquellenmodul ab­ gehoben wird, so daß die mit Vergußmasse 13, 14 vergossenen LEDs über Luftzwischenräume voneinander beabstandet sind.
Erfolgt der Verguß mit Silikon, ist es zweckmäßig, hier einen weiteren meschanischen Schutz aufzubringen, welcher jedoch nicht formschlüssig mit der Vergußmasse abschließen sollte.
Als Schutz kann ein Reflektor oder ein anderes optisches Ele­ ment verwendet werden. Wird ein Reflektor verwendet, kann der Verguß auch nur mit klarer Vergußmasse erfolgen.
Fig. 3a und 3b zeigen in einer Seitenansicht sowie in einer Ansicht von oben nochmals den Schritt des Einbringens der re­ flektierenden Vergußmasse 13, wobei der Vergußrahmen 10 nicht dargestellt ist.
In Fig. 3b, welcher die Ansicht von oben zeigt, ist zu er­ kennen, daß pro LED vier optoelektronischen Bauelemente 1 an der Oberseite des Trägersubstrates 2 angeordnet sind und die optoelektronischen Bauelemente 1 jeweils separat durch Ver­ drahtungen 8 angesteuert sind.
Fig. 4a und 4b zeigen die Ansicht gemäß Fig. 3a und 3b nach eingebrachter transparenter bzw. klarer Vergußmasse 14.
Insbesondere bei Lichtquellenmodulen für HUD-Systeme (HUD = Head-Up Display) müssen die LEDs in einem Raster angeordnet werden, so daß der Rahmen zwischen den LEDs zu eng und zu steil wäre, als daß durch ihn eine Reflektorwirkung erzielt werden könnte. Somit ist es ohnehin nötig, die LEDs zweistu­ fig, d. h. mit einer reflektierenden Vergußmasse und anschlie­ ßend mit einer klaren Vergußmasse zu vergießen, um eine Re­ flektorwirkung zu erzielen.
Der herkömmlich verwendete Rahmen ist somit nur herstellungs­ technisch notwendig und bringt insbesondere bei mobilem Ein­ satz des Lichtquellenmoduls die Probleme mit sich, daß auf­ grund der unterschiedlichen Temperaturen Wärmespannungen ent­ stehen und es somit zur Beschädigung des Lichtquellenmodules kommen kann.
Durch den einfachen Verfahrensschritt, den Rahmen nicht als Bestandteil des Lichtquellenmodules zu verwenden, sondern als Vergußrahmen, wobei dieser sich zur leichteren Entformung auch nach unten konisch verjüngen kann, ist es möglich, ein Lichtquellenmodul herzustellen, welches auch für den mobilen Einsatz mit starken Temperaturschwankungen geeignet ist.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung eines Lichtquellenmoduls mit mehreren auf einem Trägersubstrat (2) angeordneten LEDs, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) ein Vergußrahmen (10) aufgesetzt wird, so daß die LEDs in einer Aussparung (11) des Vergußrahmens (10) angeordnet sind,
  • b) die Aussparungen (11), in denen die LEDs angeordnet sind, ausgegossen werden,
  • c) der Vergußrahmen (10) wieder entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergußrahmen (10) an der Unterseite Abdichtwülste (12) aufweist und auf zwischen den Trägersubstraten (2) angeordne­ ten Leiterplatten (7) aufgesetzt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verguß in zwei Schritten erfolgt, wobei zuerst reflektie­ rendes Vergußmaterial (13) und danach transparentes Vergußma­ terial (14) vergossen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als reflektierendes Vergußmaterial weißes Silikon oder Ti­ tanoxid oder Titanoxidpartikel versetztes Epoxidharz oder Si­ likon verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als transparentes Material Silikon oder transparentes Epoxid­ harz verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergußrahmen vor jedem Verguß mit Antihaftmittel versehen wird.
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