WO2013056932A1 - Halbleiterleuchtvorrichtung mit galvanisch nicht-isoliertem treiber - Google Patents

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WO2013056932A1
WO2013056932A1 PCT/EP2012/068177 EP2012068177W WO2013056932A1 WO 2013056932 A1 WO2013056932 A1 WO 2013056932A1 EP 2012068177 W EP2012068177 W EP 2012068177W WO 2013056932 A1 WO2013056932 A1 WO 2013056932A1
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WO
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semiconductor light
emitting device
circuit board
carriers
light emitting
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PCT/EP2012/068177
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Markus Hofmann
Thomas Preuschl
Klaus Eckert
Christoph STRAUSS
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Osram Gmbh
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Publication date
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    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors

Definitions

  • the invention relates to a semiconductor luminescent device, comprising a plurality of semiconductor light sources and a
  • WO 2010/092110 Al discloses a lighting device having a heat sink with at least one on its outside
  • Semiconductor light source in particular light emitting diode, and a recess for receiving a driver and
  • At least one electrically insulating supply which connects the recess with the outside of the heat sink, wherein the supply has a flush on the outside of the heat sink adjacent support surface, which is at least partially covered by the carrier.
  • Semiconductor lighting device comprising a plurality
  • semiconductor light sources and a galvanically non-isolated driver for operating the semiconductor light sources. Further, the semiconductor light sources are divided into at least two carriers, the carrier on an electrically conductive
  • the semiconductor light sources can be arranged and aligned in a particularly versatile manner by the division onto the at least two carriers. As a result, in particular, a desired
  • live areas can also be a galvanically uninsulated driver without security problems in a
  • a galvanically non-isolated driver usually has a higher efficiency than a galvanic primary side and secondary side mutually insulating driver, namely of typically more than 90%, and also can be constructed more cost-effectively, thereby providing a particularly inexpensive and energy-saving semiconductor lighting device is supported. For example, no safety distances in the driver from the primary side to the secondary side are needed, as is the case with a driver outputting a protective voltage
  • a separation between the primary side and the secondary side can take place primarily between the carrier and the electrically conductive base (for example a heat sink).
  • the transformer can advantageously be replaced by a coil or a buck configuration / a step-down converter.
  • the driver is configured as a driver having a (operating) voltage for operating the
  • SELV Safety Extra Low Voltage
  • PELV Protective Extra Low Voltage
  • FELV Functional Extra Low Voltage
  • a DC voltage with a lower value and an AC voltage than an operating voltage can be used.
  • Semiconductor light source at least one light emitting diode.
  • a color may be monochrome (e.g., red, green, blue, etc.) or multichrome (e.g., white). This can also be done by the at least one
  • LED emitted light is an infrared light (IR LED) or an ultraviolet light (UV LED).
  • Light emitting diodes can produce a mixed light; e.g. a white mixed light.
  • the at least one light-emitting diode may contain at least one wavelength-converting phosphor
  • the phosphor may alternatively or additionally be arranged remotely from the light-emitting diode ("remote phosphor").
  • the at least one light-emitting diode can be in the form of at least one individually housed light-emitting diode or in the form of at least one LED chip. Several LED chips can be mounted on a common substrate (“submount").
  • the at least one light emitting diode may be equipped with at least one own and / or common optics for beam guidance, e.g. at least one Fresnel lens,
  • the at least a semiconductor light source eg have at least one diode laser.
  • At least two of the carriers are arranged at an angle to each other. This can
  • At least one free-standing connecting line are electrically connected to each other.
  • Connecting line can be understood in particular a connecting line, which is not bound to a solid surface over its length (for example, a conductor track), but at least in principle at least partially freely deployable (such as a wire or a cable).
  • a free-standing connecting line has the advantage that it allows an electrical connection flexibly arranged carrier with simple means. This is particularly the case if the pad has edges or gaps, as it is in particular angled and / or
  • stepped support areas of the pad can occur.
  • a free-standing connection line is particularly effective electrically isolated.
  • at least one fixed (non-free-standing) connection line e.g. a trace, to be used.
  • the at least one free-standing connecting line, in particular cable is a triple-insulated connecting line. This simplifies their installation, because then they can safely touch even the electrically conductive surface, even for
  • the insulating element is present.
  • the insulating element can be, for example, a support, which is placed locally between two carriers on the base (s) and in particular covers a region of the electrically conductive base, which passes through the at least one connecting line
  • the at least one connecting line may then simply be isolated, e.g. a cable.
  • the insulation element may be, for example, a plastic element.
  • the carrier may include one or more wiring layers.
  • At least one of the carriers is a (in particular compact) ceramic carrier.
  • a ceramic carrier has a particularly high electrical
  • the ceramic may comprise, for example, Al 2 O 3, AlN, BN or SiC.
  • Ceramic support may also be configured as a multilayer ceramic support, e.g. in LTCC technology. It can
  • layers with different materials are used, for example with different ceramics. These For example, they may be alternately highly dielectric and low dielectric.
  • At least one of the carriers has a circuit board base material (e.g., FR4) or is a circuit board, as compared to a circuit board
  • Ceramic carrier is very inexpensive.
  • IMS insulated metal substrate
  • MCPCB metal core board
  • Carrier advantageously in the range between 0.15 mm and 1 mm.
  • the carrier may be by means of an electrically insulating and in particular thermally conductive
  • the electrically insulating transition layer can for
  • TIM Transitional material
  • thermal grease e.g., silicone oil with additions of
  • Alumina, zinc oxide, boron nitride or silver powder), a foil or an adhesive may for example also be in the form of a double-sided adhesive tape.
  • the adhesive may, for example, by means of a dispersion process and a subsequent doctoring be applied on both sides.
  • a TIM transition layer may in particular the advantages of a high dielectric strength and a
  • Screw penetrations to the heat sink around can be omitted. This supports a compact design of the
  • the carrier may in principle be attached to the heat sink in other ways.
