WO2012072448A1 - Leuchtvorrichtung und verfahren zum herstellen einer leuchtvorrichtung - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a light-emitting device comprising a first substrate on which a conductor having at least one half ⁇ light source stocked second substrate planar manner is introduced ⁇ .
  • the invention further relates to a method for producing a lighting device.
  • Ke ⁇ ramik also called “Submount”
  • the adhesive can be applied only with egg ⁇ nem not negligible effort.
  • a layer thickness of the adhesive for a high heat flow from the second substrate to the first substrate should be mög ⁇ lichst low, but on the other hand, a high Haftfestig ⁇ strength are achieved, which in particular withstand a thermi ⁇ shock in load and degradationsu possible ⁇ n pertain is.
  • a lighting device comprising a first substrate, on which at least one second substrate equipped with at least one semiconductor light source is applied in a planar manner, the first substrate having the at least one second substrate is adhesively free material ⁇ conclusively connected.
  • a dedicated adhesive such as an adhesive or a solder layer
  • the cohesive connection also enables a reliable, fixed connection. For example, in contrast to a positive or non-positive connection, for example by brackets, snap-in connections, screws, etc., also a simple assembly and compact design is possible. Also a very good FLAE ⁇ chen flow is achieved.
  • the second substrate with a volume region of plastic of the first substrate is adhesively bonded cohesively.
  • This makes use of that plastic can be connected particularly simple and versatile material ⁇ fit, in particular even at ver ⁇ tively low temperatures.
  • the volume range is to be understood as meaning in particular the region of a substrate which lies below a surface layer of the substrate.
  • a volume region would be, for example, the actual substrate material, for example under a copper layer which covers the substrate over a large area or under another coating applied to the substrate.
  • An adhesive-free lamination may comprise transferring at least one of the contact surfaces of the two substrates to be bonded in a soft (entropy-elastic) state, subsequently compressing the substrates at their common contact surface and finally cooling them to a brittle (entropy-elastic) state. This leads to a firm connection, in which the substrates held together by atomic and / or molecular forces.
  • the plastic has a glass transition temperature Tg between about 100 ° C and about 180 ° C, in particular between about 105 ° C and about 170 ° C. Since ⁇ through is without a Bebending ⁇ ending of the substrates, or typically it already (and so on semiconductor light sources, electronic components) allows ⁇ be associated components, an adhesive-free lamination.
  • the plastic in particular the plastic volume range of the first substrate, is a thermoplastic or thermosetting plastic. This provides a good and inexpensive ability for adhesive-free lamination.
  • the second substrate is a ceramic substrate.
  • the ceramic substrate enables excellent thermal heat dissipation from the at least one semiconductor light source.
  • the Kera ⁇ mik advantageously has a thermal conductivity ⁇ of at least about 20 W / (mK), more preferably of at least about 150 W / (mK), more preferably of at least about 200 W / (mK) on.
  • the ceramic is preferably electrically insulating.
  • the material of the ceramic may comprise, for example, aluminum oxide and / or aluminum nitride.
  • the conductor structure can be formed for example by means of copper and / or silver, for example by means of a printing process.
  • An electrical breakdown strength of the second substrate, in particular of the ceramic is preferably at least 0.5 min ⁇ kV.
  • a layer thickness of the ceramic can in particular These are between 0.5 mm and 0.75 mm, in particular between 0.6 mm and 0.7 mm.
  • the volume range of plastic in particular the thermoplastic or du ⁇ roplastic volume range, filled epoxy resin has.
  • the filled epoxy resin can be comparatively simple and inexpensive adapted to different operating requirements, for example to a desired dielectric strength and / or thermal conductivity, for example by the nature and / or concentration of the epoxy resin filled or added admixtures.
  • the filled epoxy resin can be in particular a circuit board base material, example ⁇ as FR4 or FR5.
  • the plastic volume range is a layer with a layer thickness between 0.025 mm and 0.3 mm, in particular between 0.05 mm and 0.2 mm, forms.
  • the dielectric strength is preferably at least 0.5 kV.
