WO2009053230A1 - Verfahren zum positionieren und montieren einer led-baueinheit sowie positionierkörper hierfür - Google Patents

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Franz Knoll
Michael Maryschka
Gregor Svobodnik
Boris Thaller
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Continental Automotive Gmbh
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Abstract

Zum Positionieren und Montieren zumindest einer auf einer Leiterplatte (4) vormontierten LED-Baueinheit (1) auf einem Tragkörper (6), wobei die Leiterplatte (4) mit der LED-Baueinheit (1) auf den Tragkörper (6) aufgesetzt und angeklebt wird, wird die LED-Baueinheit (1) nach dem Aufsetzen auf den Tragkörper (6) mittels eines Positionierkörpers (11), der einerseits an der LED-Baueinheit (1) und andererseits am Tragkörper (6) zur Anlage kommende Zentrierelemente (17) aufweist, relativ zum Tragkörper (6) in die vorgegebene Position gebracht, wobei die Leiterplatte (4) mit der LED-Baueinheit (1) auf dem Tragkörper (6) justiert wird. Der Positionierkörper (11) hat von einem Verbindungsteil (12) abstehende Schenkel (15, 16) mit zur Anlage einerseits an der LED-Baueinheit (1) und andererseits am Tragkörper (6) vorgesehenen Zentrierelementen (17).

Description

Beschreibung
Verfahren zum Positionieren und Montieren einer LED- Baueinheit sowie Positionierkörper hierfür
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Positionieren und Montieren zumindest einer auf einer Leiterplatte vormontierten LED-Baueinheit auf einem Tragkörper, wobei die Leiterplatte mit der LED-Baueinheit auf den Tragkörper aufgesetzt und angeklebt wird.
Weiters bezieht sich die Erfindung auf einen Positionierkörper zur Durchführung dieses Verfahrens.
Unter „LED-Baueinheit" ist hier ganz allgemein eine LED
(Licht emittierende Diode) oder eine Gruppe (ein Array) von LEDs, in beliebigen Anordnungen, wie quadratisch, kreisförmig oder linienförmig, zu verstehen, wobei die Baueinheit üblicherweise ein Substrat und ein Gehäuse aufweist. Diese Bau- einheit wird hier auf einer Leiterplatte vormontiert. Diese „Leiterplatte" soll hier ganz allgemein als ein Leiterbahnen tragendes Substrat bzw. Bauteil, wie z.B. aus FR4, Keramik, aber auch Aluminium usw., verstanden werden.
Es ist bekannt, LED-Baueinheiten auf Leiterplatten vorzumontieren und sodann auf einem Tragkörper oder Systemträger, üblicherweise einem Kühlkörper, anzubringen, z.B. um im Betrieb die Temperatur der LED-Baueinheit auf einem geeigneten Wert zu halten. Vermehrt finden derartige LED-Baueinheiten bei Kraftfahrzeugen Verwendung, wo sie in einem Leuchten-Gehäuse, z.B. für Scheinwerfer, aber auch für Rücklichter, Bremslichter, Blinkleuchten usw., aber auch ganz allgemein in der Lichttechnik oder bei Lichtsteuergeräten Anwendung finden.
Aus der DE 199 09 399 Cl ist beispielsweise eine teilflexible LED-Mehrfachbaueinheit für eine stufige Montage in einem Leuchten-Gehäuse eines Kraftfahrzeuges bekannt. Ein Problem bei der Montage der LED-Baueinheiten ist, dass sie im jeweiligen Leuchten-Gehäuse oder dgl . auf dem Tragkörper mit einer hohen Genauigkeit platziert werden müssen, um eine optimale Lichtausbeute in der gewünschten Abstrahlrich- tung zu erzielen. Schwierigkeiten bereitet dabei die hohe Anzahl von Freiheitsgraden bei der Platzierung der LED- Baueinheiten, wobei auch problematisch ist, dass die LED- Baueinheit auf einer Leiterplatte vormontiert wird; bei dieser Montage sind, wie Untersuchungen ergeben haben, relativ große Toleranzen gegeben. Es ist daher, wie sich in der Praxis gezeigt hat, nicht ausreichend, die Leiterplatte selbst auf dem Trag- oder Kühlkörper genau, etwa über Zentrierstifte am Kühlkörper und Zentrierbohrungen in der Leiterplatte, zu positionieren, es ist vielmehr notwendig, die LED-Baueinheit relativ zum Trag- oder Kühlkörper exakt einzujustieren . Ist eine exakte Positionierung nicht gegeben, so ist die gewünschte hohe Lichtleistung der LED-Baueinheit nicht möglich, da durch die Positioniertoleranzen hohe Lichtverluste auftreten, oder aber das Licht beispielsweise nicht richtig in ei- nem Lichtleiter eingekoppelt werden kann.
Es ist demgemäß eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Positionieren und Montieren von LED-Baueinheiten, die auf Leiterplatten vormontiert sind, auf einem Tragkörper, insbe- sondere Kühlkörper, vorzuschlagen, wobei eine Positionierung mit großer Genauigkeit ermöglicht wird. Dabei soll das Verfahren mit möglichst geringem Aufwand und rasch durchgeführt werden können.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, geeignete Hilfsmittel, nämlich einen Positionier- oder Fixierkörper, für die Durchführung des Verfahrens vorzuschlagen.