  • the carrier can also by means of one or more
  • a creepage distance at the respective edge can be lengthened by that length by which the electrically insulating transitional layer projects laterally or laterally beyond the respective edge.
  • the pad is a surface of a heat sink.
  • the heat sink can advantageously consist of a highly thermally conductive material with ⁇ > 10 W / (m-K), particularly preferably ⁇ ⁇ > 100 W / (m-K), in particular of a metal such as aluminum, copper or an alloy thereof.
  • the heat sink may also consist completely or partially of a plastic; particularly advantageous to
  • the heat sink may preferably be symmetrical,
  • the heat sink may advantageously comprise cooling elements, for. B. cooling fins or cooling pins.
  • Printed circuit board are configured. This can be done on one
  • connection line are dispensed with and rather a portion of the flexible circuit board can be used as an electrical connection.
  • Such a lighting device is particularly easy to assemble and reliable.
  • Printed circuit board areas are each arranged on a (thermally well conductive) réellespreizelement, which is arranged on the electrically conductive substrate. It is a development that the heat spreader is electrically conductive, e.g. made of metal,
  • heat spreading element in particular of aluminum.
  • Such a heat spreading element is easy to mold, highly thermally conductive and inexpensive.
  • the heat spreading element may also consist of an electrically conductive ceramic.
  • the heat spreader is electrically insulating, which increases dielectric strength and a length of creepage distances.
  • spreizelement may in particular be good thermal conductivity, in particular made of ceramic.
  • the heat spreading element and the base can also be any suitable heat spreading element and the base.
  • At least one conductor track having connecting portion of the flexible printed circuit board is formed.
  • the narrowing facilitates bending of the connection area.
  • Narrowing can be implemented already in the manufacture of the flexible circuit board or by subsequent material removal (e.g., milling or cutting).
  • Semiconductor lighting device is a retrofit lamp or designed as a module for it.
  • the retrofit lamp can
  • the driver can in particular in a recess or
  • the recess preferably has an insertion opening for insertion of the
  • Driver e.g. a driver board.
  • the insertion of the recess may advantageously at a
  • the recess may for example be designed cylindrical.
  • the recess may advantageously be electrically insulated from the heat sink to avoid direct creepage distances, e.g. by means of an electrically insulating
  • Lining also housing the driver cavity, GTK, called
  • z. B. in the form of a through the insertion in the
  • the liner may include one or more fasteners for attachment of the driver.
  • the recess is connected by means of an electrically insulating supply to the outside of the heat sink.
  • the supply is used in particular for feeding or carrying out at least one electrical line between the driver located in the recess and at least one semiconductor light source or the carrier equipped therewith.
  • the feeder and the lining can be integrally configured as a single element. With the insertion of the lining into the recess, the supply is then simultaneously pushed through a passage opening of the cooling body.
  • the at least one electrical line for example, as a wire, a cable or connector of any kind
  • Fig.l shows a semiconductor lighting device 11 in the form of a filament retrofit lamp.
  • the semiconductor luminescent device 11 has a heat sink 12 made of aluminum, which has a recess 13 (driver cavity) for receiving a driver 14.
  • the driver 14 serves, via a lamp base 15 available electrical supply signals into electrical operating signals for operation of a plurality Convert semiconductor light sources in the form of light emitting diodes 16.
  • the lamp base 15 is here by way of example in the form of an Edison socket, in particular in one with a
  • Mains voltage acted upon version can be used.
  • the lamp base 15 closes a rearward
  • Insertion opening 13 a of the recess 13 and represents a rear end of the semiconductor luminescent device 11.
  • the light-emitting diodes 16 are attached to a front side 17 of the heat sink 12 and may be e.g. be covered by a translucent (transparent or diffuse) piston 18.
  • the light-emitting diodes 16 can be present in particular as LED chips.
  • the driver 14 is as a galvanically non-isolated
  • Light-emitting diodes 16 electrically connected secondary side are not galvanically separated from each other, which is a high
  • the recess 13 is covered with an electrically insulating lining 19 in the form of an inserted into the recess 13 plastic pipe.
  • the recess 13 is connected by means of an electrically insulating feed 20 with the front side 17 of the heat sink 12 and is electrically connected to the light emitting diodes 16 via electrical leads 21 running through the feed 20.
  • the LEDs 16 are divided into at least two carriers 22, of which a first carrier 22al and a second carrier 22bl are shown. Both carriers 22 and 22al and 22bl are applied to the electrically conductive heat sink 12 on the substrate, on adjacent, mutually angled support areas 23a and 23b.
  • the driver 14 is electrically connected to the carrier 22al via at least one of the electrical leads 21 (see FIG. 1) and (since the carrier 22al is an upper-side
  • Wiring layer 24 which electrically connects a contact point 25 of the electrical line 21 with the light emitting diode 16) therefore also with the light emitting diode 16th
  • the beams 22al and 22bl are electrically connected to each other via a free-standing connecting line 26, e.g. to an electrical series circuit or
  • the carriers 22al, 22bl are made of an electrically insulating material, namely, a compact ceramic. While the front side of the (ceramic) carrier 22al, 22bl is equipped with the light-emitting diodes 16, the carriers 22al, 22bl are with their back side serving as an electrically insulating transition layer and TIM position double-sided adhesive tape 27 on the respective support area 23a and 23b attached.
  • a creepage distance kl extends, for example, on the carrier 22bl from the contact point 25 to the next side edge (plus the thickness of the carrier 22bl and the adhesive tape 27).
  • Heatsink should touch 12, the connecting line 26th triple insulated, eg in the form of a triple insulated cable.
  • the carriers 22a2 and 22b2 are now essentially made with a printed circuit board base material as the electrically insulating material, in particular with or from FR4. This allows a more cost-effective structure.
  • Insulating element 31 is present.
  • the insulation element 31 is here a support made of plastic and covers
  • Requirement for the electrical insulation of the at least one connecting line 30 are reduced and then, e.g. just be isolated.