  • the first substrate may in particular be a printed circuit board.
  • a base material of the printed circuit board may in particular be plastic ⁇ material, the base layer or core of the circuit board so be the volume range of plastic.
  • the circuit board may be a metal core board for improved heat dissipation.
  • the volume region of plastic may generally be formed as a plastic layer or Kunststoffläge. If the first substrate is a printed circuit board or board, the plastic layer may be a base layer or base layer. It is an embodiment which is advantageous for achieving a high luminance or light intensity in a compact space, that the at least one semiconductor light source in each case as a bare LED chip (LED (nude) chip) is designed.
  • the LED chip is not housed individually, but applied as a bare chip ("bare die") on the second substrate. Alternatively, housed semiconductor light sources can also be mounted on the second substrate.
  • the at least one semiconductor light source may be e.g. have at least one diode laser and / or a (packaged or unpacked) light emitting diode.
  • the light emitted by the at least one light-emitting diode can also be an infrared light (IR LED) or an ultraviolet light (UV LED).
  • IR LED infrared light
  • UV LED ultraviolet light
  • Several light ⁇ diodes can produce a mixed light; eg a white mixed light.
  • the at least one light-emitting diode may contain at least one wavelength-converting phosphor (conversion LED).
  • the at least one light-emitting diode may be equipped with at least ei ⁇ ner own and / or common optical system for beam guidance, for example, at least one Fresnel lens, collimation ⁇ gate, and so on.
  • at least ei ⁇ ner own and / or common optical system for beam guidance for example, at least one Fresnel lens, collimation ⁇ gate, and so on.
  • inorganic light-emitting diodes for example based on InGaN or AlInGaP
  • organic LEDs for example polymer OLEDs
  • the object is also achieved by a method for herstel ⁇ len a light emitting device, the method at least comprising the steps of: (a) heating a volume ⁇ range of plastic of a first substrate above its glass transition temperature Tg; (b) surface-mounting and pressing at least one second substrate onto the plastic volume portion of the first substrate, and (c) cooling the plastic volume portion of the first substrate below its glass transition temperature Tg when the second substrate is pressed.
  • the method can generally be configured analogously to the lighting device.
  • the heating can be done in particular to a temperature between 105 ° C and 170 ° C.
  • the step of heating is preceded by a step of exposing the plastic volume region of the first substrate to a conductor layer.
  • the lighting device can be used in a simple manner with her ⁇ conventional circuit boards as the first substrate.
  • the exposure can be performed by etching, for example.
  • the conductor layer can be, for example, a structured or non-structured copper layer.
  • the structured conductor ⁇ position serves to conduct electricity and can, inter alia, conductor tracks, contact fields, electrical connection elements, etc. have.
  • a step of loading a conductor layer covering the plastic volume region of the first substrate is performed prior to the step of heating. This protects the semiconductor light sources in the manufacture of the lighting device.
  • the first substrate may also be assembled after application of the second substrate, for example with at least one driver ⁇ block.
  • the steps of exposing the volume region and the He ⁇ warming can be performed in any order, but preferably so that the step of exposing is performed before the step of Beginsens.
  • Fig.l shows a top view of a first substrate a
  • Lighting device in a not yet prepared for receiving a two ⁇ th substrate, unpopulated state
  • FIG. 2 shows a top view of a first substrate of FIG
  • Lighting device in a partially prepared for receiving a second substrate, unpopulated state
  • FIG. 6 shows a flow chart for producing a
  • Fig.l shows in plan view (also called submount, see Figure 4) in a for receiving or mounting a second substrate 2, a first substrate 1, a light-emitting device ⁇ L is not prepared state.
  • the first substrate 1 can be a commercially available circuit board at ⁇ play.
  • the substrate 1 is present as a quadrangular circuit board in plan view, which has a carrier material or base material 3 made of duroplastic plastic in the form of filled epoxy resin, in particular FR4, as a volume region made of plastic.
  • a conductor layer 5 On a front side 4 of the first substrate 1 is a conductor layer 5, for example, a copper layer.
