DE202010000518U1

DE202010000518U1 - Lampe mit einer in einem hermetisch verschlossenen Gehäuse angeordneten LED

Info

Publication number: DE202010000518U1
Application number: DE201020000518
Authority: DE
Original assignee: Turck Holding GmbH
Current assignee: Turck Holding GmbH
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2011-08-09
Anticipated expiration: 2020-04-01

Abstract

Lampe mit einem in einem hermetisch verschlossenen Gehäuse (1, 2, 3) angeordneten lichtemittierenden Bauteil, insbesondere einer Diode (4), wobei das Gehäuse (1, 2, 3) ein erstes, das lichtemittierende Bauteil (4) tragendes Gehäuseteil (1, 2) und ein zweites, von einem transparenten Körper ausgebildetes Gehäuseteil (2, 3) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil (1, 2) über eine Lötverbindung (13, 14) mit dem zweiten Gehäuseteil (2, 3) verbunden ist, wozu das zweite Gehäuseteil (3) zumindest im Bereich der Lötflächen eine Metallisierung (14) ausweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lampe mit einem in einem hermetisch verschlossenen Gehäuse angeordneten lichtemittierenden Bauteil, insbesondere einer Diode, wobei das Gehäuse ein erstes, das lichtemittierende Bauteil tragendes Gehäuseteil und ein zweites, von einem transparenten Körper ausgebildetes Gehäuseteil ausbildet.
Eine Lampe dieser Bauart ist bekannt aus der DE 37 32 075 A1 . Dort wird ein Träger von einer Glaspille gebildet. Diese ist von einem Metallring, der in einer Metallhülse steckt, umgeben. Die Stirnseite der Hülse ist mit einem Glaskörper verschlossen.
Die DE 10 2006 031 589 A1 beschreibt eine Lampe, bei der auf einem flachen Träger aus einem Keramikmaterial Leuchtdioden aufgebracht sind. Die Leuchtdiode ist von einem Reflektor umgeben.
Die DE 10 2005 047 006 A1 beschreibt einen hohlen, kuppelförmigen Glaskörper, der mittels eines Lotes mit einem scheibenförmigen Keramikkörper verbunden ist. Dieses Gehäuse soll eine LED kapseln.
Die DE 20 2009 002 127 U1 beschreibt eine auf dem Boden eines topfförmigen Gehäuses angeordnete Leuchtdiode. Die Gehäuseöffnung ist mit einer Vergussmasse ausgefüllt.
Die DE 10 2005 007 601 A1 beschreibt eine optoelektronische Heterostruktur, die auf einem Träger sitzt, der zumindest oben eine Kunststoffumhüllung aufweist.
Die DE 10 2006 002 539 A1 beschreibt ein Leuchtdiodenbauteil, bei dem die auf einem Sockel sitzende LED abgedeckt ist. Die Abdeckung besteht aus Siliziumkautschuk.
Die DE 20 308 837 U1 beschreibt ein LED-Modul, bei dem die LED in einem topfförmigen Gehäuse sitzt, welches von einem Glaskörper verschlossen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gebrauchsvorteilhaft weitergebildete Lampe anzugeben.
Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung.