  • the carrier as
  • Printed circuit board 32 has a flexible, electrically insulating substrate 33 with a metallic wiring layer 34.
  • the illustrated two printed circuit board areas 22a3 and 22b3 are each on a heat spreader 35 made of aluminum
  • double-sided adhesive tape 27 is attached from the heat sink 12.
  • Printed circuit board areas 22a3 and 22b3 are formed by a region (here perpendicular to the image plane) narrowed, at least one conductor track of the wiring layer 34
  • the printed circuit board areas 22a3 and 22b3 and the connecting line 36 are therefore integral components of the flexible printed circuit board 32. This embodiment is therefore particularly reliable and easy to assemble. The ease of mounting and electrical insulation of the connecting line 36 / the connecting region relative to the heat sink 12 is supported by the provision of the heat spreader 35.
  • features of the possible embodiments shown may also be mixed and / or exchanged, e.g. by providing a laterally projecting double-sided
  • a carrier may include one or more semiconductor light sources.

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Abstract

Die Halbleiterleuchtvorrichtung (11, 11a) weist mehrere Halbleiterlichtquellen (16) und einen galvanisch nichtisolierten Treiber (14) zum Betreiben der Halbleiterlichtquellen (16) auf, wobei die Halbleiterlichtquellen (16) auf mindestens zwei Träger (22a1, 22b1) aufgeteilt sind, die Träger (22a1, 22b1) auf einer elektrisch leitfähigen Unterlage (12) aufgebracht sind und der Treiber (14) als auch an einer Oberfläche des Trägers (22a1, 22b1) vorhandene stromführende Bereiche (24, 25) gegenüber der Unterlage (12) elektrisch isoliert sind.

Description

Beschreibung
Halbleiterleuchtvorrichtung mit galvanisch nicht-isoliertem Treiber
Die Erfindung betrifft eine Halbleiterleuchtvorrichtung, aufweisend mehrere Halbleiterlichtquellen und einen
galvanisch nicht-isolierten Treiber zum Betreiben der
HalbleiterIichtquellen .
WO 2010/092110 AI offenbart eine Leuchtvorrichtung, die einen Kühlkörper mit mindestens einem an seiner Außenseite
aufgebrachten Träger für mindestens eine
Halbleiterlichtquelle, insbesondere Leuchtdiode, aufweist, sowie eine Aussparung zur Aufnahme eines Treibers und
mindestens eine elektrisch isolierende Zuführung, welche die Aussparung mit der Außenseite des Kühlkörpers verbindet, wobei die Zuführung eine an der Außenseite des Kühlkörpers flächenbündig anschließende Auflagefläche aufweist, die zumindest teilweise von dem Träger überdeckt ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise auszuräumen und insbesondere eine preiswertere und energiesparendere
Halbleiterleuchtvorrichtung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen
Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind
insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine
Halbleiterleuchtvorrichtung, aufweisend mehrere
Halbleiterlichtquellen und einen galvanisch nicht-isolierten Treiber zum Betreiben der Halbleiterlichtquellen. Ferner sind die Halbleiterlichtquellen auf mindestens zwei Träger aufgeteilt, die Träger auf einer elektrisch leitfähigen
Unterlage aufgebracht und der Treiber sowie an einer Oberfläche des Trägers vorhandene stromführende Bereiche gegenüber der Unterlage elektrisch isoliert.
Die Halbleiterlichtquellen sind durch die Aufteilung auf die mindestens zwei Träger besonders vielgestaltig anordenbar und ausrichtbar. Dadurch kann insbesondere eine gewünschte
Lichtabstrahlcharakteristik bzw. ein Lichtabstrahlmuster vergleichsweise einfach bereitgestellt werden. Dies
ermöglicht eine preiswerte und energiesparende
Halbleiterleuchtvorrichtung. Durch die elektrische Isolierung des Treibers (als einer allgemeinen Ansteuerschaltung zum Ansteuern der Halbleiterlichtquellen) sowie der
stromführenden Bereiche lässt sich auch ein galvanisch nichtisolierter Treiber ohne Sicherheitsprobleme bei einer
Berührung der elektrisch leitfähigen Unterlage (z.B. eines Kühlkörpers) einsetzen. Da ein galvanisch nicht-isolierter Treiber üblicherweise einen höheren Wirkungsgrad aufweist als ein galvanisch Primärseite und Sekundärseite gegeneinander isolierender Treiber, nämlich von typischerweise mehr als 90%, und zudem kostengünstiger aufgebaut werden kann, wird hierdurch eine Bereitstellung einer besonders preiswerten und energiesparenden Halbleiterleuchtvorrichtung unterstützt. So werden beispielsweise keine Sicherheitsabstände im Treiber von der Primärseite zur Sekundärseite benötigt, so wie es bei einem eine Schutzspannung ausgebenden Treiber unter
Verwendung eines Transformators häufig vorgeschrieben ist. Eine Trennung zwischen Primärseite und Sekundärseite kann vielmehr vornehmlich zwischen Träger und elektrisch leitender Unterlage (z.B. einem Kühlkörper) stattfinden.
Falls der Treiber als ein trafoloser Treiber ausgestaltet ist, kann der Transformator vorteilhafterweise durch eine Spule oder eine Buck-Konfiguration / einen Stepdown-Konverter ersetzt werden.
Vorzugsweise ist der Treiber als ein Treiber ausgestaltet, welcher eine (Betriebs- ) Spannung zum Betreiben der
Halbleiterlichtquellen ausgibt, die höher als eine Sicherheitskleinspannung („Safety Extra Low Voltage", SELV) , eine Schutzkleinspannung („Protective Extra Low Voltage", PELV) oder eine Funktionskleinspannung („Functional Extra Low Voltage", FELV) . Jedoch ist grundsätzlich als eine
Betriebsspannung auch eine Kleinspannung denkbar.