  • the conductor layer 5 can be unstructured (full surface) or preferably structurally be tured.
  • the structured conductor layer 5 can have at least one printed conductor and / or one contact surface (o.Fig.) Aufwei ⁇ sen.
  • the conductor layer 5 is not yet be tee t ⁇ in this state.
  • FIG. 2 shows a plan view of the first substrate 1 in a partially prepared for receiving the second substrate 2 to stand ⁇ .
  • the volume region made of plastic or the base material 3 has been exposed or freed centrally, as also described in the flowchart shown in FIG.
  • the exposure can be carried out in particular by an etching process.
  • a resulting freesparter area 7 is also rectangular in plan view, in particular square.
  • FIG. 3 shows a plan view of the first substrate 1 similar to the partially prepared condition, but now the struc ⁇ tured conductor layer is equipped 5 with at least one electronic communications ⁇ component 6, in particular a driver device (resistor, capacitor, integrated circuit, etc.), as also shown in Fig.6 in step S2.
  • a driver device resistor, capacitor, integrated circuit, etc.
  • Fig. Shows in plan view the first substrate 1 with the freely ⁇ saved area 7, wherein the second substrate 1 to an ER rearmungsstoff in the form of a heating plate 8 has been applied to the base material 3 to at or above its glass ⁇ transition temperature Tg to as shown as step S3 in FIG. Characterized the base material 3 is transferred to a white ⁇ chen state.
  • step S4 shows a plan view of the first substrate 1 on the heating ⁇ plate 8 with the second substrate 2 placed on the base material 3 in the cleared area 7.
  • the second substrate 2 contacted with its rear side, the soft base material 3 surface under pressure (is pressed on the Basisma ⁇ TERIAL 3, for example), while its front side with a plurality of LED naked chips 9 is populated. This is also indicated in FIG. 5, step S4.
  • the base material 3 is again cooled below its glass transition temperature Tg, e.g. by deactivating the heating plate 8.
  • the second substrate 2 is further pressed, as described in step S5 in Figure 6.
  • the light emitting device L having the first substrate 1 and the second substrate 2, which is now connected firmly and in a materially cohesive manner to it, can be removed from the heating plate 8.
  • two or more second substrates may also be attached to the first substrate in the manner described.
  • a shape of the substrates may differ, for example by a circular in plan view form.

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Abstract

Die Leuchtvorrichtung (L) weist ein erstes Substrat (1) auf, auf welchem ein mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle (9) bestücktes zweites Substrat (2) flächig aufgebracht ist, wobei das erste Substrat (1) mit dem zweiten Substrat (2) haftmittelfrei stoffschlüssig verbunden ist. Das Verfahren (S1-S5) dient zum Herstellen einer Leuchtvorrichtung (L), wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist: Erwärmen eines Volumenbereichs (3) aus Kunststoff eines ersten Substrats (1) über seine Glasübergangstemperatur (S3); Flächiges Aufsetzen und Anpressen eines zweiten Substrats (2) auf den Volumenbereich (3) aus Kunststoff des ersten Substrats (1) (S4) und Abkühlen des Volumenbereichs (3) aus Kunststoff des ersten Substrats (1) unter seine Glasübergangstemperatur (Tg) bei angepresstem zweiten Substrat (2) (S5).

Description

Beschreibung
Leuchtvorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Leuchtvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Leuchtvorrichtung, die ein erstes Substrat aufweist, auf welchem ein mit mindestens einer Halb¬ leiterlichtquelle bestücktes zweites Substrat flächig aufge¬ bracht ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Leuchtvorrichtung.