Zunächst und im Wesentlichen ist vorgesehen, dass das erste Gehäuseteil über eine Lötverbindung mit dem zweiten Gehäuseteil verbunden ist. Hierzu besitzt das zweite Gehäuseteil zumindest im Bereich der Lötflächen eine Metallisierung. Das erste Gehäuseteil kann aus Keramik bestehen. Bevorzugt besteht das erste Gehäuseteil aus einem sogenannten Hybrid, und insbesondere aus Aluminiumoxid. Das erste Gehäuseteil kann einteilig oder zweiteilig ausgebildet sein. Besteht das erste Gehäuseteil im Bereich der Lötverbindung zum zweiten Gehäuseteil aus einem keramischen Werkstoff, so besitzt es im Bereich der Lötfläche eine Metallisierung. Die Metallisierung des ersten Gehäuseteils kann mit der Metallisierung des zweiten Gehäuseteils verlötet werden Das erste Gehäuseteil kann einen Träger und einen mit dem Träger versinterten oder verlöteten, die LED in einer Rahmenöffnung aufnehmenden Rahmen aufweisen. Dieser Rahmen kann dann mit dem zweiten Gehäuseteil verlötet sein. Die Erfindung betrifft somit eine Lampe, bei der eine Hochleistungs-LED derart hermetisch dicht gekapselt ist, dass ein mit einer derartigen Lampe ausgerüstetes medizinisches Gerät dampfsterilisierbar ist. Der Rahmen kann aus Metall, insbesondere Messing, oder aber auch aus Keramik bestehen. Besteht der Rahmen aus Metall, so kann er mit einer Metallisierung des Trägers verlötet sein. Besteht der Rahmen aus Keramik, so ist der Rahmen bevorzugt mit dem Träger versintert. Hierzu wird auf den Rahmen und auf den Träger im Bereich der Verbindungszone eine Glaspartikel-aufweisende Paste aufgetragen. Nach dem Trocknen der Paste können die beiden Teile miteinander versintert werden, was bei Temperaturen von etwa 850° erfolgt. Besteht der Rahmen aus Metall, so wird auf den Träger eine Metallisierung aufgebracht. Dies erfolgt durch Aufbringen einer Glaspartikel- und Metallpartikel-aufweisenden Paste. Nach Trockenen dieser Paste kann der Träger temperaturbehandelt werden, so dass eine Metallinierung stattfindet. Es entsteht eine poröse, von den Glaspartikeln gebildete Matrix, deren Hohlräume mit Metall ausgefüllt ist. Diese Metallisierung dient der Lötverbindung mit dem Rahmen. Es ist aber auch vorgesehen, dass das zweite Gehäuseteil materialeinheitlich einen Rahmen ausbildet, der mit dem im Wesentlichen flachen ersten Gehäuseteil verlötet ist. Das zweite Gehäuseteil kann aus einem Glas, einem Quarz oder einem anderen durchscheinenden oder durchsichtigen Werkstoff bestehen. Dieser lichtdurchlässige Körper kann von einer flachen Scheibe gebildet sein. Es kann sich aber auch um einen Formkörper handeln. Der Formkörper, der das zweite Gehäuseteil ausbildet, kann eine Höhlung aufweisen, die zur Aufnahme der Leuchtdiode dient. Es ist aber auch vorgesehen, dass das erste Gehäuseteil materialeinheitlich den Träger und einen einen Hohlraum umgebenden Rahmen ausbildet. Das Gehäuse kann von einer ungesinterten Keramik vorgeformt sein, die dann bei hohen Temperaturen ausgehärtet wird. In einer weiteren Variante ist vorgesehen, dass das zweite Gehäuseteil einen lichtdurchlässigen Durchscheinabschnitt aufweist, der als Linse geformt und/oder mit einem luminiszierenden bzw. phosphorisierenden Stoff beschichtet ist In der ersten Variante besitzt der das zweite Gehäuseteil ausbildende transparente Körper eine gewölbte Oberfläche. Gehäuseinnenseitig kann zumindest der Durchscheinabschnitt des transparenten Körpers mit einem phosphorisierenden bzw. luminisizierenden Stoff beschichtet sein, der die Eigenschaft hat, blaues Licht oder ultraviolettes Licht in weißes Licht zu transformieren. Der Träger kann ein rechteckiger Keramikkörper sein, der von einer größeren Tafel herausgebrochen wird, wobei in der Tafel gitterartige Rillen eingebracht sind, die als Sollbruchstellen wirken. Auch der Rahmen kann von einem flachen, eine rechteckige Umrisskontur aufweisenden Keramikkörper ausgebildet sein, in den mittels eine Laserstrahls oder anderweitig eine Rahmenhöhlung eingearbeitet wird. Der Rahmen besitzt bevorzugt zwei voneinander wegweisende