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DE102009054926B4 - LED-Beleuchtungsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Beleuchtungsvorrichtung mit zumindest einer auf einer Leiterplatte (8) befestigten LED (16a, 16b, 16c, 16d) und mit einem Gehäuse (1) wobei die Leiterplatte (8) ein äußerer Wandabschnitt des Gehäuses (1) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (8) und das Gehäuse (1) aus einem einheitlichen Thermoplast bestehen und die Leiterplatte (8) in eine Aussparung einer Wandung (6) des Gehäuses (1) eingesetzt ist, und wobei die Leiterplatte (8) Ränder oder Kanten hat, über die die Leiterplatte (8) stoffschlüssig mit der Wandung (6) verbunden ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung geht aus von LED-Beleuchtungsvorrichtungen.
  • Stand der Technik
  • LED-Beleuchtungsvorrichtungen erzeugen trotz ihres gegenüber früheren Lampen verbesserten Wirkungsgrades Abwärme, die von den LED's und der Leiterplatte, auf der sie befestigt sind, abtransportiert werden muss.
  • Es sind Leiterplatten mit Aluminium bzw. Metallkernplatinen bekannt, über deren Metall Wärme an einen Kühlkörper abgegeben werden kann. Weiterhin werden derartige Kühlkörper gemäß dem Stand der Technik über spezielle Wärmebrücken z. B. Folien oder Pasten mit einem Gehäuse der Anordnung verbunden. Nachteilig an LED-Beleuchtungsvorrichtungen mit derartigen Entwärmungskonzepten ist ihr vorrichtungstechnischer Aufwand.
  • Die DE 20 2004 015 830 U1 zeigt eine Unterwasserleuchte mit Wärmeabfuhr über eine in ein Gehäuse eingeklebte Keramikleiterplatte.
  • Darstellung der Erfindung
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine LED-Beleuchtungsvorrichtung mit einem Entwärmungskonzept zu schaffen, dessen vorrichtungstechnischer Aufwand verringert ist.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine LED-Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder durch ein Verfahren zu ihrer Herstellung gemäß Anspruch 9.
  • Die erfindungsgemäße LED-Beleuchtungsvorrichtung hat zumindest eine auf einer Leiterplatte befestigte LED und ein Gehäuse, wobei die Leiterplatte ein Wandabschnitt des Gehäuses ist. Die Leiterplatte und das Gehäuse bestehen aus einem einheitlichen Thermoplast.
  • Dadurch ist ein wirksames Entwärmungskonzept geschaffen, dessen vorrichtungstechnischer Aufwand verringert ist.
  • Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
  • Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist oder hat die Leiterplatte eine etwa ebene Fläche. Damit ist die Bestückung der Leiterplatte mit den LED's und evtl. mit weiteren Bauteilen vereinfacht.
  • Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist die Leiterplatte in eine Aussparung einer Wandung des Gehäuses eingesetzt. Dabei hat die Leiterplatte Ränder oder Kanten, über die sie mit der Wandung stoffschlüssig, insbesondere über ein Reibschweißverfahren oder über ein Ultraschallschweißverfahren oder mit Klebstoff, verbunden ist. Damit ist eine einfache, haltbare und Material sparende Verbindung zwischen Leiterpatte und Gehäuse geschaffen, über die die Abwärme der LED's zum Gehäuse abgeleitet werden kann.
  • Dabei wird es besonders bevorzugt, wenn zumindest zwei der Ränder oder Kanten der Leiterplatte etwa parallel sind. Derartige Leiterplatten lassen sich mit minimalem Herstellungsaufwand mit SMD-Bestückautomaten bestücken, deren Arbeitsbreite dazu auf den Abstand der Ränder oder Kanten der Leiterplatte eingestellt wird.
  • Bei wirtschaftlich besonders gewinnbringenden Anwendungsfällen ist die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung ein Scheinwerfer oder eine Tagfahrleuchte eines Fahrzeugs.
  • Dabei wird es bevorzugt, wenn die Beleuchtungsvorrichtung eine Reflektoranordnung mit mehreren Reflektoren hat. Wenn der Fahrzeugscheinwerfer im Fahrzeug eingebaut ist, ist die Leiterplatte über bzw. oberhalb der Reflektoranordnung angeordnet, wobei jedem Reflektor eine LED oder eine Power-LED zugeordnet ist.
  • Um die Wärmeabgabe der Leiterplatte zu optimieren, kann die Leiterplatte neben bzw. zwischen Leiterbahnen auch Kühlflächen aus Kupfer aufweisen.
  • Um die Wärmeleitfähigkeit der Leiterplatte weiter zu erhöhen, kann sie Vertiefungen aufweisen, die mit Lötzinn gefüllt sind.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer derartigen Beleuchtungsvorrichtung hat die Schritte:
    • • chemisches Auftragen von Kupfer auf die Leiterplatte;
    • • phototechnisches Aufbringen eines Leiterbildes im Kupfer;
    • • Freiätzen der nicht benötigten Flächen des Leiterbildes;
    • • galvanisches Aufkupfern des Leiterbildes;
    • • konventionelles Bestücken der Leiterplatte mit den LED's oder Power-LED's und mit weiteren elektronischen Bauteilen; und
    • • Verbinden des Gehäuses mit der Leiterplatte über Reibschweißen, Ultraschallschweißen oder Kleben.
