EP4074146A1 - Led chip insert, illumination device, lighting module and method for producing the illumination device - Google Patents

Led chip insert, illumination device, lighting module and method for producing the illumination device

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Publication number
EP4074146A1
EP4074146A1 EP21702595.6A EP21702595A EP4074146A1 EP 4074146 A1 EP4074146 A1 EP 4074146A1 EP 21702595 A EP21702595 A EP 21702595A EP 4074146 A1 EP4074146 A1 EP 4074146A1
Authority
EP
European Patent Office
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strands
circuit board
led chip
recess
lead frame
Prior art date
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Pending
Application number
EP21702595.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Beck
Sebastian Jooss
Gerhard Behr
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Osram GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Osram GmbH filed Critical Osram GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to an LED chip insert for a circuit board, a lighting device with an LED chip insert and circuit board, a lighting module using the lighting device, which can also be used in particular in vehicle lights or headlights, and a method for producing the lighting device .
  • LED modules are being used to an increasing extent.
  • high-performance LEDs are also used here.
  • a recently introduced platform that can also comply with the standards provided by the International Technical Commission (IEC) is the eXchangeable LED Signal lamp, or XLS for short.
  • IEC International Technical Commission
  • XLS eXchangeable LED Signal lamp
  • This standard allows uniform designs with the possible variation of lighting equipment, i.e. different combinations and arrangements of LEDs in the module depending on the use and application.
  • Such different applications can be, for example, daytime running lights, indicators, brake lights or additional functions such as fog lights, high beam etc.
  • a particularly relevant point when using high-performance LEDs in such LED modules relates to thermal management.
  • the LEDs are attached to printed circuit boards (PCBs) directly or by means of lead frames.
  • the circuit boards essentially consist of flame-retardant FR-4, which, however, does not itself offer sufficient heat conduction.
  • holes, so-called vias can be provided in the circuit board, which can be filled with copper from the inside. are layered and are connected via superficial copper tracks with the individual or meh eral LEDs having LED chip. The heat can be transported via such vias to the rear surface of the circuit board, where in the case of the XLS modules it is connected to a heat sink via an adhesive layer.
  • LED chips Due to the design and thermal stress, however, it has proven to be unfavorable to place LED chips directly on vias. In special cases, individual LED chips may be inclined, so that the result may be that the emitted light is not radiated in the headlight in accordance with the standards.
  • the object is achieved by an LED chip insert for a circuit board with the features of claim 1, a lighting device with the LED chip insert and a circuit board with the features according to claim 10, a light module with the features according to claim 14 and a Method for producing the lighting device having the features according to patent claim 15.
  • Advantageous developments of the circuit arrangement according to the invention are the subject matter of the dependent claims.
  • the core of one aspect of the invention is an LED chip insert for a printed circuit board. This comprises a lead frame, an injection molding frame and at least one LED chip provided in use.
  • a number of electrically conductive strands are formed with respective ends by punching them, which have bearing surfaces which are intended for attachment to a printed circuit board and which build a common plane.
  • the bearing surfaces can at least partially form contact surfaces.
  • the En can be designed like tabs. However, the contact surfaces do not have to lie flat on the circuit board when the LED chip insert is attached to it.
  • the strands are formed or structured by die cutting, that is, by removing material from the lead frame blank. They can therefore be (electrically) separated from one another in accordance with the exemplary embodiments described here below. But it is just as possible that these are wholly or partially connected to one another. It can also be that there are only two ends in total, which, for example, form contact surfaces on opposite sides of the leadframe.
  • the support surfaces can, but do not have to form electrical connections of the conductor frame for supplying the LED chip with power in individual cases. If they form electrical connections, they are preferably soldered to the circuit board, preferably with conductor tracks, e.g. made of copper, which are formed on the circuit board.
  • the strings are designed according to the desired number, arrangement and function of the LED chips and have corresponding electrical properties. Not every strand has to be assigned an LED chip. Preferably at least two strands are required.
  • the lead frame also has an area formed as a recess opposite the ends.
  • the term "recess" already indicates that the material of the leadframe is formed or shifted out of the reference plane of the ends or their support surface, specifically in a direction in which the support surface of the ends of the strands faces, in the case the assembly of the LED chip insert on a circuit board consequently into the circuit board level.
  • the LED chip insert has an injection molding frame which is formed from an electrically insulating material and surrounds a surface of the lead frame which is exposed within the region of the recess and which faces the ends of the strands (ie, the bearing surfaces) in a ring-like manner and as a result causes an overall trough-like structure.
  • the injection molding frame can be manufactured by injection molding processes known in the technical field. It preferably pours the structure of the lead frame and thus forms the trough, which can be used with particular advantage, for example, for filling with a titanium oxide-based reflective layer around the LED chip, so that this alone saves effort. Conventionally, a wall is to be formed around the LED chip or chips around in an additional step, which is then ver afterwards.
  • the injection-molded frame also has the particular advantage that it mechanically connects the components of the lead frame, ie the strands with one another, and at the same time electrically insulates them, but gives the entire insert mechanical cohesion.
  • At least one LED chip (preferably several LED chips) is provided, which is placed on one or more of the strands in the area of the lead frame designed as a recess and has a first electrical contact connection and a second electrical contact connection, the The first electrical contact connection is connected to a first of the strands and the second electrical contact connection to a second of the strands in an electrically conductive manner.
  • the strings supply the LED chip with the electrical (voltage or current) signals required for operation.
  • the at least one LED chip is connected to the leadframe in the region of the recess directly or at least via an adhesion promoter. He can directly dissipate heat via the strand or strands in question. Since the recess is oriented in the direction of the support surface, the lead frame structure or strand in question extends in the area of the recess through the circuit board in which the LED chip insert is inserted - which is of course only possible if this is a corresponding one Recess in front sees how an aspect of the invention to be described below with regard to a lighting device with circuit board and LED chip insert also provides.
  • the thermally conductive leadframe structure can also contact a cooling body surface arranged below, as is provided in particular in the case of XLS modules (but also other light modules), and to which, for example, the circuit board in the vicinity the recess is glued.
  • the heat from the LED chip can be given off with high efficiency via the strand in the region of the depression directly to a cooling surface in the light module that may be located below.
  • the contact surface i.e. the rear surface of the lead frame and of the injection molding frame, for example, which encapsulates the space between the strands of the lead frame in the region of the recess, is glued to the cooling surface in the light module.
  • MCPCB metal core PCBs
  • additional copper tracks to carry out an effective thermal management and at the same time, as described, the process of dispensing a dam to provide a tank for filling with a titanium oxide containing silicone casting compound with reflective properties for the blue primary radiation makes superfluous.
  • an encircling structure made of silicone that surrounds the conversion light sources (LED) and is raised in relation to the base area is formed for this purpose.
  • the dam is applied by dispensing.
  • the space enclosed by this dam including the spaces between the individual copper strands, is filled with a light-reflecting, Ti02-containing silicone potting compound to such an extent that the ( blue) primary radiation is reflected back to the LED or onto the conversion layer of the LEDs and is thus again available for a conversion of blue radiation into yellow conversion light.
  • this reflective layer comprising titanium oxide is also simplified as a result.
  • the invention enables a spatially very short, direct passage of the heat through pure copper to the heat sink of the light module.
  • the area of the leadframe designed as a recess is formed by stamping of an originally planar leadframe blank that has been stamped out in advance to form the strands.
  • the strands are parallel to each other and only form ends on two opposite sides with contact surfaces for attachment to the (front) upper main surface of the circuit board, it may be that there are no ends on the front sides of the lead frame and the area of the recess in directions perpendicular to the Strand direction (within the plane of the plate) is open.
  • This section is then preferably also covered by the injection molding frame, so that the trough is formed, ie the open end (s) of the recess are closed by the injection molding frame, so that the trough shape is advantageously retained and on to form a reflective layer he required dam can be dispensed with.
  • the trough-like structure within the injection molding frame enclosing the recess in a ring-like manner is filled with a silicone potting compound preferably containing titanium oxide, the upper surface of the layer being at the same level or below an upper light exit surface (Converter layer) of the LED chip is so that it is not wetted by the layer.
  • a silicone potting compound preferably containing titanium oxide
  • the upper surface of the layer being at the same level or below an upper light exit surface (Converter layer) of the LED chip is so that it is not wetted by the layer.
  • the blue light component emerging from the side and therefore hardly usable due to the geometry can be at least partially reflected back onto the conversion layer of the LEDs in the reflective layer and, if necessary, converted into yellow light and emitted from there in the desired direction of radiation, so that efficiency is further increased will.
  • the side surfaces of the tub in the area of the injection molding frame can additionally be coated in order to improve the reflection. For this purpose, they can also have an inclination with respect to the surface normal, i.e. not be perpendicular to the support surface.
  • the injection-molded frame can be designed in such a way that only a minimally necessary area around the LEDs remains free for the reflective layer and the electrical contacting of the individual copper strands. The volume required for the reflective layer can thus be reduced.
  • the area of the lead frame designed as a depression extends essentially along a plane parallel to the support surface.
  • the lead frame in the region of the recess has a flat back surface facing away from the ends of the strands.
  • the rear surface is essentially flush with the lower main surface of the circuit board.
  • This can be easily compensated for by the adhesive between the cooling surface and the back of the circuit board. It is important that the connection between the ends of the lead frame and the soldering pads on the circuit board (if, for example, soldering) is not under mechanical tension. This could be the case if the area of the lead frame containing the recess protrudes beyond the back of the circuit board when these are assembled and the circuit board is glued onto the cooling surface. Therefore, taking into account the manufacturing tolerances, the recess is formed in practice rather cautiously by a small margin compared to the printed circuit board thickness.
  • the leadframe is made of copper, preferably has a thickness of 100 ⁇ m to 150 ⁇ m, and is further preferably coated with a protective film against oxidation that forms an end surface, in particular a film made of ENEPIG (Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion gold).
  • ENEPIG Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion gold
  • This protective layer is extremely planar and has very good oxidation properties. It is also particularly suitable for gold wire bonding, which is used very advantageously in LEDs.
  • the injection molding frame on the leadframe is made from a plastic, in particular from a thermoplastic such as polyphthalamide (PPA) or polycyclohexylene dimethylene terephthalate (PCT), or from WEMC (White Epoxy Molding Compound).
  • a plastic in particular from a thermoplastic such as polyphthalamide (PPA) or polycyclohexylene dimethylene terephthalate (PCT), or from WEMC (White Epoxy Molding Compound).
  • the at least one LED chip is placed on a first of the strands in the region of the recess and is preferably bonded to this first strand by means of an adhesion promoter with its base area forming the first electrical contact connection.
  • the at least one LED chip is connected via a bond Wire bonded to a second of the strands.
  • This attachment implemented using chip-on-board (COB) technology, proves to be particularly suitable for the application.
  • COB chip-on-board
  • the LED chip can also be placed in SMD technology.
  • a lighting device with the Lei terplatte and the LED chip insert is also provided therein.
  • the circuit board is formed from an electrically insulating material and has an upper main surface with conductor tracks (e.g. made of copper) and a lower main surface opposite to this.
  • a recess extending through the printed circuit board is formed between the main surfaces, as has already been exemplified above.
  • An LED chip insert set up in accordance with one of the above-mentioned aspects and exemplary embodiments is provided, i.e. inserted, therein.
  • the lead frame is attached to the circuit board by resting the ends of the strands of the lead frame forming the bearing surface with this bearing surface on an upper main surface of the circuit board and being attached to it, for example by soldering, such as reflow soldering, or by laser, which is still offers advantages to be described.
  • soldering such as reflow soldering, or by laser, which is still offers advantages to be described.
  • the formed as a recess opposite the plane of the ladder frame mens is now fitted into the recess in the circuit board, it should be noted that at least one tolerance distance between the side walls of the recess, ie the injection molding frame, and the inner edge of the recess of the circuit board is provided is. A contact between the two is not excluded, but also not necessary.
  • the geometry - viewed in the plane of the printed circuit board or the support surfaces of the leadframe - of the recess can also deviate considerably from that of the area of the recess in the leadframe or in the LED chip insert.
  • the term “fitting in” is therefore to be interpreted broadly and relates more to "leading in”.
  • the printed circuit board is made of a poorly thermally conductive material, preferably FR4. Additionally or alternatively, the printed circuit board can be cut in a substantially circular shape. In the latter case, it is particularly suitable for the exchangeable XLS modules, the housing of which is hollow-cylinder-shaped and in which correspondingly circular printed circuit boards are provided on the front side, on which the LED chips are mounted directly or indirectly.
  • LED chips are provided, with one LED chip each placed on one of the strands in the area of the recess and connected via its contact terminals to one and another strand on which an adjacent LED chip is connected is placed in the same way, so that at least a subset of the LED chips are electrically connected in series with one another.
  • the strands in the conductor frame are arranged parallel to one another and the LED chips are arranged in a row along a line or at an alternately offset position on the upper surfaces of the strands.
  • the LED chips are arranged in two parallel rows on the upper surfaces of the strings.
  • An LED or some of the LEDs or all of the LEDs can have an area of approximately 1 mm 2 , for example.
  • An area of 2 mm 2 is also conceivable.
  • Other geometries are also conceivable.
  • the LEDs are UX3 chips from Osram.
  • the LED can be in the form of at least one individually housed LED or in the form of at least one LED chip that has one or more light-emitting diodes.
  • the LED can be in the form of a micro-LED.
  • the arrangement of the LEDs or a part of the LEDs can be matrix-shaped or zel len-shaped or round. Other designs are also conceivable.
  • a light module is also provided, preferably for use in a light in a motor vehicle, comprising the previously described level lighting device, wherein the light module is preferably replaceable and designed as an eXchangeable LED signal lamp (XLS).
  • a light module can have a housing with mechanical locking elements, a heat sink with cooling fins, an electrical connection element, the lighting device with circuit board and LED chip insert according to the invention and possibly a sealing direction as main components.
  • the end face of the heat sink can have a cooling surface, perpendicular to the axis of the cylindrical housing, on which the printed circuit board is glued in order to dissipate heat and feed it to the cooling fins.
  • the recessed area of the lead frame of the LED chip insert also makes contact with this cooling surface (possibly via an adhesive or bonding agent), so that here too heat is dissipated from the LED chip with high efficiency.
  • a further aspect of the invention also provides a method for producing a lighting device as described above.
  • the process can include the following steps:
  • circuit board which is formed from an electrically insulating material and has an upper main surface with conductor tracks and a lower main surface lying opposite this, and wherein a recess is formed between the main surfaces through the circuit board extending through;
  • further steps can be provided, for example the formation of an injection molding frame from an electrically insulating material on the lead frame so that the injection molding frame surrounds an upper surface of the lead frame exposed within the region of the recess in a ring-like manner, around a trough-like structure with the at least one LED chip present in effect.
  • a filling of the tub-like structure within the ring-like to closing injection molding frame with the exposed upper surface of the conductor frame therein and the at least one LED chip on it with a reflective layer preferably comprising titanium oxide can be provided, the upper surface of the layer at the same level or lies below an upper light exit surface of the LED chip, so that it is not wetted by the layer.
  • FIG. 2 shows an enlarged detail of the view of the light module from FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a longitudinal section through the light module shown in FIG. 1;
  • FIG. 5 shows a perspective illustration of a lead frame blank punched in accordance with the method sequence according to FIG. 4;
  • FIG. 6 shows a perspective illustration of a lead frame blank provided with an injection molding frame in accordance with the method sequence according to FIG. 4;
  • FIG. 7 shows a perspective illustration of a leadframe insert punched out according to the method sequence according to FIG. 4;
  • FIG. 8 shows a perspective illustration of a leadframe insert inserted into the recess of a printed circuit board in accordance with the process sequence according to FIG. 4;
  • FIG. 1 to 3 show an overview of a light module according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the light module shown corresponds to and satisfies the specifications of the XLS platform (exchangeable LED signal lamp). Examples of such light modules - but still without implementation of the invention described here - can also be found in the following documents: US 2019063706 A1,
  • the use of the lighting device according to the invention in the XLS light modules described by the publications also represent particularly advantageous exemplary embodiments, for example the combination of the LED chip insert provided according to the invention in a recess in the circuit board with the Optics and the LED arrangement according to FIGS. 4 to 7 in DE 102015206471 A1, with the electrical contacts provided in the bayonet lock of the housing according to FIG. 3 of DE 102017214659 A1, with those shown in DE 102017217883 A1 in FIGS. 2 to 11 LED arrangements or with the circuit arrangements shown in DE 102018201228 A1 in FIGS. 1 to 4, to name just a few examples.
  • the light module according to the first embodiment of the invention has three LED chips 11, 12, 13 arranged on a circuit board 10 (each with, for example, a light emitting diode), a housing 2, a heat sink 3 for cooling the semiconductor light sources and electronics 8 for operating the LED chips 11, 12, 13 and an electrical connection element 4 for supplying energy to the LED chips 11, 12, 13.
  • a lens and / or a light guide attached to the LED chips is not shown, but can be provided.
  • the LED chips 11, 12, 13 contain three light-emitting diodes which are arranged on the circuit board 10 together with the electronics 8 for operating the light-emitting diodes.
  • the circuit board 10 (including the lead frame set 16 to be described below) serves as a common carrier for the LED chips 11, 12, 13 and the electronics 8.
