DE202013007592U1 - Halbleiterlampe mit Wärmeleitkörper zwischen Treiber und Treibergehäuse - Google Patents

Abstract

Halbleiterlampe (1) mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle (9), aufweisend – ein Treibergehäuse (3) mit einer Treiberkavität (21) – einen in der Treiberkavität (21) untergebrachten Treiber (4) und – einen lokalen wärmeleitenden Körper (22, 23, 24), welcher einen Teil des Treibers (4) mit einem Teil des Treibergehäuses (3, 5) wärmeleitend verbindet, wobei – der lokale wärmeleitende Körper (22, 23, 24) aus einem Wärmeleitmaterial (25) von beim Einfüllen in die Treiberkavität (21) formhaltend pastenartiger Konsistenz besteht.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Halbleiterlampe mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle, aufweisend ein Treibergehäuse mit einer Treiberkavität, einen in der Treiberkavität untergebrachten Treiber und einen lokalen wärmeleitenden Körper, welcher einen Teil des Treibers mit einem Teil des Treibergehäuses wärmeleitend verbindet. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf Retrofitlampen, z. B. auf Lampen für PAR-Scheinwerfer, insbesondere PAR 16, oder auf Halogenlampen-Retrofitlampen vom Typ MR, insbesondere MR 16.
• Der Treiber bisheriger LED-Retrofitlampen besitzt aufgrund einer inhomogenen Leistungsverteilung seiner Treiberbauteile bestimmte Treiberbauteile oder Stellen, welche im Betrieb besonders heiß werden können (sog. „Hotspots”). Die Treiberbauteile, welchen solchen Hotspots zugeordnet sind, können die Lebensdauer der gesamten Halbleiterlampe bestimmen, da bei ihrem Ausfall aufgrund einer Überhitzung die Halbleiterlampe nicht mehr betreibbar ist.
• Derzeit wird der Treiber in das Treibergehäuse eingeführt und, wenn aus thermischer Sicht als notwendig erachtet, im eingebauten Zustand mit Vergussmasse (sog. „Pottingmaterial”) für einen besseren Wärmeübergang von dem Treiber zu dem Treibergehäuse gefüllt. Als Pottingmaterial wird meist ein 2-Komponenten-Material verwendet, welches nach dem Mischen der Einzelkomponenten noch flüssig verarbeitet werden kann, um das Treibergehäuse aufzufüllen, und mit der Zeit zu einer festen Masse aushärtet. Das Aushärten geschieht typischerweise bei Raumtemperatur (25°C) für ungefähr 8 Stunden oder bei 80°C in einem Ofen für ungefähr 30 Minuten.
• Nachteil hierbei ist ein relativ großes Volumen an Pottingmaterial, das verwendet wird, um die wärmsten Komponenten ausreichend zu kühlen. Zudem ist dieses Pottingverfahren nur mit großem Aufwand und langer Ausheizstrecke in eine Linienfertigung zu integrieren.
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine verbesserte Möglichkeit zur Entwärmung eines Treibers einer Halbleiterlampe, insbesondere LED-Lampe, bereitzustellen.
• Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
• Die Aufgabe wird gelöst durch eine Halbleiterlampe mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle, aufweisend ein Treibergehäuse mit einer Treiberkavität, einen in der Treiberkavität untergebrachten Treiber, und mindestens einen lokalen wärmeleitenden Körper, welcher einen Teil des Treibers mit einem Teil des Treibergehäuses wärmeleitend verbindet, wobei der lokale wärmeleitende Körper aus einem Wärmeleitmaterial von beim Einfüllen in die Treiberkavität formhaltend pastenartiger Konsistenz besteht.
• Die Treiberkavität ist insbesondere ein Hohlraum innerhalb des Treibergehäuses zur Aufnahme des Treibers.
• Der Treiber dient insbesondere dazu, eine Versorgungsspannung der Halbleiterlampe, z. B. eine eingehende Wechselspannung, in für einen Betrieb der mindestens einen Halbleiterlichtquelle geeignete elektrische Signale umzuwandeln, z. B. gleichzurichten und/oder, falls anwendbar, eine Kompatibilität mit möglichen Vorschaltgeräten und/oder Dimmern zu gewährleisten. Der Treiber weist dazu mindestens ein Treiberbauteil auf. Der Treiber mag beispielsweise eine Leiterplatte oder Platine aufweisen, auf welcher ein oder mehrere Treiberbausteine angeordnet sind, die z. B. zumindest einen Teil einer Treiberelektronik bilden können. Ein Treiberbauteil mag insbesondere ein elektrisches Bauteil (z. B. ein Kondensator) und/oder ein elektronisches Bauteil (z. B. ein Mikrocontroller, ASIC oder FPGA) des Treibers sein. Jedoch mögen zu dem Treiber auch Treiberbauteile gehören, die nicht auf der Leiterplatte angeordnet sind.