Zur Lösung der genannten Aufgabe sieht die Erfindung ein Ver- fahren wie in Anspruch 1 definiert vor. Weiters sieht die Erfindung einen Positionierkörper, auch Fixierkörper oder Zentrierkörper genannt, wie in Anspruch 9 definiert vor.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, unter Verwendung des erfindungsgemäßen Positionierkörpers, ist es mög- lieh, auf einfache und rasche Weise LED-Baueinheiten mit den Leiterplatten relativ zum jeweiligen Tragkörper, insbesondere Kühlkörper, exakt auszurichten, auch wenn die Justierung der LED-Baueinheiten auf den Leiterplatten nicht die gewünschte Genauigkeit hat, d.h. wenn hier Montagetoleranzen gegeben sind - diese werden durch die angegebene Vorgangsweise eliminiert. Der erfindungsgemäß eingesetzte Positionierkörper zentriert die LED-Baueinheit, also das LED-Substrat oder - Gehäuse, und die Leiterplatte mit der gewünschten hohen Genauigkeit relativ zum Tragkörper oder Kühlkörper, allgemein Systemträger. Die Leiterplatte kann dabei wie an sich bekannt mit in ihr vorgesehenen Zentrierbohrungen auf Zentrierstifte des Tragkörpers aufgeschoben worden sein, wobei hier üblicherweise ein Spiel gegeben ist, um die Leiterplatte relativ zum Tragkörper verschieben zu können. Dieses Spiel wird zum Einjustieren der LED-Baueinheit relativ zum Tragkörper ausgenützt. Diese Einjustierung erfolgt mit Hilfe des Positionierkörpers, der - insbesondere an ausreichend starren, gegebenenfalls geringfügig federnden Schenkeln - Zentrierelemente, etwa einfach in Form von Zentrierflächen oder aber in Form von Rastvorsprüngen, aufweist. Der Positionierkörper kann beispielsweise aus Stahl, insbesondere gehärtetem Stahl, bestehen, er kann jedoch, wenn er nicht bloß vorübergehend, sondern bleibend angebracht wird, auch aus Kunststoff oder Kunststoff-Glas-Verbundmaterialien bestehen, wie insbesondere aus Glasfaser-verstärktem Kunststoff. Vorzugsweise ist nämlich die Härte des Positionierkörper-Materials größer als jene des Tragkörpers und auch des Substrats der Baueinheit, um so einen Abrieb des Positionierkörpers zu vermeiden. Eine bleibende Montage des Positionierkörpers ist dann gegeben, wenn dieser Positionierkörper eine weitere Funktion, etwa als Designelement oder aber als Reflektor, innehat. In diesem Fall wird auch zweckmäßig eine Verrastung des Positionierkör- pers mit Hilfe seiner Zentrierelement-Rastvorsprünge am Tragkörper vorgesehen.
Wenn der Positionierkörper jedoch wieder abgenommen wird, gegebenenfalls aber auch bei einer bleibenden Montage, ist es günstig, wenn im Fall des Aufsetzens der Leiterplatte über Zentrierbohrungen und Zentrierstifte auf den Tragkörper die Leiterplatte mit Hilfe eines Schnellklebers an den Zentrierstiften fixiert wird, nachdem der Positionierkörper angebracht wurde und das LED-Modul relativ zum Tragkörper jus- tiert wurde. Nach Aushärten des Schnellklebers kann der Positionierkörper wieder abgenommen werden, ohne dass gewartet werden muss, dass ein bevorzugt vorgesehener, die Leiterplatte flächig mit dem Tragkörper verbindender, üblicherweise langsam härtender Kleber, insbesondere wärmeleitender Kleber dauerhaft (fertig) ausgehärtet ist. Als Schnellkleber kann beispielsweise ein an sich bekannter durch UV-Bestrahlung härtender Kleber, z.B. die unter den Handelsbezeichnungen Loctite 661 oder DYMAX 3072 bzw. DYMAX 3069 bekannten Kleber eingesetzt werden. Der Schnellkleber sollte im vorliegenden Fall im Hinblick auf kurze Fertigungszeiten rasch härten, aus Arbeitsschutzgründen nicht giftig sein, ferner die zu verklebenden Komponenten, insbesondere die Leiterplatte, nicht angreifen, gegebenenfalls dauerelastisch sein und für den gewünschten Einsatz, etwa in Kraftfahrzeugen, tauglich sein, wobei eine hohe Temperaturbeständigkeit, etwa von -400C bis zu +125°C oder mehr, eine Vibrationsfestigkeit sowie eine Unempfindlichkeit gegenüber Chemikalien wünschenswert sind. Denkbar ist es auch, die endgültige Verbindung zwischen Leiterplatte und Tragkörper nur durch diesen Schnellkleber her- zustellen, d.h. die wärmeleitende Schicht zwischen der Leiterplatte und dem Tragkörper nicht klebend auszuführen, sondern einfach als Wärmeleitpaste. Wenn die Leiterplatte nach der Positionierung der LED- Baueinheit relativ zum Tragkörper mittels eines wärmeleitenden Klebers - der zuvor an der Unterseite der Leiterplatte oder an der Oberseite des Tragkörpers angebracht wurde - an- geklebt oder aber anstattdessen eine Wärmeleitpaste angebracht wird, so ist es auch bevorzugt, im Hinblick auf eine exakte vertikale Positionierung („vertikal" im Sinne von rechtwinkelig zur Hauptfläche der Leiterplatte) im wärmeleitenden Material (Kleber bzw. Paste) Distanzelemente, wie ins- besondere Glaskügelchen mit vorgegebenem Durchmesser, einzubauen. Die Leiterplatte wird dann entweder durch externe Beaufschlagung mit einer Kraft oder mit Hilfe des Positionierkörpers, im Fall einer Verrastung desselben, gegen den Tragkörper gepresst, um so über die genannten Distanzelemente, insbesondere Glaskügelchen, den exakten Abstand zwischen Leiterplatte und Tragkörper sicherzustellen.