Stirnflächen. Mit einer der beiden Stirnflächen ist der Rahmen mit dem Träger beispielsweise über eine glasartige Verbindungszone verbunden und mit der anderen Stirnfläche ist der Rahmen mit dem transparenten, einen Deckel ausbildenden Körper über eine Lötverbindung verbunden. Die elektrischen Zuleitungen zu der Leuchtdiode werden von Leiterbahnen gebildet. Innerhalb der Gehäusehöhlung befindet sich auf der Oberfläche des Trägers eine erste Kontaktfläche, auf der das optische Halbleiterbauelement insbesondere in Form einer LED sitzt. Das optoelektronische Bauelement ist mit einem Bonddraht mit einer zweiten Kontaktfläche des Trägers verbunden. Die Leiterbahnen kreuzen die Verbindungszone zwischen Träger und Rahmen. Besteht die Verbindung zwischen Träger und Rahmen aus einer Lötverbindung, so besteht zwischen der Metallisierung des Trägers und den Leiterbahnen im Kreuzungspunkt eine Isolierung in Form einer Zwischenschicht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels,
2 die Frontansicht des ersten Ausführungsbeispiels,
3 einen Schnitt gemäß der Linie III-III in 2,
4a einen mit Leiterbahnen und einer Verbindungszone strukturierten Träger,
4b die mit dem Träger 1 zu verbindende Stirnseite eine Rahmens 2,
4c die mit dem Deckel zu verbindende Stirnseite des Trägers 2,
4d den Träger 1 mit aufgesintertem Rahmen 2,
5a den Träger 1 mit aufgesintertem Rahmen 2, und auf der Kontaktfläche 6 aufgelöteten und mit einem Bonddraht 10 mit der Kontaktfläche 7 verbundenen LED 4,
5b den Deckel 3 in Draufsicht auf die mit der Stirnseite 2, 2' des Rahmens zu verbindenden Oberfläche,
6 eine Schnittdarstellung der fertig montierten Lampe,
7 eine perspektivische aufgebrochene Darstellung einer Lampe eines zweiten Ausführungsbeispiels, bei dem die Gehäusedecke als Linse ausgebildet ist und der Durchscheinabschnitt 15 mit einem Phosphor belegt ist.
Das in den 1 bis 6 dargestellte Ausführungsbeispiel besteht im Wesentlichen aus drei Teilen. Ein Träger 1 und ein Rahmen 2 bilden ein erstes Gehäuseteil, welches mit einem Deckel 3, der aus Glas besteht, verbunden ist. Der Träger 1 besteht aus einem rechteckigen flachen Keramikkörper, der auf einer seiner beiden Breitseiten eine aufgesinterte Struktur aufweist. In Dickschicht-Technologie werden zwei Leiterbahnen 5, 8 auf die Trägeroberfläche aufgebracht. Dies kann durch Drucken erfolgen. Eine Glaspartikel und Metallpartikel aufweisende Paste wird auf die Oberfläche des Trägers aufgedruckt und bildet eine erste Kontaktfläche 6, die sich etwa in der Mitte der Breitseite des Trägers 1 befindet und eine zweite, unmittelbar dazu benachbarte Kontaktfläche 7 aus.
Die beiden Kontaktflächen 6, 7 sind von einem ebenfalls aufgedruckten Ring 11 umgeben. Der Ring beinhaltet Glasteilchen und bildet den Werkstoff aus, mit dem ein Rahmen 2 mit dem Träger 1 verbunden werden kann.
Der Rahmen 2 besitzt ebenfalls eine rechteckige Umrisskontur, aber eine zentrale, kreisrunde Öffnung 9. Eine erste Stirnseite 2' des Rahmens 2 trägt eine Ringstruktur 12, die aus demselben Material wie die Ringstruktur 11 besteht, auch sie beinhaltet schmelzbare Glaspartikel.
Die gegenüberliegende, in der 4c dargestellte Breitseitenfläche 2, 2' des Rahmens 2 trägt ebenfalls eine ringförmige Struktur, die jedoch zusätzlich zu den Glaspartikeln Metallpartikel trägt.
Der Rahmen 2 wird mit seiner Stirnseite 2' auf die strukturierte Oberfläche des Trägers 1 gebracht, so dass die ringförmige Struktur 12 auf der ringförmigen Struktur 11 liegt. Anschließend wird diese Baueinheit bei Temperaturen um etwa 850° einem Sinterprozess unterworfen, bei dem die Glasbestandteile der aufgedruckten Strukturen 5, 6, 7, 8, 11, 12 und 13 zu einer porösen Matrix zerfließen bzw. die Glaspartikel der ringförmigen Strukturen 11, 12 miteinander versintern. Das Ergebnis ist die in 4d dargestellte Struktur eines ersten Gehäuseteils, welches einen Hohlraum 9 ausbildet, auf dessen Boden zwei Kontaktflächen 6, 7 ausgebildet sind, die mittels Leiterbahnen 5, 8 nach außen elektrisch verbunden sind.