• Ein lokaler oder lokalisierter wärmeleitender Körper ist insbesondere ein Körper aus dem Wärmeleitmaterial, welcher den Treiber nicht ausfüllt oder nicht von dem Boden aus auffüllt, sondern nur lokal begrenzt oder lokalisiert in dem Treibergehäuse vorhanden ist. Der lokale wärmeleitende Körper stellt eine thermische Brücke zwischen einem beliebigen Teilbereich des Treibers und einem beliebigen Teilbereich des (kühleren) Treibergehäuses her, ohne das Treibergehäuse zu füllen. Der lokale wärmeleitende Körper kontaktiert dazu diese beiden Teilbereiche. Insbesondere mag der lokale wärmeleitende Körper eine thermische Brücke zwischen einem beliebigen Teilbereich des Treibers und einem diesem gegenüberliegenden Teilbereich des Treibergehäuses herstellen, da so ein besonders geringes Volumen des Körpers erreichbar ist.
• Mindestens ein lokaler wärmeleitender Körper mag insbesondere einen Teilbereich einer Seite einer Leiterplatte des Treibers mit einem Teilbereich des Treibergehäuses verbinden. Der Teilbereich der Seite der Leiterplatte mag z. B. einen oder mehrere Treiberbauteile umfassen. Dies ermöglicht eine besonders effektive Wärmeableitung von diesem Teilbereich.
• Mindestens ein lokaler wärmeleitender Körper mag eine ganze (bestückte oder unbestückte) Seite einer Leiterplatte des Treibers mit einem Teilbereich des Treibergehäuses verbinden. Dies ermöglicht eine vergleichsweise gleichmäßige Entwärmung der ganzen Seite.
• Dass der lokale wärmeleitende Körper aus einem Wärmeleitmaterial von beim Einfüllen in die Treiberkavität formhaltend pastenartiger Konsistenz besteht, bedeutet insbesondere, dass das Wärmeleitmaterial mit oder nach dem Einfüllen nicht wegfließt, sondern zumindest im Wesentlichen lokal dort verbleibt, wo es eingebracht worden ist. Gegebenenfalls kann es durch ausreichend große mechanische Kräfte verformt werden. Das Wärmeleitmaterial mit formhaltend pastenartiger Konsistenz mag auch als ein hochviskoses formhaltendes Material bezeichnet werden.
• Diese Halbleiterlampe weist den Vorteil auf, dass der lokale wärmeleitende Körper an grundsätzlich beliebiger Stelle formhaltend oder formwahrend in dem Treibergehäuse angebracht werden kann. Es ist so eine gezielte lokale Anbindung von Treiberbereichen oder einzelnen Treiberbausteinen bzw. Komponenten möglich. Dadurch wird weniger Wärmeleitmaterial benötigt, was Kosten spart. Durch die formhaltende Eigenschaft des Wärmeleitmaterials ist zudem eine Weiterverarbeitung sofort möglich, insbesondere auch im Rahmen einer durchlaufenden Fertigungslinie oder Linienfertigung. Der lokale, wärmeleitende Körper ermöglicht eine große Temperaturreduzierung an damit verbundenen Treiberbauteilen, was eine längere Lebensdauer der Halbleiterlampe ermöglicht.
• Bevorzugterweise umfasst die mindestens eine Halbleiterlichtquelle mindestens eine Leuchtdiode. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtdioden können diese in der gleichen Farbe oder in verschiedenen Farben leuchten. Eine Farbe kann monochrom (z. B. rot, grün, blau usw.) oder multichrom (z. B. weiß) sein. Auch kann das von der mindestens einen Leuchtdiode abgestrahlte Licht ein infrarotes Licht (IR-LED) oder ein ultraviolettes Licht (UV-LED) sein. Mehrere Leuchtdioden können ein Mischlicht erzeugen; z. B. ein weißes Mischlicht. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mindestens einen wellenlängenumwandelnden Leuchtstoff enthalten (Konversions-LED). Der Leuchtstoff kann alternativ oder zusätzlich entfernt von der Leuchtdiode angeordnet sein (”Remote Phosphor”). Die mindestens eine Leuchtdiode kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten Leuchtdiode oder in Form mindestens eines LED-Chips vorliegen. Mehrere LED-Chips können auf einem gemeinsamen Substrat (”Submount”) montiert sein. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, z. B. mindestens einer Fresnel-Linse, Kollimator, und so weiter. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen Leuchtdioden, z. B. auf Basis von InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z. B. Polymer-OLEDs) einsetzbar. Alternativ kann die mindestens eine Halbleiterlichtquelle z. B. mindestens einen Diodenlaser aufweisen. Auch dem mindestens einen Diodenlaser mag ein wellenlängenumwandelnder Leuchtstoff nachgeschaltet sein, z. B. in einer LARP(„Laser Activated Remote Phosphor”)-Anordnung.
• In dem Treibergehäuse können ein oder mehrere solcher lokalen wärmeleitfähigen Körper vorhanden sein, insbesondere voneinander beabstandet.