  • the LED chips 11, 12, 13 are on the lead frame insert 16 and the electronics 8 is mounted on a surface 100 of the circuit board 10 itself, with the Lei terrahmen insert 16 and therein the LED chips 11, 12, 13 mounted on strings and the electronics by means of conductor tracks set up on the circuit board, preferably made of copper, electrically with each other connected.
  • the electronics 8 (only shown in FIG. 3) can be designed, for example, as a driver circuit, in particular as a so-called linear driver, that is, as a linear voltage regulator.
  • the driver can also implement various protective functions, e.g. Pole protection, ESD and protection against positive, negative voltage pulses from the vehicle electrical system. If required, the driver can also implement electronic derating, dimming and switching off individual chips.
  • various protective functions e.g. Pole protection, ESD and protection against positive, negative voltage pulses from the vehicle electrical system. If required, the driver can also implement electronic derating, dimming and switching off individual chips.
  • the LED chips 11, 12, 13 can be covered by optics (not shown).
  • optics not shown
  • liquid silicone can be applied to the surface 100 of the circuit board 10 with the aid of a dispenser, so that the LED chips are embedded in the silicone compound. After cooling, the silicone compound then forms the optical lens.
  • Other optics are also possible.
  • the housing 2 is ring-shaped and designed as a plastic injection-molded part.
  • the hous se 2 has a first end face with a flat annular disc-shaped end face 20.
  • four locking elements 21, 21a, 22, 23 are arranged, which protrude radially from the outer surface of the annular housing 2 and one Form bayonet locking with correspondingly shaped counterparts of a socket of the motor vehicle light.
  • the undersides of the four locking elements 21, 21a, 22, 23 define a plane which serves as a reference plane for the alignment of the LED chips 11, 12, 13 with respect to the housing 2 and with respect to an optical axis of the socket of the motor vehicle light, in which the Light module is used.
  • a locking element 23 can have a stop (not shown) in order to limit the aforementioned rotational movement, which stop rests in the socket or assembly opening of the motor vehicle light after the bayonet lock.
  • the bayonet locking can be carried out with a product-specific key, so that each type of light module has its own key, thus avoiding mix-ups.
  • a sealing ring 5 (only shown in Fig. 3) provides the necessary contact pressure of the lighting device to the socket.
  • the heat sink 3 has a hollow cylindrical shaped heat sink section 31 which is arranged in the inner ring opening of the housing 2 and on its face 20 of the housing 2 facing side a flat support surface, ie, a cooling surface 30 for the circuit board 10 and in particular for the Lead frame insert 16 forms.
  • the cylinder axis of the hollow-cylindrical heat sink section 31 is identical to the ring axis of the annular housing 2.
  • the cooling surface 30 is perpendicular to the cylinder axis of the hollow-cylindrical heat sink section 31 and with the circuit board 10 and the lead frame insert 16 inserted therein with electrically insulating, thermally conductive Glued together.
  • the cooling surface 30 of the hollow-cylindrical heat sink section 31 has openings 300 through which three electrical contact pins 41, 42 of the electrical connection element 4 are passed. The electrical contact pins 41, 42 can form a press fit with the circuit board 10.
  • the cooling body 3 also has a second, annular disk-shaped cooling body section 32, which is molded onto the hollow-cylindrical cooling body section 31 and whose ring axis coincides with the cylinder axis of the hollow-cylindrical cooling body section 31.
  • the second, annular disk-shaped heat sink section 32 is arranged between the annular disk-shaped flange section 24 of the housing 2 and a circular disk-shaped flange section 40 of the electrical connection element 4 and connected to both by means of adhesive.
  • the heat sink can be completely encapsulated with plastic so that there is only a single plastic part that surrounds the heat sink.
  • cooling fins 33 arranged along its circumference are integrally formed on the second, annular disk-shaped cooling body section 32.
  • the cooling fins 33 are angled from the second, annular disk-shaped cooling body section 32 by an angle of 90 degrees (downward in the figures) and each extend parallel to the ring axis of the second, annular disk-shaped Heat sink section 32.
  • the heat sink 3 consists of metal, for example stainless steel sheet or aluminum, and is in one piece, for example designed as a deep-drawn bent part.
  • the electrical connection element 4 is designed as a plastic injection-molded part and has electrical contact pins 41, 42, which each consist of metal and are embedded in the plastic material of the electrical connection element 4.
  • the electrical connection element 4 has a circular disk-shaped flange section 40 which rests on the second, annular disk-shaped heat sink section 32 on its side facing away from the housing 2.
  • the flange section 40 of the electrical connection element 4 is connected by adhesive to the second, annular disk-shaped heat sink section 32.
  • the adhesive also serves as a sealant between the flange section 40 of the electrical connection element 4 and the second, annularly designed heat sink section 32 and between the annular disk-shaped flange section 24 of the housing 2 and the second, annular disk-shaped heat sink section 32.
  • the adhesive 6 is applied in a ring shape on both sides of the second, annular disk-shaped cooling body section 32.
  • the adhesive can also be applied at the level of the cooling surface 30 and there, at a small distance from the printed circuit board 10, ensure the sealing function with the housing 2.
  • the electrical connection element 4 also has a section designed as a socket 44, which extends parallel to the ring axis of the housing 2 and is arranged offset paral lel to this ring axis and is integrally formed on the circular disk-shaped flange section 40.
  • the free ends of the electrical contact pins 41, 42 each extend into the socket 44 and serve there as electrical contacts of the lighting module and are provided for connecting a plug that can be plugged onto the socket 44. After the socket and plug have been joined, this connection is sealed.
  • the other ends of the electrical contact pins 41, 42 each protrude through the opening 300 in the cooling surface 30 of the cooling body 3 and can form a press fit with the circuit board 10 and are each connected to an electrical contact on the circuit board 10.
  • the electrical contact pins 41, 42 are used to supply power to the LED chips 11, 12, 13 on the lead frame insert 16.
  • the lead frame insert 15 forms together with the LED chips 11, 12, 13 and possibly layers formed thereon an LED chip insert 15 according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 4 a schematic sequence of a method according to the invention for producing a lighting device 50, which is intended to include the circuit board 10 and the LED chip insert 15, is shown in a flowchart.
  • the process steps 100 to 140 detected by block 90 initially relate to the production of the conductor frame insert 16 (still without LED chips 11, 12, 13), while process steps 200 to 220 initially only relate to the circuit board 10 and can be carried out in parallel. Only in process step 300 are both parts - printed circuit board 10 and conductor frame insert 16 - brought together.
  • a second punching is carried out, which is now a punching, with which a recess 71 is embossed in an inner region 70 of the leadframe 62 to be manufactured.
  • the strands 66 - 69 are each pressed out or deepened in a central area from the lead frame level, while their ends 660, 670, 680, 690 still attached to the inner frame 64 remain unaffected.
  • the amount of the executed recess by punching is approximately equal to the thickness of the printed circuit board 10 made of FR-4 material provided in step 200.
  • the punched lead frame 62 (or the punched blank with frame 63 and 64 with an anti-oxidation layer, in particular an ENEPIG layer (Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold) is optionally also selectively coated.
  • an anti-oxidation layer in particular an ENEPIG layer (Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold) is optionally also selectively coated. This is extremely planar and has very good oxidation properties and is suitable for soldering applications as well as bonding aluminum or gold wire, but other anti-oxidation layers are also possible.
  • the lead frame blanks 60 are injection molded, e.g., with PPA.
  • This material has a high tensile strength and rigidity, a high heat resistance, also a high melting point and a high glass transition temperature, and provides a high creep resistance.
  • Other materials such as PCT or WEMC are also possible.
  • the resulting shape is shown in FIG.
  • the injection molding frame 80 produced in this process step 130 has a wall 81 that surrounds the recessed area 70 in a ring shape and is formed with greater thickness on the sections 661, 671, 681, 691 of the strands 66-69 that extend down into the recess 71 which adjoin the ends 670 - 690 of the strands that have remained unaffected by the stamping and are inclined to the plane of the circuit board. Greater thickness here means that these strand sections are completely encapsulated, ie not only the intermediate spaces are potted but also the front and rear sides of the strand sections 661, 671, 681, 691.
  • the ends 660, 670, 680 and 690 are not encapsulated because they are used to establish contact with the circuit board.
  • the ends 660 - 690 consequently extend upwards (opposite to the direction of the recess) out of the injection molding frame and bend here by approximately 90 degrees into the plane of the lead frame in order to form a support surface 500 for the printed circuit board 10.
  • the area 70 of the recess is open.
  • the injection-molded frame 80 is also guided around as an end wall 82, so that the overall result is a trough-like structure of the injection-molded frame, which is advantageously potted in a subsequent step with additional layers serving e.g. optical functions can.
  • step 140 the lead frame 62 processed in this way and provided with injection molding frames 80 is separated from the outer frame 63 and from the inner frame 64 of the blank, so that there is now a lead frame insert 16 that can be inserted into a corresponding circuit board 10, as shown in FIG Sectional drawing is shown in Fig. 7.
  • a printed circuit board blank 1000 is provided, in which - as shown above in FIG. 8 - each circular individual printed circuit boards 10 are precut.
  • recesses 1010 are preferably also cut in the same step, the shape of which is adapted to that of the recessed area 70 of the lead frame insert 16 in the exemplary embodiment.
  • the openings 300 for the contact pins 41, 42 as well as individual positioning holes visible in the figures (for an alignment when inserting and when equipping) can be cut out.
  • the conductor tracks, preferably made of copper, for wiring the electronics 8 on the circuit board 10 can also already be formed (not shown).
  • An anti-oxidation layer can also be formed here, but since the wire bonding will later only take place on the leadframe 62 and not on the printed circuit board 10, this layer can optionally also be omitted or a less costly process can be implemented as ENEPIG.
  • soldering pads for the leadframe insert 62 are now prepared, and in a further process step 220, soldering paste is applied to the relevant positions on the circuit board 10.
  • process step 300 the printed circuit board 10 and the lead frame insert 62 are now brought together.
  • the leadframe insert 62 with its recessed area 70 is inserted into the recess 1010 of the circuit board 10 in the correct orientation, so that the bearing surfaces 500 or the contact surfaces of the ends 670, 680,
  • process step 310 reflow soldering is carried out at a maximum of 240 ° C. and a total of approx. 5 minutes in the oven, approx. 1 minute of which over 220 ° C. so that the electrical contact between the leadframe 62 and the conductor track of the printed circuit board 10 is established.
  • the circuit board 10 and the lead frame insert 16 are now flush with the rear surface because the extent d2 (amount) of the recess in the lead frame 62 is carried out approximately or exactly with the circuit board thickness d1 (see Fig. 8).
  • the lead frame 62 can contact the front cooling surface 30 of the cooling body 3 shown in FIG. 3 via the thermally conductive adhesive and dissipate heat very efficiently.
  • the LED chips 11, 12, 13 with their base area forming a first electrical contact are, preferably by means of a conductive adhesive, in particular a conductive silver adhesive, in the recessed area 70 of the lead frame 62 on the exposed surfaces of the strands 66 to 69 bonded (die-bonding).
  • a conductive adhesive in particular a conductive silver adhesive
  • the process can be carried out at 150 ° C for 2 hours, for example.
  • the LED chips 11, 12, 13 are attached to a contact point facing the top, which forms a second electrical contact, to an adjacent strand in the recessed area 70 of the lead frame 62 on the respective top by wire bonds 900 (especially gold wire bonding with ball bonder) attached.
  • wire bonds 900 especially gold wire bonding with ball bonder
  • Light module housing (light module)
  • annular flange section cooling surface of the lighting module, hollow-cylindrical cooling body section, annular disk-shaped cooling body section, cooling ribs, circular disk-shaped flange section, 42 contact pins

Abstract

An LED chip insert for a circuit board comprises: a leadframe, in which punching is used to form a number of electrically conductive strands having respective ends having bearing surfaces that are designed for attachment to a circuit board and that form a common plane; wherein the leadframe has a region in the form of a depression in relation to the ends, an injection-moulded frame that is formed from an electrically insulating material and annularly surrounds a surface of the leadframe, which surface is exposed within the region of the depression and faces the ends of the strands, and consequently achieves a trough-shaped overall structure, at least one LED chip that is placed in the region in the form of a depression and has a first electrical contact connection and a second electrical contact connection, wherein the first electrical contact connection is electrically conductively connected to a first of the strands and the second electrical contact connection is electrically conductively connected to a second of the strands. The region of the leadframe in the form of a depression in relation to the ends may be inserted into a cutout in the circuit board such that the back faces thereof terminate flush with one another. In the lighting module, the back face of the depressed region of the circuit board may be in contact with an end cooling surface of a heat sink and dissipate heat there.

Description

LED-CHIP-EINSATZ, BELEUCHTUNGSEINRICHTUNG, LEUCHTMODUL SOWIE VERFAHREN ZUM HERSTELLEN DER BELEUCHTUNGSEINRICHTUNG LED CHIP INSERT, LIGHTING DEVICE, LIGHTING MODULE AND PROCESS FOR MANUFACTURING THE LIGHTING DEVICE
BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Technisches Gebiet Technical area
Die vorliegende Erfindung betrifft einen LED-Chip-Einsatz für eine Leiterplatte, eine Beleuchtungseinrichtung mit LED-Chip-Einsatz und Leiterplatte, ein die Beleuchtungs einrichtung verwendendes Leuchtmodul, das insbesondere auch in Fahrzeugleuchten oder Scheinwerfern eingesetzt werden kann, sowie ein Verfahren zum Herstellen der Beleuchtungseinrichtung. The present invention relates to an LED chip insert for a circuit board, a lighting device with an LED chip insert and circuit board, a lighting module using the lighting device, which can also be used in particular in vehicle lights or headlights, and a method for producing the lighting device .
Stand der Technik State of the art
Im Stand der Technik sind Fahrzeugleuchten und Scheinwerfer bekannt, bei denen in stark zunehmendem Maße LED-Module eingesetzt werden. Je nach Anwendung sind hier auch Hochleistungs-LEDs im Einsatz. Eine in jüngerer Zeit vorgestellte Plattform, die auch den von der International Technical Commission (IEC) vorgesehenen Nor mierungen entsprechen kann, ist die eXchangeable LED Signal lamp, kurz: XLS. Die ser Standard erlaubt einheitliche Bauformen unter darin möglicher Variation von Be leuchtungseinrichtungen, d.h. je nach Einsatz und Anwendung unterschiedlicher Kom bination und Anordnung von LEDs im Modul. Solche unterschiedlichen Anwendungen können beispielsweise Tagfahrlicht, Blinker, Bremslichter oder Zusatzfunktionen wie Nebelscheinwerfer, Fernlicht etc. sein. In the prior art, vehicle lights and headlights are known in which LED modules are being used to an increasing extent. Depending on the application, high-performance LEDs are also used here. A recently introduced platform that can also comply with the standards provided by the International Technical Commission (IEC) is the eXchangeable LED Signal lamp, or XLS for short. This standard allows uniform designs with the possible variation of lighting equipment, i.e. different combinations and arrangements of LEDs in the module depending on the use and application. Such different applications can be, for example, daytime running lights, indicators, brake lights or additional functions such as fog lights, high beam etc.
Ein besonders relevanter Punkt beim Einsatz von Hochleistungs-LEDs in solchen LED-Modulen betrifft das Wärmemanagement. Konventionell sind dabei die LEDs auf Leiterplatten (PCBs: printed Circuit boards) direkt oder vermittels Leiterrahmen ( lead frames) angebracht. Die Leiterplatten bestehen den Umständen entsprechend im We sentlichen aus schwer entflammbaren FR-4, welches aber selbst keine ausreichende Wärmeleitung bietet. Um die Wärme effizient abzuführen, können in der Leiterplatte Bohrungen, sogenannte Vias, vorgesehen werden, die von innen z.B. mit Kupfer be- schichtet sind und über oberflächliche Kupferbahnen mit dem die einzelnen oder meh reren LEDs aufweisenden LED-Chip verbunden sind. Über solche Vias kann die Wär me auf die Rückseitenfläche der Leiterplatte transportiert werden, wo sie im Fall der XLS-Modulen über eine Klebeschicht mit einem Kühlkörper verbunden ist. Konstrukti onsbedingt und durch thermische Belastung hat es sich allerdings als ungünstig erwie sen, LED-Chips unmittelbar auf Vias zu platzieren. In besonders gelagerten Fällen kann es dabei zu Schräglagen einzelner LED-Chips kommen, so dass es die Folge sein kann, dass keine normgerechte Abstrahlung des emittierten Lichts im Scheinwer fer vorliegt. A particularly relevant point when using high-performance LEDs in such LED modules relates to thermal management. Conventionally, the LEDs are attached to printed circuit boards (PCBs) directly or by means of lead frames. Depending on the circumstances, the circuit boards essentially consist of flame-retardant FR-4, which, however, does not itself offer sufficient heat conduction. In order to efficiently dissipate the heat, holes, so-called vias, can be provided in the circuit board, which can be filled with copper from the inside. are layered and are connected via superficial copper tracks with the individual or meh eral LEDs having LED chip. The heat can be transported via such vias to the rear surface of the circuit board, where in the case of the XLS modules it is connected to a heat sink via an adhesive layer. Due to the design and thermal stress, however, it has proven to be unfavorable to place LED chips directly on vias. In special cases, individual LED chips may be inclined, so that the result may be that the emitted light is not radiated in the headlight in accordance with the standards.