Es ist denkbar, dass gleichzeitig mehrere LED-Baueinheiten, je auf einer Leiterplatte vormontiert, mittels eines gemein- samen Positionierkörpers auf einer mehrere Montageplätze für die LED-Baueinheiten aufweisenden Tragkörper-Einheit positioniert werden. So können in besonders effizienter Weise mehrere Gruppen von LEDs in einem Arbeitsgang an einem Mehrfach- Tragkörper oder aber an mehreren miteinander verbundenen Tragkörpern - die gegebenenfalls auch stufig angeordnet sein können - unter exakter Justierung montiert werden.
Beispielsweise werden für viele Anwendungen Genauigkeiten in der Größenordnung von +/- 0,2 mm gefordert, wobei bisher praktisch bestenfalls +/- 0,5 mm erreichbar waren. Mit der erfindungsgemäßen Technik kann eine Genauigkeit von beispielsweise +/- 0,1 mm ohne Schwierigkeiten erzielt werden.
Der Positionierkörper kann beispielsweise als Zentrierelemen- te einfach plane Zentrierflächen aufweisen, es ist jedoch auch denkbar, gerundete Zentrierflächen, insbesondere Kugelkalotten-Zentrierflächen, vorzusehen, wobei diese Zentrierflächen an einer vorgegebenen Anlagefläche (Passfläche) an der LED-Baueinheit, an deren Gehäuse oder Substrat, bzw. am Tragkörper (Kühlkörper) z.B. seitlich anliegen. Die Genauigkeit der Positionierung der LED-Baueinheit hängt somit von der Genauigkeit der Fertigung des Positionierkörpers ab. In- sofern ist es günstig, das Verbindungsteil des Positionierkörpers relativ massiv auszuführen, wobei aber, wie Versuche gezeigt haben, eine Doppelbügelform, nämlich eine kreuzförmige Ausbildung, des Verbindungsteils mit entsprechender Breite der Stege ausreichend ist; die Schenkel stehen dann von den Kreuzarmen bevorzugt rechtwinkelig ab. Im Fall, dass der Positionierkörper auch später eine Reflektorfunktion oder dgl . Funktion ausüben soll und daher bleibend montiert wird, kann das Verbindungsteil der Funktion entsprechend, z.B. als konkaver Reflektor mit einer insbesondere mittigen Öffnung für den Durchtritt der LED oder LED-Gruppe, ausgebildet sein, wobei die Schenkel von der Rückseite des Reflektors abstehen. Auch hier ist ähnlich wie im Fall eines kreuzförmigen oder bügeiförmigen Verbindungsteils eine einteilige Ausbildung des Positionierkörpers aus Formhaltungsgründen zweckmäßig.
Um mehrere LED-Baueinheiten in einer Ebene auf einem entsprechend großen Tragkörper oder Kühlkörper montieren zu können, werden entsprechend mehrere Verbindungsteile, jeweils ein Verbindungsteil für eine LED-Baueinheit, eingesetzt, wobei diese Verbindungsteile jedoch zu einer integrierten, vorzugsweise einteiligen Positionierkörper-Einheit verbunden sein können. Die einzelnen Verbindungsteile sind dann jeweils mit abstehenden Schenkeln versehen, jedoch genügt es, insbesondere im Fall einer ebenen Anordnung, mit einem ebenen Tragkör- per, wenn nur die äußeren Verbindungsteile mit zur Anlage an den Seiten des einheitlichen Tragkörpers vorgesehenen Schenkeln versehen sind.
Insbesondere bei Anwendungen im Beleuchtungssystem von Kraft- fahrzeugen ist oft eine stufige Anordnung der LED- Baueinheiten wünschenswert, und auch hier kann mit einem gemeinsamen Positionierkörper, der mehrere Verbindungsteile aufweist, die relativ zueinander in Form von Stufen angeord- net sind, eine gleichzeitige Positionierung und Montage der mehreren LED-Baueinheiten am abgestuften Tragkörper bzw. Kühlkörper erzielt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, und unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch weiter erläutert. In der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
Fig. 1 einen Grundriss auf eine Leiterplatte mit darauf montierter LED-Baueinheit, wobei die Leiterplatte ihrerseits auf einem als Kühlkörper ausgeführten Tragkörper montiert ist;
Fig. 2 einen Aufriss dieser Anordnung gemäß Fig. 1, wobei zu- sätzlich ein bei der Montage der Leiterplatte mit der LED- Baueinheit verwendeter Positionierkörper dargestellt ist;
die Fig. 2A, 2B und 2C verschiedene Phasen während der Positionierung und Montage der LED-Baueinheit samt Leiterplatte auf dem Kühlkörper gemäß Fig. 1 und 2;
Fig. 3 in einer schematischen Ansicht ähnlich Fig. 2 die Montage einer modifizierten LED-Baueinheit auf einem Kühlkörper;
Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 3 zur Veranschaulichung der Kreuzform des bei der Positionierung und Montage der LED-Baueinheit verwendeten Positionierkörpers;
die Fig. 5 und 6 in einem Grundriss und in einem Aufriss ähnlich Fig. 1 und 2 eine Anordnung mit LED-Baueinheit und Kühlkörper, wobei zur Positionierung und Montage ein vom Positionierkörper gemäß Fig. 1 oder 3 unterschiedlicher Positionierkörper, mit einer Reflektorfunktion für eine bleibende In- stallation, gezeigt ist; und
die Fig. 7, 8 und 9 verschiedene Ausführungsformen der Montage von mehreren LED-Baueinheiten gleichzeitig auf einem ge- meinsamen Kühlkörper unter Verwendung eines gemeinsamen Positionierkörpers .