Es sind Leuchtvorrichtungen bekannt, die ein Substrat aus Ke¬ ramik (auch "Submount" genannt) aufweisen, das mit mehreren Leuchtdiodenchips bestückt ist, wobei das Submount mittels eines thermisch leitfähigen Klebers auf einer Platine aufge¬ klebt ist. Dabei ist nachteilig, dass der Kleber nur mit ei¬ nem nicht vernachlässigbaren Aufwand aufzubringen ist. So sollte eine Schichtdicke des Klebers für einen hohen Wärme- fluss von dem zweiten Substrat zu dem ersten Substrat mög¬ lichst gering sein, aber andererseits eine hohe Haftfestig¬ keit erreicht werden, welche insbesondere auch einer thermi¬ schen Wechselbelastung standhält und möglichst degradationsu¬ nempfindlich ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbes¬ serte Befestigung mindestens eines mit mindestens einer Halb¬ leiterlichtquelle bestückten zweiten Substrats an einem ers¬ ten Substrat einer Leuchtvorrichtung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Aus führungs formen sind insbesonde¬ re den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Leuchtvorrichtung, aufwei- send ein erstes Substrat, auf welchem mindestens ein mit min- destens einer Halbleiterlichtquelle bestücktes zweites Sub- strat flächig aufgebracht ist , wobei das erste Substrat mit dem mindestens einen zweiten Substrat haftmittelfrei stoff¬ schlüssig verbunden ist. Durch den Verzicht auf ein dedizier- tes Haftmittel (wie beispielsweise ein Klebstoff oder eine Lotschicht) kann eine bessere Wärmeübertragung zwischen den beiden Substraten erreicht werden. Durch die stoffschlüssige Verbindung wird ferner eine zuverlässige feste Verbindung ermöglicht. Beispielsweise im Gegensatz zu einer form- oder kraftschlüssigen Verbindung, z.B. durch Klammern, Rastverbindungen, Schrauben usw., wird zudem eine einfache Montage und kompakte Bauform ermöglicht. Auch wird eine sehr gute Flä¬ chennutzung erreicht.
Es ist eine Ausgestaltung, dass das zweite Substrat mit einem Volumenbereich aus Kunststoff des ersten Substrats haftmit- telfrei stoffschlüssig verbunden ist. Dabei wird ausgenutzt, dass Kunststoff sich besonders einfach und vielfältig stoff¬ schlüssig verbinden lässt, insbesondere bereits bei ver¬ gleichsweise geringen Temperaturen. Als Volumenbereich im Sinne dieser Anmeldung ist insbesondere der Bereich eines Substrats zu verstehen, der unterhalb einer Oberflächenschicht des Substrats liegt. Bei der Verwendung von beschichteten Substraten wäre ein Volumenbereich beispielsweise das eigentlichte Substratmaterial, das beispiels- weise unter einer Kupferschicht, die das Substrat großflächig bedeckt oder unter einer anderen auf das Substrat aufgebrachten Beschichtung liegt.
Es ist eine Weiterbildung, dass die stoffschlüssige Verbin- dung durch ein "haftmittelfreies Laminieren" erreicht worden ist. Ein haftmittel freies Laminieren kann ein Überführen zumindest einer der Kontaktflächen der beiden stoffschlüssig zu verbindenden Substrate in einen weichen (entropieelastischen) Zustand, ein folgendes Zusammendrücken der Substrate an ihrer gemeinsamen Kontaktfläche und ein abschließendes Abkühlen in einen spröden (entropieelastischen) Zustand umfassen. Dadurch kommt es zu einer festen Verbindung, bei der die Substrate durch atomare und/oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden .
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass der Kunststoff eine Glasübergangstemperatur Tg zwischen ca. 100°C und ca. 180°C aufweist, insbesondere zwischen ca. 105°C und ca. 170°C. Da¬ durch wird ein haftmittelfreies Laminieren ohne eine Beschä¬ digung der Substrate oder typischerweise daran bereits ange¬ ordneter Komponenten (Halbleiterlichtquellen, elektronische Bauelemente usw.) ermöglicht.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass der Kunststoff, insbesondere der Volumenbereich aus Kunststoff des ersten Substrats, ein thermoplastischer oder duroplastischer Kunst- stoff ist. Dieser stellt eine gute und preiswerte Fähigkeit zum haftmittelfreien Laminieren bereit.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass das zweite Substrat ein keramisches Substrat ist. Durch das keramische Substrat wird eine hervorragende thermische Wärmeableitung von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle ermöglicht. Die Kera¬ mik weist vorteilhafterweise eine Wärmeleitfähigkeit λ von mindestens ca. 20 W/(m-K), noch bevorzugter von mindestens ca. 150 W/(m-K), noch bevorzugter von mindestens ca. 200 W/(m-K) auf. Die Keramik ist bevorzugt elektrisch isolierend. Das Material der Keramik kann beispielsweise Aluminiumoxid und/oder Aluminiumnitrid aufweisen. Die, insbesondere elekt¬ risch isolierende, Keramik kann zumindest an der mit der mindestens einen Halbleiterlichtquelle bestückten Oberfläche ei- ne elektrisch leitfähige Leiterstruktur mit mindestens einer Kontaktfläche und/oder mindestens einer Leiterbahn aufweisen. Die Leiterstruktur kann beispielsweise mittels Kupfer und/oder Silber gebildet werden, z.B. mittels eines Druckverfahrens. Eine elektrische Durchschlagsfestigkeit des zweiten Substrats, insbesondere der Keramik, beträgt bevorzugt min¬ destens 0,5 kV. Eine Schichtdicke der Keramik kann insbeson- dere zwischen 0,5 mm und 0,75 mm liegen, insbesondere zwischen 0,6 mm und 0,7 mm.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass der Volumenbereich aus Kunststoff, insbesondere der thermoplastische oder du¬ roplastische Volumenbereich, gefülltes Epoxidharz aufweist. Das gefüllte Epoxidharz kann vergleichsweise einfach und preiswert an verschiedene Betriebsanforderungen angepasst werden, z.B. an eine gewünschte Durchschlagsfestigkeit und/oder thermische Leitfähigkeit, beispielsweise durch die Art und/oder Konzentration von dem Epoxidharz zugefüllter oder zugegebener Beimischungen. Das gefüllte Epoxidharz kann insbesondere ein Leiterplatten-Basismaterial sein, beispiels¬ weise FR4 oder FR5.
Es ist eine zum Erreichen einer ausreichend hohen elektrischen Durchschlagsfestigkeit und eines ausreichend niedrigen thermischen Widerstands bevorzugte Ausgestaltung, dass der Volumenbereich aus Kunststoff eine Schicht mit einer Schicht- dicke zwischen 0,025 mm und 0,3 mm, insbesondere zwischen 0,05 mm und 0,2 mm, bildet. Die Durchschlagsfestigkeit be¬ trägt bevorzugt mindestens 0,5 kV.
Das erste Substrat kann insbesondere eine Leiterplatte sein. Ein Basismaterial der Leiterplatte kann insbesondere Kunst¬ stoff sein, die Basislage oder Kern der Leiterplatte also der Volumenbereich aus Kunststoff sein. Die Leiterplatte kann für eine verbesserte Wärmeabfuhr eine Metallkernplatine sein. Der Volumenbereich aus Kunststoff kann allgemein als eine Kunststoffschicht oder Kunststoffläge ausgebildet sein. Falls das erste Substrat eine Leiterplatte oder Platine ist, kann die Kunststoffschicht eine Basisschicht oder Basislage sein. Es ist eine zum Erreichen einer hohen Leuchtdichte oder Lichtstärke auf kompaktem Raum vorteilhafte Ausgestaltung, dass die mindestens eine Halbleiterlichtquelle jeweils als ein nackter Leuchtdiodenchip (LED- (Nackt- ) Chip) ausgestaltet ist. Der Leuchtdiodenchip ist dabei nicht einzeln gehaust, sondern als Nacktchip ("bare die") auf dem zweiten Substrat aufgebracht. Alternativ können auch gehäuste Halbleiterlicht¬ quellen auf dem zweiten Substrat angebracht sein.
Allgemein kann die mindestens eine Halbleiterlichtquelle z.B. mindestens einen Diodenlaser und/oder eine (gehäuste oder un- gehäuste) Leuchtdiode aufweisen.
