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WO2013004455A1 - Verfahren zur herstellung einer leuchtvorrichtung und leuchtvorrichtung - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer leuchtvorrichtung und leuchtvorrichtung Download PDF

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WO2013004455A1
WO2013004455A1 PCT/EP2012/061066 EP2012061066W WO2013004455A1 WO 2013004455 A1 WO2013004455 A1 WO 2013004455A1 EP 2012061066 W EP2012061066 W EP 2012061066W WO 2013004455 A1 WO2013004455 A1 WO 2013004455A1
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WO
WIPO (PCT)
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carrier
lighting device
metal layer
parts
structured
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2012/061066
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg SORG
Ralph Wirth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Osram GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to JP2014515153A priority patent/JP5901752B2/ja
Priority to KR1020137030920A priority patent/KR101867499B1/ko
Priority to US14/125,356 priority patent/US9488344B2/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • Y10T29/49124—On flat or curved insulated base, e.g., printed circuit, etc.
    • Y10T29/4913—Assembling to base an electrical component, e.g., capacitor, etc.

Definitions

  • Lighting device and a lighting device specified.
  • An object to be solved is to specify a method for producing a lighting device which is particularly resistant to aging.
  • the method comprises a method step in which a first carrier is provided.
  • the first carrier is to
  • the first carrier is characterized in particular by a particularly high thermal conductivity.
  • the first carrier may be formed electrically conductive.
  • the first carrier is then a metallic carrier which is in contact with a metal such as
  • the first carrier may then be operated by components of the lighting device
  • the first carrier forms in particular a heat sink of the lighting device.
  • a second carrier is attached to the first carrier.
  • the second carrier becomes on a main surface of the first Carrier attached.
  • the fastening of the second carrier takes place, for example, by means of a connecting means which, in addition to a mechanical connection between the first carrier and the second carrier, also establishes a thermal connection between the first carrier and the second carrier. That is, the connecting means can be characterized by a high
  • the second carrier is a carrier which is adapted to a part of the components of the
  • the second carrier has in particular a smaller base area than the first carrier.
  • the second carrier is also characterized by a high thermal conductivity.
  • the second carrier may be formed in particular electrically insulating.
  • the second carrier is formed with an undoped semiconductor material or a ceramic material. That is, the second carrier may in particular
  • the second carrier is formed with A1N, which is characterized by a thermal conductivity of about 180 W / mK.
  • the second carrier is at least partially severed after fastening the second carrier to the first carrier into at least two parts.
  • the second carrier can be severed in such a way that no connection between the parts of the second carrier produced by the severing is imparted by the material of the second carrier.
  • Carriers that are generated by the dicing are mechanically, for example, only by their connection to the first carrier relative to each other and relative to the first carrier in held a fixed position that does not change by the severing of the second carrier. This means that a complete disruption can take place.
  • a partial severing of the second carrier takes place.
  • a trench is introduced into the second carrier, which serves as a predetermined breaking point between the parts of the second carrier.
  • the first carrier expands more thermally than the second carrier and it can come along the predetermined breaking point to a complete separation of the second carrier.
  • the Entringiefe of the trench in the second carrier from the side facing away from the first carrier here amounts to at least 5%, in particular at least 10% of the average thickness of the second carrier. In this way it can be ensured that during operation a complete severing along the predetermined breaking point can take place.
  • the dividing lines between parts of the second carrier run transversely, in particular perpendicular to the upper side facing the second carrier of the first carrier. That is, the base area of the parts of the second carrier is smaller than the base area of the second carrier.
  • At least two LED chips are connected to the first
  • the luminescence diode chips can in particular be mechanically fixedly connected to the second carrier and can be connected to them with good thermal conductivity.
  • the luminescence diode chips are, for example, light-emitting diode chips or laser diode chips which are in operation generate electromagnetic radiation, in particular light. In this way, electromagnetic radiation, in particular light, can also be emitted by the lighting device during operation. In particular, it is possible that the
  • LED chips white and / or colored light
  • the LED chips are arranged to emit white light, for example, they include a luminescence conversion material capable of down-converting electromagnetic radiation
  • the method comprises the following steps:
  • the method can be carried out in particular in the order in which the individual process steps are listed.