In den Fig. 1 und 2 ist eine LED-Baueinheit 1 gezeigt, bei dem mehrere einzelne LED-Halbleiter oder LED-Chips, nachstehend kurz LEDs (LED - Licht emittierende Dioden) 2 auf einem Substrat 3 angeordnet sind. Diese LED-Baueinheit 1 ist auf einer Unterlage in Form einer Leiterplatte 4 montiert, die im gezeigten Beispiel ihrerseits mit Hilfe eines wärmeleitenden Klebers 5 auf einem Tragkörper in Form eines Kühlkörpers 6 befestigt ist. Der wärmeleitende Kleber 5 (oder allgemein eine Wärmeleitpaste) soll eine gute Abfuhr von Wärme vom Substrat 3 der LED-Baueinheit 1 zum Kühlkörper 6 sicherstellen. Andererseits ist für die exakte Positionierung der LEDs 2 in der Betriebsposition auch wichtig, dass die Höhe der LED- Baueinheit 1 über dem Kühlkörper 6, somit die Distanz zwischen der Oberseite des Kühlkörpers 6 und der Unterseite der Leiterplatte 4, exakt definiert ist. Zu diesem Zweck werden im wärmeleitenden Kleber 5 (bzw. in der Wärmeleitpaste) vor- gegebene Distanzelemente, bevorzugt in Form von Glaskügelchen 7, eingebaut, die beim Aufpressen der LED-Baueinheit 1 samt Leiterplatte 4 auf den Kühlkörper 6 den Abstand zwischen der Leiterplatte 4 und dem Kühlkörper 6 definieren. Vor allem stellen diese Glaskügelchen 7 auch eine elektrische Isolie- rung sowie eine Mindestdicke des Klebers 5 sicher.
Der Kühlkörper 6 weist an seiner Oberseite Zentrierstifte 8 auf, die bei montierter Leiterplatte 4 durch in diese vorgesehenen Zentrieröffnungen 9 ragen. Dabei ist, wie aus Fig. 2 ersichtlich, ein Spiel zwischen dem Rand der Zentrieröffnungen 9 und der Außenseite der Zentrierstifte 8 gegeben, um die Leiterplatte 4 samt der darauf vormontierten LED-Baueinheit 1 noch relativ zum Kühlkörper 6 einjustieren zu können. In der genau justierten Position, in der - was hier von Bedeutung ist - die LED-Baueinheit 1 die möglichst exakte Position relativ zum Kühlkörper 6 einnimmt, wird im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 die Leiterplatte 4 samt vormontierter LED- Baueinheit 1 mit Hilfe eines schnell härtenden Klebers 10 fi- xiert, wobei dieser Kleber 10 beispielsweise ringförmig um den jeweiligen Zentrierstift 8 im Bereich der Zentrieröffnung 9 angebracht wird.
Um diese genaue Positionierung oder Fein-Justierung der LED- Baueinheit 1 relativ zum Kühlkörper 6 durchzuführen, wird ein in Fig. 2 ersichtlicher bügelartiger Positionierkörper 11 eingesetzt, der in der Ausführungsform gemäß Fig. 2 (und auch gemäß Fig. 3 und Fig. 4) ein in Draufsicht kreuzförmiges obe- res Verbindungsteil 12 (s. Fig. 4) aufweist, das an den Enden der Kreuzarme 13 bzw. 14 sowie auch in einem weiter innen liegenden Bereich, s. die Darstellung in Fig. 2 und 3, nach unten abstehende Schenkel 15 bzw. 16 aufweist, die in der bevorzugten Ausführungsform, wie dargestellt, einstückig vorge- sehen sind. Dabei liegen die insgesamt vier äußeren Schenkel 15 (s. Fig. 4) an vier Seitenflächen des Kühlkörpers 6 mit Hilfe von Zentrierelementen 17 an, und in entsprechender Weise liegen die inneren Schenkel 16 mit entsprechenden Zentrierelementen 17 an vier Seitenflächen des Substrats oder Ge- häuses 3 der LED-Baueinheit 1 an. Die Zentrierelemente 17 sind dabei bevorzugt durch ebene (gegebenenfalls aber auch gerundete, z.B. kugelkalottenförmige) Stirnflächen von zumindest unterseitig abgeschrägten Vorsprüngen als Zentrierflächen gebildet, wie etwa aus der Darstellung gemäß Fig. 2 er- sichtlich ist. Theoretisch wäre es aber im Übrigen auch denkbar, anstatt der einstückigen Ausführung des Positionierkörpers auch eine mehrteilige Ausführung vorzusehen, wobei beispielsweise die Schenkel 15 bzw. 16 (oder Teile von diesen) aus Federstahl hergestellt werden könnten, um so eventuell Toleranzen des Kühlkörpers 6 besser ausgleichen zu können. Insofern ist eine mehrstückige Ausführung des Positionskörpers 11, gegebenenfalls auch eine Ausführung mit dünneren und daher leichter biegbaren Bereichen oder aber mit Bereichen aus unterschiedlichen Werkstoffen, durchaus denkbar und vor- teilhaft.