• Unter einem Wärmeleitmaterial kann insbesondere ein Material verstanden werden, das im betriebsbereiten Zustand eine Wärmeleitfähigkeit λ aufweist, die größer ist als die Wärmeleitfähigkeit λL = 0,0262 W/(m·K) von Luft. Die Wärmeleitfähigkeit λ des Wärmeleitmaterials mag insbesondere mindestens 0,03 W/(m·K), insbesondere mindestens 0,05 W/(m·K), insbesondere mindestens 0,1 W/(m·K) betragen.
• Die Wärmeleitfähigkeit λ des Wärmeleitmaterials mag insbesondere im betriebsbereiten Zustand eine Wärmeleitfähigkeit λ von mindestens 0,35 W/(m·K), insbesondere von mindestens 0,5 W/(m·K), insbesondere von mindestens 0,75 W/(m·K), insbesondere von mindestens 1 W/(m·K), insbesondere von mindestens 1,5 W/(m·K), insbesondere von mindestens 1,75 W/(m·K), aufweisen. Dies erreicht den Vorteil einer besonders effektiven Wärmeableitung bei guter Handhabbarkeit und Formstabilität.
• Es ist noch eine Ausgestaltung, dass das Wärmeleitmaterial ein nicht aushärtendes Material ist. Dies weist den Vorteil auf, dass die Halbleiterlampe unmittelbar nach dem Einfüllen des Wärmeleitmaterials weiterverarbeitet werden kann und nicht auf ein Aushärten gewartet zu werden braucht.
• Es ist eine Weiterbildung insbesondere für den Fall eines nicht aushärtenden Wärmeleitmaterials, dass seine dynamische Viskosität beim Einfüllen („Anfangsviskosität” νA) bei mindestens 175 Pascalsekunden, Pa·s, liegt. Für das nicht aushärtende Wärmeleitmaterial entspricht dies auch zumindest ungefähr dem Wert in seinem im betriebsbereiten Endzustand („Endviskosität” νE).
• Das nicht aushärtende Wärmeleitmaterial mag insbesondere ein einkomponentiges Material sein, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
• Das nicht aushärtende Wärmeleitmaterial mag z. B. Knetmasse, Kleber oder Silikon sein.
• Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass das Wärmeleitmaterial ein aushärtendes bzw. sich nach Einbringung in die Treiberkavität weiter verfestigendes Material ist. Dies weist den Vorteil auf, dass durch die niedrigere Anfangsviskosität νA eine Einbringung in die Treiberkavität erleichtert wird und/oder eine höhere Endviskosität νE oder sogar ein praktisch nichtviskoser, fester Endzustand erreichbar ist. Das aushärtende Material härtet insbesondere am Ort seiner Einbringung oder Einfüllung aus („Cure-in-Place”). Aufgrund seines vergleichsweise geringen Volumens härtet es schneller aus als ein die Treiberkavität voll auffüllendes Vergussmaterial.
• Das aushärtende oder sich verfestigende Wärmeleitmaterial mag ein durch Verflüchtigung bestimmter Inhaltsstoffe (z. B. von Lösungsmittel(n), Weichmachern usw.) aushärtendes Material sein.
• Die oben beschriebenen Arten der Aushärtung mögen z. B. bei Raumtemperatur oder bei einer erhöhten Temperatur (z. B. zwischen 60°C und 100°C) durchgeführt werden. Ein solches aushärtendes Wärmeleitmaterial mag z. B. Kleber sein.
• Das aushärtende Wärmeleitmaterial mag auch ein durch Abkühlung aushärtendes bzw. sich verfestigendes Material sein, z. B. mindestens ein thermoplastischer Kunststoff oder ein Schmelzkleber. Dies weist den Vorteil auf, dass die Verfestigung sehr schnell geschieht und zudem die Anfangsviskosität νA gezielt einstellbar ist, z. B. durch Einstellung der Schmelztemperatur.
• Das aushärtende Wärmeleitmaterial mag ferner ein Material sein, welches durch chemische Reaktionen der Komponenten aushärtet bzw. sich verfestigt, z. B. durch Polyaddition, Polykondensation und/oder Polymerisation. Insbesondere ein solches chemisch aushärtendes Wärmeleitmaterial mag ein mehrkomponentiges Material sein, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Das mehrkomponentige Material mag beispielsweise als eine erste Komponente ein auszuhärtender Grundmaterial und als eine zweite Komponente einen Härter aufweisen.
• Es ist auch eine Weiterbildung, dass die dynamische Anfangsviskosität νA des aushärtenden Wärmeleitmaterials mindestens 100 Pascalsekunden beträgt, um die Formhaltung oder Formstabilität bei Einfüllen sicher zu erreichen.
• Es ist noch eine Weiterbildung, dass die dynamische Endviskosität νE des aushärtenden oder nicht-aushärtenden Wärmeleitmaterials mindestens 175 Pascalsekunden, insbesondere mindestens 200 Pascalsekunden, insbesondere mindestens 225 Pascalsekunden, insbesondere mindestens 250 Pascalsekunden, beträgt.