Bei Vorliegen mehrerer Leuchtdioden können diese in der gleichen Farbe oder in verschiedenen Farben leuchten. Eine Farbe kann monochrom (z.B. rot, grün, blau usw.) oder multichrom (z.B. weiß) sein. Auch kann das von der mindestens einen Leuchtdiode abgestrahlte Licht ein infrarotes Licht (IR-LED) oder ein ultraviolettes Licht (UV-LED) sein. Mehrere Leucht¬ dioden können ein Mischlicht erzeugen; z.B. ein weißes Mischlicht. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mindestens einen wellenlängenumwandelnden Leuchtstoff enthalten (Konversions- LED) . Die mindestens eine Leuchtdiode kann mit mindestens ei¬ ner eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, z.B. mindestens einer Fresnel-Linse, Kollima¬ tor, und so weiter. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen Leuchtdioden, z.B. auf Basis von InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs ) einsetzbar .
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Herstel¬ len einer Leuchtvorrichtung, wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist: (a) Erwärmen eines Volumen¬ bereichs aus Kunststoff eines ersten Substrats über seine Glasübergangstemperatur Tg; (b) Flächiges Aufsetzen und Anpressen mindestens eines zweiten Substrats auf den Volumenbe¬ reich aus Kunststoff des ersten Substrats und (c) Abkühlen des Volumenbereichs aus Kunststoff des ersten Substrats unter seine Glasübergangstemperatur Tg bei angepresstem zweiten Substrat. Durch dieses "haftmittelfreie Laminieren" können die gleichen Vorteile erreicht werden, wie für die oben be¬ schriebene Leuchtvorrichtung. Das Verfahren kann allgemein analog zu der Leuchtvorrichtung ausgestaltet werden. Das Erwärmen kann insbesondere auf eine Temperatur zwischen 105°C und 170°C geschehen.
Es ist eine Ausgestaltung, dass dem Schritt des Erwärmens ein Schritt eines Freilegens des Volumenbereichs aus Kunststoff des ersten Substrats aus einer Leiterlage vorangeht. So kann die Leuchtvorrichtung auf eine einfache Weise auch mit her¬ kömmlichen Leiterplatten als dem ersten Substrat eingesetzt werden. Das Freilegen kann beispielsweise durch Ätzen durchgeführt werden.
Die Leiterlage kann beispielsweise eine strukturierte oder nichtstrukturierte Kupferlage sein. Die strukturierte Leiter¬ lage dient zur Stromführung und kann dazu unter anderem Leiterbahnen, Kontaktfelder, elektrische Anschlusselemente usw. aufweisen.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass vor dem Schritt des Erwärmens ein Schritt eines Bestückens einer den Volumenbereich aus Kunststoff des ersten Substrats bedeckenden Leiterlage durchgeführt wird. Dies schützt die Halbleiterlichtquellen bei der Herstellung der Leuchtvorrichtung. Alternativ kann das erste Substrat auch nach einer Aufbringung des zweiten Substrats bestückt werden, z.B. mit mindestens einem Treiber¬ baustein .
Die Schritte des Freilegens des Volumenbereichs und des Er¬ wärmens können in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden, bevorzugt jedoch so, dass der Schritt des Freilegens vor dem Schritt des Bestückens durchgeführt wird.
In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch genauer beschrieben. Fig.l zeigt in Draufsicht ein erstes Substrat einer
Leuchtvorrichtung in einem zur Aufnahme eines zwei¬ ten Substrats noch nicht vorbereiteten, unbestück- ten Zustand;
Fig.2 zeigt in Draufsicht ein erstes Substrat einer
Leuchtvorrichtung in einem zur Aufnahme eines zweiten Substrats teilweise vorbereiteten, unbestückten Zustand;
Fig.3 zeigt in Draufsicht das erste Substrat in einem zur
Aufnahme des zweiten Substrats vorbereiteten Zu¬ stand;
Fig.4 zeigt in Draufsicht das erste Substrat in dem zur
Aufnahme des zweiten Substrats vorbereiteten Zu- stand auf einem Erwärmungsmittel;
Fig.5 zeigt in Draufsicht das erste Substrat in dem zur
Aufnahme des zweiten Substrats vorbereiteten Zu¬ stand auf dem Erwärmungsmittel mit einem aufgesetz¬ ten zweiten Substrat; und
Fig.6 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Herstellen einer
Leuchtvorrichtung .