Die Betriebsspannung kann vorteilhafterweise eine
Gleichspannung sein, die größer oder gleich 25 Volt ist, insbesondere größer oder gleich 50 Volt ist. Jedoch sind grundsätzlich auch eine Gleichspannung mit einem geringeren Wert sowie eine Wechselspannung als eine Betriebsspannung nutzbar .
Bevorzugterweise umfasst die mindestens eine
Halbleiterlichtquelle mindestens eine Leuchtdiode. Bei
Vorliegen mehrerer Leuchtdioden können diese in der gleichen Farbe oder in verschiedenen Farben leuchten. Eine Farbe kann monochrom (z.B. rot, grün, blau usw.) oder multichrom (z.B. weiß) sein. Auch kann das von der mindestens einen
Leuchtdiode abgestrahlte Licht ein infrarotes Licht (IR-LED) oder ein ultraviolettes Licht (UV-LED) sein. Mehrere
Leuchtdioden können ein Mischlicht erzeugen; z.B. ein weißes Mischlicht. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mindestens einen wellenlängenumwandelnden Leuchtstoff enthalten
(Konversions-LED) . Der Leuchtstoff kann alternativ oder zusätzlich entfernt von der Leuchtdiode angeordnet sein ("Remote Phosphor") . Die mindestens eine Leuchtdiode kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten Leuchtdiode oder in Form mindestens eines LED-Chips vorliegen. Mehrere LED-Chips können auf einem gemeinsamen Substrat ("Submount") montiert sein. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, z.B. mindestens einer Fresnel-Linse,
Kollimator, und so weiter. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen Leuchtdioden, z.B. auf Basis von InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs ) einsetzbar. Alternativ kann die mindestens eine Halbleiterlichtquelle z.B. mindestens einen Diodenlaser aufweisen .
Es ist eine Ausgestaltung, dass zumindest zwei der Träger angewinkelt zueinander angeordnet sind. Dies kann
beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Unterlage oder Auflagebereiche der Unterlage für die Träger zueinander angewinkelt sind. So lässt sich eine vielgestaltige
Winkelausrichtung der Halbleiterlichtquellen auf eine
einfache Weise erzeugen.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Träger über
mindestens eine freistehende Verbindungsleitung elektrisch miteinander verbunden sind. Unter einer freistehenden
Verbindungsleitung kann insbesondere eine Verbindungsleitung verstanden werden, welche über ihre Länge nicht an eine feste Unterlage gebunden ist (z.B. eine Leiterbahn), sondern zumindest grundsätzlich zumindest abschnittsweise frei verlegbar ist (wie z.B. ein Draht oder ein Kabel) . Eine freistehende Verbindungsleitung weist den Vorteil auf, dass sie eine elektrische Verbindung flexibel anordenbarer Träger mit einfachen Mitteln ermöglicht. Dies ist insbesondere der Fall, falls die Unterlage Kanten oder Spalte aufweist, wie es insbesondere bei zueinander angewinkelten und/oder
abgestuften Auflagebereichen der Unterlage auftreten kann.
Zudem sind so zumeist geringere ohmsche Widerstände und/oder höhere Stromstärken erreichbar. Darüber hinaus ist eine freistehende Verbindungsleitung besonders effektiv elektrisch isolierbar. Jedoch kann grundsätzlich auch mindestens eine fest verlegte (nicht freistehende) Verbindungsleitung, z.B. eine Leiterbahn, verwendet werden.
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass die mindestens eine freistehende Verbindungsleitung, insbesondere Kabel, eine dreifach isolierte Verbindungsleitung ist. Dies vereinfacht ihre Verlegung, da sie dann gefahrlos auch die elektrisch leitfähige Unterlage berühren kann, und zwar auch für
Spannungen, welche höher sind als Sicherheitsspannungen, insbesondere höher sind als eine Sicherheitskleinspannung (SELV) , eine Schutzkleinspannung (PELV) oder eine
Funktionskleinspannung (FELV) . Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass in einem Bereich zwischen zwei Trägern unterhalb der diese verbindenden mindestens einen elektrischen Verbindungsleitung ein
Isolierungselement vorhanden ist. Das Isolierungselement kann beispielsweise eine Auflage sein, die lokal zwischen zwei Trägern auf die Unterlage (n) aufgelegt ist und insbesondere einen Bereich der elektrisch leitfähigen Unterlage abdeckt, welcher durch die mindestens eine Verbindungsleitung
berührbar ist (z.B. wenn die Verbindungsleitung gewollt oder ungewollt auf die Unterlage gebogen wird) . So kann eine
Anforderung an die elektrische Isolierung der mindestens einen Verbindungsleitung herabgesetzt werden. Insbesondere mag die mindestens eine Verbindungsleitung dann nur noch einfach isoliert sein, z.B. ein Kabel. Das Isolierungselement kann beispielsweise ein Kunststoffelement sein.
Es ist eine zur Bereitstellung langer Kriechstrecken und einer ausreichend hohen Durchschlagsfestigkeit bevorzugte Weiterbildung, dass zumindest einer der Träger ein elektrisch isolierender Träger ist. Der Träger kann ein oder mehrere Verdrahtungslagen aufweisen.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass zumindest einer der Träger ein (insbesondere kompakter) Keramikträger ist. Ein Keramikträger weist eine besonders hohe elektrische
Isolierfähigkeit auf und ist zudem typischerweise gut
wärmeleitend, so dass eine effektive Wärmeableitung von der Halbleiterlichtquelle unterstützt wird. Die Keramik kann beispielsweise A1203, A1N, BN oder SiC aufweisen. Der
Keramikträger kann auch als ein Mehrlagen-Keramikträger ausgestaltet sein, z.B. in LTCC-Technik . Dabei können
beispielsweise auch Lagen mit unterschiedlichen Materialien verwendet werden, z.B. mit unterschiedlichen Keramiken. Diese können beispielsweise abwechselnd hochgradig dielektrisch und niedrig dielektrisch ausgestaltet sein.
Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass zumindest einer der Träger ein Leiterplatten-Grundmaterial (z.B. FR4) aufweist oder eine Leiterplatte ist, was im Vergleich zu einem
Keramikträger sehr kostengünstig ist. Insbesondere ist auch die Verwendung eines isolierten Metall-Substrats (IMS) oder einer Metallkernplatine (MCPCB) als Träger möglich.
Zur Erreichung eines besonders vorteilhaften Kompromisses zwischen einerseits einer Maximierung der Isolationsstrecke und andererseits einer Minimierung des thermischen Pfads zwischen Lichtquelle und Unterlage kann eine Dicke des
Trägers vorteilhafterweise im Bereich zwischen 0,15 mm und 1 mm liegen.
Der Träger weist vorteilhafterweise eine
Durchschlagsfestigkeit von mindestens 4 KV auf, damit
Überspannungspulse mindestens dieser Größenordnung nicht durch den Träger schlagen.
Vorteilhafterweise kann der Träger mittels einer elektrisch isolierenden und insbesondere thermisch leitfähigen
Übergangslage an der Unterlage befestigt sein. Die
zusätzliche elektrische Isolierung ermöglicht eine weiter erhöhte Durchschlagfestigkeit und verlängerte Kriechstrecken.
Die elektrisch isolierende Übergangslage kann zur
zuverlässigen Verbindung zwischen Träger und Unterlage vorteilhafterweise beidseitig haftfähig sein. Die
Übergangslage ist vorteilhafterweise ein thermisches
Übergangsmaterial (TIM, "Thermal Interface Material") wie eine Wärmeleitpaste (z.B. Silikonöl mit Zusätzen von
Aluminiumoxid, Zinkoxid, Bornitrid oder Silberpulver) , eine Folie oder ein Kleber. Die Folie kann beispielsweise auch in Art eines doppelseitigen Klebebands vorliegen. Der Kleber kann beispielsweise mittels eines Dispergiervorgangs und eines folgenden Rakelns beidseitig aufgebracht worden sein. Insbesondere eine TIM-Übergangslage mag insbesondere die Vorteile einer hohen Durchschlagsfestigkeit und einer
Verlängerung des Kriechpfades bei einer guten thermischen Durchlässigkeit aufweisen. Auch kann durch die Übergangslage ein schraubenloser Aufbau erreicht werden, durch den ein ansonsten benötigter Isolationsbereich am Träger um die
Schraubendurchführungen zum Kühlkörper herum entfallen kann. Dies unterstützt einen kompakten Aufbau der
Leuchtvorrichtung. Jedoch kann der Träger grundsätzlich auch auf andere Weise an dem Kühlkörper befestigt werden. So kann der Träger auch mittels einer oder mehrerer
Kunststoffschrauben mit der Unterlage verschraubt sein. Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass der Träger über die elektrisch isolierende Übergangslage auf der Unterlage aufgebracht ist und die Übergangslage seitlich über den
Träger hinaussteht. Dadurch kann eine Kriechstrecke am jeweiligen Rand um diejenige Länge verlängert werden, um welche die elektrisch isolierende Übergangslage seitlich oder lateral über den jeweiligen Rand hinaussteht.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass die Unterlage eine Oberfläche eines Kühlkörpers ist. Dadurch wird eine kompakte Bauweise und effektive Kühlung der Halbleiterlichtquellen ermöglicht. Der Kühlkörper kann vorteilhafterweise aus einem gut wärmeleitenden Material mit λ > 10 W/ (m-K), besonders bevorzugt λ·> 100 W/(m-K), bestehen, insbesondere aus einem Metall wie Aluminium, Kupfer oder einer Legierung davon. Der Kühlkörper kann aber auch vollständig oder teilweise aus einem Kunststoff bestehen; besonders vorteilhaft zur
elektrischen Isolierung und Verlängerung der Kriechstrecken ist ein gut wärmeleitender und elektrisch isolierender
Kunststoff, es ist aber auch die Verwendung eines gut
wärmeleitenden und elektrisch leitenden Kunststoffs möglich. Der Kühlkörper kann vorzugsweise symmetrisch sein,
insbesondere rotationssymmetrisch, z.B. um eine Längsachse. Der Kühlkörper kann vorteilhafterweise Kühlelemente aufweisen, z. B. Kühlrippen oder Kühlstifte.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass mindestens zwei Träger als Leiterplattenbereiche einer gemeinsamen flexiblen
Leiterplatte ausgestaltet sind. Dadurch kann auf eine
separate Verbindungsleitung verzichtet werden und vielmehr ein Teilbereich der flexiblen Leiterplatte als elektrische Verbindung verwendet werden. Eine solche Leuchtvorrichtung ist besonders einfach zusammenbaubar und zuverlässig.
Es ist eine zur Vereinfachung einer Montage und zur Wahrung eines Abstands des als elektrische Verbindung verwendeten Teilbereichs der flexiblen Leiterplatte von der Unterlage vorteilhafte Ausgestaltung, dass die mindestens zwei
Leiterplattenbereiche auf jeweils einem (thermisch gut leitenden) Wärmespreizelement angeordnet sind, das auf der elektrisch leitfähigen Unterlage angeordnet ist. Es ist eine Weiterbildung, dass das Wärmespreizelement elektrisch leitfähig ist, z.B. aus Metall besteht,
insbesondere aus Aluminium. Ein solches Wärmespreizelement ist einfach formbar, hochgradig wärmeleitfähig und preiswert. Jedoch mag das Wärmespreizelement auch aus einer elektrisch leitfähigen Keramik bestehen.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass das Wärmespreizelement elektrisch isolierend ist, was Durchschlagfestigkeit und eine Länge von Kriechstrecken erhöht. Ein solches
Wärmespreizelement kann insbesondere gut wärmeleitfähig sein, insbesondere aus Keramik bestehen.