• Es ist zur sicheren Beibehaltung eines Kontakts zu dem elektrischen und/oder elektronischen Bauteil als auch zu dem Treibergehäuse unter einem breiten Bereich von Temperaturen vorteilhaft, dass das Wärmeleitmaterial eine Endviskosität νE von nicht mehr als 400 Pascalsekunden aufweist, insbesondere von nicht mehr als 350 Pascalsekunden, insbesondere von nicht mehr als 325 Pascalsekunden, insbesondere von nicht mehr als 300 Pascalsekunden. Denn so kann das Wärmeleitmaterial bzw. der daraus bestehende lokale wärmeleitende Körper wärmebedingten Dehnungen des Treibergehäuses sicher folgen.
• Grundsätzlich mag ein lokaler wärmeleitender Körper mehrere Treiberbauteile bedecken bzw. kontaktieren. Dies weist den Vorteil auf, dass so eine verbesserte Entwärmung vieler Treiberbauteile ermöglicht wird.
• Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass der lokale wärmeleitende Körper genau ein Treiberbauteil und das Treibergehäuse kontaktiert. Dies hat den Vorteil, dass Wärme von dem so durch den Körper bzw. das Wärmeleitmaterial bedeckten bzw. kontaktierten Bauteil besonders effektiv ableitbar ist. Diese Ausgestaltung ist insbesondere vorteilhaft zur Entwärmung von wärmekritischen Treiberbauteilen („Hotspots”), welche besonders wärmeempfindlich sind und/oder welche im Betrieb besonders viel Wärme erzeugen. Diese Ausgestaltung ist beispielsweise sowohl anwendbar auf Treiberbauteile, welche auf einer Leiterplatte des Treibers befestigt sind, als auch auf Treiberbauteile, welche sich nicht auf der Leiterplatte des Treibers befinden. Bei Treiberbauteilen, welche sich nicht auf der Leiterplatte des Treibers befinden, kann der lokale wärmeleitende Körper auch als Befestigungsmittel dienen, z. B. als Haftmittel. Jedoch können auch mehrere sich nicht auf der Leiterplatte des Treibers befindliche Treiberbauteile mittels eines lokalen wärmeleitenden Körpers mit dem Treibergehäuse verbunden sein.
• Das Treibergehäuse mag insbesondere mindestens ein erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil aufweisen. Das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil mögen insbesondere separat bereitgestellte Bauteile sein. Dies erleichtert eine Unterbringung des Treibers.
• Das erste Gehäuseteil des Treibergehäuses mag insbesondere ein unteres Gehäuseteil sein, welches vorderseitig offen ist und rückwärtig mindestens einen elektrischen Anschlusskontakt zum Anschluss an eine Fassung aufweist. Der mindestens eine elektrische Anschlusskontakt mag, insbesondere zusammen mit einem Teil des unteren Gehäuseteils, einen Teil eines Sockels oder Sockelbereichs der Halbleiterlampe darstellen. Der Sockel mag z. B. als ein herkömmlicher Sockel ausgebildet sein, z. B. als ein Edison-Sockel (z. B. vom E-Typ wie E 14 oder E27), als ein Steck- oder Bipin-Sockel (z. B. vom GU-Typ wie GU5.3 oder GU10), als ein Bajonett-Sockel (z. B. vom Typ BC, B22 oder B22d) oder als ein Röhrensockel (z. B. vom Typ G5 oder G13) ausgebildet sein. Ein elektrischer Anschlusskontakt mag also z. B. ein Anschlussstift oder Anschluss-Pin sein, z. B. für einen Sockel vom GU-Typ.
• Das untere Gehäuseteil bzw. dessen vorderseitige Öffnung mag insbesondere durch das zweite Gehäuseteil verschließbar oder abdeckbar sein. Dazu ist das zweite Gehäuseteil bevorzugt als oberes Gehäuseteil oder Deckel ausgebildet. Der Deckel mag insbesondere mindestens eine Durchführung, z. B. einen Kabelkanal, zum Durchführen von elektrischen Leitungen von dem Treiber zu der mindestens einen Halbleiterlichtquelle aufweisen. Der Deckel mag an seiner vorderen, dem unteren Treibergehäuse abgewandten Seite insbesondere eine plane Auflagefläche aufweisen, beispielsweise für einen Kühlkörper (falls vorhanden) oder für ein die Halbleiterlichtquelle(n) tragendes Substrat. Der Deckel mag beispielsweise dem Berührschutz vor elektrischer Spannung und als Halter des in dem Treibergehäuse untergebrachten elektrischen Treibers verwendet werden. Die Durchführung des Deckels kann zudem als Führung und Stabilisierung der elektrischen Leitungen, z. B. Kabel, für die elektrische Versorgung der Halbleiterlichtquellen verwendet werden. Dadurch kann das Verlöten des Substrats mit den elektrischen Leitungen vereinfacht werden. Es könnte auch Laserlöten zum Einsatz kommen. Dies vereinfacht ein maschinelles Verlöten des Substrats mit den elektrischen Leitungen erheblich. Auch mag ein elektrischer Kontakt über eine Steckverbindung usw. erfolgen.
• Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass sich das erste Gehäuseteil in Richtung des zweiten Gehäuseteils aufweitet und mindestens ein durch einen lokalen wärmeleitenden Körper kontaktiertes Treiberbauteil ein in der Nähe des zweiten Gehäuseteils befindliches Bauteil ist. Dies ermöglicht eine besonders gute Wärmeableitung von Treiberbauteilen, die nahe an dem Deckel angeordnet sind. Dies können durch die Aufweitung des ersten Gehäuseteils besonders große Treiberbauteile sein, die häufig besonders wärmekritisch sind.