Fig.l zeigt in Draufsicht ein erstes Substrat 1 einer Leucht¬ vorrichtung L in einem zur Aufnahme oder Befestigung eines zweiten Substrats 2 (auch Submount genannt, siehe Fig.4) noch nicht vorbereiteten Zustand. Das erste Substrat 1 kann bei¬ spielweise eine kommerziell erhältliche Leiterplatte sein.
Das Substrat 1 liegt als eine in Draufsicht viereckige Lei- terplatte vor, welche ein Trägermaterial oder Basismaterial 3 aus duroplastischem Kunststoff in Form von gefülltem Epoxidharz, insbesondere FR4, als einem Volumenbereich aus Kunststoff aufweist.
Auf einer Vorderseite 4 des erstens Substrats 1 befindet sich eine Leiterlage 5, z.B. eine Kupferlage. Die Leiterlage 5 kann unstrukturiert (vollflächig) sein oder bevorzugt struk- turiert sein. Die strukturierte Leiterlage 5 kann mindestens eine Leiterbahn und/oder eine Kontaktfläche (o.Abb.) aufwei¬ sen. Die Leiterlage 5 ist in diesem Zustand noch nicht be¬ stückt .
Fig.2 zeigt in Draufsicht das erste Substrat 1 in einem zur Aufnahme des zweiten Substrats 2 teilweise vorbereiteten Zu¬ stand. Dazu ist der Volumenbereich aus Kunststoff bzw. das Basismaterial 3 mittig freigelegt oder freigespart worden, wie auch in dem in Fig.6 dargestellten Ablaufdiagramm in Schritt Sl beschrieben. Das Freilegen kann insbesondere durch ein Ätzverfahren durchgeführt werden. Ein so entstandener freigesparter Bereich 7 ist in Draufsicht ebenfalls recht¬ eckig, insbesondere quadratisch.
Fig.3 zeigt in Draufsicht das erste Substrat 1 ähnlich dem teilweise vorbereiteten Zustand, wobei aber nun die struktu¬ rierte Leiterlage 5 mit mindestens einer elektronischen Kom¬ ponente 6, insbesondere einem Treiberbauelement (Widerstand, Kondensator, integriertem Schaltkreis usw.) bestückt ist, wie auch in Fig.6 in Schritt S2 gezeigt.
Fig. zeigt in Draufsicht das erste Substrat 1 mit dem frei¬ gesparten Bereich 7, wobei das zweite Substrat 1 auf ein Er- wärmungsmittel in Form einer Heizplatte 8 aufgebracht worden ist, um das Basismaterial 3 bis zu oder über seine Glasüber¬ gangstemperatur Tg zu erwärmen, wie auch als Schritt S3 in Fig.6 gezeigt. Dadurch wird das Basismaterial 3 in einen wei¬ chen Zustand überführt.
Fig.5 zeigt in Draufsicht das erste Substrat 1 auf der Heiz¬ platte 8 mit dem auf das Basismaterial 3 in dem freigesparten Bereich 7 aufgesetzten zweiten Substrat 2. Das zweite Substrat 2 kontaktiert dabei mit seiner Rückseite das weiche Ba- sismaterial 3 flächig unter Druck (wird z.B. auf das Basisma¬ terial 3 angepresst) , während seine Vorderseite mit mehreren LED-Nacktchips 9 bestückt ist. Dies ist auch in Fig.5, Schritt S4, angedeutet.