Was die Zentrierelemente und die mit diesen Zentrierelementen 17 zusammenwirkenden Anlageflächen oder Passflächen an der LED-Baueinheit 1, an der Leiterplatte 4 bzw. am Kühlkörper 6 betrifft, so ist es von Vorteil, wenn die Zentrierelemente 17 an toleranzmäßig geeigneten Stellen etwa der LED-Baueinheiten 1 angreifen, wie etwa am Gehäuse bzw. an einer Gehäusekante, aber gegebenenfalls auch an einer in der LED-Baueinheit 1 e- ventuell enthaltenen Linse oder aber an Anspritzdomen. Sofern der Tragkörper bzw. Kühlkörper 6 beispielsweise für eine Anwendung in Scheinwerfern gedacht ist, sollten zweckmäßig die Anlage- bzw. Passflächen für die Zentrierelemente 17 an Stel- len sein, die zur Ausrichtung des Gesamtmoduls zum Scheinwerfer oder zum Reflektor oder zu einer Optik herangezogen werden. Die Passflächen des Trägerkörpers 6 können im Hinblick auf enge Toleranzen auch nachbearbeitet werden, etwa durch Fräsen, Stanzen, Schleifen, Stoßen, selbst wenn es sich um einen Metallspritzgussteil handeln sollte. Sondermaterialen wie Magnesium sind eventuell direkt nach dem Spritzguss bereits ausreichend eng toleriert, so dass sich in diesem Fall ein Nachbearbeiten erübrigen kann. Im Hinblick auf eine Ausrichtung zur Optik, zum Scheinwerfergesamtsystem, können die Anlage- oder Passflächen für die Zentrierelemente 17 eventuell auch Vertiefungen, insbesondere runde, gegebenenfalls konische Vertiefungen, sein, vgl. im Übrigen auch die nachfolgend noch näher zu beschreibende Ausführungsform gemäß Fig. 5 und 6.
Die Länge der inneren Schenkel 16, die mit ihren Zentrierelementen 17 seitlich am Gehäuse oder Substrat 3 der LED- Baueinheit 1 anliegen, ist bevorzugt so bemessen, dass bei einem Aufdrücken des Positionierkörpers 11 auf die Anordnung bestehend aus Kühlkörper (Systemträger) 6, Leiterplatte 4 und darauf vormontierter LED-Baueinheit 1 die unteren Enden dieser Schenkel 16 auf der Leiterplatte 4 oberseitig zur Anlage kommen, so dass über den Positionierkörper 11 ein Druck auf die Leiterplatte 4 ausgeübt werden kann, s. auch den eine Kraft F veranschaulichenden Pfeil in Fig. 3, um so die Leiterplatte 4 unter Erzielung der durch die Glaskügelchen 7 gegebenen vorbestimmten Distanz gegen die Oberseite des Kühl- körpers 6 zu drücken, wenn die LED-Baueinheit 1 relativ zum Kühlkörper 6 in Position gebracht wird.
In seitlicher Richtung (links-rechts ebenso wie vor-zurück gemäß der Darstellung etwa in Fig. 1 oder 4) zentrieren die Zentrierelemente 17 an den Schenkeln 15, 16 die LED- Baueinheit 1 relativ zum Kühlkörper 6, wobei die Zentrierelemente 17 an den äußeren Schenkeln 15 die Position für den Positionierkörper 11 vorgeben, wodurch die Zenrierelemente 17 an den inneren Schenkeln 16 die LED-Baueinheit 1 und mit dieser die Leiterplatte 4 relativ zum Kühlkörper 6 in die gewünschte, korrekte Position relativ zum Kühlkörper 6 einjustieren. Um dieses Justieren bzw. das Aufsetzen des Positionierkörpers 11 zu erleichtern, weisen wie erwähnt die Zent- rierelemente 17 wie aus der Zeichnung, etwa Fig. 2 und Fig. 3, ersichtlich, bevorzugt unterseitige Schrägflächen 18 auf.
In den Fig. 2A bis 2C sind verschiedene Stufen bei der Positionierung und Montage der LED-Baueinheit 1 samt Leiterplatte 4 auf dem Systemträger, nämlich Kühlkörper 6, gezeigt, wobei diese Verfahrensstufen in gleicher Weise auch auf die Ausführungsform gemäß Fig. 3 und 4 sowie die weiteren Ausführungsformen zutreffen.