• Es ist eine Weiterbildung, dass der lokale wärmeleitende Körper mindestens ein Treiberbauteil und das zweite Gehäuseteil kontaktiert, also eine Wärmebrücke oder wärmeleitende Verbindung zwischen mindestens einem Treiberbauteil und dem zweiten Gehäuseteil herstellt.
• Es ist auch eine Ausgestaltung, dass zumindest das erste Gehäuseteil ein Kühlkörper bzw. Wärmeableitelement oder „Heatsink” ist. Dadurch wird eine besonders effektive Ableitung von Wärme aus der Treiberkavität, insbesondere von mit dem lokalen wärmeleitenden Körper verbundenen Treiberbauteilen, ermöglicht. Jedoch mag zusätzlich oder alternativ auch das zweite Gehäuseteil als Kühlkörper oder „Heatsink” ausgebildet sein.
• Das erste Gehäuseteil und/oder das zweite Gehäuseteil können insbesondere bei Verwendung als Kühlkörper aus Metall bestehen, z. B. aus Aluminium. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft einsetzbar für Niedervoltlampen, die z. B. mit einer Versorgungsspannung von 12 Volt betrieben werden. Hierbei brauchen nur geringe Anforderungen an elektrische Kriech- und Luftstrecken eingehalten werden. Bei einem elektrisch isolierenden lokalen wärmeleitenden Körper (falls also das Wärmeleitmaterial im betriebsfähigen Zustand elektrisch isolierend ist) können diese Kriech- und Luftstrecken auch bei einer Kontaktierung stromführender Bereiche des Treibers (z. B. von Leiterbahnen oder elektrischen Kontakten) und eines elektrisch leitfähigen Treibergehäuses eine ausreichende elektrische Isolierung des Treibers gegenüber dem Treibergehäuse sicherstellen.
• Grundsätzlich mag das Treibergehäuse ganz oder teilweise als Kühlkörper oder Heatsink bzw. Wärmeableitkörper ausgebildet sein.
• Die Gehäuseteile sind jedoch nicht darauf beschränkt, sondern das erste Gehäuseteil und/oder das zweite Gehäuseteil mögen auch aus Kunststoff oder Keramik bestehen.
• Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass das Treibergehäuse mindestens eine Öffnung (im Folgenden als „Einführungsöffnung”) aufweist. Diese Einführungsöffnung (z. B. ein Loch) kann dazu genutzt werden, um das Wärmeleitmaterial auch bei geschlossener Treiberkavität, also verbundenen Gehäuseteilen, gezielt lokal einführen zu können. Dies kann z. B. durch Einführen einer hohlen Nadel oder Lanze in die Einführungsöffnung, Positionieren ihrer Spitze in dem gewünschten zu verfüllenden Bereich und Herauspressen des Wärmeleitmaterials aus ihrer Spitze geschehen. Die mindestens eine Einführungsöffnung mag sich insbesondere in dem unteren Gehäuseteil befinden, da sich so eine besonders gute Erreichbarkeit innerhalb der Treiberkavität erlangen lässt.
• Es ist eine zum Schutz des Treibers vor Korrosion usw. vorteilhafte Weiterbildung, dass die Einführungsöffnung verschlossen ist, aus Gründen einer einfachen Herstellung bevorzugt mittels des Wärmeleitmaterials, aber alternativ z. B. auch mittels eines Stopfens oder eines Lots.
• Es ist auch eine Weiterbildung, dass die Halbleiterlampe ein mit der mindestens einen Halbleiterlichtquelle bestücktes Substrat aufweist. Das Substrat mag beispielsweise eine Leiterplatte sein (häufig auch als „Submount” bezeichnet), welche mit der mindestens einen Halbleiterlichtquelle bestückt ist. Die Leiterplatte mag z. B. übliches Platinenmaterial als Grundmaterial aufweisen, z. B. FR4, mag als Metallkernplatine ausgebildet sein oder mag Keramik, z. B. AlN, als Grundmaterial aufweisen („Keramiksubstrat”). Das Substrat mag z. B. ringscheibenförmig ausgebildet sein, wobei ein mittiges Loch beispielsweise zur Durchführung des nach vorne vorstehenden Kabelkanals des Deckels dienen mag.
• Es ist ferner eine Weiterbildung, dass die Halbleiterlampe eine lichtdurchlässige Abdeckung für das Substrat und damit auch die mindestens eine Halbleiterlichtquelle und ggf. zusätzlich auf dem Substrat angeordnete elektrische oder elektronische Bauteile aufweist. Die lichtdurchlässige Abdeckung mag beispielsweise eine transparente oder opake (transluzente) Schutzabdeckung sein und/oder mindestens ein optisches Element (z. B. einen Reflektor, eine Linse, einen Kollimator, eine Blende usw.) aufweisen.