  • At least two of the LED chips are formed
  • a first part of the second carrier carries
  • Lighting device and a second part of the carrier carries a second LED chip of the lighting device. These two LED chips are then neither mechanically nor electrically by the second carrier
  • a good thermal connection of LED chips is advantageous in order to dissipate the heat generated in the LED chip by the electrical power dissipation.
  • the brightness of LED chips is a function of temperature. As the temperature increases, the brightness and efficiency of the LED chips decrease. In addition, low operating temperatures have a favorable effect on the lifetime of the LED chip, since most aging processes are temperature-activated. Thus, good thermal management contributes to the achievement of high efficiency and enables the realization of high lifetimes.
  • the LED chip is mounted with its mounting surface on a heat sink.
  • the heat sink is in turn mounted in a housing.
  • Luminescence diode chip back has an electrical
  • the housing should be floating. It was therefore recognized by the inventors that between the Mounting surface of the LED chip and the housing an electrical insulation plane can be advantageous.
  • metallic materials As a heat sink and as a housing material in particular metallic materials are used. These are characterized by good machinability, good mechanical properties and good thermal conductivity in conjunction with relatively low cost. The disadvantage of most metallic materials is their compared to common
  • Lumineszenzdiodenchips be realized to the high expansion coefficient of the metallic housing materials. Highly thermally conductive connections between materials can be realized in particular by soldering and sintering. Such compounds are mechanically very stiff. Therefore, forces are built up at a coefficient of expansion coefficient at the joint surface. These forces in turn can lead to damage or destruction of the composite at the joining surface or the weaker joining partner. The robustness of a combination of joint partners with unadjusted expansion coefficients scales with the size of the joint surface. Joining surfaces with large mechanical
  • Luminescence diode chips have differences in the U / I characteristics, the circuit layout leads to a KochbeStrömung the LED chip with low forward voltage. Another disadvantage of this LED chip arrangement can be the ratio between current and voltage.
  • Parallel circuits have in principle high operating currents with low forward voltage. That can be higher
  • Luminescence diode chips are mounted on a circuit level, which is applied to a further electrically insulating but thermally conductive layer, may be advantageous.
  • the electrically insulating layer may then mediate between the low expansion coefficient of the semiconductor material and the high expansion coefficient of the heat sink and the housing.
  • MCB metal core board
  • This Approach is a simple solution.
  • the back of the MCB is electrically isolated.
  • the MCB is usually based on an aluminum sheet, which can be mounted comparatively easily.
  • the interconnection level can be structured so that different interconnection variants can be created with certain restrictions.
  • the insulating layer has a certain elasticity, so are different
  • DCB Direct Copper Bonding
  • Luminescence diode chips (low expansion coefficient) on the metallized ceramic (low expansion coefficient) is easily possible.
  • the difficulties begin with the assembly of the ceramic module in a metallic housing. If the ceramic module is soldered, for example, in the housing, a good heat dissipation can be achieved. By the high However, mechanical rigidity of the solder joint become
  • a lighting device in which the second carrier is at least partially severed into at least two parts after being fastened to the first carrier is technically more difficult
  • the second carrier can now be cut into smaller ones after being mounted on the first carrier
  • Segments that are parts of the second carrier separated.
  • the distance of the parts of the second carrier is then determined only by the material removal, which is generated by the dicing. That is, the parts of the second carrier have a particularly small distance from each other, as it could not be achieved by individual assembly of the parts of the second carrier on the first carrier. In the range of these small distances as well as due to the small lateral
  • the difference in the thermal expansion coefficient between the second carrier and the first carrier can be controlled by the fact that the resulting forces can be absorbed by elastic deformation, without material-specific limits for the destruction is exceeded.
  • a suitable method for the at least partial separation of the second carrier for example, one of the following methods or
  • the connections between the first carrier and the second carrier as well as between the parts of the second carrier and the LED chips can be produced by sintering methods and / or soldering methods. As a result, connections with good thermal conductivity and high strength are realized.
  • the second carrier may in particular be designed to be electrically insulating so that it forms an electrically potential-free heat sink. Ceramic materials such as A1N or A1203 are particularly suitable for this purpose.
  • the first carrier is
  • Lighting device to be integrated.