In einem weiteren Verfahrensschritt, der in der 5a dargestellt ist, wird auf die Kontaktfläche 6 ein LED-Chip 4 gebondet. Eine auf der nach oben weisenden Oberfläche des LED-Chips 4 angeordnete Elektrode wird über einen Bonddraht 10 mit der Kontaktfläche 7 verbunden. Dabei kann die Kathode mit einem Leitkleber auf der Kontaktfläche 6 angeklebt sein. Die Anode kann mit einem Draht gebondet sein. Kathode bzw. Anode können aber auch vertauscht werden. Alternativ dazu können Kathode oder Anode aber auch jeweils gesondert über einen Draht gebondet werden. Der LED-Chip ist dann beispielsweise mit einem Wärmeleitkleber mit dem Gehäuseboden verbunden. Er ist dann thermisch leitend geklebt. Er kann auch als Flip Chip verarbeitet sein.
Die 5b zeigt einen aus Glas bestehenden Deckel 3, der eine rechteckige Umrisskontur aufweist und der eine kreisförmige Metallisierung 14 besitzt. Die Metallinierung 14 wird auch hier in Dickschichttechnologie aufgebracht, indem zunächst eine Metallpartikel und Glaspartikel enthaltende Paste aufgedruckt wird. Die Metallisierung auf Glas kann entweder als Dickschicht, bevorzugt aber als Dünnschicht, ausgebildet sein. Die Metallisierung kann auch aufgesputtert sein. Nach dem Trocknen und Entweichen des Lösemittels der Paste wird die so vorbehandelte Glasplatte temperiert, so dass die Glaspartikel eine innige Verbindung mit dem Glaskörper des Deckels 3 eingehen und die sich dadurch gebildete Matrix mit dem geschmolzenen Metall füllt, welches beim Erkalten des Deckels 3 erstarrt.
In einem letzten Fertigungsschritt wird der Glasdeckel 3 mit seiner Breitseite 3', die die Metallisierung 14 trägt, auf die Stirnfläche 2, 2' des Rahmens 2 gebracht. Durch Wärmebeaufschlagung verlöten die beiden Metallringe miteinander. Gegebenenfalls wird hierzu ein Lot verwendet, welches auf eine der beiden Metallisierungen aufgebracht wird.
In den Darstellungen des ersten Ausführungsbeispiels ist der Glasdeckel als flache Scheibe dargestellt. Das in der 7 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt den Deckel 3 als gewölbte Struktur, so dass zumindest der Durchscheinabschnitt 15 als Linse wirkt.
Mit der Bezugsziffer 16 ist dort eine Beschichtung auf der Deckelinnenseite bezeichnet. Die Beschichtung besteht aus einem Phosphor, der in der Lage ist, das vom LED-Chip 4 emittierte Licht zu modifizieren. Der Phosphor ist in der Lage, blaues oder ultraviolettes Licht in sichtbares Licht zu transformieren.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Durchscheinabschnitt 15 aufgerauht ist, so dass die Lampe Streulicht absendet.
Es wird als vorteilhaft angesehen, dass sämtliche Fertigungsschritte zur Fertigung des gesinterten Gehäuses, bei denen Temperaturen von etwa 850° auftreten können, vor dem Montieren des Halbleiterbauelementes erfolgen. Nach der Montage des Halbleiterbauelementes findet lediglich eine Verlötung, beispielsweise des Deckels 3 auf den Rahmen 2 bei Temperaturen im Bereich von etwa 250° statt.