Gemäß Fig. 2A wird eine auf einer Leiterplatte 4 vormontierte LED-Baueinheit 1 entsprechend der Pfeilrichtung auf die Oberseite eines Kühlkörpers 6 aufgebracht, wobei an diesem vorgesehene Zentrierstifte 8 schließlich durch Zentrieröffnungen 9 der Leiterplatte 4 ragen. Entweder auf der Unterseite der Leiterplatte 4 oder aber, wie in Fig. 2A gezeigt, auf der O- berseite des Kühlkörpers 6 wurde vorab ein wärmeleitender Kleber 5 oder aber eine Wärmeleitpaste mit beigemischten Glaskügelchen 7 in einer Schicht (gegebenenfalls bereichsweise oder punktuell) aufgetragen. Im Fall des Klebers 5 verbin- det dieser endgültig die Leiterplatte 4 samt der darauf angebrachten LED-Baueinheit 1 in vorgegebenem Abstand fest mit dem Kühlkörper 6; diese Verbindung kann aber wie erwähnt auch mit dem schnell härtenden Kleber 10 erzielt werden. Gemäß Fig. 2B wird sodann zur Feinjustierung der LED- Baueinheit 1 relativ zum Kühlkörper 6 - während der Kleber 5 noch weich ist - ein Positionier- oder Fixierkörper 11 mit an äußeren Schenkeln 15 und inneren Schenkeln 16 angebrachten Zentrierelementen 17 auf die Anordnung, bestehend aus Kühlkörper 6 sowie Leiterplatte 4 mit LED-Baueinheit 1, gemäß Pfeilrichtung (s. Fig. 2B) aufgedrückt, wobei die Länge der Schenkel 15 und 16 so bemessen sind, dass die Zentrierelemen- te 17 der äußeren Schenkel 15 seitlich am Kühlkörper 6 zur
Anlage kommen können, vgl. Fig. 2C, während gleichzeitig die Zentrierelemente 17 an den inneren Schenkeln 16 seitlich am Gehäuse oder Substrat 3 der LED-Baueinheit 1 sowie andererseits mit ihren unteren Stirnseiten an der Oberseite der Lei- terplatte 4 anliegen.
In dieser Position gemäß Fig. 2C wird auf den Positionierkörper 11 von oben eine Kraft F aufgebracht, um die Leiterplatte 4 gegen den Kühlkörper 6 zu pressen und dadurch die durch die Glaskügelchen 7 im wärmeleitenden Kleber 5 vorgegebene Distanz zwischen Leiterplatte 4 und Kühlkörper 6 zu erzielen.
Davor (s. Fig. 2B) oder aber jetzt wird der schnell härtende Kleber 10 angebracht, um die Leiterplatte 4 im Bereich der Zentrierstifte 8 - vorläufig - in der einjustierten Position zu befestigen. Nach Niederdrücken des Positionierkörpers 11 und damit der Leiterplatte 4 gegen den Kühlkörper 6 wird der schnell härtende Kleber 10 ausgehärtet, beispielsweise indem im Fall eines UV-härtenden Klebers 10 durch eine UV- Strahlenquelle, gegebenenfalls über einen Glasfaser- Lichtleiter 19, UV-Licht im Bereich des Klebers 10 zugeführt wird, wie in Fig. 2C gezeigt ist. Andererseits ist es aber selbstverständlich auch möglich, andere schnell härtende Kleber 10 zu verwenden, wobei der Kleber 10 beispielsweise erst in der Phase gemäß Fig. 2C, bei niedergedrücktem Positionierkörper 11 am Kühlkörper 6, angebracht wird, und wobei der schnell härtende Kleber 10 dann beispielsweise durch (Luft-) Feuchtigkeit bzw. Luft bzw. Sauerstoff rasch aushärtet. Unmittelbar nach Aushärten des schnell härtenden Klebers 10 kann im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 bzw. 2A bis 2C - ebenso wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 und 4 - der Positionierkörper 11 abgenommen werden, auch wenn der wärmeleitende Kleber 5, der endgültig die Leiterplatte 4 mit dem Kühlkörper 6 verbindet, noch nicht fest ausgehärtet ist - die vorläufige Fixierung der Leiterplatte 4 im Bereich der Zentrierstifte 8 mit Hilfe des mittlerweile ausgehärteten Klebers 10 reicht hierfür aus.
Alternativ ist es im Übrigen auch möglich, vorab die Leiterplatte 4 mit der LED-Baueinheit 1 in den Positionierkörper 11 einzulegen und diesen danach auf den Kühlkörper (Tragkörper) 6 aufzustecken, wobei die Leiterplatte 4 schließlich gegen die Oberseite des Kühlkörpers 6 (unter Zwischenlage des Klebers 5 bzw. einer Wärmeleitpaste) gedrückt wird.
Vorstehend wurde bereits mehrfach auf die Ausführungsform ge- maß Fig. 3 und 4 Bezug genommen. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von jener gemäß Fig. 1 und 2 nur dadurch, dass eine etwas modifizierte LED-Baueinheit 1, mit einer einzelnen, vergleichsweise großen LED 2, gegeben ist. Im Übrigen entspricht diese Ausführungsform hinsichtlich Ausbildung e- benso wie hinsichtlich Positionierung und Montage der Leiterplatte 4 mit der LED-Baueinheit 1 auf dem Systemträger, nämlich Kühlkörper 6, jener gemäß Fig. 1 und 2, so dass der Einfachheit halber, um Wiederholungen zu vermeiden, auf die vorstehende Beschreibung verwiesen werden kann.
In den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 bis 4 besteht der nur vorübergehend angebrachte Positionierkörper 11 bevorzugt aus gehärtetem Stahl, um die große Positionsgenauigkeit ebenso wie eine lange Lebensdauer sicherzustellen.