Alternativ können sehr dünne Leiterplatten bzw. PCBs mit Mikrovias (m-Vias) einge setzt werden, allerdings hat sich ein solcher Aufbau als teils instabil und daher unzu verlässig erwiesen. Ferner wurden und werden auch noch Metallkernplatinen oder wärmeleitende Keramiken eingesetzt. Solche Lösungen sind aber in dem hier betrach teten Volumenmarkt austauschbarer Leuchtmodule außerordentlich aufwändig und daher zu teuer. Alternatively, very thin circuit boards or PCBs with microvias (m-vias) can be used, but such a structure has proven to be partly unstable and therefore unreliable. Furthermore, metal core plates or thermally conductive ceramics were and are still used. However, such solutions are extremely complex and therefore too expensive in the volume market for replaceable light modules considered here.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung eine Beleuchtungseinrichtung oder Kompo nenten derselben, ein die Beleuchtungseinrichtung verwendendes Leuchtmodul sowie ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen der Beleuchtungseinrichtung bereitzu stellen, mit denen ein Wärmeabfluss verbessert und/oder die in Verbindung mit dem Wärmemanagement bei Leuchtmodulen stehenden Kosten reduziert werden. It is therefore an object of the invention to provide a lighting device or components thereof, a lighting module using the lighting device and a corresponding method for producing the lighting device, with which heat dissipation is improved and / or the costs associated with thermal management in the case of lighting modules are reduced .
Die Aufgabe wird gelöst durch einen LED-Chip-Einsatz für eine Leiterplatte mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 , eine Beleuchtungseinrichtung mit dem LED-Chip- Einsatz und einer Leiterplatte mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 10, ein Leuchtmodul mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 14 und ein Verfahren zum Herstellen der Beleuchtungseinrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 15. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Kernstück eines Aspekts der Erfindung ist ein LED-Chip-Einsatz für eine Leiterplatte. Dieser umfasst einen Leiterrahmen ( lead frame), einen Spritzgussrahmen ( molding frame ) und zumindest einen im Einsatz vorgesehenen LED-Chip. The object is achieved by an LED chip insert for a circuit board with the features of claim 1, a lighting device with the LED chip insert and a circuit board with the features according to claim 10, a light module with the features according to claim 14 and a Method for producing the lighting device having the features according to patent claim 15. Advantageous developments of the circuit arrangement according to the invention are the subject matter of the dependent claims. The core of one aspect of the invention is an LED chip insert for a printed circuit board. This comprises a lead frame, an injection molding frame and at least one LED chip provided in use.
Bei dem Leiterrahmen ist durch Ausstanzen eine Anzahl von elektrisch leitfähigen Strängen mit jeweiligen Enden ausgebildet, die Auflageflächen aufweisen, die zum Anbringen auf einer Leiterplatte bestimmt sind und die eine gemeinsame Ebene auf bauen. Die Auflageflächen können zumindest teilweise Kontaktflächen bilden. Die En den können laschenartig ausgebildet sein. Die Auflageflächen müssen aber nicht voll flächig auf der Leiterplatte zu liegen kommen, wenn der LED-Chip-Einsatz daran an gebracht wird. In the lead frame, a number of electrically conductive strands are formed with respective ends by punching them, which have bearing surfaces which are intended for attachment to a printed circuit board and which build a common plane. The bearing surfaces can at least partially form contact surfaces. The En can be designed like tabs. However, the contact surfaces do not have to lie flat on the circuit board when the LED chip insert is attached to it.
Die Stränge sind durch Ausstanzen gebildet bzw. strukturiert, d.h., durch Entfernen von Material vom Leiterrahmenrohling. Sie daher können gemäß den hier im Folgen den beschriebenen Ausführungsbeispielen voneinander (elektrisch) getrennt sein. Es ist aber genauso möglich, dass diese ganz oder teilweise untereinander verbunden sind. Es kann auch sein, dass insgesamt nur zwei Enden vorliegen, die z.B. auf einan der gegenüberliegenden Seiten des Leiterrahmens Auflageflächen bilden. Die Auflage flächen können, müssen aber im Einzelfall nicht elektrische Anschlüsse des Leiter rahmens zur Versorgung des LED-Chips mit Leistung bilden. Bilden sie elektrische Anschlüsse, so sind sie vorzugsweise auf der Leiterplatte verlötet, vorzugsweise mit Leiterbahnen z.B. aus Kupfer, die auf der Leiterplatte ausgebildet sind. Die Stränge sind entsprechend der gewünschten Anzahl, Anordnung und Funktion der LED-Chips ausgelegt und besitzen entsprechende elektrische Eigenschaften. Nicht jeder Strang muss mit einem LED-Chip belegt sein. Vorzugsweise sind mindestens zwei Stränge erforderlich. The strands are formed or structured by die cutting, that is, by removing material from the lead frame blank. They can therefore be (electrically) separated from one another in accordance with the exemplary embodiments described here below. But it is just as possible that these are wholly or partially connected to one another. It can also be that there are only two ends in total, which, for example, form contact surfaces on opposite sides of the leadframe. The support surfaces can, but do not have to form electrical connections of the conductor frame for supplying the LED chip with power in individual cases. If they form electrical connections, they are preferably soldered to the circuit board, preferably with conductor tracks, e.g. made of copper, which are formed on the circuit board. The strings are designed according to the desired number, arrangement and function of the LED chips and have corresponding electrical properties. Not every strand has to be assigned an LED chip. Preferably at least two strands are required.
Der Leiterrahmen weist ferner einen als Vertiefung gegenüber den Enden ausgebilde ten Bereich auf. Der Begriff "Vertiefung" weist hier schon darauf hin, dass Material des Leiterrahmens aus der Referenzebene der Enden bzw. deren Auflagefläche heraus geformt bzw. verschoben wird, und zwar in eine Richtung, in welcher die Auflagefläche der Enden der Stränge gewandt ist, im Fall der Montage des LED-Chip-Einsatzes auf einer Leiterplatte folglich in die Leiterplattenebene hinein. Ferner weist der LED-Chip-Einsatz einen Spritzgussrahmen auf, der aus einem elek trisch isolierenden Material gebildet ist und eine innerhalb des Bereichs der Vertiefung freiliegende Oberfläche des Leiterrahmens, die den Enden der Stränge (d.h., den Auf lageflächen) zugewandt ist, ringartig umschließt und infolgedessen einen insgesamt wannenartigen Aufbau bewirkt. Der Spritzgussrahmen kann durch auf dem techni schen Gebiet bekannte Spritzgussverfahren hergestellt werden. Vorzugsweise ver gießt er den Strukturaufbau des Leiterrahmens und bildet so die Wanne, die mit be sonderem Vorteil beispielsweise zum Verfüllen mit einer Titanoxid umfassenden Re flexionsschicht um den LED-Chip herum genutzt werden kann, so dass allein hier schon eine Aufwandsersparnis eintritt. Herkömmlich ist dazu um den oder die LED- Chips herum in einem zusätzlichen Schritt eine Wandung zu bilden, die hernach ver fällt wird. Der Spritzgussrahmen hat zudem den besonderen Vorteil, dass er die Kom ponenten des Leiterrahmens, d.h. die Stränge untereinander mechanisch verbindet, gleichzeitig elektrisch isoliert, dem ganzen Einsatz aber mechanischen Zusammenhalt verleiht. The lead frame also has an area formed as a recess opposite the ends. The term "recess" already indicates that the material of the leadframe is formed or shifted out of the reference plane of the ends or their support surface, specifically in a direction in which the support surface of the ends of the strands faces, in the case the assembly of the LED chip insert on a circuit board consequently into the circuit board level. Furthermore, the LED chip insert has an injection molding frame which is formed from an electrically insulating material and surrounds a surface of the lead frame which is exposed within the region of the recess and which faces the ends of the strands (ie, the bearing surfaces) in a ring-like manner and as a result causes an overall trough-like structure. The injection molding frame can be manufactured by injection molding processes known in the technical field. It preferably pours the structure of the lead frame and thus forms the trough, which can be used with particular advantage, for example, for filling with a titanium oxide-based reflective layer around the LED chip, so that this alone saves effort. Conventionally, a wall is to be formed around the LED chip or chips around in an additional step, which is then ver afterwards. The injection-molded frame also has the particular advantage that it mechanically connects the components of the lead frame, ie the strands with one another, and at the same time electrically insulates them, but gives the entire insert mechanical cohesion.
Des Weiteren ist wenigstens ein LED-Chip (vorzugsweise mehrere LED-Chips) vorge sehen, der in dem als Vertiefung ausgebildeten Bereich des Leiterrahmens auf einem oder mehreren der Stränge platziert ist und einen ersten elektrischen Kontaktan schluss und einen zweiten elektrischen Kontaktanschluss besitzt, wobei der erste elek trische Kontaktanschluss mit einem ersten der Stränge und der zweite elektrische Kon taktanschluss mit einem zweiten der Stränge elektrisch leitend verbunden ist. Die Stränge führen dem LED-Chip folglich im assemblierten Zustand die zum Betrieb er forderlichen elektrischen (Spannungs- bzw. Strom-) Signale zu. Furthermore, at least one LED chip (preferably several LED chips) is provided, which is placed on one or more of the strands in the area of the lead frame designed as a recess and has a first electrical contact connection and a second electrical contact connection, the The first electrical contact connection is connected to a first of the strands and the second electrical contact connection to a second of the strands in an electrically conductive manner. In the assembled state, the strings supply the LED chip with the electrical (voltage or current) signals required for operation.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau ist der zumindest eine LED-Chip direkt oder zumindest über einen Haftvermittler mit dem Leiterrahmen im Bereich der Vertiefung verbunden. Über den betreffenden Strang oder die betreffenden Stränge kann er un mittelbar Wärme ableiten. Da die Vertiefung in Richtung der Auflagefläche orientiert ist, erstreckt sich der betreffende Leiterrahmenaufbau bzw. der Strang im Bereich der Ver tiefung durch die Leiterplatte, in welcher der LED-Chip-Einsatz einzusetzen, hindurch - welches natürlich nur möglich ist, wenn diese eine entsprechende Aussparung vor- sieht, wie eine nachfolgend zu beschreibender Aspekt der Erfindung im Hinblick auf eine Beleuchtungseinrichtung mit Leiterplatte und LED-Chip-Einsatz es auch vorsieht. As a result of the structure according to the invention, the at least one LED chip is connected to the leadframe in the region of the recess directly or at least via an adhesion promoter. He can directly dissipate heat via the strand or strands in question. Since the recess is oriented in the direction of the support surface, the lead frame structure or strand in question extends in the area of the recess through the circuit board in which the LED chip insert is inserted - which is of course only possible if this is a corresponding one Recess in front sees how an aspect of the invention to be described below with regard to a lighting device with circuit board and LED chip insert also provides.
Da sich der Bereich der Vertiefung durch die Leiterplattenebene hindurch erstreckt, kann der wärmeleitende Leiterrahmenaufbau auch eine darunter angeordnete Kühl körperfläche kontaktieren, wie sie insbesondere im Fall von XLS-Modulen (aber auch anderen Leuchtmodulen) vorgesehen ist, und auf die z.B. die Leiterplatte im Umfeld der Aussparung geklebt ist. Mit anderen Worten, durch den erfindungsgemäßen LED- Chip-Einsatz kann die Wärme vom LED-Chip mit hoher Effizienz über den Strang im Bereich der Vertiefung unmittelbar auf eine etwaig darunter liegende Kühlfläche im Leuchtmodul abgegeben werden. Vorzugsweise wird die Kontaktfläche, d.h., die Rückseitenoberfläche des Leiterrahmens und des z.B. den Zwischenraum zwischen den Strängen des Leiterrahmens im Bereich der Vertiefung vergießenden Spritzguss rahmens mit der Kühlfläche im Leuchtmodul verklebt. Since the area of the recess extends through the circuit board level, the thermally conductive leadframe structure can also contact a cooling body surface arranged below, as is provided in particular in the case of XLS modules (but also other light modules), and to which, for example, the circuit board in the vicinity the recess is glued. In other words, through the LED chip insert according to the invention, the heat from the LED chip can be given off with high efficiency via the strand in the region of the depression directly to a cooling surface in the light module that may be located below. Preferably, the contact surface, i.e. the rear surface of the lead frame and of the injection molding frame, for example, which encapsulates the space between the strands of the lead frame in the region of the recess, is glued to the cooling surface in the light module.
Auf diese Weise ist es möglich, mit Hilfe der Erfindung ohne Einsatz kostenintensiver Komponenten wie Metallkernplatinen (MCPCB: metal core PCBs) oder zusätzlicher Kupferbahnen ein wirksames Wärmemanagement durchzuführen und gleichzeitig so gar wie beschrieben den Prozess der Dispensierung eines Damms zur Bereitstellung einer Wanne für die Auffüllung mit einem Titanoxid aufweisenden Silikon-Vergussmas se mit Reflektionseigenschaften für die blaue Primärstrahlung überflüssig macht. In this way, it is possible with the help of the invention without the use of cost-intensive components such as metal core PCBs (MCPCB: metal core PCBs) or additional copper tracks to carry out an effective thermal management and at the same time, as described, the process of dispensing a dam to provide a tank for filling with a titanium oxide containing silicone casting compound with reflective properties for the blue primary radiation makes superfluous.
Im Stand der Technik (siehe zum Beispiel DE102017213269 A1 ) wird dazu eine um die Konversions-Lichtquellen (LED) umlaufende Umfassungsstruktur (Wandung, Damm) aus Silikon ausgebildet, welche gegenüber der Grundfläche erhöht ist. Der Damm wird durch Dispensierung aufgebracht. Der von diesem Damm umfasste Zwi schenraum, inklusive der zwischen den einzelnen Kupfersträngen vorhandenen Zwi- schenrumen, wird mit einer lichtreflektierenden, Ti02-enthaltenden Silikon-Verguss masse aufgefüllt, und zwar so weit, dass die seitlich aus dem Phosphor-Konverter der LEDs austretendende (blaue) Primär-Strahlung wieder zur LED bzw. auf die Konversi onsschicht der LEDs zurück reflektiert wird und somit erneut für eine Konversion von Blaustrahlung in gelbes Konversionslicht zur Verfügung steht. Durch die Bereitstellung einer Wanne ist die Ausbildung eines externen Damms nicht mehr notwendig, da die äußere Begrenzung der Wanne die Funktion einer Wandung erfüllt. In the prior art (see, for example, DE102017213269 A1), an encircling structure (wall, dam) made of silicone that surrounds the conversion light sources (LED) and is raised in relation to the base area is formed for this purpose. The dam is applied by dispensing. The space enclosed by this dam, including the spaces between the individual copper strands, is filled with a light-reflecting, Ti02-containing silicone potting compound to such an extent that the ( blue) primary radiation is reflected back to the LED or onto the conversion layer of the LEDs and is thus again available for a conversion of blue radiation into yellow conversion light. By providing For a tub, the formation of an external dam is no longer necessary, since the outer boundary of the tub fulfills the function of a wall.
Auch die Bildung eben dieser Titanoxid aufweisenden Reflexionsschicht wird dadurch vereinfacht. The formation of this reflective layer comprising titanium oxide is also simplified as a result.
Durch die Erfindung wird eine räumlich sehr kurze, direkte Durchleitung der Wärme durch reines Kupfer bis zum Kühlkörper des Leuchtmoduls ermöglicht. The invention enables a spatially very short, direct passage of the heat through pure copper to the heat sink of the light module.
Einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel zufolge ist der als Vertiefung ausgebildete Bereich des Leiterrahmens durch Stanzverformung eines ursprünglich planaren, zur Bildung der Stränge vorab ausgestanzten Leiterrahmenrohlings ausgebildet ist. Ein solcher Prozess ist besonders einfach und damit kostengünstig und erlaubt gleichzeitig einen Grad der Vertiefung, der präzise einstellbar ist. According to an advantageous embodiment, the area of the leadframe designed as a recess is formed by stamping of an originally planar leadframe blank that has been stamped out in advance to form the strands. Such a process is particularly simple and therefore inexpensive and at the same time allows a degree of deepening that can be precisely adjusted.
Einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zufolge vergießt der Spritzgussrahmen einen sich an die Enden der Stränge anschließenden, in die Vertiefung hinein erstre ckenden Abschnitt des Leiterrahmens jeweils zwischen den Strängen und um diese herum. Dadurch bewirkt er den ringartigen Umschluss um die freiliegende (vorderseiti ge) Oberfläche des Leiterrahmens innerhalb der Vertiefung. Vorzugsweise steht der sich in die Vertiefung hinein erstreckende Abschnitt des Leiterrahmens im Wesentli chen senkrecht zur Ebene der Auflageflächen, um Platz zu sparen. Sind die Stränge parallel zueinander und bilden lediglich auf zwei gegenüberliegenden Seiten Enden mit Auflageflächen zum Anbringen auf der (vorderen) oberen Hauptfläche der Leiterplatte, so kann es sein, dass an den Stirnseiten des Leiterrahmens keine Enden vorliegen und der Bereich der Vertiefung in Richtungen senkrecht zur Strangrichtung (innerhalb der Plattenebene) offen ist. Dann ist vorzugsweise auch dieser Abschnitt vom Spritz gussrahmen erfasst, so dass die Wanne ausgebildet wird, d.h. die offene(n) Stirnsei tein) der Vertiefung werden vom Spritzgussrahmen verschlossen, so dass die Wan nenform mit Vorteil erhalten bleibt und auf den zur Bildung einer Reflexionsschicht er forderlichen Damm verzichtet werden kann. Wie bereits erwähnt, ,ist in einer weiteren, entsprechend vorteilhaften Ausführungs form zufolge der wannenartige Aufbau innerhalb des die Vertiefung ringartig umschlie ßenden Spritzgussrahmens mit einer vorzugsweise Titanoxid enthaltenden Silikon- Vergussmasse verfüllt, wobei die obere Oberfläche der Schicht auf gleicher Höhe oder unterhalb einer oberen Lichtaustrittsfläche (Konverterschicht) des LED-Chips liegt, so dass diese nicht von der Schicht benetzt ist. Auf diese Weise wird das in der eigentli chen Abstrahlrichtung austretende, von der oder den LEDs erzeugte Licht nicht beein trächtigt. Der seitlich austretende und daher aufgrund der Geometrie kaum nutzbare blaue Lichtanteil kann aber in der Reflexionsschicht zumindest teilweise auf die Kon versionsschicht der LEDs zurück reflektiert und ggf. in gelbes Licht umgewandelt und von dort in der gewünschten Abstrahlrichtung emittiert werden, so dass die Effizienz weiter gesteigert wird. According to a further advantageous embodiment, the injection molding frame encapsulates a section of the lead frame that adjoins the ends of the strands and extends into the recess between and around the strands. As a result, it causes the ring-like enclosure around the exposed (front-side) surface of the lead frame within the recess. The section of the lead frame extending into the recess is preferably essentially perpendicular to the plane of the support surfaces in order to save space. If the strands are parallel to each other and only form ends on two opposite sides with contact surfaces for attachment to the (front) upper main surface of the circuit board, it may be that there are no ends on the front sides of the lead frame and the area of the recess in directions perpendicular to the Strand direction (within the plane of the plate) is open. This section is then preferably also covered by the injection molding frame, so that the trough is formed, ie the open end (s) of the recess are closed by the injection molding frame, so that the trough shape is advantageously retained and on to form a reflective layer he required dam can be dispensed with. As already mentioned, in a further, correspondingly advantageous embodiment, the trough-like structure within the injection molding frame enclosing the recess in a ring-like manner is filled with a silicone potting compound preferably containing titanium oxide, the upper surface of the layer being at the same level or below an upper light exit surface (Converter layer) of the LED chip is so that it is not wetted by the layer. In this way, the light generated by the LED or LEDs is not impaired. The blue light component emerging from the side and therefore hardly usable due to the geometry can be at least partially reflected back onto the conversion layer of the LEDs in the reflective layer and, if necessary, converted into yellow light and emitted from there in the desired direction of radiation, so that efficiency is further increased will.
Die seitlichen Oberflächen der Wanne im Bereich des Spritzgussrahmens können zu sätzlich beschichtet sein, um die Reflexion zu verbessern. Zu diesem Zweck können sie auch eine Neigung gegenüber der Flächennormalen besitzen, d.h. nicht senkrecht zur Auflagefläche stehen. Der Spritzgussrahmen kann in der Weise gestaltet werden das nur ein minimal nötiger Bereich um die LEDs herum frei bleibt für die Reflexions schicht sowie die elektrische Kontaktierung der einzelnen Kupferstränge. Somit kann das nötige Volumen für die Reflexionsschicht reduziert werden. The side surfaces of the tub in the area of the injection molding frame can additionally be coated in order to improve the reflection. For this purpose, they can also have an inclination with respect to the surface normal, i.e. not be perpendicular to the support surface. The injection-molded frame can be designed in such a way that only a minimally necessary area around the LEDs remains free for the reflective layer and the electrical contacting of the individual copper strands. The volume required for the reflective layer can thus be reduced.
Einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zufolge erstreckt sich der als Vertiefung ausgebildete Bereich des Leiterrahmens im Wesentlichen entlang einer zu der Aufla gefläche parallelen Ebene. Dadurch wird die Kontaktfläche zu einer unterliegenden Kühlfläche eines Kühlkörpers vergrößert und die Wärmeleitung verbessert. According to a further advantageous embodiment, the area of the lead frame designed as a depression extends essentially along a plane parallel to the support surface. As a result, the contact area with an underlying cooling surface of a heat sink is enlarged and the heat conduction is improved.
Einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zufolge weist der Leiterrahmen im Be reich der Vertiefung eine von den Enden der Stränge abgewandte, ebene Rücksei tenoberfläche auf. Die Rückseitenoberfläche schließt dabei im Wesentlichen bündig mit der unteren Hauptoberfläche der Leiterplatte ab. Dadurch kann die betreffende Lei terplatte mit einer planen Rückseite einschließlich des darin eingesetzten LED-CHIP- Einsatzes auf den Kühlkörper bzw. dessen plane Kühlkörperfläche aufgeklebt werden. Die Kontaktfläche ist dadurch noch weiter vergrößert und die Wärmeleitung verbes sert. According to a further advantageous embodiment, the lead frame in the region of the recess has a flat back surface facing away from the ends of the strands. The rear surface is essentially flush with the lower main surface of the circuit board. As a result, the relevant Lei terplatte can be glued to the heat sink or its flat heat sink surface with a flat rear side including the LED CHIP insert inserted therein. This increases the contact area even further and improves heat conduction.
Vorzugsweise liegt dabei eine Toleranz von bis zu 20 gm, vorzugsweise bis zu 5 gm hinsichtlich eines Unterschieds in einer Richtung senkrecht zur unteren Hauptfläche vor. Diese kann durch den Kleber zwischen der Kühlfläche und der Leiterplattenrück seite leicht ausgeglichen werden. Wichtig ist, dass die Verbindung zwischen den En den des Leiterrahmens und der Lötpads auf der Leiterplatte (falls z.B. gelötet wird) nicht unter mechanischer Spannung steht. Dies könnte der Fall sein, wenn der die Ver tiefung beinhaltende Bereich des Leiterrahmens über die Rückseite der Leiterplatte hinausragt, wenn diese assembliert sind und die Leiterplatte auf die Kühlfläche aufge klebt wird. Daher wird unter Berücksichtigung der Fertigungstoleranzen die Vertiefung in der Praxis eher um eine geringfügige Marge zurückhaltend im Vergleich zur Leiter plattendicke ausgebildet. There is preferably a tolerance of up to 20 μm, preferably up to 5 μm, with regard to a difference in a direction perpendicular to the lower main surface. This can be easily compensated for by the adhesive between the cooling surface and the back of the circuit board. It is important that the connection between the ends of the lead frame and the soldering pads on the circuit board (if, for example, soldering) is not under mechanical tension. This could be the case if the area of the lead frame containing the recess protrudes beyond the back of the circuit board when these are assembled and the circuit board is glued onto the cooling surface. Therefore, taking into account the manufacturing tolerances, the recess is formed in practice rather cautiously by a small margin compared to the printed circuit board thickness.
Einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zufolge ist der Leiterrahmen aus Kupfer gebildet, vorzugsweise eine Dicke von 100 pm bis 150 gm aufweist, und weiter vor zugsweise mit einem eine Endoberfläche bildenden Schutzfilm gegen Oxidation be schichtet, insbesondere einem Film aus ENEPIG (Electroless Nickel Electroless Pall- ladium Immersion Gold). Diese Schutzschicht ist äußerst planar und besitzt sehr gute Oxidationseigenschaften. Sie eignet sich besonders auch für das Golddrahtbonden, das im Einsatz bei LEDs sehr vorteilhaft eingesetzt wird. According to a further advantageous embodiment, the leadframe is made of copper, preferably has a thickness of 100 μm to 150 μm, and is further preferably coated with a protective film against oxidation that forms an end surface, in particular a film made of ENEPIG (Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion gold). This protective layer is extremely planar and has very good oxidation properties. It is also particularly suitable for gold wire bonding, which is used very advantageously in LEDs.
Einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zufolge ist der Spritzgussrahmen am Leiterrahmen aus einem Kunststoff gebildet, insbesondere aus einem Thermoplast wie einem Polyphtalamid (PPA) oder Polycyclohexylendimethylenterephthalat (PCT), oder aus WEMC (White Epoxy Molding Compound) gebildet. According to a further advantageous embodiment, the injection molding frame on the leadframe is made from a plastic, in particular from a thermoplastic such as polyphthalamide (PPA) or polycyclohexylene dimethylene terephthalate (PCT), or from WEMC (White Epoxy Molding Compound).
Einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zufolge ist der wenigstens eine LED- Chip auf einem ersten der Stränge in dem Bereich der Vertiefung platziert und mit sei ner den ersten elektrischen Kontaktanschluss bildenden Grundfläche vorzugsweise durch einen Haftvermittler an diesem ersten Strang angebondet. Der wenigstens eine LED-Chip ist ausgehend vom zweiten elektrischen Kontaktanschluss über einen Bond- Draht an einem zweiten der Stränge angebondet. Diese in Chip-on-Board (COB)-tech- nologie ausgeführte Anbringung erweist sich als besonders geeignet für die Anwen dung. Allerdings kann der LED-Chip erfindungsgemäß auch in SMD-Technologie an gebracht sein. According to a further advantageous embodiment, the at least one LED chip is placed on a first of the strands in the region of the recess and is preferably bonded to this first strand by means of an adhesion promoter with its base area forming the first electrical contact connection. Starting from the second electrical contact connection, the at least one LED chip is connected via a bond Wire bonded to a second of the strands. This attachment, implemented using chip-on-board (COB) technology, proves to be particularly suitable for the application. However, according to the invention, the LED chip can also be placed in SMD technology.
Erfindungsgemäß ist ferner wie beschrieben eine Beleuchtungsvorrichtung mit der Lei terplatte und dem LED-Chip-Einsatz darin vorgesehen. Die Leiterplatte ist aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist und weist eine obere Hauptfläche mit Lei terbahnen (z.B. aus Kupfer) und eine dieser gegenüberliegende untere Hauptfläche auf. Es ist eine sich zwischen den Hauptflächen durch die Leiterplatte hindurch erstre ckende Aussparung gebildet, wie oben bereits beispielhaft ausgeführt wurde. Hierin ist ein gemäß einem der oben angeführten Aspekten und Ausführungsbeispielen einge richteter LED-Chip-Einsatz vorgesehen, d.h. eingesetzt. According to the invention, as described, a lighting device with the Lei terplatte and the LED chip insert is also provided therein. The circuit board is formed from an electrically insulating material and has an upper main surface with conductor tracks (e.g. made of copper) and a lower main surface opposite to this. A recess extending through the printed circuit board is formed between the main surfaces, as has already been exemplified above. An LED chip insert set up in accordance with one of the above-mentioned aspects and exemplary embodiments is provided, i.e. inserted, therein.
Der Leiterrahmen ist an der Leiterplatte angebracht ist, indem die die Auflagefläche bildenden Enden der Stränge des Leiterrahmens mit dieser Auflagefläche auf einer oberen Hauptfläche der Leiterplatte aufliegen und daran befestigt sind, z.B. durch Lö ten, etwa Reflow-Löten, oder durch Lasern, welches noch zu beschreibende Vorteile bietet. Der als Vertiefung gegenüber der Ebene ausgebildete Bereich des Leiterrah mens ist dabei nun in die Aussparung in der Leiterplatte eingepasst dabei ist anzu merken, dass mindestens ein Toleranzabstand zwischen den Seitenwänden der Ver tiefung, d.h. dem Spritzgussrahmen, und der Innenkante der Aussparung der Leiter platte vorgesehen ist. Ein Kontakt zwischen beiden ist nicht ausgeschlossen, aber auch nicht erforderlich. Vielmehr kann die Geometrie - betrachtet in der Ebene der Leiterplatte bzw. der Auflageflächen des Leiterrahmens - der Aussparung durchaus auch beträchtlich von jener des Bereichs der Vertiefung im Leiterrahmen bzw. im LED- Chip-Einsatz abweichen. Der Begriff "Einpassen" ist daher weit auszulegen und be zieht sich eher auf ein "Hineinführen". The lead frame is attached to the circuit board by resting the ends of the strands of the lead frame forming the bearing surface with this bearing surface on an upper main surface of the circuit board and being attached to it, for example by soldering, such as reflow soldering, or by laser, which is still offers advantages to be described. The formed as a recess opposite the plane of the ladder frame mens is now fitted into the recess in the circuit board, it should be noted that at least one tolerance distance between the side walls of the recess, ie the injection molding frame, and the inner edge of the recess of the circuit board is provided is. A contact between the two is not excluded, but also not necessary. Rather, the geometry - viewed in the plane of the printed circuit board or the support surfaces of the leadframe - of the recess can also deviate considerably from that of the area of the recess in the leadframe or in the LED chip insert. The term "fitting in" is therefore to be interpreted broadly and relates more to "leading in".
Die Vorteile dieser Beleuchtungseinrichtung ergeben sich aus der vorhergehenden Beschreibung. Einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zufolge ist die Leiterplatte aus einem schlecht wärmeleitfähigen Material, vorzugsweise FR4 gebildet ist. Zusätzlich oder al ternativ kann die die Leiterplatte in einer im wesentlichen kreisrunden Form geschnit ten sein. Im Letzteren Fall eignet sie sich besonders für die austauschbaren XLS-Mo- dule, deren Gehäuse hohlzylinderförmig und bei denen stirnseitig entsprechend kreis förmige Leiterplatten vorgesehen sind, auf denen die LED-Chips direkt oder mittelbar montiert sind. The advantages of this lighting device emerge from the preceding description. According to a further advantageous embodiment, the printed circuit board is made of a poorly thermally conductive material, preferably FR4. Additionally or alternatively, the printed circuit board can be cut in a substantially circular shape. In the latter case, it is particularly suitable for the exchangeable XLS modules, the housing of which is hollow-cylinder-shaped and in which correspondingly circular printed circuit boards are provided on the front side, on which the LED chips are mounted directly or indirectly.
Einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zufolge sind mehrere LED-Chips vorge sehen, wobei je ein LED-Chip auf einem der Stränge in dem Bereich der Vertiefung platziert und über seine Kontaktanschlüsse mit einem und einem weiteren Strang ver bunden ist, auf dem ein benachbarter LED-Chip in gleicher Weise platziert ist, so dass zumindest eine Teilmenge der LED-Chips untereinander elektrisch in Reihe geschaltet sind. According to a further advantageous embodiment, several LED chips are provided, with one LED chip each placed on one of the strands in the area of the recess and connected via its contact terminals to one and another strand on which an adjacent LED chip is connected is placed in the same way, so that at least a subset of the LED chips are electrically connected in series with one another.
Einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zufolge sind die Stränge im Leiterrah men parallel zueinander angeordnet und die LED-Chips in einer Reihe entlang einer Linie oder an alternierend versetzter Position auf den oberen Oberflächen der Stränge angeordnet. Alternativ oder zusätzlich sind die LED-Chips in zwei zueinander paralle len Reihen auf den oberen Oberflächen der Stränge angeordnet. According to a further advantageous embodiment, the strands in the conductor frame are arranged parallel to one another and the LED chips are arranged in a row along a line or at an alternately offset position on the upper surfaces of the strands. Alternatively or additionally, the LED chips are arranged in two parallel rows on the upper surfaces of the strings.
Eine LED oder ein Teil der LEDs oder alle LEDs können beispielsweise eine Fläche von etwa 1 mm2 aufweisen. Auch eine Fläche von 2 mm2 ist denkbar. Weitere Geome trien sind ebenfalls vorstellbar. Beispielsweise handelt es sich bei den LEDs um UX3 Chips von Osram. Die LED kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten LED oder in Form mindestens eines LED-Chips, der eine oder mehrere Leuchtdioden auf weist, vorliegen. Die LED kann in Form einer Mikro-LED vorliegen. An LED or some of the LEDs or all of the LEDs can have an area of approximately 1 mm 2 , for example. An area of 2 mm 2 is also conceivable. Other geometries are also conceivable. For example, the LEDs are UX3 chips from Osram. The LED can be in the form of at least one individually housed LED or in the form of at least one LED chip that has one or more light-emitting diodes. The LED can be in the form of a micro-LED.
Die Anordnung der LEDs oder eines Teils der LEDs kann dabei matrixförmig oder zel lenförmig oder rund sein. Andere Ausführungen sind ebenso denkbar. The arrangement of the LEDs or a part of the LEDs can be matrix-shaped or zel len-shaped or round. Other designs are also conceivable.