  • a first structured metal layer is applied to the surface of the second carrier facing away from the first carrier, wherein regions of the first structured metal layer are separated by at least one trench along which the severing of the second carrier into the at least two parts takes place. That is, by the first patterned metal layer on the top of the second carrier facing away from the first carrier, the pattern according to the second carrier in its parts
  • Luminescence diode chips are doing in terms of their
  • Softening temperatures chosen such that each of the first compound produced has the highest softening point and the last compound produced in the process chain has the lowest softening point. In this way it is ensured that a subsequent connection no damage or even resolution already made
  • a structured connecting layer is arranged between the first carrier and the second carrier before attaching the second carrier to the first carrier, which in the context of
  • Metal layer is at least partially congruent.
  • the structured connection layer is, for example, a brazing layer.
  • the structured compound layer is applied in such a way that it
  • connection layer must be made.
  • each region of the connecting layer already present before severing is uniquely associated with a part of the second carrier and mechanically fastened thereto. That is, the mechanical decoupling of the parts of the second carrier also extends to the
  • the connecting layer between the first carrier and the second carrier can be embodied over its entire area on the underside of the second carrier facing the first carrier. In this case, when severing the second carrier into its parts, the connecting layer is also severed. In this case, however, it may be necessary, after the second carrier has been severed
  • Change separation process For example, it may be necessary to replace after the severing of the second carrier, a saw blade, which is suitable for cutting ceramic material, by a saw blade, which is suitable for dicing the, in particular metallic, bonding layer. This can result in a process-technical overhead.
  • a second structured metal layer is applied to the surface of the second carrier facing the first carrier prior to attaching the second carrier to the first carrier, which is congruent with the first structured metal layer within the manufacturing tolerance.
  • the second structured metal layer is used in particular to mediate a
  • the second structured metal layer is applied to the second carrier in such a way that it does not interfere with the severing of the second carrier into its parts
  • the first and the second structured metal layer can be constructed identically. That is, the two
  • Metal layers are formed with the same materials, have the same layer structure and are applied in the same pattern on the two sides of the second carrier. For example, they are by coating methods such as sputtering, vapor deposition, electroless plating and / or
  • the structured metal layers may be formed with metals such as gold, copper, nickel and / or chromium.
  • the thickness of the at least one trench is the first
  • the distance between the parts of the second carrier generated by the dicing is then determined by the thickness of the trench between them, that is, it is at most 150 ⁇ .
  • Area is selected in which the material removal takes place so as not to damage the structured metal layer during dicing.
  • the lighting device can in particular with a here
  • the lighting device comprises a first carrier and a second carrier, which is fastened to the first carrier, and at least two LED chips, which are fastened to the side of the second carrier facing away from the first carrier.
  • the carrier and the LED chips are formed in particular as indicated above.
  • the second carrier comprises at least two parts which are separated from each other by at least one separation region which extends partially or completely through the second carrier.
  • the two parts of the second carrier are not mechanically connected to each other by material of the second carrier, but for example, only by the first carrier, a mechanical connection between the parts of the second carrier is made.
  • Predetermined breaking point are separated from each other, as described above. During operation of the lighting device, it may then come to a complete separation of the two parts, whereby thermal stresses are reduced.
  • the at least two parts of the second carrier in this case have a distance of at most 125 ⁇ to each other. That is, the two parts of the carrier are arranged particularly close to each other, wherein the distance between the parts is so small that it by a separate application of the parts of the second carrier on the first carrier hardly or only with very high adjustment effort is feasible.
  • the two parts on each side faces facing each have traces of a separation process.
  • Side surfaces are parts of the outer surface of the parts of the second carrier, which extend obliquely or perpendicular to the lateral direction. In particular, they are produced by a dicing method described above and have
  • the traces of the separation process are therefore in particular traces of a material removal and not, for example, breaklines.
  • each part of the second carrier has on its surface remote from the first carrier a region of a first structured metal layer, each region being uniquely associated with a part of the second carrier and at least two of the regions of the first structured one
  • Metal layer are electrically conductively connected by a connecting wire.