  • Derartig hergestellte Beleuchtungsvorrichtungen bieten bei vergleichsweise geringem Herstellungsaufwand ein vergleichsweise wirkungsvolles Entwärmungskonzept.
  • Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt nach dem Freiätzen der nicht benötigten Flächen ein galvanisches Aufkupfern des Leiterbildes.
  • Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Bestücken der Leiterplatte mit einem SMD-Bestückautomaten und mit einem Reflowofen. Damit ist eine automatisierte Massenproduktion mit vergleichsweise geringem Aufwand möglich.
  • Um die Wärmeleitfähigkeit der Leiterplatte weiter zu erhöhen, können vor dem Bestücken der Leiterplatte ihre Vertiefungen mit Lötzinn gefüllt werden.
  • Vorzugsweise erfolgt das galvanische Aufkupfern des Leiterbildes auf eine Dicke von 50–100 μm.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
  • 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen LED-Tagfahrleuchte;
  • 2 einen Ausschnitt des ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen LED-Tagfahrleuchte ohne vordere Abdeckung; und
  • 3 eine Leiterplatte des ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen LED-Tagfahrleuchte;
  • 4 eine geschnittenen perspektivische Ansicht des ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen LED-Tagfahrleuchte.
  • Bevorzugte Ausführung der Erfindung
  • 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen LED-Beleuchtungsvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht von oben. Es handelt sich um eine Tagfahrleuchte als Frontbeleuchtung für Fahrzeuge mit vier Power-LED's.
  • Die Tagfahrleuchte hat ein Gehäuse 1, das etwa trogförmig ausgebildet ist und an seiner (in 1) vorderen Seite durch eine lichtdurchlässige Abdeckung 2 abgedeckt bzw. geschlossen ist. Die Tagfahrleuchte wird in eine entsprechende Ausnehmung an einer Vorderseite eines (nicht näher gezeigten) Fahrzeugs eingesetzt und dort über einen Schnappverschluss 4 gesichert. Dabei weist die Abdeckung 2 mit ihrer Lichtaustrittsöffnung etwa in Fahrtrichtung des Fahrzeugs nach vorne.
  • An einer oberen Wandung 6 des Gehäuses 1 ist eine längliche Aussparung vorgesehen, in die eine ebenso geformte Leiterplatte 8 eingesetzt ist. Der umlaufende Rand bzw. die umlaufende Kante der Leiterplatte 8 und der Rand der Aussparung sind stufenartig ausgebildet, wobei ihre umlaufende Verbindung über ein Reibschweißverfahren oder über ein Ultraschallschweißverfahren oder mit Klebstoff hergestellt ist.
  • 2 zeigt einen Ausschnitt des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Tagfahrleuchte ohne die vordere Abdeckung 2 in einer perspektivischen Darstellung von schräg unten. Das trogförmige Gehäuse 1 hat einen Rahmenabschnitt 14, der sich über die gesamte Länge der Tagfahrleuchte erstreckt und an dem die (in 2) nicht gezeigte Abdeckung 2 befestigt ist. Im Gehäuse 1 ist eine Reflektoranordnung 10 aufgenommen, die im Wesentlichen aus vier konkaven Reflektoren besteht, von denen in 2 nur zwei Reflektoren 12a, 12b dargestellt sind.
  • Bei der perspektivischen Darstellung gemäß 2 sind die obere Wandung 6 und die Leiterplatte 8 der erfindungsgemäßen Tagfahrleuchte teilweise dargestellt. Die Leiterplatte 8 ist oberhalb der Reflektoren 12a, 12b angeordnet, so dass auf ihr montierte Power-LED's 16a, 16b in den jeweils zugeordneten Reflektor 12a, 12b und von dort durch die Abdeckung 2 etwa in Fahrtrichtung des Fahrzeugs abstrahlen können.
  • 3 zeigt die Leiterplatte 8 der erfindungsgemäßen Tagfahrleuchte in einer Ansicht von unten. An der gezeigten Unterseite sind die vier Power-LEDs 16a–d angeordnet, die quer zu einer (nicht gezeigten) Fahrzeuglängsachse etwa gleichmäßig über die Leiterplatte 8 verteilt sind, während die beiden mittleren Power-LEDs 16b, 16c entlang der Fahrzeuglängsachse etwas nach vorne (in 3 nach oben) versetzt sind.
  • Weiterhin sind elektrische Leiterbahnen 17 und elektronische Bauteile 18a–f zur Versorgung der Power-LED's 16a–d auf der Leiterplatte 8 angebracht.