Aspekten der Erfindung zufolge ist auch ein Leuchtmodul vorgesehen, vorzugsweise für den Einsatz in einer Leuchte in einem Kraftfahrzeug, umfassend die vorbeschrie- bene Beleuchtungseinrichtung, wobei das Leuchtmodul vorzugsweise austauschbar und als eXchangeable LED Signal lamp (XLS) ausgebildet ist. Ein solches Leuchtmo dul kann ein Gehäuse mit mechanischen Verriegelungselementen, einen Kühlkörper mit Kühlrippen, ein elektrisches Anschlusselement, die Beleuchtungseinrichtung mit Leiterplatte und erfindungsgemäßem LED-Chip-Einsatz und ggf. eine Dichtungsrich tung als Hauptkomponenten aufweisen. Der Kühlkörper kann stirnseitig senkrecht zur Achse des zylindrischen Gehäuses eine Kühlfläche aufweisen, auf der die Leiterplatte aufgeklebt wird, um Wärme abzuleiten und den Kühlrippen zuzuführen. Gemeinsam mit der Leiterplatte kontaktiert auch der vertiefte Bereich des Leiterrahmens des LED- Chip-Einsatzes diese Kühlfläche (ggf. über einen Kleber oder Haftvermittler), so dass auch hier mit hoher Effizienz Wärme aus dem LED-Chip abgeführt wird. According to aspects of the invention, a light module is also provided, preferably for use in a light in a motor vehicle, comprising the previously described level lighting device, wherein the light module is preferably replaceable and designed as an eXchangeable LED signal lamp (XLS). Such a light module can have a housing with mechanical locking elements, a heat sink with cooling fins, an electrical connection element, the lighting device with circuit board and LED chip insert according to the invention and possibly a sealing direction as main components. The end face of the heat sink can have a cooling surface, perpendicular to the axis of the cylindrical housing, on which the printed circuit board is glued in order to dissipate heat and feed it to the cooling fins. Together with the circuit board, the recessed area of the lead frame of the LED chip insert also makes contact with this cooling surface (possibly via an adhesive or bonding agent), so that here too heat is dissipated from the LED chip with high efficiency.
Einem weiteren Aspekt der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Herstellen einer Be leuchtungseinrichtung wie oben beschrieben vorgesehen. Das Verfahren kann folgen de Schritte umfassen: A further aspect of the invention also provides a method for producing a lighting device as described above. The process can include the following steps:
Bereitstellen einer Leiterplatte, die aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist und eine obere Hauptfläche mit Leiterbahnen und eine dieser gegenüber liegende untere Hauptfläche aufweist, und wobei eine sich zwischen den Hauptflächen durch die Leiterplatte hindurch erstreckende Aussparung gebildet ist; Providing a circuit board which is formed from an electrically insulating material and has an upper main surface with conductor tracks and a lower main surface lying opposite this, and wherein a recess is formed between the main surfaces through the circuit board extending through;
Ausstanzen eines Leiterrahmens mit einer Anzahl von elektrisch leitfähigen Strängen mit jeweiligen Enden; Punching out a lead frame having a number of electrically conductive strands with respective ends;
Stanzformen des Leiterrahmens zum Ausbilden von einer gemeinsam eine Auf lagefläche bildende Ebene durch die Enden der Stränge sowie eines als Vertiefung gegenüber der Ebene ausgebildeten Bereiches; Stamping of the lead frame to form a joint on a supporting surface forming plane through the ends of the strands and an area formed as a recess opposite the plane;
Einpassen des die Vertiefung gegenüber der Ebene bildenden Bereiches des Leiterrahmens in die Aussparung der Leiterplatte und Befestigen der die Auflagefläche bildenden Enden der Stränge auf der Leiterplatte; Fitting the area of the lead frame forming the recess opposite the plane into the recess of the circuit board and fastening the ends of the strands forming the support surface on the circuit board;
Platzieren des wenigstens einen LED-Chips auf einem der Stränge in dem Be reich der Vertiefung und Anbonden mit seiner einen ersten elektrischen Kontakt bil denden Grundfläche vorzugsweise durch einen Haftvermittler an den Strang,Placing the at least one LED chip on one of the strands in the region of the depression and bonding with its base area forming a first electrical contact, preferably by means of an adhesion promoter to the strand,
Anbonden des wenigstens einen LED-Chip ausgehend von einem einen zwei ten elektrischen Kontakt bildenden Anschlusspunkt über einen Bond-Draht an einem anderen der Stränge. Es ergeben sich die gleichen oder ähnlichen Vorteile, wie sie oben beschrieben sind. Bonding of the at least one LED chip starting from a connection point forming a second electrical contact via a bonding wire to another of the strands. The same or similar advantages as described above result.
Weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen zufolge können weitere Schritte vorgesehen sein, beispielsweise das Bilden eines Spritzgussrahmen aus einem elektrisch isolie renden Material an dem Leiterrahmen, so der Spritzgussrahmen eine innerhalb des Bereichs der Vertiefung freiliegende obere Oberfläche des Leiterrahmens ringartig umschließt, um einen wannenartigen Aufbau mit dem wenigstens einen LED-Chip dar in zu bewirken. According to further advantageous refinements, further steps can be provided, for example the formation of an injection molding frame from an electrically insulating material on the lead frame so that the injection molding frame surrounds an upper surface of the lead frame exposed within the region of the recess in a ring-like manner, around a trough-like structure with the at least one LED chip present in effect.
Ferner kann ein Verfüllen des wannenartigen Aufbaus innerhalb des ringartig um schließenden Spritzgussrahmens mit der freiliegenden oberen Oberfläche des Leiter rahmens darin und dem wenigstens einen LED-Chip darauf mit einer vorzugsweise Titanoxid umfassenden Reflexionsschicht vorgesehen sein, wobei die obere Oberflä che der Schicht auf gleicher Höhe oder unterhalb einer oberen Lichtaustrittsfläche des LED-Chips liegt, so dass diese nicht von der Schicht benetzt ist. Auch hier ergeben sich die oben beschriebenen Vorteile. Furthermore, a filling of the tub-like structure within the ring-like to closing injection molding frame with the exposed upper surface of the conductor frame therein and the at least one LED chip on it with a reflective layer preferably comprising titanium oxide can be provided, the upper surface of the layer at the same level or lies below an upper light exit surface of the LED chip, so that it is not wetted by the layer. The advantages described above also result here.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den An sprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und Funktionen. Further advantages, features and details of the invention emerge from the claims, the following description of preferred embodiments and with reference to the drawings. In the figures, the same reference symbols denote the same features and functions.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen ) Brief description of the drawings)
Es zeigen: Show it:
Fig.1 eine perspektivische Ansicht eines Leuchtmoduls gemäß einem Ausführungs beispiel der Erfindung, wobei eine auf der Leiterplatte angeordnete Elektronik sowie eine optionale Optik weggelassen ist und Leiterbahnen nicht dargestellt sind; 1 shows a perspective view of a light module according to an embodiment example of the invention, electronics arranged on the circuit board and optional optics being omitted and conductor tracks not being shown;
Fig. 2 eine ausschnittweise Vergrößerung der Ansicht des Leuchtmoduls aus Fig. 1 ; Fig. 3 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch das in Fig. 1 gezeigte Leuchtmodul; FIG. 2 shows an enlarged detail of the view of the light module from FIG. 1; FIG. 3 shows a schematic representation of a longitudinal section through the light module shown in FIG. 1;
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Herstellung einer Beleuchtungsein richtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; 4 shows a flow chart for a method for producing a lighting device according to an exemplary embodiment of the invention;
Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines gemäß dem Verfahrensablauf nach Fig. 4 gestanzten Leiterrahmenrohlings; FIG. 5 shows a perspective illustration of a lead frame blank punched in accordance with the method sequence according to FIG. 4; FIG.
Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines gemäß dem Verfahrensablauf nach Fig. 4 mit Spritzgussrahmen versehenen Leiterrahmenrohlings; FIG. 6 shows a perspective illustration of a lead frame blank provided with an injection molding frame in accordance with the method sequence according to FIG. 4; FIG.
Fig. 7 eine perspektivische Darstellung eines gemäß dem Verfahrensablauf nach Fig. 4 ausgestanzten Leiterrahmeneinsatzes; FIG. 7 shows a perspective illustration of a leadframe insert punched out according to the method sequence according to FIG. 4; FIG.
Fig. 8 eine perspektivische Darstellung eines gemäß dem Verfahrensablauf nach Fig. 4 in die Aussparung einer Leiterplatte eingesetzten Leiterrahmeneinsat zes; FIG. 8 shows a perspective illustration of a leadframe insert inserted into the recess of a printed circuit board in accordance with the process sequence according to FIG. 4; FIG.
Fig. 9 eine perspektivische Darstellung eines gemäß dem Verfahrensablauf nach9 shows a perspective illustration of a according to the method sequence according to
Fig. 4 in die Aussparung einer Leiterplatte eingesetzten Leiterrahmen-Einsat zes mit darauf montierten LED-Chips ("LED-Chip-Einsatz"). Fig. 4 in the recess of a printed circuit board inserted leadframe inserts with LED chips mounted thereon ("LED chip insert").
Bevorzugte Ausführungsform(en) der Erfindung Preferred embodiment (s) of the invention
Die Fig. 1 bis 3 zeigen einen Überblick über ein Leuchtmodul gemäß einem Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das dargestellte Leuchtmodul entspricht und genügt den Spezifikationen der XLS-Plattform (exchangeable LED Signal lamp). Beispiele solcher Leuchtmodule - aber noch ohne Umsetzung der hier beschriebenen Erfindung - sind auch in folgenden Druckschriften zu finden: US 2019063706 A1,1 to 3 show an overview of a light module according to an exemplary embodiment of the present invention. The light module shown corresponds to and satisfies the specifications of the XLS platform (exchangeable LED signal lamp). Examples of such light modules - but still without implementation of the invention described here - can also be found in the following documents: US 2019063706 A1,
DE 102017214659 A1, US 2019110348 A1, DE 102017217883 A1, DE 102017222649 A1 , DE 102018202464 A1, US 2019306939 A1, DE 102018201228 A1, DE 102017213269 A1 , DE 102015206471 A1. Es ist anzumerken, dass die Verwen dung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in den durch die Druckschriften beschriebenen XLS-Leuchtmodulen jeweils selbst auch wieder besonders vorteilhafte Ausführungsbeispiel darstellen, z.B. die Kombination des der Erfindung zufolge in ei ner Aussparung der Leiterplatte vorgesehenen LED-Chip-Einsatzes mit der Optik und der LED-Anordnung gemäß den Figuren 4 bis 7 in DE 102015206471 A1 , mit den im Bajonettverschluss des Gehäuses vorgesehenen elektrischen Kontakten gemäß Fig. 3 der DE 102017214659 A1 , mit den in DE 102017217883 A1 in den Fig. 2 bis 11 ge zeigten LED-Anordnungen oder mit den in DE 102018201228 A1 in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Schaltungsanordnungen, um nur einige Beispiele zu nennen. DE 102017214659 A1, US 2019110348 A1, DE 102017217883 A1, DE 102017222649 A1, DE 102018202464 A1, US 2019306939 A1, DE 102018201228 A1, DE 102017213269 A1, DE 102015206471 A1. It should be noted that the use of the lighting device according to the invention in the XLS light modules described by the publications also represent particularly advantageous exemplary embodiments, for example the combination of the LED chip insert provided according to the invention in a recess in the circuit board with the Optics and the LED arrangement according to FIGS. 4 to 7 in DE 102015206471 A1, with the electrical contacts provided in the bayonet lock of the housing according to FIG. 3 of DE 102017214659 A1, with those shown in DE 102017217883 A1 in FIGS. 2 to 11 LED arrangements or with the circuit arrangements shown in DE 102018201228 A1 in FIGS. 1 to 4, to name just a few examples.
Das Leuchtmodul gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt drei auf einer Leiterplatte 10 angeordnete LED-Chips 11 , 12, 13 (mit z.B. je einer Leuchtdi ode), ein Gehäuse 2, einen Kühlkörper 3 zur Kühlung der Halbleiterlichtquellen und eine Elektronik 8 zum Betreiben der LED-Chips 11 , 12, 13 sowie ein elektrisches An schlusselement 4 zur Energieversorgung der LED-Chips 11 , 12, 13. Eine auf die LED- Chips aufgesetzte Optik und/oder ein Lichtleiter ist nicht dargestellt, kann aber vorge sehen sein. The light module according to the first embodiment of the invention has three LED chips 11, 12, 13 arranged on a circuit board 10 (each with, for example, a light emitting diode), a housing 2, a heat sink 3 for cooling the semiconductor light sources and electronics 8 for operating the LED chips 11, 12, 13 and an electrical connection element 4 for supplying energy to the LED chips 11, 12, 13. A lens and / or a light guide attached to the LED chips is not shown, but can be provided.
Die LED-Chips 11 , 12, 13 beinhalten drei Leuchtdioden, die gemeinsam mit der Elek tronik 8 zum Betreiben der Leuchtdioden auf der Leiterplatte 10 angeordnet sind. Die Leiterplatte 10 (einschließlich des nachfolgend zu beschreibenden Leiterrahmen-Ein satzes 16) dient als gemeinsamer Träger für die LED-Chips 11 , 12, 13 und die Elek tronik 8. Die LED-Chips 11 , 12, 13 sind auf dem Leiterrahmen-Einsatz 16 und die Elek tronik 8 ist auf einer Oberfläche 100 der Leiterplatte 10 selbst montiert, wobei der Lei terrahmeneinsatz 16 und darin die auf Strängen montierten LED-Chips 11 , 12, 13 und die Elektronik durch auf der Leiterplatte eingerichtete Leiterbahnen vorzugsweise aus Kupfer elektrisch miteinander verbunden. Die (nur in Fig. 3 gezeigte) Elektronik 8 kann z.B. als Treiberschaltung, insbesondere als sogenannter Lineartreiber, das heißt, als linearer Spannungsregler ausgebildet sein. The LED chips 11, 12, 13 contain three light-emitting diodes which are arranged on the circuit board 10 together with the electronics 8 for operating the light-emitting diodes. The circuit board 10 (including the lead frame set 16 to be described below) serves as a common carrier for the LED chips 11, 12, 13 and the electronics 8. The LED chips 11, 12, 13 are on the lead frame insert 16 and the electronics 8 is mounted on a surface 100 of the circuit board 10 itself, with the Lei terrahmen insert 16 and therein the LED chips 11, 12, 13 mounted on strings and the electronics by means of conductor tracks set up on the circuit board, preferably made of copper, electrically with each other connected. The electronics 8 (only shown in FIG. 3) can be designed, for example, as a driver circuit, in particular as a so-called linear driver, that is, as a linear voltage regulator.
Es ist aber auch eine reine Widerstandschaltung möglich. Neben dem reinen Betrieb der LED-Chips kann der Treiber auch diverse Schutzfunktionen realisieren, z.B. Ver- polschutz, ESD und Schutz gegen positive, negative Spannungspulse aus dem Kfz- Bordnetz. Der Treiber kann bei Bedarf auch ein elektronisches Derating, Dimmen und Abschalten einzelner Chips umsetzen. However, a pure resistance circuit is also possible. In addition to the pure operation of the LED chips, the driver can also implement various protective functions, e.g. Pole protection, ESD and protection against positive, negative voltage pulses from the vehicle electrical system. If required, the driver can also implement electronic derating, dimming and switching off individual chips.
Die LED-Chips 11 , 12, 13 können durch eine Optik (nicht gezeigt) abgedeckt sein. Die Im Fall einer optischen Linse kann mit Hilfe eines Dispensers flüssiges Silikon auf die Oberfläche 100 der Leiterplatte 10 aufgetragen werden, so dass die LED-Chips in der Silikonmasse eingebettet sind. Nach dem Erkalten bildet die Silikonmasse dann die optische Linse. Andere Optiken sind ebenso möglich. The LED chips 11, 12, 13 can be covered by optics (not shown). In the case of an optical lens, liquid silicone can be applied to the surface 100 of the circuit board 10 with the aid of a dispenser, so that the LED chips are embedded in the silicone compound. After cooling, the silicone compound then forms the optical lens. Other optics are also possible.
Das Gehäuse 2 ist ringförmig und als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet. Das Gehäu se 2 besitzt eine erste Stirnseite mit einer eben ausgebildeten ringscheibenförmigen Stirnfläche 20. Entlang des äußeren Umfangs der ringscheibenförmigen Stirnfläche 20 sind vier Verriegelungselemente 21 , 21a, 22, 23 angeordnet, die radial von der äuße ren Mantelfläche des ringförmigen Gehäuses 2 abstehen und eine Bajonettverriege lung mit entsprechend geformten Gegenstücken einer Fassung der Kraftfahrzeug- leuchte bilden. Die Unterseiten der vier Verriegelungselemente 21 , 21a, 22, 23 definie ren eine Ebene, welche als Referenzebene für die Ausrichtung der LED-Chips 11 , 12, 13 bezüglich des Gehäuses 2 und bezüglich einer optischen Achse der Fassung der Kraftfahrzeugleuchte dient, in welche das Leuchtmodul eingesetzt wird. Zur Aktivie rung der Bajonettverriegelung wird das Leuchtmodul in die Fassung der Kraftfahrzeug leuchte gesteckt und anschließend im Uhrzeigersinn um die Ringachse des Gehäuses 2 gedreht. Ein Verriegelungselement 23 kann zur Begrenzung der vorgenannten Drehbewegung einen Anschlag (nicht gezeigt) aufweisen, der in der Fassung bzw. Montageöffnung der Kraftfahrzeugleuchte nach der Bajonettverriegelung anliegt. Die Bajonettverriegelung kann mit einem produktspezifischen Schlüssel ausgeführt wer den, sodass jeder Typ von Leuchtmodul einen eigenen Schlüssel besitzt und somit Vertauschungen vermieden werden. Die notwendige Anpresskraft der Beleuchtungs einrichtung zur Fassung liefert ein Dichtungsring 5 (nur in Fig. 3 gezeigt). The housing 2 is ring-shaped and designed as a plastic injection-molded part. The hous se 2 has a first end face with a flat annular disc-shaped end face 20. Along the outer circumference of the annular disc-shaped end face 20, four locking elements 21, 21a, 22, 23 are arranged, which protrude radially from the outer surface of the annular housing 2 and one Form bayonet locking with correspondingly shaped counterparts of a socket of the motor vehicle light. The undersides of the four locking elements 21, 21a, 22, 23 define a plane which serves as a reference plane for the alignment of the LED chips 11, 12, 13 with respect to the housing 2 and with respect to an optical axis of the socket of the motor vehicle light, in which the Light module is used. To activate the bayonet lock, the light module is plugged into the socket of the motor vehicle light and then rotated clockwise about the ring axis of the housing 2. A locking element 23 can have a stop (not shown) in order to limit the aforementioned rotational movement, which stop rests in the socket or assembly opening of the motor vehicle light after the bayonet lock. The bayonet locking can be carried out with a product-specific key, so that each type of light module has its own key, thus avoiding mix-ups. A sealing ring 5 (only shown in Fig. 3) provides the necessary contact pressure of the lighting device to the socket.