• Es ist ferner eine Weiterbildung, dass die Halbleiterlampe mindestens einen dedizierten Kühlkörper aufweist. Der Kühlkörper mag beispielsweise aus Metall, z. B. Aluminium und/oder Kupfer, bestehen. Der Kühlkörper mag z. B. durch Aluminiumguss, als Tiefziehteil oder als Strangpressprofil vorliegen. Die Verwendung des mindestens einen Kühlkörpers mag insbesondere bei Halbleiterlampen höherer Leistung vorteilhaft sein.
• Die Halbleiterlampe mag insbesondere eine Ersatzlampe oder Retrofitlampe zum Ersatz herkömmlicher Lampen sein, z. B. zum Ersatz einer Glühlampe, einer Halogenlampe, einer Gasentladungslampe, einer Gasentladungsröhre, einer Linienlampe usw. Die Retrofit-Halbleiterlampe mag dazu insbesondere einen in herkömmliche Fassungen passenden Sockel aufweisen, z. B. einen Edison-Sockel, einen Bipin-Sockel (z. B. vom GU-Typ) oder einen Bajonett-Sockel. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf Halogenlampen-Retrofitlampen, insbesondere für PAR-Scheinwerfer, z. B. vom Typ PAR 16, oder auf Halogenlampen-Retrofitlampen für den Typ MR, z. B. MR 16 oder MR 11.
• Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterlampe mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle, wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist: (a) Unterbringen eines Treibers in eine Treiberkavität eines Treibergehäuses der Halbleiterlampe und (b) Einbringen oder Einfüllen in die Treiberkavität von Wärmeleitmaterial formhaltend pastenartiger Konsistenz so, dass ein lokal begrenzt ausgedehnter wärmeleitender Körper zwischen einem Teilbereich des Treibers und einem Teilbereich des Treibergehäuses diese kontaktierend ausgebildet wird. Das Verfahren ergibt die gleichen Vorteile wie die Halbleiterlampe und kann analog ausgestaltet werden.
• So mag beispielsweise das Wärmeleitmaterial formhaltend pastenartiger Konsistenz mittels einer hohlen Nadel durch eine Einführungsöffnung in das Treibergehäuse eingebracht werden. Insbesondere mag eine hohle Nadel oder Lanze in die Einführungsöffnung eingeführt werden, ihre Spitze in dem gewünschten zu verfüllenden Bereich positioniert werden und dann das Wärmeleitmaterials aus ihrer Spitze herausgepresst werden. Die mindestens eine Einführungsöffnung mag insbesondere in das untere Gehäuseteil eingebracht werden, da sich so eine besonders gute Erreichbarkeit innerhalb der Treiberkavität erlangen lässt.
• Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
• 1 zeigt eine Explosionsdarstellung in Schrägansicht einer Halbleiterlampe noch ohne einen lokalen wärmeleitenden Körper;
• 2 zeigt die Halbleiterlampe als Schnittdarstellung in Seitenansicht.
• 1 zeigt eine Explosionsdarstellung in Schrägansicht einer Halbleiterlampe in Form einer LED-Lampe 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel noch ohne einen lokalen wärmeleitenden Körper.
• Die LED-Lampe 1 weist in der gezeigten Reihenfolge von einem rückwärtigen Ende zu einem vorderseitigen Ende auf: zwei in eine rückwärtige Richtung ragende Anschlusskontakte in Form von z. B. PAR16-kopatiblen Anschlusspins 2, ein erstes Gehäuseteil eines Treibergehäuses in Form eines unteren Gehäuseteils 3, das eine nach vorne offene Seite 6 aufweist, einen Treiber 4 zum Einsatz in dem unteren Gehäuseteil 3, ein zweites Gehäuseteil des Treibergehäuses in Form eines Deckels 5 zur Abdeckung der offenen Seite 6 des unteren Gehäuseteils 3, eine ringscheibenförmige, thermisch gut leitfähige Haftfolie 7 („TIM-Folie”), welche auf die Vorderseite des Deckels 5 aufzulegen ist, ein ringscheibenförmiges Substrat 8, welches mit seiner Rückseite auf die Haftfolie 7 aufzulegen ist und an seiner Vorderseite mehrere Halbleiterlichtquellen in Form von Leuchtdioden, LEDs, 9 aufweist sowie eine lichtdurchlässige Abdeckung in Form einer Linse 10. Darüber hinaus ist ein seitlich umlaufender (zweiter) Kühlkörper 11 vorhanden.
• Die LED-Lampe 1 ist hier als eine Halogenlampen-Retrofitlampe ausgebildet, insbesondere vom Typ PAR16. Die Anschlusspins 2 und das Treibergehäuse 3 bilden folglich einen Sockel vom GU-Typ.
• Der Treiber 4 ist im zusammengebauten Zustand mit den Anschlusspins 2 elektrisch verbunden und kann über diese mit einer Versorgungsspannung gespeist werden. Der Treiber 4 weist eine Leiterplatte 19 auf, welche senkrecht in das untere Gehäuseteil 3 eingeführt ist. Die Leiterplatte 19 ist beidseitig mit Treiberbauteilen 20 bestückt. Grundsätzlich ist ein schräg oder waagrecht eingebauter Treiber ebenfalls denkbar.