Das Wärmespreizelement und die Unterlage können auch
einstückig ausgebildet sein.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die mindestens eine freistehende Verbindungsleitung zwischen zwei
Leiterplattenbereichen durch mindestens einen verschmälerten, „
mindestens eine Leiterbahn aufweisenden Verbindungsbereich der flexiblen Leiterplatte gebildet ist. Die Verschmälerung erleichtert eine Biegung des Verbindungsbereichs. Die
Verschmälerung kann bereits bei der Herstellung der flexiblen Leiterplatte oder durch einen nachträglichen Materialabtrag (z.B. eine Abfräsung oder ein Abschneiden) umgesetzt werden.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die
Halbleiterleuchtvorrichtung eine Retrofitlampe oder als ein Modul dafür ausgestaltet ist. Die Retrofitlampe kann
insgesamt eine Glühlampen-Retrofitlampe oder eine
Halogenlampen-Retrofitlampe sein .
Der Treiber kann insbesondere in einer Aussparung oder
Kavität eines Kühlkörpers untergebracht sein. Die Aussparung weist bevorzugt eine Einführöffnung zum Einführen des
Treibers auf, z.B. einer Treiberplatine. Die Einführöffnung der Aussparung kann sich vorteilhafterweise an einer
Rückseite des Kühlkörpers befinden. Die Einführöffnung und die Zuführung befinden sich vorteilhafterweise an
gegenüberliegenden Seiten der Aussparung. Die Aussparung kann beispielsweise zylinderförmig ausgestaltet sein. Die
Aussparung kann vorteilhafterweise gegenüber dem Kühlkörper elektrisch isoliert sein, um direkte Kriechstrecken zu vermeiden, z.B. mittels einer elektrisch isolierenden
Auskleidung (auch Gehäuse der Treiberkavität , GTK, genannt) , z. B. in Form eines durch die Einführöffnung in die
Aussparung eingesteckten Kunststoffrohrs . Die Auskleidung kann ein oder mehrere Befestigungselemente zur Befestigung des Treibers aufweisen.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Aussparung mittels einer elektrisch isolierenden Zuführung mit der Außenseite des Kühlkörpers verbunden ist. Die Zuführung dient insbesondere zur Zuführung bzw. Durchführung mindestens einer elektrischen Leitung zwischen dem in der Aussparung befindlichen Treiber und mindestens einer Halbleiterlichtquelle bzw. dem damit bestückten Träger. Die Zuführung und die Auskleidung können einstückig als ein einziges Element ausgestaltet sein. Mit dem Einführen der Auskleidung in die Aussparung wird dann gleichzeitig auch die Zuführung durch eine Durchgangsöffnung des Kühlkörpers geschoben.
Die mindestens eine elektrische Leitung, die beispielsweise als ein Draht, ein Kabel oder Verbinder jeglicher Art
ausgestaltet sein kann, kann mittels jeglicher geeigneten Methode kontaktiert werden, z.B. mittels Lötens,
Widerstandsschweißens, Laserschweißens usw.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im
Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den
Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur
Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
Fig.l skizziert als Schnittdarstellung in
Seitenansicht eine Halbleiterleuchtvorrichtung mit einem galvanisch nicht-isolierten Treiber in Form einer Glühlampen-Retrofitlampe ;
Fig.2 bis 7 zeigen als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen Ausschnitt mit einer ersten bis sechsten möglichen Ausgestaltung der
Halbleiterleuchtvorrichtung im Bereich ihrer mit Halbleiterlichtquellen bestückten
Vorderseite .
Fig.l zeigt eine Halbleiterleuchtvorrichtung 11 in Form einer Glühlampen-Retrofitlampe . Die Halbleiterleuchtvorrichtung 11 weist einen Kühlkörper 12 aus Aluminium auf, welcher eine Aussparung 13 (Treiberkavität ) zur Aufnahme eines Treibers 14 besitzt. Der Treiber 14 dient dazu, über einen Lampensockel 15 verfügbare elektrische Versorgungsignale in elektrische Betriebssignale zu einem Betrieb von mehreren Halbleiterlichtquellen in Form von Leuchtdioden 16 umzuwandeln .
Der Lampensockel 15 liegt hier beispielhaft in Form eines Edison-Sockels vor, der insbesondere in eine mit einer
Netzspannung beaufschlagbaren Fassung eingesetzt werden kann. Der Lampensockel 15 verschließt eine rückwärtige
Einführungsöffnung 13a der Aussparung 13 und stellt ein rückwärtiges Ende der Halbleiterleuchtvorrichtung 11 dar.
Demgegenüber sind die Leuchtdioden 16 an einer Vorderseite 17 des Kühlkörpers 12 angebracht und können z.B. von einem lichtdurchlässigen (transparenten oder diffusen) Kolben 18 überdeckt sein. Die Leuchtdioden 16 können insbesondere als LED-Chips vorliegen.
Der Treiber 14 ist als ein galvanisch nicht-isolierter
Treiber ausgestaltet, d.h., dass seine an den Lampensockel 15 elektrisch angeschlossene Primärseite und seine an die
Leuchtdioden 16 elektrisch angeschlossene Sekundärseite nicht galvanisch voneinander getrennt sind, was einen hohen
Wirkungsgrad ermöglicht. Zur elektrischen Isolierung des Treibers 14 gegen den Kühlkörper 12 ist die Aussparung 13 mit einer elektrisch isolierenden Auskleidung 19 in Form eines in die Aussparung 13 eingesteckten Kunststoffrohrs verkleidet. Die Aussparung 13 ist mittels einer elektrisch isolierenden Zuführung 20 mit der Vorderseite 17 des Kühlkörpers 12 verbunden und ist über durch die Zuführung 20 laufende elektrische Leitungen 21 mit den Leuchtdioden 16 elektrisch verbunden.
Fig.2 zeigt einen Ausschnitt aus der
Halbleiterleuchtvorrichtung 11 mit einer ersten möglichen Ausgestaltung IIa im Bereich ihrer mit den Leuchtdioden 16 bestückten Vorderseite 17.