An seiner der ersten Stirnseite gegenüberliegenden zweiten Stirnseite weist das ring förmige Gehäuse 2 einen ringförmigen Flanschabschnitt 24 auf, der radial nach außen von der äußeren Mantelfläche des ringförmigen Gehäuses 2 absteht, eine Auflageflä- che 240 für einen Dichtungsring 5 formt und zusammen mit den Verriegelungselemen ten 21 , 21a, 22, 23 eine ringförmige Nut 200 zur Aufnahme des Dichtungsrings 5 aus Silikon oder Gummi bildet. On its second end face opposite the first end face, the ring-shaped housing 2 has an annular flange section 24 which protrudes radially outward from the outer circumferential surface of the annular housing 2, a support surface surface 240 for a sealing ring 5 forms and together with the locking elements 21, 21a, 22, 23 forms an annular groove 200 for receiving the sealing ring 5 made of silicone or rubber.
Der Kühlkörper 3 besitzt einen hohlzylindrisch geformten Kühlkörperabschnitt 31, der in der inneren Ringöffnung des Gehäuses 2 angeordnet ist und an seiner der Stirnflä che 20 des Gehäuses 2 zugewandten Seite eine ebene Auflagefläche, d.h., eine Kühl fläche 30 für die Leiterplatte 10 und insbesondere für den Leiterrahmeneinsatz 16 ausbildet. Die Zylinderachse des hohlzylindrisch geformten Kühlkörperabschnitts 31 ist identisch mit der Ringachse des ringförmigen Gehäuses 2. Die Kühlfläche 30 ist senk recht zur Zylinderachse des hohlzylindrisch geformten Kühlkörperabschnitts 31 ange ordnet und mit der Leiterplatte 10 und dem darin eingesetzten Leiterrahmen-Einsatz 16 mit elektrisch isolierendem, wärmeleitfähigem Klebstoff verklebt. Die Kühlfläche 30 des hohlzylindrisch geformten Kühlkörperabschnitts 31 weist Durchbrüche 300 auf, durch den drei elektrische Kontaktstifte 41, 42 des elektrischen Anschlusselements 4 hindurchgeführt sind. Die elektrischen Kontaktstifte 41, 42 können mit der Leiterplatte 10 eine Presspassung bilden. The heat sink 3 has a hollow cylindrical shaped heat sink section 31 which is arranged in the inner ring opening of the housing 2 and on its face 20 of the housing 2 facing side a flat support surface, ie, a cooling surface 30 for the circuit board 10 and in particular for the Lead frame insert 16 forms. The cylinder axis of the hollow-cylindrical heat sink section 31 is identical to the ring axis of the annular housing 2. The cooling surface 30 is perpendicular to the cylinder axis of the hollow-cylindrical heat sink section 31 and with the circuit board 10 and the lead frame insert 16 inserted therein with electrically insulating, thermally conductive Glued together. The cooling surface 30 of the hollow-cylindrical heat sink section 31 has openings 300 through which three electrical contact pins 41, 42 of the electrical connection element 4 are passed. The electrical contact pins 41, 42 can form a press fit with the circuit board 10.
Der Kühlkörper 3 besitzt außerdem einen zweiten, ringscheibenförmig ausgebildeten Kühlkörperabschnitt 32, der an dem hohlzylindrisch geformten Kühlkörperabschnitt 31 angeformt ist und dessen Ringachse mit der Zylinderachse des hohlzylindrischen Kühlkörperabschnitts 31 zusammenfällt. Der zweite, ringscheibenförmig ausgebildete Kühlkörperabschnitt 32 ist zwischen dem ringscheibenförmigen Flanschabschnitt 24 des Gehäuses 2 und einem kreisscheibenförmigen Flanschabschnitt 40 des elektri schen Anschlusselements 4 angeordnet und mit beiden mittels Klebstoff verbunden. Alternativ ist auch eine komplette Umspritzung des Kühlkörpers mit Kunststoff möglich, sodass nur ein einziges Kunststoffteil vorhanden ist, welches den Kühlkörper umgibt. The cooling body 3 also has a second, annular disk-shaped cooling body section 32, which is molded onto the hollow-cylindrical cooling body section 31 and whose ring axis coincides with the cylinder axis of the hollow-cylindrical cooling body section 31. The second, annular disk-shaped heat sink section 32 is arranged between the annular disk-shaped flange section 24 of the housing 2 and a circular disk-shaped flange section 40 of the electrical connection element 4 and connected to both by means of adhesive. Alternatively, the heat sink can be completely encapsulated with plastic so that there is only a single plastic part that surrounds the heat sink.
An dem zweiten, ringscheibenförmig ausgebildeten Kühlkörperabschnitt 32 sind ent lang seines Umfangs angeordnete Kühlrippen 33 angeformt. Die Kühlrippen 33 sind von dem zweiten, ringscheibenförmig ausgebildeten Kühlkörperabschnitt 32 jeweils um einen Winkel von 90 Grad (in den Figuren nach unten) abgewinkelt und erstrecken sich jeweils parallel zur Ringachse des zweiten, ringscheibenförmig ausgebildeten Kühlkörperabschnitts 32. Der Kühlkörper 3 besteht aus Metall, beispielsweise aus Edelstahlblech oder Aluminium, und ist einteilig, z.B. als Tiefziehbiegeteil ausgebildet. On the second, annular disk-shaped cooling body section 32, cooling fins 33 arranged along its circumference are integrally formed. The cooling fins 33 are angled from the second, annular disk-shaped cooling body section 32 by an angle of 90 degrees (downward in the figures) and each extend parallel to the ring axis of the second, annular disk-shaped Heat sink section 32. The heat sink 3 consists of metal, for example stainless steel sheet or aluminum, and is in one piece, for example designed as a deep-drawn bent part.
Das elektrische Anschlusselement 4 ist als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet und weist elektrischen Kontaktstifte 41, 42 auf, die jeweils aus Metall bestehen und im Kunststoffmaterial des elektrischen Anschlusselements 4 eingebettet sind. Das elektri sche Anschlusselement 4 besitzt einen kreisscheibenförmigen Flanschabschnitt 40, der am zweiten, ringscheibenförmig ausgebildeten Kühlkörperabschnitt 32, an seiner vom Gehäuse 2 abgewandten Seite, anliegt. Der Flanschabschnitt 40 des elektrischen Anschlusselements 4 ist durch Klebstoff mit dem zweiten, ringscheibenförmig ausge bildeten Kühlkörperabschnitt 32 verbunden. Der Klebstoff dient zusätzlich auch als Dichtungsmittel zwischen dem Flanschabschnitt 40 des elektrischen Anschlussele ments 4 und dem zweiten, ringförmig ausgebildeten Kühlkörperabschnitt 32 sowie zwi schen dem ringscheibenförmigen Flanschabschnitt 24 des Gehäuses 2 und dem zwei ten, ringscheibenförmig ausgebildeten Kühlkörperabschnitt 32 . Der Klebstoff 6 ist zu diesem Zweck ringförmig auf beiden Seiten des zweiten, ringscheibenförmig ausgebil deten Kühlkörperabschnitts 32 aufgetragen. Alternativ kann der Klebstoff auch in Höhe der Kühlfläche 30 aufgetragen werden und dort, in geringem Abstand zu der Leiterplat te 10 die Dichtfunktionen mit dem Gehäuse 2 gewährleisten. The electrical connection element 4 is designed as a plastic injection-molded part and has electrical contact pins 41, 42, which each consist of metal and are embedded in the plastic material of the electrical connection element 4. The electrical connection element 4 has a circular disk-shaped flange section 40 which rests on the second, annular disk-shaped heat sink section 32 on its side facing away from the housing 2. The flange section 40 of the electrical connection element 4 is connected by adhesive to the second, annular disk-shaped heat sink section 32. The adhesive also serves as a sealant between the flange section 40 of the electrical connection element 4 and the second, annularly designed heat sink section 32 and between the annular disk-shaped flange section 24 of the housing 2 and the second, annular disk-shaped heat sink section 32. For this purpose, the adhesive 6 is applied in a ring shape on both sides of the second, annular disk-shaped cooling body section 32. Alternatively, the adhesive can also be applied at the level of the cooling surface 30 and there, at a small distance from the printed circuit board 10, ensure the sealing function with the housing 2.
Das elektrische Anschlusselement 4 weist außerdem einen als Buchse 44 ausgebilde ten Abschnitt auf, der sich parallel zur Ringachse des Gehäuses 2 erstreckt und paral lel versetzt zu dieser Ringachse angeordnet ist und an den kreisscheibenförmigen Flanschabschnitt 40 angeformt ist. Die freien Enden der elektrischen Kontaktstifte 41, 42 erstrecken sich jeweils in die Buchse 44 und dienen dort als elektrische Kontakte des Leuchtmoduls und sind zum Anschließen eines auf die Buchse 44 aufsteckbaren Steckers vorgesehen. Nach dem Zusammenfügen von Buchse und Stecker ist diese Verbindung dichtend. Die anderen Enden der elektrischen Kontaktstifte 41, 42 ragen jeweils durch den Durchbruch 300 in der Kühlfläche 30 des Kühlkörpers 3 hindurch und können eine Presspassung mit der Leiterplatte 10 bilden und sind jeweils mit ei nem elektrischen Kontakt auf der Leiterplatte 10 verbunden. Die elektrischen Kontakt stifte 41, 42 dienen zur Energieversorgung der LED-Chips 11, 12, 13 auf dem Leiter rahmen-Einsatz 16. Der Leiterrahmen-Einsatz 15 bildet zusammen mit den LED-Chips 11, 12, 13 und ggf. darauf gebildeter Schichten einen LED-Chip-Einsatz 15 gemäß ei nem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung The electrical connection element 4 also has a section designed as a socket 44, which extends parallel to the ring axis of the housing 2 and is arranged offset paral lel to this ring axis and is integrally formed on the circular disk-shaped flange section 40. The free ends of the electrical contact pins 41, 42 each extend into the socket 44 and serve there as electrical contacts of the lighting module and are provided for connecting a plug that can be plugged onto the socket 44. After the socket and plug have been joined, this connection is sealed. The other ends of the electrical contact pins 41, 42 each protrude through the opening 300 in the cooling surface 30 of the cooling body 3 and can form a press fit with the circuit board 10 and are each connected to an electrical contact on the circuit board 10. The electrical contact pins 41, 42 are used to supply power to the LED chips 11, 12, 13 on the lead frame insert 16. The lead frame insert 15 forms together with the LED chips 11, 12, 13 and possibly layers formed thereon an LED chip insert 15 according to an exemplary embodiment of the present invention
Die Leuchtdioden der LED-Chips 11, 12, 13 emittieren während des Betriebs z.B. gel bes, rotes Licht oder weißes Licht, oder Kombinationen daraus. Die Anzahl der LED- Chips ist auch nicht auf drei beschränkt und die Anordnung muss auch nicht in reihe sein, sondern kann auch sternförmig oder quadratisch oder kreisförmig sein. The light-emitting diodes of the LED chips 11, 12, 13 emit e.g. yellow, red light or white light, or combinations thereof, during operation. The number of LED chips is also not limited to three and the arrangement does not have to be in a row, but can also be star-shaped or square or circular.
Die Leuchtdioden der LED-Chips 11, 12, 13 besitzen eine Licht emittierende Oberflä che mit einer Seitenlänge von zum Beispiel im Bereich von 0,4 mm bis 0,6 mm auf weist. Alternativ können auch Leuchtdiodenchips verwendet werden, deren Licht emit tierende Oberfläche eine Seitenlänge im Bereich von 0,7 mm bis 0,8 mm oder 0,9 mm bis 1,1 mm aufweist. Die Erfindung und die Ausführungsbeispiele sind nicht auf be stimmte Typen und Kombinationen von LEDs beschränkt. The light-emitting diodes of the LED chips 11, 12, 13 have a light-emitting surface with a side length of, for example, in the range from 0.4 mm to 0.6 mm. Alternatively, light-emitting diode chips can also be used whose light-emitting surface has a side length in the range from 0.7 mm to 0.8 mm or 0.9 mm to 1.1 mm. The invention and the exemplary embodiments are not restricted to specific types and combinations of LEDs.
In Fig. 4 ist in einem Flussdiagramm ein schematischer Ablauf eines erfindungsgemä ßen Verfahrens zum Herstellen einer Beleuchtungseinrichtung 50 dargestellt, die die Leiterplatte 10 und den LED-Chip-Einsatz 15 umfassen soll. Die vom Block 90 erfass ten Prozessschritte 100 bis 140 betreffen dabei zunächst die Herstellung des Leiter rahmeneinsatzes 16 (noch ohne LED-Chips 11, 12, 13), während die Prozessschritte 200 bis 220 zunächst nur die Leiterplatte 10 betreffen und parallel ausgeführt werden können. Erst im Prozessschritt 300 werden beide Teile - Leiterplatte 10 und Leiter rahmen-Einsatz 16 - zusammengeführt. In FIG. 4, a schematic sequence of a method according to the invention for producing a lighting device 50, which is intended to include the circuit board 10 and the LED chip insert 15, is shown in a flowchart. The process steps 100 to 140 detected by block 90 initially relate to the production of the conductor frame insert 16 (still without LED chips 11, 12, 13), while process steps 200 to 220 initially only relate to the circuit board 10 and can be carried out in parallel. Only in process step 300 are both parts - printed circuit board 10 and conductor frame insert 16 - brought together.
In einem ersten Prozessschritt 100 zur Herstellung des Leiterrahmen-Einsatzes 16 wird zunächst ein Leiterrahmenrohling 60 - wie oben in Fig. 5 gezeigt ist - bereitge stellt und gestanzt. Der Rohling besteht aus Kupfer (C194) mit einer Dicke von 100 pm bis 150 pm, wobei in dem ersten Prozessschritt 100 durch Ausstanzen von Kupferma terial die gewünschte Struktur für eine Vielzahl von Leiterrahmen 62 gebildet wird. Der so gestanzte Leiterrahmenrohling 60 besitzt danach einen Außenrahmen 63, der alle Leiterrahmen 62 mit einem inneren Rahmen 64, der den Leiterrahmen 62 zusammen hält, stützt. IM speziellen Ausführungsbeispiel besteht der Leiterahmen 62 aus vier parallelen Strängen, die nur von inneren Rahmen 64 zusammengehalten werden, wie in Fig. 5 unten zu erkennen ist, wobei dort nur ein Schnitt gezeigt ist. Drei Stränge 66, 67, 68 besitzen eine gleiche Breite und Länge, während der vierte Strang 69 eine ge ringere Breite besitzt als die anderen Stränge, dafür aber die gleiche Länge. In a first process step 100 for producing the leadframe insert 16, a leadframe blank 60 - as shown above in FIG. 5 - is provided and punched. The blank consists of copper (C194) with a thickness of 100 μm to 150 μm, the desired structure for a plurality of leadframes 62 being formed in the first process step 100 by punching out copper material. The lead frame blank 60 stamped in this way then has an outer frame 63 which supports all lead frames 62 with an inner frame 64 which holds the lead frame 62 together. In the particular embodiment, the lead frame 62 consists of four parallel strands that are only held together by inner frame 64, such as can be seen at the bottom in FIG. 5, only a section being shown there. Three strands 66, 67, 68 have the same width and length, while the fourth strand 69 has a ge smaller width than the other strands, but the same length.
In einem weiteren Prozessschritt 110 wird ein zweites Stanzen ausführt, wobei es sich nun um ein Stanzformen handelt, mit dem in einem inneren Bereich 70 des herzustel lenden Leiterrahmens 62 eine Vertiefung 71 eingeprägt wird. Die Stränge 66 - 69 wer den dadurch jeweils in einem mittleren Bereich aus der Leiterrahmenebene herausge drückt bzw. vertieft, während ihre noch am inneren Rahmen 64 befestigten Enden 660, 670, 680, 690 unberührt bleiben. Der Betrag der ausgeführten Vertiefung durch Stanz formen ist ungefähr gleich der Dicke der im Schritt 200 bereitgestellten Leiterplatte 10 aus FR-4-Material. In a further process step 110, a second punching is carried out, which is now a punching, with which a recess 71 is embossed in an inner region 70 of the leadframe 62 to be manufactured. The strands 66 - 69 are each pressed out or deepened in a central area from the lead frame level, while their ends 660, 670, 680, 690 still attached to the inner frame 64 remain unaffected. The amount of the executed recess by punching is approximately equal to the thickness of the printed circuit board 10 made of FR-4 material provided in step 200.