Beim Ausführungsbeispiel besitzt die Lampe eine LED bzw. mehrere auf einem Chip angeordnete LEDs. Es ist aber auch möglich, innerhalb der Rahmenöffnung 9 auf dem Träger eine Mehrzahl von LEDs, beispielsweise in Form eines Arrays anzuordnen. Die einzelnen LEDs können in Reihe geschaltet oder parallel zueinander geschaltet sein. Sie können aber auch sowohl in Reihe, als auch parallel zueinander geschaltet sein. Parallel zueinander geschaltete LEDs können jeweils einen in Reihe geschalteten Trimmwiderstand aufweisen, so dass die LEDs in einem aktiven Trimmvorgang auf gleiche Leistung gebracht werden können. Dies erfolgt im Wesentlichen dadurch, dass die Trimmwiderstände so abgeglichen werden, dass die Ströme in allen Zweigen des Arrays gleich groß sind.
Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen. Die Unteransprüche charakterisieren in ihrer fakultativ nebengeordneten Fassung eigenständige erfinderische Weiterbildung des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse(-teil), Träger
2: Gehäuse(-teil), Rahmen
2': Stirnfläche
2'': Stirnfläche
3: Gehäuse(-teil), Deckel
4: Diode, LED(-Chip)
5: Leiterbahnen, Strukturen
6: Kontaktfläche
7: Kontaktfläche, Kontaktträger
8: Leiterbahnen
9: Rahmenöffnung, Hohlraum
10: Bonddraht
11: Ring, Ringstruktur, Verbindungszone
12: Ringstruktur, Verbindungszone
13: Lötverbindung, Metallisierung
14: Lötverbindung, Metallisierung
15: Lichtdurchtrittsöffnung
16: Beschichtung (auf der Deckelinnenseite)

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 3732075 A1 [0002]
DE 102006031589 A1 [0003]
DE 102005047006 A1 [0004]
DE 202009002127 U1 [0005]
DE 102005007601 A1 [0006]
DE 102006002539 A1 [0007]
DE 20308837 U1 [0008]

Claims

Lampe mit einem in einem hermetisch verschlossenen Gehäuse (1, 2, 3) angeordneten lichtemittierenden Bauteil, insbesondere einer Diode (4), wobei das Gehäuse (1, 2, 3) ein erstes, das lichtemittierende Bauteil (4) tragendes Gehäuseteil (1, 2) und ein zweites, von einem transparenten Körper ausgebildetes Gehäuseteil (2, 3) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil (1, 2) über eine Lötverbindung (13, 14) mit dem zweiten Gehäuseteil (2, 3) verbunden ist, wozu das zweite Gehäuseteil (3) zumindest im Bereich der Lötflächen eine Metallisierung (14) ausweist.
Lampe nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil (1, 2) aus Keramik, insbesondere Aluminiumoxid besteht und im Bereich der Lötfläche eine Metallisierung (13) aufweist.
Lampe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil einen Träger (1) und einen mit dem Träger (1) versinterten oder verlöteten, das lichtemittierende Bauteil (4) in einer Rahmenöffnung (9) aufnehmenden Rahmen (2) aufweist, mit dem das zweite Gehäuseteil (3) verlötet ist.
Lampe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (2) aus Metall, insbesondere Messing oder Keramik besteht.
Lampe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gehäuseteil (2, 3) materialeinheitlich einen Rahmen (2) ausbildet, der mit dem im Wesentlichen flachen ersten Gehäuseteil (1) verlötet ist.
Lampe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gehäuseteil (3) eine mit einem Phosphor beschichteten und/oder zu einer Linse gewölbten Lichtdurchtrittsöffnung (15) ausbildet.
Lampe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung (13, 14) durch Aufbrennen einer Metall- und Glaspartikel enthaltenden Paste gefertigt ist.
Lampe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1) und der Rahmen (2) eine glasartige Verbindungszone (11, 12) aufweisen, an der Träger (1) und Rahmen (2) miteinander versintert sind.
Lampe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (2) zwei voneinander wegweisende Stirnflächen (2', 2'') aufweist, von denen eine (2') mit dem zweiten Gehäuseteil (3) und die andere mit dem flachen Träger (1) verbunden ist.
Lampe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Zuleitungen zu der auf einer ersten Kontaktfläche (6) des Trägers sitzenden lichtemittierenden Diode (4) und mit einem zweiten Kontaktträger (7) des Trägers mit einem Bonddraht (10) verbundene lichtemittierende Diode (4) durch die Verbindungszone zwischen Träger (1) und Rahmen (2) verlaufende und dort eingesinterte Leiterbahnen (5, 8) sind.