  • the structured metal layer does not extend over the parts of the second carrier, but each part of the second carrier comprises a portion of the structured one
  • Metal layer that is uniquely assigned to him. By connecting at least two regions of the structured metal layer, ie regions on different parts of the second carrier, by an electrical
  • Connecting element such as a connecting wire can be made a particularly flexible interconnection of the light emitting diodes of the lighting device.
  • the lighting device are on at least one of the areas of the first
  • a structured metal layer applied two LED chips, which are connected in series through the region of the first structured metal layer.
  • a first of the LED chips is applied, for example, with its p-side on the area, another of the LED chips is applied with its n-side to the area.
  • a part of the second carrier carries at least two LED chips.
  • the second carrier is arranged on an edge and / or in a corner of the first carrier, wherein an electric
  • Luminescence diode chips which are arranged on the second carrier, in places along and on the surface of the first carrier, which is associated with the second carrier.
  • At least one side surface of the second carrier can terminate, for example, flush with at least one side surface of the first carrier.
  • the second is
  • Carrier then not arranged in a central region of the first carrier, but at its edge, so that a relatively large part of the second carrier-facing surface of the first carrier as a mechanical element for supporting the
  • connection means via which the LED chips of the lighting device are electrically connected, can serve.
  • the connection means are, for example, a flexible printed circuit board and / or a printed one
  • Printed circuit board which is attached to said surface of the first carrier. It will further be an arrangement of lighting devices
  • the arrangement of light-emitting devices comprises at least two light-emitting devices as described here, in which the second carrier is arranged on an edge or a corner of the first carrier.
  • the second carriers of the lighting devices are then arranged adjacent to each other, such that the LED chips disposed on the second carriers, a common
  • Luminescence diode chips of the at least two lighting devices then appear, for example as a regular arrangement in rows and columns.
  • Lighting devices is then in the region of the edge or the corner about or as large as the distance of the
  • FIG. 1 shows one described here
  • FIGS. 2A to 2F An exemplary embodiment of one here is based on the schematic representations of FIGS. 2A to 2F
  • FIG. 1 shows a lighting device i described here in a schematic perspective view.
  • the lighting device comprises a first carrier 1.
  • the first carrier 1 may be a metallic carrier, in particular a heat sink made of copper act.
  • the metallic carrier 1 comprises openings 11, by means of which the carrier 1 can be fastened mechanically, for example via dowel pins and screws, at the destination of the lighting device.
  • the second carrier 2 On an upper side of the first carrier 1, the second carrier 2 is arranged, which is divided into several parts 21 to 28.
  • a structured connection layer 6 is arranged, each region of the structured connection layer 6 being uniquely associated with each part of the second carrier 2.
  • Each luminescence diode chip 3 comprises, on its upper side facing away from the second carrier 2, a layer of converter 12 which is set up for the downward conversion of electromagnetic radiation and serves, for example, to produce white light.
  • the second carrier 2 is presently electrically insulating and ceramic. It consists for example of A1N or A1203.
  • the parts 21 to 28 of the second carrier 2 are through
  • the second carrier 2 is presently arranged in a corner of the first carrier 1, such that two side surfaces of the second carrier on the outer surface of the second carrier within the manufacturing tolerance flush with two side surfaces on the outer surface of the first carrier.
  • An electrical connection means 10 in the present case a printed circuit board, to which a flexible printed circuit board, such as a flexboard, is applied run along the upper side of the first carrier 1.
  • Luminescence diode chips 3 of the lighting device electrically connected.
  • a lighting device described here has, for example, a forward voltage of at least 30 V, for example 35 V. Furthermore, a lighting device 100 described here has, for example, a forward current of at least 0.8 A, for example 1A.
  • the luminous flux can be greater than 3000 Im, in particular greater than 3200 Im and the luminance can be more than 250 lm / mm 2, for example 290 lm / mm 2.
  • the heat generated during operation can be dissipated particularly effectively by the combination of the severed second carrier and the first carrier without thermal
  • Lighting device 100 leads.
  • FIGS. 2A to 2F show method steps of an embodiment of one here described method for producing a
  • a method step is explained in more detail, in which the first carrier 1 is provided. On top of the first carrier 1, a structured compound layer 6 is applied.
  • the first carrier 1 is provided.
  • a structured compound layer 6 is applied.