Im nächsten Prozessschritt 120 wird der gestanzte Leiterrahmen 62 (bzw. noch der gestanzte Rohling mit Rahmen 63 und 64 mit einer Anti-Oxidationsschicht, insbeson dere einer ENEPIG-Schicht (Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold) ggf. auch selektiv belackt. Diese ist äußerst planar und hat sehr gute Oxidations-Ei genschaften, und eignet sich für Lötanwendungen sowie Aluminium- oder Golddraht bonden. Andere Anti-Oxidationsschichten sind aber ebenso möglich. In the next process step 120, the punched lead frame 62 (or the punched blank with frame 63 and 64 with an anti-oxidation layer, in particular an ENEPIG layer (Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold) is optionally also selectively coated. This is extremely planar and has very good oxidation properties and is suitable for soldering applications as well as bonding aluminum or gold wire, but other anti-oxidation layers are also possible.
Danach werden die Leiterrahmenrohlinge 60 im Prozessschritt 130 spritzgegossen, z.B. mit PPA. Dieser Werkstoff besitzt eine hohe Zugfestigkeit und Steifigkeit, eine ho he Wärmeformbeständigkeit, ferner einen hohen Schmelzpunkt und eine hohe Glas übergangstemperatur, und stellt eine hohe Kriechfestigkeit zur Verfügung. Andere Werkstoffe wie PCT oder WEMC sind ebenso möglich. Then, in process step 130, the lead frame blanks 60 are injection molded, e.g., with PPA. This material has a high tensile strength and rigidity, a high heat resistance, also a high melting point and a high glass transition temperature, and provides a high creep resistance. Other materials such as PCT or WEMC are also possible.
Die resultierende Form ist in Fig. 6 gezeigt. Der in diesem Prozessschritt 130 entstan dene Spritzgussrahmen 80 besitzt eine den vertieften Bereich 70 ringförmig umschlie ßende Wand 81, die mit größerer Dicke an den sich in die Vertiefung 71 hinab erstre ckenden Abschnitten 661 , 671 , 681 , 691 der Stränge 66 - 69 gebildet ist, die sich an die von der Stanzumformung unberührt gebliebenen Enden 670 - 690 der Stränge anschießen und zur Leiterplattenebene geneigt sind. Größere Dicke bedeutet hier, dass diese Strangabschnitte vollständig vergossen sind, d.h. nicht nur die Zwischen- räume sind vergossen sondern auch die Vorder- und Rückseiten der Strangabschnitte 661, 671, 681, 691. The resulting shape is shown in FIG. The injection molding frame 80 produced in this process step 130 has a wall 81 that surrounds the recessed area 70 in a ring shape and is formed with greater thickness on the sections 661, 671, 681, 691 of the strands 66-69 that extend down into the recess 71 which adjoin the ends 670 - 690 of the strands that have remained unaffected by the stamping and are inclined to the plane of the circuit board. Greater thickness here means that these strand sections are completely encapsulated, ie not only the intermediate spaces are potted but also the front and rear sides of the strand sections 661, 671, 681, 691.
Demgegenüber ist im Boden der Vertiefung lediglich der Zwischenraum 83 zwischen den Strängen 66 bis 69 vergossen, die Vorder- und Rückseitenoberflächen des Leiter rahmens bleiben in diesem Bereich 70 der Vertiefung 71 frei. Ferner sind auch die En den 660, 670, 680 und 690 nicht vergossen, da mit ihnen der Kontakt zur Leiterplatte zu erstellen ist. Die Enden 660 - 690 erstrecken sich folglich nach oben (entgegen der Richtung der Vertiefung) aus dem Spritzgussrahmen heraus und knicken hier um etwa 90 Grad in die Leiterrahmenebene ab, um eine Auflagefläche 500 für die Leiterplatte 10 zu bilden. In contrast, only the space 83 between the strands 66 to 69 is cast in the bottom of the recess, the front and rear surfaces of the conductor frame remain free in this area 70 of the recess 71. Furthermore, the ends 660, 670, 680 and 690 are not encapsulated because they are used to establish contact with the circuit board. The ends 660 - 690 consequently extend upwards (opposite to the direction of the recess) out of the injection molding frame and bend here by approximately 90 degrees into the plane of the lead frame in order to form a support surface 500 for the printed circuit board 10.
An den Stirnseiten des Leiterrahmens 62 ist der Bereich 70 der Vertiefung offen. Um den Bereich 70 der Vertiefung ringartig zu umschließen ist auch hier der Spritzguss rahmen 80 als Stirnwand 82 herumgeführt, so dass insgesamt ein wannenartiger Auf bau des Spritzgussrahmens resultiert, der mit Vorteil in einem später nachfolgenden Schritt mit weiteren, z.B. optischen Funktionen dienenden Schichten vergossen wer den kann. On the end faces of the lead frame 62, the area 70 of the recess is open. In order to enclose the area 70 of the depression in a ring-like manner, the injection-molded frame 80 is also guided around as an end wall 82, so that the overall result is a trough-like structure of the injection-molded frame, which is advantageously potted in a subsequent step with additional layers serving e.g. optical functions can.
In einem weiteren Prozessschritt 140 wird der so bearbeitete und mit Spritzgussrah men 80 versehene Leiterrahmen 62 vom äußeren Rahmen 63 und jeweils vom inneren Rahmen 64 des Rohlings getrennt, so dass nun ein in eine entsprechende Leiterplatte 10 einsetzbarer Leiterrahmen-Einsatz 16 vorliegt, wie er in Schnittzeichnung in Fig. 7 dargestellt ist. In a further process step 140, the lead frame 62 processed in this way and provided with injection molding frames 80 is separated from the outer frame 63 and from the inner frame 64 of the blank, so that there is now a lead frame insert 16 that can be inserted into a corresponding circuit board 10, as shown in FIG Sectional drawing is shown in Fig. 7.
Im Prozessschritt 200 wird ein Leiterplattenrohling 1000 bereitgestellt, bei dem - wie in Fig. 8 oben gezeigt ist - jeweils kreisförmige einzelne Leiterplatten 10 vorgeschnitten sind. In diese Leiterplatten 10 werden vorzugsweise im selben Schritt auch Ausspa rungen 1010 geschnitten, deren Form im Ausführungsbeispiel an diejenige des vertief ten Bereichs 70 des Leiterrahmen-Einsatzes 16 angepasst ist. Ferner können auch die Durchbrüche 300 für die Kontaktstifte 41, 42 sowie einzelne in den Figuren sichtbare Positionierlöcher (für ein Alignment beim Einsetzen und bei der Bestückung) ausge schnitten sein. In diesem Prozessschritt 200 des Bereitstellens der Leiterplatte 10 und des Bildens der Aussparung 1010 können auch bereits die Leiterbahnen vorzugsweise aus Kupfer für die Verdrahtung der Elektronik 8 auf der Leiterplatte 10 gebildet sein (nicht gezeigt). Auch hier kann eine Anti-Oxidationsschicht gebildet sein da aber später das Wirebon- ding nur auf dem Leiterahmen 62 und nicht auf der Leiterplatte 10 stattfinden wird, kann diese Schicht ggf. auch entfallen oder einen einem weniger kostenintensiven Prozess als ENEPIG ausgeführt sein. In process step 200, a printed circuit board blank 1000 is provided, in which - as shown above in FIG. 8 - each circular individual printed circuit boards 10 are precut. In these circuit boards 10, recesses 1010 are preferably also cut in the same step, the shape of which is adapted to that of the recessed area 70 of the lead frame insert 16 in the exemplary embodiment. Furthermore, the openings 300 for the contact pins 41, 42 as well as individual positioning holes visible in the figures (for an alignment when inserting and when equipping) can be cut out. In this process step 200 of providing the circuit board 10 and forming the recess 1010, the conductor tracks, preferably made of copper, for wiring the electronics 8 on the circuit board 10 can also already be formed (not shown). An anti-oxidation layer can also be formed here, but since the wire bonding will later only take place on the leadframe 62 and not on the printed circuit board 10, this layer can optionally also be omitted or a less costly process can be implemented as ENEPIG.
Im Prozessschritt 210 werden nun die Lötpads für den Leiterrahmen-Einsatz 62 vorbe reitet und in einem weiteren Prozessschritt 220 wird Lötpaste an den betreffenden Po sitionen auf der Leiterplatte 10 aufgetragen. In process step 210, the soldering pads for the leadframe insert 62 are now prepared, and in a further process step 220, soldering paste is applied to the relevant positions on the circuit board 10.
Im Prozessschritt 300 werden nun die Leiterplatte 10 und der Leiterrahmen-Einsatz 62 zusammengebracht. Dazu wird der Leiterrahmen-Einsatz 62 mit seinem vertieften Be reich 70 in die Aussparung 1010 der Leiterplatte 10 in korrekter Orientierung einge führt, so dass die Auflageflächen 500 bzw. die Kontaktflächen der Enden 670, 680,In process step 300, the printed circuit board 10 and the lead frame insert 62 are now brought together. For this purpose, the leadframe insert 62 with its recessed area 70 is inserted into the recess 1010 of the circuit board 10 in the correct orientation, so that the bearing surfaces 500 or the contact surfaces of the ends 670, 680,
690 der Stränge 66 - 69 auf den Lötpads bzw. dem der darauf aufgetragenen Lötpaste (soweit zugeordnet: nicht jedes Strangende muss ein Lötpad kontaktieren bzw. ange lötet werden, wenn z.B. gar kein Anschluss vorgesehen ist) zu liegen kommen. Das Ergebnis ist in Fig. 8 unten zu sehen. 690 of the strands 66 - 69 come to rest on the soldering pads or on the soldering paste applied to them (if assigned: not every strand end has to contact or be soldered to a soldering pad, e.g. if no connection is provided at all). The result can be seen in Fig. 8 below.
Im Prozessschritt 310 wird ein Reflow-Löten bei max. 240 °C und insgesamt ca. 5 Mi nuten im Ofen durchgeführt, davon ca. 1 Minute über 220 °C. so dass der elektrische Kontakt zwischen Leiterrahmen 62 und Leiterbahn der Leiterpatte 10 hergestellt ist. In process step 310, reflow soldering is carried out at a maximum of 240 ° C. and a total of approx. 5 minutes in the oven, approx. 1 minute of which over 220 ° C. so that the electrical contact between the leadframe 62 and the conductor track of the printed circuit board 10 is established.
Wie in Fig, 8 unten zu sehen ist, schließen die Leiterplatte 10 und der Leiterrahmen- Einsatz 16 nun auf der Rückseitenoberfläche bündig ab, weil der Umfang d2 (engl. amount) der Vertiefung des Leiterrahmens 62 ungefähr oder genau mit der Leiterplat tendicke d1 durchgeführt wurde (siehe Fig. 8). Dadurch kann der Leiterrahmen 62 über den wärmeleitenden Kleber die in Fig. 3 gezeigte stirnseitige Kühlfläche 30 des Kühl körpers 3 kontaktieren und sehr effizient Wärme abführen. Im nächsten Prozessschritt 320 werden die LED-Chips 11, 12, 13 mit ihrer einen ers ten elektrischen Kontakt bildenden Grundfläche vorzugsweise vermittels eines leitfähi gen Haftklebers, insbesondere einen Silberleitkleber in den vertieften Bereich 70 des Leiterrahmens 62 auf die freiliegenden Oberflächen der Stränge 66 bis 69 angebondet (die-bonding). Der Prozess kann z.B. für 2 Stunden bei 150 °C durchgeführt werden. As can be seen in FIG. 8 below, the circuit board 10 and the lead frame insert 16 are now flush with the rear surface because the extent d2 (amount) of the recess in the lead frame 62 is carried out approximately or exactly with the circuit board thickness d1 (see Fig. 8). As a result, the lead frame 62 can contact the front cooling surface 30 of the cooling body 3 shown in FIG. 3 via the thermally conductive adhesive and dissipate heat very efficiently. In the next process step 320, the LED chips 11, 12, 13 with their base area forming a first electrical contact are, preferably by means of a conductive adhesive, in particular a conductive silver adhesive, in the recessed area 70 of the lead frame 62 on the exposed surfaces of the strands 66 to 69 bonded (die-bonding). The process can be carried out at 150 ° C for 2 hours, for example.
Im folgenden Prozessschritt werden die LED-Chips 11, 12, 13 an einer zur Oberseite gerichteten Kontaktstelle, die ein zweiten elektrischen Kontakt bildet, an einem jeweils benachbarten Strang im vertieften Bereich 70 der Leiterrahmens 62 auf der jeweiligen Oberseite durch Drahtbonds 900 (insbes. Golddrahtbonden mit Ball Bonder) angebon det. Wie zu erkennen ist, sind die LED-Chips dadurch in diesem Ausführungsbeispiel in Reihe geschaltet. Wie erwähnt findet dadurch kein Drahtbonden mehr auf der leiter- platte direkt statt, so dass auf dieser kein ENEPIG-Prozess für die Anti-Oxidation er forderlich ist und damit entfallen kann. In the following process step, the LED chips 11, 12, 13 are attached to a contact point facing the top, which forms a second electrical contact, to an adjacent strand in the recessed area 70 of the lead frame 62 on the respective top by wire bonds 900 (especially gold wire bonding with ball bonder) attached. As can be seen, the LED chips are thereby connected in series in this exemplary embodiment. As mentioned, this means that there is no longer any wire bonding directly on the circuit board, so that no ENEPIG process is required for the anti-oxidation and can therefore be omitted.
BEZUGSZEICHENLISTE: REFERENCE CHARACTERISTICS LIST:
Leuchtmodul Gehäuse (Leuchtmodul) Light module housing (light module)
Kühlkörper elektrisches AnschlusselementHeat sink electrical connection element
Dichtungsring Sealing ring
Elektronik electronics
Leiterplatte , 12, 12 LED-Chips PCB, 12, 12 LED chips
LED-Chip-Einsatz LED chip insert
Leiterplatten-Einsatz PCB insert
Stirnfläche , 22, 23 Verriegelungselemente ringförmiger Flanschabschnitt Kühlfläche des Leuchtmoduls hohlzylindrisch geformter Kühlkörperabschnitt ringscheibenförmiger Kühlkörperabschnitt Kühlrippen kreisscheibenförmigen Flanschabschnitt , 42 Kontaktstifte End face, 22, 23 locking elements, annular flange section, cooling surface of the lighting module, hollow-cylindrical cooling body section, annular disk-shaped cooling body section, cooling ribs, circular disk-shaped flange section, 42 contact pins
BeleuchtungseinrichtungLighting device
Leiterrrahmenrohling Lead frame blank
Leiterrahmen Ladder frame
Äußerer Rahmen Outer frame
Innerer Rahmen , 67, 68 Stränge zur Aufnahme von LED-ChipsInner frame, 67, 68 strands to hold LED chips
Strang für den elektrischen Anschluss durch Stanzformung vertiefter BereichLine for electrical connection by punching, recessed area
Vertiefung deepening
Spritzgussrahmen ringförmig umschließende Wand 82 Stirnwand Injection molding frame ring-shaped enclosing wall 82 front wall
83 Bodenseitig verfüllte Zwischenräume (Spritzgussrahmen) 83 Gaps filled at the bottom (injection molding frame)
90 Prozessschritte für Herstellung des Leiterrahmen-Einsatzes 90 process steps for manufacturing the ladder frame insert
100 Ausstanzen des Leiterrahmens 100 Punching out the lead frame
110 Bilden des vertieften Bereichs durch Stanzumformen 110 Forming the recessed area by punching
120 Belacken des Leiterrahmen mit Anto-Oxidationsschicht (ENEPIG)120 Coating of the lead frame with anti-oxidation layer (ENEPIG)
130 Verguss des Spritzgussrahmens 130 Potting the injection molding frame
140 Abtrennen des Leiterrahmens vom Rohling 140 Separating the leadframe from the blank
200 Nut für Dichtungsring 200 groove for sealing ring
200 Bereitstellen der Leiterplatte mit Leiterbahnen und Aussparung vorbe reiten 200 Prepare the printed circuit board with conductor tracks and recess
210 Herstellung der Lötpads 210 Manufacture of the soldering pads
220 Aufbringen der Lötpaste 220 Applying the solder paste
240 Auflagefläche für Dichtungsring 240 Support surface for sealing ring
300 Durchbruch 300 breakthrough
300 Einsetzen des Leiterrahmen-Einsatzes 300 Inserting the ladder frame insert
310 Reflow-Löten 310 reflow soldering
320 Die-Bonding der LED-Chips 320 Die-bonding the LED chips
330 Drahtbonden der LED-Chips 330 wire bonding the LED chips
500 Auflagefläche am Leiterrahmen für Anbringung an Lötpads500 contact surface on the lead frame for attachment to soldering pads
660, 670, Enden der Stränge (mit Auflagefläche) 660, 670, ends of the strands (with contact surface)
680, 690 680, 690
661, 671, sich in Vertiefungsrichtung erstreckende Strangabschnitte 661, 671, strand sections extending in the direction of the recess
681, 691 900 Bond-Drähte 1000 Leiterplattenrohling 1010 Aussparung 681, 691 900 bond wires 1000 PCB blank 1010 recess

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. LED-Chip-Einsatz (15) für eine Leiterplatte (10), umfassend: einen Leiterrahmen (62), bei dem durch Ausstanzen (100) eine Anzahl von elektrisch leitfähigen Strängen (66 - 69) mit jeweiligen Enden (660 - 690) ausgebildet ist, die Auflageflächen (500) aufweisen, die zum Anbringen (310) auf einer Leiterplatte (10) bestimmt sind und die eine gemeinsame Ebene aufbauen; wobei der Leiterrahmen (62) einen als Vertiefung (71) gegenüber den Enden ausgebildeten Bereich (70) aufweist, einen Spritzgussrahmen (80), der aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist und eine innerhalb des Bereichs (70) der Vertiefung freiliegende Oberflä che des Leiterrahmens (62), die den Enden der Stränge (66 - 69) zugewandt ist, ring artig umschließt und infolgedessen einen insgesamt wannenartigen Aufbau bewirkt, wenigstens einen LED-Chip (11, 12, 13), der in dem als Vertiefung (71) ausge bildeten Bereich (70) platziert ist und einen ersten elektrischen Kontaktanschluss und einen zweiten elektrischen Kontaktanschluss besitzt, wobei der erste elektrische Kon taktanschluss mit einem ersten der Stränge (66 - 69) und der zweite elektrische Kon taktanschluss mit einem zweiten der Stränge (66 - 69) elektrisch leitend verbunden ist. An LED chip insert (15) for a printed circuit board (10), comprising: a lead frame (62), in which a number of electrically conductive strands (66-69) with respective ends (660-690 ) is designed which have support surfaces (500) which are intended for attachment (310) on a circuit board (10) and which build up a common plane; wherein the lead frame (62) has an area (70) formed as a recess (71) opposite the ends, an injection-molded frame (80) made of an electrically insulating material and an exposed surface within the area (70) of the recess Leadframe (62) facing the ends of the strands (66-69), surrounds like a ring and consequently creates a trough-like structure overall, at least one LED chip (11, 12, 13), which is located in the recess (71) formed area (70) is placed and has a first electrical contact connection and a second electrical contact connection, the first electrical contact connection with a first of the strands (66-69) and the second electrical contact connection with a second of the strands (66-69) 69) is connected in an electrically conductive manner.