• Der Deckel 5 dient zum Verschluss der offenen Seite 6 des unteren Treibergehäuses 3. Der Deckel 5 weist einen mittigen, nach vorne vorstehenden Kabelkanal 12 auf, durch welchen elektrische Leitungen (o. Abb.) zur Versorgung der LEDs 9 von dem Treiber 4 zu dem Substrat 8 geleitet sind. Der Deckel 5 ist auf dem Treibergehäuse 3 verrastend aufsetzbar und weist dazu Rastaufnahmen 16 auf, in welche an einem oberen Rand 17 des Treibergehäuses 3 nach vorne vorstehende Rastlaschen 18 rastend eingreifen können. Das untere Gehäuseteil 3 weitet sich in Richtung des Deckels 5 auf.
• Das Substrat 8 weist eine zentrale Öffnung 13 zur Durchführung des Kabelkanals 12 auf. Das Substrat 8 mag z. B. ein Keramiksubstrat oder eine Metallkernplatine sein.
• Die LEDs 9 werden üblicherweise in einem separaten Fertigungsprozess auf die Vorderseite des Substrats 8 aufgesetzt. Alternativ mögen die LEDs 9 in einem COB(„Chip on Board”)-Prozess auf das Substrat 8 aufgebracht werden. Die LEDs 9 sind hier als gehäuste LEDs ausgebildet, z. B. als weißes Licht abstrahlende LEDs.
• Der seitlich umlaufende Kühlkörper 11 ist z. B. aus Aluminium hergestellt und zur Auflage auf einer außenseitigen Mantelfläche 14 des Treibergehäuses 3 vorgesehen, um die Ableitung von innerhalb des Treibergehäuses 3 erzeugter Wärme zu verbessern. Der Kühlkörper 11 weist hier mehrere parallel zu der Längsrichtung (vertikal) ausgerichtete, in Umfangsrichtung äquidistant verteilte Kühlrippen 15 auf.
• 2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht die fertig zusammengebaute LED-Lampe 1 (ohne die LEDs 9). Das untere Gehäuseteil 3 und der Deckel 5 bilden ein Treibergehäuse 3, 5, das eine darin eine Treiberkavität 21 begrenzt. In der Treiberkavität 21 ist der Treiber 4 untergebracht. In die Treiberkavität 21 sind drei lokale wärmeleitende Körper 22, 23 und 24 eingebracht worden, die aus einem Wärmeleitmaterial 25 bestehen, das in formhaltend pastenartiger Konsistenz in die Treiberkavität eingefüllt oder eingebracht worden ist.
• Das Wärmeleitmaterial 25 weist hier rein beispielhaft eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 1,5 W/(m·K) auf. Dadurch wird eine effektive thermische Brücke zwischen den durch die Körper 22, 23 und 24 jeweils bedeckten Treiberbauteilen 20 und dem Treibergehäuse 3, 5 hergestellt. Dies erreicht den Vorteil einer besonders effektiven Wärmeableitung bei guter Handhabbarkeit und Formstabilität. Genauer gesagt ist ein Treiberbauteil 20a der Treiberbauteile 20 mittels des Körpers 22 mit dem unteren Gehäuseteil 3 verbunden. Ein anderes, deckelnahes Treiberbauteil 20b der Treiberbauteile 20 ist mittels des Körpers 23 mit dem unteren Gehäuseteil 3 und mittels des Körpers 24 mit dem Deckel 5 verbunden. Beispielsweise mag auf den Körper 23 auch verzichtet werden. Insbesondere mögen das Treiberbauteil 20a und das deckelnahe Treiberbauteil 20b jeweils einen Hotspot darstellen.
• Das Wärmeleitmaterial 25 ist hier rein beispielhaft ein aushärtendes Wärmeleitmaterial 25, z. B. ein zweikomponentiges Wärmeleitmaterial. Es weist beim Einfüllen eine dynamische Anfangsviskosität νA von 100 Pascalsekunden auf, und nach dem Aushärten eine dynamische Endviskosität νE von ca. 250 Pascalsekunden.
• Das Einfüllen des Wärmeleitmaterials 25 kann beispielsweise durch die Öffnung 6 des unteren Gehäuseteils 3 geschehen, z. B. zur Bildung der Körper 22 und 23. Das Einfüllen des Wärmeleitmaterials 25 kann alternativ oder zusätzlich durch den Kabelkanal 12 geschehen, insbesondere zum Erzeugen der Körper 23 und 24. Das Einfüllen des Wärmeleitmaterials 25 kann alternativ oder zusätzlich durch mindestens eine Einführungsöffnung 26 in dem unteren Gehäuseteil 3 geschehen, z. B. mittels einer hohlen Nadel. Die mindestens eine Einführungsöffnung 26 mag danach mit dem Wärmeleitmaterial 25 verschlossen werden.
• Obwohl die LED-Lampe 1 hier so gezeigt ist, dass das Treibergehäuse 3, 5 und der Kühlkörper 11 getrennte Bauteile sind, die z. B. mittels eines Spritzgussmaterials 27 miteinander verbunden sind, mag alternativ zumindest das untere Gehäuseteil 3 und/oder der Deckel 5 ein Kühlkörper oder ein Teil davon sein und dazu beispielsweise aus Metall bestehen. Auf einen gesonderten Kühlkörper mag dann verzichtet werden.
• Obwohl die Erfindung im Detail durch die gezeigten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
• Allgemein kann unter ”ein”, ”eine” usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von ”mindestens ein” oder ”ein oder mehrere” usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z. B. durch den Ausdruck ”genau ein” usw.
• Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
• Bezugszeichenliste