Eine gegenüber den vorstehenden Ausführungsformen modifizierte Ausführungsform ist in Fig. 5 und 6 veranschaulicht, wobei hier der Positionier- oder Fixierkörper 11 am Kühlkörper 6 verbleibt, da er noch eine weitere Funktion übernimmt. Im Einzelnen bildet beim gezeigten Ausführungsbeispiel das Verbindungsteil 12 des Positionierkörpers 11 einen parabolischen Reflektor 20 mit einer z.B. mittigen Öffnung 21, durch die im montierten Zustand die LED 2 (entsprechend in der Ausführungsform gemäß Fig. 3 und 4), gegebenenfalls auch die Gruppe von LEDs 2 (s. Fig. 1 und 2), ragt. Um diese bleibende Anordnung des Positionierkörpers 11 zu ermöglichen, weist weiters der Kühlkörper 6 an seinen Seitenflächen Rast-Vertiefungen 22 auf, in die die äußeren Schenkel 15 mit als Rastvorsprünge 23 vorgesehenen Zentrierelementen 17 in der montierten Position eingreifen. In dieser Position des Positionierkörpers 11 stoßen die inneren Schenkel 16 mit ihren unteren, stirnseitigen Enden gegen die Leiterplatte 4, wobei dadurch wieder der durch die Glaskügelchen 7 vordefinierte Abstand zwischen der Unterseite der Leiterplatte 4 und der Oberseite des Kühlkörpers 6 sichergestellt ist.
Im Übrigen entspricht die Ausführungsform gemäß Fig. 5 und 6, auch was die Vorfixierung mit Hilfe des schnell härtenden
Klebers 10 betrifft, den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, so dass sich eine weitere Erläuterung erübrigt.
Andere Ausführungsvarianten mit bleibenden Positionierkörper 11 liegen beispielsweise dann vor, wenn der Positionierkörper 11 als Designelement ausgeführt wird, etwa im Fall von (z.B. färbigen oder schwarzen) Ringen, oder aber wenn eine Abdeckung für die Elektronik vorgesehen werden soll.
In Fig. 7 ist eine Mehrfach-Anordnung von LED-Baueinheiten 1 auf einem gemeinsamen, entsprechend großen, oberseitig planen Kühlkörper 6 gezeigt, wobei jede LED-Baueinheit 1 mit einer eigenen Leiterplatte 4 ausgerüstet ist, auf der sie vormontiert ist. Die Leiterplatten 4 sind dabei jeweils auf die vorstehend beschriebene Weise über Zentrierstifte 8, die durch entsprechende Zentrierbohrungen (in Fig. 7 nicht näher bezeichnet) in den Leiterplatten 4 ragen, vorjustiert, und die endgültige Positionierung erfolgt wiederum mit Hilfe eines Positionierkörpers 11.
Dieser Positionierkörper 11 ist in der Ausführungsform gemäß Fig. 7 als Mehrfach-Positionierkörper ausgeführt, wobei im
Vergleich zu Fig. 3 und 4 oder aber Fig. 1 und 2 mehrere Verbindungsteile 12 zu einer integrierten Einheit 12 ' verbunden sind. Diese integrierte Einheit 12' von Verbindungsteilen 12 hat wiederum innenliegende Schenkel 16, um über deren Zent- rierelemente 17 die LED-Baueinheiten 1 auf die vorstehend beschriebene Weise relativ zum Kühlkörper 6 zu positionieren. Andererseits sind hier, da ein einteiliger, oberseitig ebener Kühlkörper 6 für alle LED-Baueinheiten 1 vorliegt, nur im äußeren Bereich äußere Schenkel 15 für die Anlage an den Sei- tenflächen des Kühlkörpers 6 (wieder über die Zentrierelemente 17) erforderlich und vorgesehen. Falls erwünscht, können jedoch auch im inneren Flächenbereich des Kühlkörpers 6 etwa durch Vertiefungen (gegebenenfalls durch Vorsprünge) gebildete Anschlagflächen 24 vorgesehen sein, die mit nur strich- liert gezeichneten Schenkeln 16' bzw. an deren Enden angebrachten Zentrierelementen (in Fig. 7 nicht näher dargestellt, vgl. aber die Zentrierelemente 17) zusammenwirken, um auch im inneren Bereich durch diese Zentrier- oder Anschlagflächen die exakte Positionierung der LED-Baueinheiten 1 re- lativ zum Kühlkörper 6 zu begünstigen.
Eine ähnliche Ausführungsform wie in Fig. 7 ist in Fig. 8 gezeigt, hier jedoch unter Zugrundelegung der Doppelfunktions- Positionierkörper, nämlich mit den Reflektorflächen 20 an den einzelnen Verbindungsteilen 12. Auch hier ist eine integrierte Einheit 12' von Verbindungsteilen 12 mit Schenkeln 15, 16 samt Zentrierelementen 17 vorgesehen, ähnlich wie gemäß Fig. 7, nun jedoch unter Zugrundelegung der Ausführungsform gemäß Fig. 5 und 6.
Zusätzlich ist in Fig. 8 veranschaulicht, dass von den einzelnen Verbindungsteilen 12 bzw. Reflektoren 20 auch Stützelemente 25 nach unten abstehen können, um so die Reflektoren 20 über diese Stützelemente 25 am Kühlkörper 6 abzustützen und dadurch auch die Lage der Reflektoren 20 in Betrieb gegen ein Einwärtsdrücken zu sichern. Zu ergänzen ist hier, dass derartige bleibende Positionierkörper 11, beispielsweise mit Reflektoren 20, bevorzugt aus einem Kunststoffmaterial, wie etwa einem Glasfaser-verstärkten Kunststoff, bestehen; gegebenenfalls kann auch bei bestimmten Anwendungen Glas und/oder Metall eingesetzt werden.