  • structured compound layer 6 is in from each other
  • Bonding layer are structurally similar, carried out when applying the second carrier 2 on the first carrier 1 and attaching by means of the structured compound layer 6 is a self-adjustment of the second carrier 2 on the first carrier. 1
  • the second carrier 2 has, on its upper side facing away from the first carrier 1, a first structured metal layer 4, which in places is congruent with the structured connecting layer 6 and the second structured one
  • Metal layer 7 is.
  • trenches 5 between regions of the first patterned metal layer 4 find their correspondence in trenches 5 between regions of
  • the thickness of the trenches 5 may be structured between adjacent regions of the first
  • Metal layer 4 be 100 ⁇ or less.
  • Separation region 51 which runs along the trench 5, then has a thickness AI which determines the later distance between the parts 21 to 28 of the second carrier 2 and which is smaller than the thickness d of the trenches 5.
  • FIG. 2D shows the structure after the second carrier 2 has been cut into the regions 21 to 28. That is, between the parts 21 to 28 of the second carrier 2 4 separation regions 51 are arranged along the trenches 5 between the regions of the first structured metal layer, which have the thickness AI. A severing of the second carrier 2 can be carried out as described above.
  • the parts 21 to 28 of the second carrier 2 are connected to the first carrier 1 by the structured connection layer 6, that is to say in particular by a solder connection. This results in a connection with a particularly low thermal resistance.
  • the coefficient of thermal expansion of copper is over three times greater than the thermal one
  • connection of the LED chips with each other can be done by means of suitable mounting and / or interconnection by means of connecting wires 8.
  • Luminescence diode chips 3 connected in series with each other, the parts 26, 27 and 28 with their one-to-one
  • each two LED chips which are each mounted in a different orientation on the second carrier 2, connect in series.
  • Luminescence diode chips 3 are electrically connected. This can be done for example via connecting wires 8, which are connected to the electrical connection means 10 and the first structured metal layer 4.
  • Luminescence diode chips 3 each have a layer with a
  • Converter 12 may be applied before or after the application of the LED chips 2 on the second carrier 2.
  • the luminescence diode chips 2 are thereby suitable, for example, for generating white light.
  • the arrangement comprises four lighting devices 100, in which the second carrier 2 in each case in a corner of the first carrier. 1
  • the individual lighting devices 100 are adjusted to one another in such a way that a common luminous area 9 of all the LED chips of the four luminous devices 100 is formed, on which the LED chips 3 are arranged in rows and columns.
  • the adjustment can be effected by means of the openings 11 in the first carrier 1.
  • the luminescence diode chips 3 of a lighting device 100 can be independent of the
  • Luminescence diode chips 3 of another lighting device 100 are operated.
  • Arrangement of lighting devices 100 are shown, which consist of a single line of closely spaced
  • Luminescence diode chips exists.
  • a lighting device 100 described here and the arrangement 100 described here can be characterized in particular by at least one of the following advantages:

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtvorrichtung mit den folgenden Schritten angegeben: Bereitstellen eines ersten Trägers (1), Befestigen eines zweiten Trägers (2) am ersten Träger (1), Zertrennen des zweiten Trägers (2) in zumindest zwei Teile (21,..., 28) nach dem Befestigen des zweiten Trägers (2) am ersten Träger (1), und Befestigen von zumindest zwei Lumineszenzdiodenchips (3) an der dem ersten Träger (1) abgewandten Seite des zweiten Trägers (2).