  • Eine galvanische Kupfer-Kaschierung dient zur elektrischen Versorgung der Power-LEDs 16a–d, wobei von den Leiterbahnen 17 nicht benötigte Freiflächen der Leiterplatte 8 als Kühlflächen 20a–d ausgebildet sind. Diese Kühlflächen 20a–d sind ebenfalls durch galvanische Kupfer-Kaschierung hergestellt und dienen zur Übertragung der von den Power-LEDs 16a–d produzierten Abwärme an die Umgebungsluft. Damit hat die Leiterplatte 8 ein Leiterbild, das einerseits aus den Leiterbahnen 17 und andererseits aus den Kühlflächen 20a–d besteht.
  • Damit die ebene Leiterplatte 8 mit minimalem Aufwand in einem SMD-Bestückautomaten bestückt werden kann, hat die Leiterplatte 8 zwei parallele Ränder 22a, 22b.
  • 4 zeigt in einer perspektivischen Ansicht von unten einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Tagfahrleuchte. Dabei ist das trogförmige Gehäuse 1 mit dem Rahmenabschnitt 14, an dem die Abdeckung 2 anliegt, im Schnitt dargestellt.
  • In die Ausnehmung mit stufenförmigem Rand der oberen Wandung 6 ist die Leiterplatte 8 eingesetzt, deren Größe derjenigen der Ausnehmung entspricht und deren Rand bzw.
  • Kante ebenfalls stufenförmig ausgebildet ist. Dadurch sind zwischen der durch die Power-LED's 16a–d erwärmten Leiterplatte 8 und dem Gehäuse 1 vergleichsweise große Berührflächen geschaffen. Somit kann die Abwärme der Power-LED's 16a–d einerseits über die Kühlflächen 20a–d (vgl. 3) an die Luft im Innenraum der Tagfahrleuchte und andererseits über die Berührflächen an das Gehäuse 1 abgegeben werden.

Claims (13)

  1. Beleuchtungsvorrichtung mit zumindest einer auf einer Leiterplatte (8) befestigten LED (16a, 16b, 16c, 16d) und mit einem Gehäuse (1) wobei die Leiterplatte (8) ein äußerer Wandabschnitt des Gehäuses (1) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (8) und das Gehäuse (1) aus einem einheitlichen Thermoplast bestehen und die Leiterplatte (8) in eine Aussparung einer Wandung (6) des Gehäuses (1) eingesetzt ist, und wobei die Leiterplatte (8) Ränder oder Kanten hat, über die die Leiterplatte (8) stoffschlüssig mit der Wandung (6) verbunden ist.
  2. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Leiterplatte (8) eine etwa ebene Fläche ist oder hat.
  3. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Ränder oder Kanten der Leiterplatte (8) über ein Reibschweißverfahren oder über ein Ultraschallschweißverfahren oder mit Klebstoff mit der Wandung (6) verbunden sind.
  4. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei zumindest zwei der Ränder (22a, 22b) oder Kanten der Leiterplatte (8) etwa parallel sind.
  5. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ein Scheinwerfer oder eine Tagfahrleuchte eines Fahrzeugs ist.
  6. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5 mit einer Reflektoranordnung (10), die mehrere Reflektoren (12a, 12b, 12c, 12d) hat, wobei die Leiterplatte (8) im eingebauten Zustand des Fahrzeugsscheinwerfers über der Reflektoranordnung (10) angeordnet ist, und wobei jedem Reflektor (12a, 12b, 12c, 12d) eine LED oder eine Power-LED (16a, 16b, 16c, 16d) zugeordnet ist.
  7. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterplatte (8) Leiterbahnen (17) und Kühlflächen (20a, 20b, 20c, 20d) aus Kupfer aufweist.
  8. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterplatte (8) Vertiefungen aufweist, die mit Lötzinn gefüllt sind.
  9. Verfahren zur Herstellung einer Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit den Schritten: chemisches Auftragen von Kupfer auf die Leiterplatte (8); phototechnisches Aufbringen eines Leiterbildes (17, 20a, 20b, 20c, 20d) im Kupfer; Freiätzen der nicht benötigten Flächen des Leiterbildes (17, 20a, 20b, 20c, 20d); konventionelles Bestücken der Leiterplatte mit den LED's oder Power-LED's (16a, 16b, 16c, 16d) und mit weiteren elektronischen Bauteilen (18a, 18b, 18c, 18d, 18e, 18f); und Verbinden des Gehäuses (1) mit der Leiterplatte (8) über Reibschweißen, Ultraschallschweißen oder Kleben.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei nach dem Freiätzen der nicht benötigten Flächen ein galvanisches Aufkupfern des Leiterbildes (17, 20a, 20b, 20c, 20d) erfolgt.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Bestücken der Leiterplatte (8) mit einem SMD-Bestückautomaten und mit einem Reflowofen erfolgt.
  12. Verfahren nach den Ansprüchen 9 und 11, wobei vor dem Bestücken der Leiterplatte (8) ihre Vertiefungen mit Lötzinn gefüllt werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das galvanische Aufkupfern des Leiterbildes (17, 20a, 20b, 20c, 20d) auf eine Dicke von 50–100 μm erfolgt.
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