2. LED-Chip-Einsatz (16) gemäß Anspruch 1, wobei: der als Vertiefung (71) ausgebildete Bereich (70) des Leiterrahmens (62) durch Stanzverformung (110) eines ursprünglich planaren, zur Bildung der Stränge (66 - 69) vorab ausgestanzten (100) Leiterrahmenrohlings (60) ausgebildet ist. 2. LED chip insert (16) according to claim 1, wherein: the area (70) of the lead frame (62) formed as a recess (71) by punching (110) of an originally planar, for forming the strands (66-69) pre-punched (100) leadframe blank (60) is formed.
3. LED-Chip-Einsatz (16) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Spritzgussrahmen (80) einen sich an die Enden (660 - 690) der Stränge (66 - 69) anschließenden, in die Vertiefung (71) hinein erstreckenden Abschnitt (661, 671, 681 , 691 ) des Leiterrahmens (62) jeweils zwischen den Strängen (66 - 69) und um diese herum vergießt und dadurch den ringartigen Umschluss bewirkt. 3. LED chip insert (16) according to claim 1 or 2, wherein the injection molding frame (80) has a section which adjoins the ends (660-690) of the strands (66-69) and extends into the recess (71) (661, 671, 681, 691) of the lead frame (62) each between the strands (66-69) and around them, thereby causing the ring-like enclosure.
4. LED-Chip-Einsatz (16) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: der wannenartige Aufbau innerhalb des die Vertiefung (71) ringartig umschlie ßenden Spritzgussrahmens (80) mit einer vorzugsweise Titanoxid umfassenden Refle- xionsschicht verfüllt ist, wobei die obere Oberfläche der Schicht auf gleicher Höhe oder unterhalb einer oberen Lichtaustrittsfläche des LED-Chips liegt, so dass diese nicht von der Schicht benetzt ist. 4. LED chip insert (16) according to one of claims 1 to 3, wherein: the trough-like structure within the recess (71) ring-like umschlie ßenden injection molding frame (80) with a preferably comprising titanium oxide reflective xionsschicht is filled, wherein the upper surface of the layer is at the same level or below an upper light exit surface of the LED chip, so that this is not wetted by the layer.
5. LED-Chip-Einsatz (16) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sich der als Vertiefung (71) ausgebildete Bereich (70) des Leiterrahmens (62) im Wesentlichen entlang einer zu der Auflagefläche (500) parallelen Ebene erstreckt. 5. LED chip insert (16) according to one of claims 1 to 4, wherein the region (70) of the leadframe (62) formed as a recess (71) extends essentially along a plane parallel to the support surface (500).
6. LED-Chip-Einsatz (16) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Leiterrahmen (62) aus Kupfer gebildet ist, vorzugsweise eine Dicke von 100 pm bis 150 pm aufweist, und weiter vorzugsweise mit einem eine Endoberfläche bil denden Schutzfilm gegen Oxidation beschichtet ist, insbesondere einem Film aus ENEPIG (Electroless Nickel Electroless Pallladium Immersion Gold). 6. LED chip insert (16) according to one of claims 1 to 5, wherein the lead frame (62) is formed from copper, preferably has a thickness of 100 pm to 150 pm, and more preferably with a protective film bil Denden an end surface is coated against oxidation, in particular a film made of ENEPIG (Electroless Nickel Electroless Pallladium Immersion Gold).
7. LED-Chip-Einsatz (16) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Spritzgussrahmen (8) am Leiterrahmen (62) aus einem Kunststoff gebildet ist, insbesondere aus einem Thermoplast wie einem Polyphtalamid (PPA) oder Polycyclohexylendimethylenterephthalat (PCT), oder aus WEMC (White Epoxy Mol ding Compound) gebildet ist. 7. LED chip insert (16) according to one of claims 1 to 6, wherein the injection-molded frame (8) on the lead frame (62) is formed from a plastic, in particular from a thermoplastic such as a polyphthalamide (PPA) or polycyclohexylene dimethylene terephthalate (PCT) , or from WEMC (White Epoxy Mol ding Compound).
8. LED-Chip-Einsatz (16) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der wenigstens eine LED-Chip (11, 12, 13) auf einem ersten der Stränge (66, - 69) in dem Bereich (70) der Vertiefung (71) platziert und mit seiner den ersten elektri schen Kontaktanschluss bildenden Grundfläche vorzugsweise durch einen Haftvermitt ler an diesem ersten Strang angebondet ist, und wobei der wenigstens eine LED-Chip (11, 12, 13) ausgehend vom zweiten elek trischen Kontaktanschluss über einen Bond-Draht (900) an einem zweiten der Stränge angebondet ist. 8. LED chip insert (16) according to one of claims 1 to 7, wherein the at least one LED chip (11, 12, 13) on a first of the strands (66, - 69) in the area (70) of the Placed recess (71) and with its the first electrical contact terminal forming base surface is preferably bonded to this first strand by an adhesion promoter, and wherein the at least one LED chip (11, 12, 13) starting from the second electrical contact terminal via a Bond wire (900) is bonded to a second of the strands.
9. Beleuchtungseinrichtung (50), umfassend: eine Leiterplatte (10), die aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist und eine obere Hauptfläche mit Leiterbahnen und eine dieser gegenüberliegende un- tere Hauptfläche aufweist, und wobei eine sich zwischen den Hauptflächen durch die Leiterplatte hindurch erstreckende Aussparung (1000) gebildet ist; den LED-Chip-Einsatz (16) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Leiterrahmen (62) an der Leiterplatte (10) angebracht ist, indem die die Auf lagefläche (500) bildenden Enden (660, 670, 680, 690) der Stränge (66, 67, 68, 69) des Leiterrahmens (62) mit dieser Auflagefläche (500) auf der oberen Hauptfläche der Leiterplatte (10) aufliegen und daran befestigt sind; und der als Vertiefung (71) gegenüber der Ebene ausgebildete Bereich (70) des Leiterrahmens (62) in die Aussparung (1000) in der Leiterplatte (10) eingepasst ist. 9. Lighting device (50), comprising: a printed circuit board (10) which is formed from an electrically insulating material and an upper main surface with conductor tracks and an opposite un- having tere main surface, and wherein a recess (1000) extending through the circuit board is formed between the main surfaces; the LED chip insert (16) according to one of claims 1 to 9, wherein the lead frame (62) is attached to the circuit board (10) by the ends (660, 670, 680, 690 ) the strands (66, 67, 68, 69) of the lead frame (62) rest with this support surface (500) on the upper main surface of the circuit board (10) and are fastened thereto; and the region (70) of the leadframe (62) formed as a recess (71) opposite the plane is fitted into the recess (1000) in the printed circuit board (10).
10. Beleuchtungseinrichtung (50) gemäß Anspruch 9, wobei: der Leiterrahmen (62) im Bereich (70) der Vertiefung (71) eine von den Enden (660, 670, 680, 690) der Stränge (66, 67, 68, 69) abgewandte, ebene Rückseitenober fläche aufweist, wobei die Rückseitenoberfläche im Wesentlichen bündig mit der unteren Hauptoberfläche der Leiterplatte (10) abschließt, wobei vorzugsweise eine Toleranz von bis zu 20 pm, vorzugsweise bis zu 5 gm hinsichtlich eines Unterschieds in einer Richtung senkrecht zur unteren Hauptfläche zulässig ist. The lighting device (50) according to claim 9, wherein: the lead frame (62) in the region (70) of the recess (71) one of the ends (660, 670, 680, 690) of the strands (66, 67, 68, 69 ) has averted, flat rear surface, the rear surface being essentially flush with the lower main surface of the circuit board (10), with a tolerance of up to 20 μm, preferably up to 5 μm, with regard to a difference in a direction perpendicular to the lower main surface is permissible.
11. Beleuchtungseinrichtung (50) gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei die Leiterplatte (10) aus einem wärmleitfahigen Material, vorzugsweise FR-4 gebildet ist; und/oder die Leiterplatte (10) in einer im wesentlichen kreisrunden Form geschnitten ist. 11. Lighting device (50) according to claim 9 or 10, wherein the circuit board (10) is formed from a thermally conductive material, preferably FR-4; and / or the circuit board (10) is cut in a substantially circular shape.
12. Beleuchtungseinrichtung (50) gemäß einem der Ansprüche 9, 10 oder 11 , wobei mehrere LED-Chips (11, 12, 13) vorgesehen sind, wobei je ein LED-Chip auf einem der Stränge (66, 67, 68, 69) in dem Bereich (70) der Vertiefung (71) platziert und über seine Kontaktanschlüsse mit einem und einem weiteren Strang verbunden ist, auf dem ein benachbarter LED-Chip in gleicher Weise platziert ist, so dass zumin dest eine Teilmenge der LED-Chips (11, 12, 13) untereinander elektrisch in Reihe ge schaltet ist. 13. Beleuchtungseinrichtung (50) gemäß Anspruch 12, wobei die Stränge (66, 67, 68, 69) im Leiterrahmen (62) parallel zueinander angeord net sind und die LED-Chips (11, 12, 13) in einer Reihe entlang einer Linie oder an al ternierend versetzter Position auf den oberen Oberflächen der Stränge angeordnet sind, und/oder die LED-Chips (11, 12, 12. Lighting device (50) according to one of claims 9, 10 or 11, wherein several LED chips (11, 12, 13) are provided, one LED chip each on one of the strands (66, 67, 68, 69) placed in the area (70) of the recess (71) and connected via its contact connections to one and another strand on which an adjacent LED chip is placed in the same way, so that at least a subset of the LED chips (11 , 12, 13) is electrically connected in series with one another. 13. Lighting device (50) according to claim 12, wherein the strands (66, 67, 68, 69) in the lead frame (62) are parallel to each other angeord net and the LED chips (11, 12, 13) in a row along a line or are arranged at alternately offset positions on the upper surfaces of the strands, and / or the LED chips (11, 12,
13) in zwei zueinander parallelen Reihen auf den oberen Oberflächen der Stränge (66, 67, 68, 69) angeordnet sind. 13) are arranged in two parallel rows on the upper surfaces of the strands (66, 67, 68, 69).
14. Leuchtmodul (1 ), vorzugsweise für den Einsatz in einer Leuchte in einem Kraftfahrzeug, umfassend die Beleuchtungseinrichtung (50) gemäß einem der vorge henden Ansprüche 9 bis 13, wobei das Lichtmodul (1) vorzugsweise austauschbar und als eXchangeable LED Signal lamp (XLS) ausgebildet ist, und/oder einen Kühlkörper (3) mit einer Kühlfläche (30) aufweist, die von einer Rückseitenoberfläche des Leiter rahmens (62) direkt oder über einen Haftvermittler kontaktiert wird. 14. Light module (1), preferably for use in a light in a motor vehicle, comprising the lighting device (50) according to one of the preceding claims 9 to 13, wherein the light module (1) is preferably replaceable and as an eXchangeable LED signal lamp (XLS ) is formed, and / or has a heat sink (3) with a cooling surface (30), which is contacted by a rear surface of the conductor frame (62) directly or via an adhesion promoter.
15. Verfahren zum Herstellen einer Beleuchtungseinrichtung, umfassend:15. A method for producing a lighting device, comprising:
Bereitstellen (200) einer Leiterplatte, die aus einem elektrisch isolierenden Ma terial gebildet ist und eine obere Hauptfläche mit Leiterbahnen und eine dieser gegen überliegende untere Hauptfläche aufweist, und wobei eine sich zwischen den Haupt flächen durch die Leiterplatte hindurch erstreckende Aussparung gebildet ist; Providing (200) a circuit board which is formed from an electrically insulating Ma material and has an upper main surface with conductor tracks and a lower main surface lying opposite this, and wherein a recess is formed which extends through the circuit board between the main surfaces;
Ausstanzen (100) eines Leiterrahmens mit einer Anzahl von elektrisch leitfähi gen Strängen mit jeweiligen Enden; Punching out (100) a lead frame having a number of electrically conductive strands with respective ends;
Stanzformen (110) des Leiterrahmens zum Ausbilden von einer gemeinsam ei ne Auflagefläche bildende Ebene durch die Enden der Stränge sowie eines als Vertie fung gegenüber der Ebene ausgebildeten Bereiches; Stamping forms (110) of the lead frame to form a common egg ne supporting surface forming plane through the ends of the strands and an area formed as a recess opposite the plane;
Einpassen (300) des die Vertiefung gegenüber der Ebene bildenden Bereiches des Leiterrahmens in die Aussparung der Leiterplatte und Befestigen der die Auflage fläche bildenden Enden der Stränge auf der Leiterplatte; Fitting (300) the area of the lead frame forming the recess opposite the plane into the recess of the circuit board and fastening the ends of the strands forming the support surface on the circuit board;
Plazieren des wenigstens einen LED-Chips auf einem der Stränge in dem Be reich der Vertiefung und Anbonden mit seiner einen ersten elektrischen Kontakt bil denden Grundfläche vorzugsweise durch einen Haftvermittler an den Strang, Anbonden (320, 330) des wenigstens einen LED-Chip ausgehend von einem einen zweiten elektrischen Kontakt bildenden Anschlusspunkt über einen Bond-Draht an einem anderen der Stränge. Placing the at least one LED chip on one of the strands in the area of the recess and bonding with its base area forming a first electrical contact, preferably by means of an adhesion promoter to the strand, Bonding (320, 330) the at least one LED chip, starting from a connection point forming a second electrical contact, via a bonding wire to another of the strands.
16. Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend: 16. The method of claim 15, further comprising:
Bilden (130) eines Spritzgussrahmen aus einem elektrisch isolierenden Material an dem Leiterrahmen, so der Spritzgussrahmen eine innerhalb des Bereichs der Ver tiefung freiliegende obere Oberfläche des Leiterrahmens ringartig umschließt, um einen wannenartigen Aufbau mit dem wenigstens einen LED-Chip darin zu bewirken. Forming (130) an injection molding frame from an electrically insulating material on the lead frame, so the injection molding frame surrounds an upper surface of the lead frame exposed within the region of the recess in a ring-like manner in order to effect a trough-like structure with the at least one LED chip therein.
17. Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend: 17. The method of claim 16, further comprising:
Verfüllen des wannenartigen Aufbaus innerhalb des ringartig umschließenden Spritzgussrahmens mit der freiliegenden oberen Oberfläche des Leiterrahmens darin und dem wenigstens einen LED-Chip darauf mit einer vorzugsweise Titanoxid umfas senden Reflexionsschicht, wobei die obere Oberfläche der Schicht auf gleicher Höhe oder unterhalb einer oberen Lichtaustrittsfläche des LED-Chips liegt, so dass diese nicht von der Schicht benetzt ist. Filling the tub-like structure within the ring-like enclosing injection molding frame with the exposed upper surface of the lead frame therein and the at least one LED chip on it with a reflective layer preferably comprising titanium oxide, the upper surface of the layer being at the same level or below an upper light exit surface of the LED Chips lies so that it is not wetted by the layer.
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