1

LED-Lampe

2

Anschlusspin

3

Treibergehäuse

4

Treiber

5

Deckel

6

offene Seite des Treibergehäuses

7

Haftfolie

8

Substrat

9

LED

10

Linse

11

Kühlkörper

12

Kabelkanal

13

zentrale Öffnung

14

Mantelfläche des Treibergehäuses

15

Kühlrippe

16

Rastaufnahme

17

oberer Rand des Treibergehäuses

18

Rastlasche

19

Leiterplatte

20

Treiberbauteil

20a

Treiberbautel

20b

Treiberbauteil

21

Treiberkavität

22

wärmeleitender Körper

23

wärmeleitender Körper

24

wärmeleitender Körper

25

Wärmeleitmaterial

26

Einführungsöffnung

27

Spritzgussmaterial

Claims (8)

1. Halbleiterlampe (1) mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle (9), aufweisend – ein Treibergehäuse (3) mit einer Treiberkavität (21) – einen in der Treiberkavität (21) untergebrachten Treiber (4) und – einen lokalen wärmeleitenden Körper (22, 23, 24), welcher einen Teil des Treibers (4) mit einem Teil des Treibergehäuses (3, 5) wärmeleitend verbindet, wobei – der lokale wärmeleitende Körper (22, 23, 24) aus einem Wärmeleitmaterial (25) von beim Einfüllen in die Treiberkavität (21) formhaltend pastenartiger Konsistenz besteht.
2. Halbleiterlampe (1) nach Anspruch 1, wobei das Wärmeleitmaterial (25) im ausgehärteten Zustand eine Wärmeleitfähigkeit λ von mindestens 0,35 W/(m·K), insbesondere von mindestens 0,5 W/(m·K), insbesondere von mindestens 0,75 W/(m·K), insbesondere von mindestens 1 W/(m·K), insbesondere von mindestens 1,5 W/(m·K), insbesondere von mindestens 1,75 W/(m·K), aufweist.
3. Halbleiterlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wärmeleitmaterial ein nicht aushärtendes Material ist.
4. Halbleiterlampe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei das Wärmeleitmaterial (25) ein aushärtendes Material ist.
5. Halbleiterlampe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der lokale wärmeleitende Körper (22, 23, 24) genau ein Treiberbauteil (20, 20a, 20b) und das Treibergehäuse (3, 5) kontaktiert.
6. Halbleiterlampe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – das Treibergehäuse (3, 5) ein erstes Gehäuseteil (3) und ein zweites Gehäuseteil (5) aufweist, – sich das erste Gehäuseteil (3) in Richtung des zweiten Gehäuseteils (5) aufweitet und – mindestens ein durch einen lokalen wärmeleitenden Körper (24) kontaktiertes Treiberbauteil (20b) ein in der Nähe des zweiten Gehäuseteils (5) befindliches Bauteil ist.
7. Halbleiterlampe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest das erste Gehäuseteil (3) ein Kühlkörper (11) ist.
8. Halbleiterlampe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Treibergehäuse (3, 5) mindestens eine Einführungsöffnung (26) aufweist.

Images