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung einer Leuchtvorrichtung und
LeuchtVorrichtung
Es werden ein Verfahren zur Herstellung einer
Leuchtvorrichtung sowie eine Leuchtvorrichtung angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtvorrichtung anzugeben, die besonders alterungsstabil ist. Insbesondere ist die mittels des
Verfahrens hergestellte Leuchtvorrichtung besonders robust gegenüber thermomechanisehen Wechselbeanspruchungen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt, bei dem ein erster Träger bereitgestellt wird. Der erste Träger ist dazu
eingerichtet, Komponenten der herzustellenden
Leuchtvorrichtung mechanisch zu tragen. Darüber hinaus zeichnet sich der erste Träger insbesondere durch eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit aus. Beispielsweise kann der erste Träger dabei elektrisch leitend ausgebildet sein. Insbesondere handelt es sich bei dem ersten Träger dann um einen metallischen Träger, der mit einem Metall wie
beispielsweise Kupfer gebildet ist. Der erste Träger kann dann von Komponenten der Leuchtvorrichtung im Betrieb
erzeugte Wärme besonders gut aufnehmen und nach außen
abgeben. Das heißt, der erste Träger bildet insbesondere eine Wärmesenke der Leuchtvorrichtung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein zweiter Träger am ersten Träger befestigt. Beispielsweise wird der zweite Träger an einer Hauptfläche des ersten Trägers befestigt. Das Befestigen des zweiten Trägers erfolgt beispielsweise mittels eines Verbindungsmittels, das neben einer mechanischen Verbindung zwischen erstem Träger und zweitem Träger auch eine thermische Verbindung zwischen erstem Träger und zweitem Träger herstellt. Das heißt, das Verbindungsmittel kann sich durch eine hohe
Wärmeleitfähigkeit auszeichnen.
Bei dem zweiten Träger handelt es sich um einen Träger, der dazu eingerichtet ist, einen Teil der Komponenten der
Leuchtvorrichtung an seiner dem ersten Träger abgewandten Seite aufzunehmen und mechanisch zu tragen. Der zweite Träger weist dabei insbesondere ein kleinere Grundfläche als der erste Träger auf. Der zweite Träger zeichnet sich ebenfalls durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit aus. Dabei kann der zweite Träger insbesondere elektrisch isolierend ausgebildet sein. Beispielsweise ist der zweite Träger mit einem undotierten Halbleitermaterial oder einem keramischen Material gebildet. Das heißt, der zweite Träger kann insbesondere ein
keramischer Träger sein. Beispielsweise ist der zweite Träger mit A1N gebildet, das sich durch einen Wärmeleitwert von circa 180 W/mK auszeichnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der zweite Träger nach dem Befestigen des zweiten Trägers am ersten Träger in zumindest zwei Teile zumindest teilweise zertrennt. Der zweite Träger kann derart durchtrennt werden, dass durch das Material des zweiten Trägers keine Verbindung zwischen den durch das Zertrennen erzeugten Teilen des zweiten Trägers vermittelt wird. Die Teile des zweiten
Trägers, die durch das Zertrennen erzeugt werden, werden mechanisch zum Beispiel nur durch ihre Verbindung zum ersten Träger relativ zueinander und relativ zum ersten Träger in einer festen Position gehalten, die sich durch das Zertrennen des zweiten Trägers nicht ändert. Das heißt es kann ein vollständiges Zertrennen erfolgen.
Weiter ist es möglich, dass ein teilweises Zertrennen des zweiten Trägers erfolgt. In diesem Fall wird ein Graben in den zweiten Träger eingebracht, der als Sollbruchstelle zwischen den Teilen des zweiten Trägers dient. Im Betrieb der Leuchtvorrichtung dehnt sich der erste Träger thermisch stärker als der zweite Träger aus und es kann entlang der Sollbruchstelle zu einem vollständigen Zetrennen des zweiten Trägers kommen. Die Entringtiefe des Grabens in den zweiten Träger von der dem ersten Träger abgewandten Seite her beträgt dabei wenigstens 5%, insbesondere wenigstens 10% der mittleren Dicke des zweiten Trägers. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass im Betrieb ein vollständiges Zertrennen entlang der Sollbruchstelle erfolgen kann.
Die Trennlinien zwischen Teilen des zweiten Trägers verlaufen dabei quer, insbesondere senkrecht zur dem zweiten Träger zugewandten Oberseite des ersten Trägers. Das heißt, die Grundfläche der Teile des zweiten Trägers ist kleiner als die Grundfläche des zweiten Trägers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden zumindest zwei Lumineszenzdiodenchips an der dem ersten
Träger abgewandten Seite des zweiten Trägers befestigt. Die Lumineszenzdiodenchips können dabei insbesondere mechanisch fest mit dem zweiten Träger verbunden werden und thermisch gut leitend an diesen angeschlossen werden.