Die Leuchtdioden 16 sind auf mindestens zwei Träger 22 aufgeteilt, von denen hier ein erster Träger 22al und ein zweiter Träger 22bl dargestellt sind. Beide Träger 22 bzw. 22al und 22bl sind auf dem elektrisch leitfähigen Kühlkörper 12 auf der Unterlage aufgebracht, und zwar auf aneinander angrenzenden, zueinander angewinkelten Auflagebereichen 23a bzw. 23b.
Der Treiber 14 ist über mindestens eine der elektrischen Leitungen 21 mit dem Träger 22al elektrisch verbunden (siehe Fig.l) und (da der Träger 22al eine oberseitige
Verdrahtungslage 24 aufweist, welche einen Kontaktpunkt 25 der elektrischen Leitung 21 mit der Leuchtdiode 16 elektrisch verbindet) deshalb auch mit der Leuchtdiode 16.
Ferner sind die Träger 22al und 22bl miteinander über eine freistehende Verbindungsleitung 26 elektrisch miteinander verbunden, z.B. um eine elektrische Reihenschaltung oder
Parallelschaltung der Träger 22al und 22bl bzw. der darauf angebrachten Leuchtdioden 16 zu realisieren.
Zur Gewährleistung einer elektrischen Isolierung der an einer Oberfläche der Träger 22al und 22bl vorhandenen
stromführenden Bereiche (d.h. der Verdrahtungslage 24 und des Kontaktpunkts 25) gegenüber dem Kühlkörper 12 bestehen die Träger 22al, 22bl hier aus einem elektrisch isolierenden Material, nämlich kompakter Keramik. Während die Vorderseite der (Keramik- ) Träger 22al, 22bl mit den Leuchtdioden 16 bestückt ist, sind die Träger 22al, 22bl mit seiner Rückseite über ein als elektrisch isolierende Übergangslage und TIM- Lage dienendes doppelseitiges Klebeband 27 auf dem jeweiligen Auflagebereich 23a bzw. 23b befestigt.
Eine Kriechstrecke kl erstreckt sich beispielsweise am Träger 22bl von dem Kontaktpunkt 25 bis zum nächsten Seitenrand (zuzüglich der Dicke des Trägers 22bl und des Klebebands 27) . Um sicherzustellen, dass die freistehende Verbindungsleitung 26 von dem Kühlkörper 12 ausreichend elektrisch isoliert ist, und zwar auch dann, wenn die Verbindungsleitung 26 den
Kühlkörper 12 berühren sollte, ist die Verbindungsleitung 26 dreifach isoliert, z.B. in Form eines dreifach isolierten Kabels ausgeführt.
Fig.3 zeigt einen Ausschnitt aus der
Halbleiterleuchtvorrichtung 11 mit einer zweiten möglichen Ausgestaltung IIb im Bereich ihrer mit den Leuchtdioden 16 bestückten Vorderseite 17.
Im Gegensatz zu der Halbleiterleuchtvorrichtung 11 in ihrer ersten möglichen Ausgestaltung IIa sind, steht das
doppelseitige Klebeband 27 nun seitlich über den jeweiligen Träger 22al, 22bl hinaus. Die Kriechstrecke kl wird also um den seitlichen Überstand k2 des als Zusatzisolierung
dienenden doppelseitigen Klebebands 27 verlängert, was eine Schutzwirkung verbessert.
Fig.4 zeigt einen Ausschnitt aus der
Halbleiterleuchtvorrichtung 11 mit einer dritten möglichen Ausgestaltung 11c im Bereich ihrer mit den Leuchtdioden 16 bestückten Vorderseite 17. Diese Ausgestaltung 11c
unterscheidet sich von der zweiten Ausgestaltung IIb dadurch, dass die Träger 22a2 und 22b2 nun im Wesentlichen mit einem Leiterplatten-Grundmaterial als dem elektrisch isolierenden Material hergestellt, insbesondere mit oder aus FR4. Dies ermöglicht einen kostengünstigeren Aufbau.
Fig.5 zeigt einen Ausschnitt aus der
Halbleiterleuchtvorrichtung 11 mit einer vierten möglichen Ausgestaltung lld im Bereich ihrer mit den Leuchtdioden 16 bestückten Vorderseite 17. Diese Ausgestaltung lld
unterscheidet sich von den vorhergehenden Ausgestaltungen lla-c (gezeigt beispielhaft in Bezug auf die erste mögliche Ausgestaltung IIa) dadurch, dass in einem Bereich zwischen den zwei Trägern 22al und 22bl unterhalb der
Verbindungsleitung 30 ein elektrisch isolierendes
Isolierungselement 31 vorhanden ist. Das Isolierungselement 31 ist hier eine Auflage aus Kunststoff und deckt
insbesondere einen Bereich der Vorderseite 17 des Kühlkörpers 12 ab, welcher durch die Verbindungsleitung 30 berührbar sein könnte, z.B. wenn die Verbindungsleitung 30 gewollt oder ungewollt auf dem Kühlkörper 12 aufliegt. So kann eine
Anforderung an die elektrische Isolierung der mindestens einen Verbindungsleitung 30 herabgesetzt werden und diese dann z.B. nur noch einfach isoliert sein.
Fig.6 zeigt einen Ausschnitt aus der
Halbleiterleuchtvorrichtung 11 mit einer fünften möglichen Ausgestaltung lle im Bereich ihrer mit den Leuchtdioden 16 bestückten Vorderseite 17. Hier sind die Träger als
Leiterplattenbereiche 22a3 und 22b3 einer gemeinsamen
flexiblen Leiterplatte 32 ausgestaltet. Die flexible
Leiterplatte 32 weist ein flexibles, elektrisch isolierendes Substrat 33 mit einer metallischen Verdrahtungslage 34 auf. Die gezeigten zwei Leiterplattenbereiche 22a3 und 22b3 sind auf jeweils einem Wärmespreizelement 35 aus Aluminium
angeordnet, welches über das seitlich hinausstehende
doppelseitige Klebeband 27 aus dem Kühlkörper 12 befestigt ist.