Folgend wird das Basismaterial 3 wieder unter seine Glasüber- gangstemperatur Tg abgekühlt, z.B. durch ein Deaktivieren der Heizplatte 8. Zumindest bis zum Erreichen oder Unterschreiten der Glasübergangstemperatur Tg wird das zweite Substrat 2 weiter gepresst, wie in Schritt S5 in Fig.6 beschrieben. Danach kann die das erste Substrat 1 und das nun fest und flächig stoffschlüssig damit verbundene zweite Substrat 2 aufweisende Leuchtvorrichtung L von der Heizplatte 8 entnommen werden. Es kann sich unter anderem noch ein Schritt eines elektrischen Verbindens der Leiterlage 5 des erstens Substrats 1 mit dem zweiten Substrat, insbesondere einer elektrisch leitfähigen Struktur davon, anschließen, z.B. mittels eines Drahtbondens .
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
So können auch zwei oder mehr zweite Substrate an dem ersten Substrat auf die beschriebene Art befestigt werden.
Auch kann eine Form der Substrate abweichen, beispielsweise durch eine in Draufsicht kreisrunde Form.
Bezugs zeichenliste
1 erstes Substrat
2 zweites Substrat
3 Basismaterial
4 Vorderseite des ersten Substrats
5 Leiterlage
6 elektronische Komponente
7 freigesparter Bereich
8 Heizplatte
9 LED-Nacktchip
L Leuchtvorrichtung
S1-S5 Verfahrensschritte

Claims

Patentansprüche
1. Leuchtvorrichtung (L) , aufweisend ein erstes Substrat
(1) , auf welchem mindestens ein mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle (9) bestücktes zweites Substrat
(2) flächig aufgebracht ist, wobei das erste Substrat (1) mit dem mindestens einen zweiten Substrat (2) haft- mittelfrei stoffschlüssig verbunden ist.
2. Leuchtvorrichtung (L) nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine zweite Substrat (2) mit einem Volumenbereich
(3) aus Kunststoff des ersten Substrats (1) haftmittel- frei stoffschlüssig verbunden ist.
3. Leuchtvorrichtung (L) nach Anspruch 2, wobei der Kunststoff (3) eine Glasübergangstemperatur (Tg) zwischen 100°C und 180°C, insbesondere zwischen 105°C und 170°C, aufweist .
4. Leuchtvorrichtung (L) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei der Volumenbereich (3) aus Kunststoff des ersten Substrats (1) ein thermoplastischer oder duroplastischer Volumenbereich (3) ist und das zweite Substrat (2) ein keramisches Substrat ist.
5. Leuchtvorrichtung (L) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der thermoplastische oder duroplastische Volumen¬ bereich (3) gefülltes Epoxidharz aufweist.
6. Leuchtvorrichtung (L) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Volumenbereich (3) aus Kunststoff eine Schicht mit einer Schichtdicke zwischen 0,025 mm und 0,3 mm, insbesondere zwischen 0,05 mm und 0,2 mm, bildet.
7. Leuchtvorrichtung (L) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Halbleiterlichtquelle (9) jeweils als ein nackter Leuchtdiodenchip ausgestaltet ist.
8. Verfahren (S1-S5) zum Herstellen einer Leuchtvorrichtung
(L) , wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist:
- Erwärmen eines Volumenbereichs (3) aus Kunststoff ei¬ nes ersten Substrats (1) über seine Glasübergangstemperatur ( S3 ) ;
- Flächiges Aufsetzen und Anpressen mindestens eines zweiten Substrats (2) auf den Volumenbereich (3) aus Kunststoff des ersten Substrats (1) (S4) und
- Abkühlen des Volumenbereichs (3) aus Kunststoff des ersten Substrats (1) unter seine Glasübergangstempe¬ ratur (Tg) bei angepresstem mindestens einen zweiten Substrat (2) (S5) .
9. Verfahren (S1-S5) nach Anspruch 8, wobei vor dem Schritt des Erwärmens ein Schritt:
- Freilegen des Volumenbereichs (3) aus Kunststoff des ersten Substrats (1) aus einer Leiterlage (Sl) durchgeführt wird.
10. Verfahren (S1-S5) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei vor dem Schritt des Erwärmens ein Schritt:
- Bestücken einer den Volumenbereich (3) aus Kunststoff des ersten Substrats (1) bedeckenden Leiterlage (5) (S2)
durchgeführt wird.
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