Bei den Lumineszenzdiodenchips handelt es sich beispielsweise um Leuchtdiodenchips oder Laserdiodenchips, die im Betrieb elektromagnetische Strahlung, insbesondere Licht, erzeugen. Auf diese Weise kann von der Leuchtvorrichtung im Betrieb ebenfalls elektromagnetische Strahlung, insbesondere Licht, abgegeben werden. Insbesondere ist es möglich, dass die
Lumineszenzdiodenchips weißes und/oder farbiges Licht
abstrahlen. Für den Fall, dass die Lumineszenzdiodenchips zur Abstrahlung von weißem Licht eingerichtet sind, umfassen sie beispielsweise ein Lumineszenzkonversionsmaterial, das zur Abwärtskonversion von elektromagnetischer Strahlung
eingerichtet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Leuchtvorrichtung umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
- Bereitstellen eines ersten Trägers,
- Befestigen eines zweiten Trägers am ersten Träger,
- zumindest teilweises Zertrennen des zweiten Trägers in zumindest zwei Teile nach dem Befestigen des zweiten Trägers am ersten Träger, und
- Befestigen von zumindest zwei Lumineszenzdiodenchips an der dem ersten Träger abgewandten Seite des zweiten Trägers.
Das Verfahren kann dabei insbesondere in der Reihenfolge durchgeführt werden, in der die einzelnen Verfahrensschritte aufgeführt sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden zumindest zwei der Lumineszenzdiodenchips auf
unterschiedliche Teile des zweiten Trägers aufgebracht. Das heißt, ein erster Teil des zweiten Trägers trägt
beispielsweise einen ersten Lumineszenzdiodenchip der
Leuchtvorrichtung und ein zweiter Teil des Trägers trägt einen zweiten Lumineszenzdiodenchip der Leuchtvorrichtung. Diese beiden Lumineszenzdiodenchips sind dann durch den zweiten Träger weder mechanisch noch elektrisch noch
thermisch miteinander verbunden. Eine mechanische Verbindung zwischen den beiden Lumineszenzdiodenchips auf
unterschiedlichen Teilen des zweiten Trägers wird dann lediglich oder hauptsächlich durch den ersten Träger
vermittelt .
Dem hier beschriebenen Verfahren liegen dabei unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde:
Eine gute thermische Anbindung von Lumineszenzdiodenchips ist vorteilhaft, um die im Lumineszenzdiodenchip durch die elektrische Verlustleistung entstehende Wärme abzuführen. Beispielsweise ist die Helligkeit von Lumineszenzdiodenchips eine Funktion der Temperatur. Bei zunehmender Temperatur nehmen Helligkeit und Effizienz der Lumineszenzdiodenchips ab. Darüber hinaus wirken sich niedrige Betriebstemperaturen günstig auf die Lebensdauer des Lumineszenzdiodenchips aus, da die meisten Alterungsvorgänge temperaturaktiviert sind. Somit liefert ein gutes thermisches Management einen Beitrag für das Erreichen einer hohen Effizienz und ermöglicht die Realisierung hoher Lebensdauern.
Die Möglichkeit der elektrischen Kontaktierung der
Montagefläche des Lumineszenzdiodenchips ist ein weiterer wichtiger Aspekt. Der Lumineszenzdiodenchip wird mit seiner Montagefläche auf einer Wärmesenke montiert. Die Wärmesenke wird ihrerseits wiederum in einem Gehäuse montiert. Die
Lumineszenzdiodenchiprückseite hat ein elektrisches
Potential, das Gehäuse sollte potentialfrei sein. Es wurde daher von den Erfindern erkannt, dass zwischen der Montagefläche des Lumineszenzdiodenchips und dem Gehäuse eine elektrische Isolationsebene vorteilhaft sein kann.
Als Wärmesenke und als Gehäusematerial werden insbesondere metallische Werkstoffe eingesetzt. Diese zeichnen sich durch gute Bearbeitbarkeit , gute mechanische Eigenschaften und eine gute Wärmeleitfähigkeit in Verbindung mit vergleichsweise geringen Kosten aus. Der Nachteil der meisten metallischen Werkstoffe ist deren im Vergleich zu gängigen
Halbeitermaterialien hoher Wärmeausdehnungskoeffizient und, in diesem Zusammenhang, ihre elektrische Leitfähigkeit.