Die freistehende Verbindungsleitung 36 zwischen den
Leiterplattenbereichen 22a3 und 22b3 wird durch einen (hier senkrecht zur Bildebene) verschmälerten, mindestens eine Leiterbahn der Verdrahtungslage 34 aufweisenden Bereich
(„Verbindungsbereich") der flexiblen Leiterplatte 32
gebildet. Die Leiterplattenbereiche 22a3 und 22b3 und die Verbindungsleitung 36 sind also integrale Bestandteile der flexiblen Leiterplatte 32. Diese Ausgestaltung lle ist dadurch besonders zuverlässig und einfach montierbar. Die einfache Montierbarkeit sowie eine elektrische Isolierung der Verbindungsleitung 36 / des Verbindungsbereichs gegenüber dem Kühlkörper 12 wird durch das Vorsehen der Wärmespreizelemente 35 unterstützt.
Fig.7 zeigt einen Ausschnitt aus der
Halbleiterleuchtvorrichtung 11 mit einer sechsten möglichen Ausgestaltung llf ähnlich zu der fünften Ausgestaltung. Hierbei bestehen nun die Wärmespreizelemente 37 aus Keramik. Dies verlängert eine Kriechstrecke und ermöglicht dadurch eine vielseitigere Gestaltung der Leiterplattenbereiche 22a3 und 22b3
Obwohl die Erfindung im Detail durch die gezeigten
Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
So können Merkmale der gezeigten möglichen Ausgestaltungen auch gemischt und/oder ausgetauscht werden, z.B. durch ein Vorsehen eines seitlich vorstehenden doppelseitigen
Klebebands.
Auch mag ein Träger eine oder mehrere Halbleiterlichtquellen aufweisen .

Claims

Patentansprüche
1. Halbleiterleuchtvorrichtung (11; lla-f) , aufweisend
- mehrere Halbleiterlichtquellen (16) und
- einen galvanisch nicht-isolierten Treiber (14) zum Betreiben der Halbleiterlichtquellen (16),
wobei
- die Halbleiterlichtquellen (16) auf mindestens zwei Träger (22; 22al, 22bl; 22a2, 22b2; 22a3, 22b3) aufgeteilt sind,
- die Träger (22; 22al, 22bl; 22a2, 22b2; 22a3, 22b3) auf einer elektrisch leitfähigen Unterlage (12) aufgebracht sind
- und der Treiber (14) als auch an einer Oberfläche des Trägers (22; 22al, 22bl; 22a2, 22b2; 22a3, 22b3) vorhandene stromführende Bereiche (24, 25; 34) gegenüber der Unterlage (12) elektrisch isoliert sind .
2. Halbleiterleuchtvorrichtung (11; lla-f) nach Anspruch 1, wobei zumindest zwei der Träger (22; 22al, 22bl; 22a2, 22b2; 22a3, 22b3) angewinkelt zueinander angeordnet sind .
3. Halbleiterleuchtvorrichtung (11; lla-f) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Träger (22; 22al, 22bl; 22a2, 22b2; 22a3, 22b3) über mindestens eine freistehende Verbindungsleitung (26; 30; 36) elektrisch miteinander verbunden sind.
4. Halbleiterleuchtvorrichtung (11; lla-c) nach Anspruch 3, wobei die mindestens eine freistehende
Verbindungsleitung (26) eine dreifach isolierte
Verbindungsleitung ist.
5. Halbleiterleuchtvorrichtung (11; lld) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem Bereich
zwischen zwei Trägern (22al, 22bl) unterhalb der diese verbindenden mindestens einen elektrischen
Verbindungsleitung (30) ein Isolierungselement (31) vorhanden ist.
6. Halbleiterleuchtvorrichtung (11; IIa; IIb; lld) nach
einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest einer der Träger (22al, 22bl) ein Keramikträger ist.
7. Halbleiterleuchtvorrichtung (11; 11c; lle-f) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest einer der Träger (22a2, 22b2) ein Leiterplatten-Grundmaterial aufweist .
8. Halbleiterleuchtvorrichtung (11; IIb; 11c; lle) nach
einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (22a2, 22b2; 22a3, 22b3) über eine elektrisch
isolierende Übergangslage (27) auf der Unterlage (12) aufgebracht ist und die Übergangslage (27) seitlich über den Träger (22a2, 22b2; 22a3, 22b3) hinaussteht.
9. Halbleiterleuchtvorrichtung (11; lla-f) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Unterlage eine
Oberfläche (17) eines Kühlkörpers (12) ist.
10. Halbleiterleuchtvorrichtung (11; lle-f) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei Träger (22a3, 22b3) als Leiterplattenbereiche einer gemeinsamen flexiblen Leiterplatte (32) ausgestaltet sind.
11. Halbleiterleuchtvorrichtung (11; lle-f) nach Anspruch 10, wobei die mindestens zwei Leiterplattenbereiche (22a3, 22b3) auf jeweils einem Wärmespreizelement (35; 38) angeordnet sind, das auf der elektrisch leitfähigen Unterlage (12, 17) angeordnet ist.
12. Halbleiterleuchtvorrichtung (11; lle-f) nach Anspruch 3 in Kombination mit einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei die mindestens eine freistehende Verbindungsleitung (36) zwischen zwei Leiterplattenbereichen (22a3, 22b3) durch mindestens einen verschmälerten, mindestens eine
Leiterbahn aufweisenden Verbindungsbereich (36) der flexiblen Leiterplatte (32) gebildet ist.
Halbleiterleuchtvorrichtung (11; lla-f) , wobei die Halbleiterleuchtvorrichtung (11; lla-f) eine
Retrofitlampe ist.
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