Selbstverständlich ist es denkbar, derartige Stützelemente 25 wie oben anhand der Fig. 8 beschrieben auch an der Einheit 12' gemäß Fig. 7 vorzusehen, wenngleich dort eine Abstützung in ausreichendem Ausmaß durch die Anlage der inneren Schenkel 16 mit ihren unteren Enden an der Oberseite der Leiterplatten 4 gegeben sein sollte.
In Fig. 9 ist schließlich eine gegenüber Fig. 7 etwas modifizierte Mehrfachanordnung gezeigt, wobei hier der Kühlkörper 6 ebenso wie der Positionierkörper 11 eine stufige Ausbildung hat, und wobei jeweils an einer Seite der Stufen, wie aus der Zeichnung ersichtlich, „äußere" Schenkel 16 zwecks Anlage in den freien Stufen-Seiten der Einzel-Kühlkörperteile vorgesehen sind. Die Verbindungsteile-Einheit 12' ist dabei in Entsprechung zu den Stufen des Tragkörpers 6 abgestuft, so dass jeweils Schenkel 15, 16 adäquater Länge gegeben sind, die die exakte Positionierung der LED-Baueinheiten 1 unter Ausgleich von Fertigungstoleranzen sicherstellen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Positionieren und Montieren zumindest einer auf einer Leiterplatte (4) vormontierten LED-Baueinheit (1) auf einem Tragkörper (6), wobei die Leiterplatte (4) mit der LED-Baueinheit (1) auf den Tragkörper (6) aufgesetzt und angeklebt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Baueinheit (1) nach dem Aufsetzen auf den Tragkörper (6) mittels eines Positionierkörpers (11), der einerseits an der LED-Baueinheit (1) oder deren Leiterplatte (4) und andererseits am Tragkörper (6) zur Anlage kommende Zentrierelemente (17) aufweist, relativ zum Tragkörper (6) in die vorgegebene Position gebracht wird, wobei die Leiterplatte (4) mit der LED- Baueinheit (1) auf dem Tragkörper (6) justiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (4) mit Zentrierbohrungen (9) auf am Tragkörper (6) vorgesehene Zentrierstifte (8) aufgesetzt wird, bevor der Positionierkörper (11) angebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (4) mit Hilfe eines schnell härtenden Klebers (10), z.B. eines UV-härtenden Klebers, nach dem Anbringen des Positionierkörpers (11) am Tragkörper 6 fixiert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (4) nach der Positionierung der LED-Baueinheit (1) relativ zum Tragkörper (6) mit- tels eines wärmeleitenden Klebers (5) unter Einbau von Distanzelementen, z.B. Glaskügelchen (7), auf dem Tragkörper (6) angeklebt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Positionierkörper (11) nach dem Fixieren der Leiterplatte (4) am Tragkörper (6) mit Hilfe des Schnellklebers (10) abgenommen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wärmeleitende Kleber (5) zwischen der Leiterplatte (4) und dem Tragkörper (6) nach Abnahme des Positionierkörpers
(11) noch fertig ausgehärtet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionierkörper (11) als Funktionskörper, z.B. Reflektor (20), Designelement oder Abdeckung, in seiner Position belassen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mehrere LED-Baueinheiten (1), je auf einer Leiterplatte (4) vormontiert, mittels eines gemeinsamen Positionierkörpers (11) auf einem mehrere Montage- platze für die LED-Baueinheiten (1) aufweisenden Tragkörper (6) positioniert werden.
9. Positionierkörper zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch von einem Verbindungsteil (12) abstehende Schenkel (15, 16) mit zur Anlage einerseits an der LED-Baueinheit (1) und andererseits am Tragkörper (6) vorgesehenen Zentrierelementen (17) .
10. Positionierkörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich- net, dass zumindest eines der Zentrierelemente (17) durch eine Zentrierfläche gebildet ist.
11. Positionierkörper nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Zentrierelemente (17) durch einen in eine Vertiefung (22) am Tragkörper (6) einschnappenden Rastvorsprung (23) gebildet ist.
12. Positionierkörper nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsteil (12) kreuzför- mig ausgebildet ist, wobei die Schenkel (15, 16) von den Kreuzarmen (13, 14) abstehen.
13. Positionierkörper nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsteil (12) als konkaver Reflektor (20) mit einer Öffnung (21) für den Durchtritt der LED (2) ausgebildet ist, wobei die Schenkel (15, 16) von der Rückseite des Reflektors (20) abstehen.
14. Positionierkörper nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verbindungsteile (12), je mit abstehenden Schenkeln (15, 16), zu einer integrierten Einheit (12') verbunden sind.
15. Positionierkörper nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsteile (12) unter Bildung von Stufen zur integrierten Einheit (12') verbunden sind.
16. Positionierkörper nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei Zuordnung zu einem einheitlichen Tragkörper (6) für die Montage von mehreren LED-Baueinheiten (1) in einer Ebene nur die äußeren Bereiche der Verbindungsteile-Einheit (12') mit zur Anlage an den Seiten des einheitlichen Tragkörpers (6) vorgesehenen Schenkeln (15) versehen sind.
17. Positionierkörper nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem Material besteht, das härter ist als der Tragkörper (6) und als die LED- Baueinheit (en) (1) .
18. Positionierkörper nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass er aus gehärtetem Stahl besteht.
19. Positionierkörper nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass er aus Glasfaser-verstärktem Kunststoff besteht.
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