Geht man davon aus, dass das Gehäuse aus metallischen
Werkstoffen gefertigt ist, so muss an irgendeiner Position im Wärmepfad der Übergang vom geringen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten der Halbleitermaterialien des
Lumineszenzdiodenchips zum hohen Ausdehnungskoeffizienten der metallischen Gehäusematerialien realisiert werden. Hoch wärmeleitende Verbindungen zwischen Materialien können insbesondere durch Löt- und Sinterverfahren realisiert werden. Derartige Verbindungen sind mechanisch sehr steif. Daher werden bei einem Ausdehnungskoeffizienten-Unterschied an der Fügefläche Kräfte aufgebaut. Diese Kräfte wiederum können zur Beschädigung oder Zerstörung des Verbundes an der Fügefläche oder des schwächeren Fügepartners führen. Die Robustheit einer Verbindung aus Fügepartnern mit nicht angepasstem Ausdehnungskoeffizienten skaliert mit der Größe der Fügefläche. Fügeflächen mit großer mechanischer
Ausdehnung sind schwieriger zu beherrschen als kleine
Fügeflächen. Aus diesem Grund ist es günstig, den Übergang im Wärmepfad von dem geringen Ausdehnungskoeffizienten eines Halbleitermaterials (zum Beispiel: Germanium 5,8ppm/K) zu dem höheren Ausdehnungskoeffizienten eines metallischen Werkstoffes (zum Beispiel: Aluminium 23ppm/K) in einem
Bereich mit geringen Strukturgrößen zu realisieren.
Eine weitere Problemstellung ergibt sich bei der flächigen Montage vieler Einzelchips . Werden die einzelnen
Lumineszenzdiodenchips auf einem metallischen Träger
montiert, so werden die Montageflächen aller
Lumineszenzdiodenchips auf ein gemeinsames elektrisches
Potential gelegt. Dieser Aufbau entspricht einer
Parallelschaltung. Sofern die einzelnen
Lumineszenzdiodenchips Unterschiede in den U/I -Kennlinien aufweisen, führt das Schaltungslayout zu einer ÜberbeStrömung der Lumineszenzdiodenchips mit geringer VorwärtsSpannung . Ein weiterer Nachteil dieser Lumineszenzdiodenchipanordnung kann das Verhältnis zwischen Strom und Spannung werden.
Parallelschaltungen weisen prinzipielle hohe Betriebsströme bei geringer VorwärtsSpannung auf. Das kann zu höheren
Treiberkosten und/oder geringerer Treibereffizienz führen. Die Möglichkeit der Realisierung von Parallelschaltungen und Reihenschaltungen ist hier ein Vorteil.
Es wurde also erkannt, dass ein Aufbau, bei dem die
Lumineszenzdiodenchips auf einer Verschaltungsebene montiert werden, die auf einer weiteren elektrisch isolierenden aber thermisch leitenden Schicht aufgebracht ist, vorteilhaft sein kann. Die elektrisch isolierende Schicht kann dann zwischen dem geringen Ausdehnungskoeffizienten des Halbleitermaterials und dem hohen Ausdehnungskoeffizienten der Wärmesenke und des Gehäuses vermitteln.
Bisher sind verschiedene Lösungen verbreitet:
A) Lumineszenzdiodenchips auf Metallkernplatine (MCB) . Dieser Ansatz stellt eine einfache Lösung dar. Die Rückseite der MCB ist elektrisch isoliert. Das MCB basiert meist auf einem Aluminiumblech, das vergleichsweise einfach montiert werden kann. Die Verschaltungsebene ist strukturierbar, sodass mit gewissen Einschränkungen verschiedene Verschaltungsvarianten erzeugt werden können. Die Isolierschicht hat eine gewisse Elastizität, damit werden unterschiedliche
Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Halbleiter und dem Aluminium der Basisplatte für viele Applikationen ausreichend ausgeglichen. Der Schwachpunkt dieser Lösung ist die
eingeschränkte thermische Leitfähigkeit der Isolationsschicht (3W/mK bei einer Dicke von ά=38μπι) .
B) DCB (Direct Copper Bonding) . Beim DCB Prozess werden dünne Kupferbleche unter Druck und Temperatur mit Keramikplatten (A1203, A1N) gefügt. Durch die vergleichsweise dünnen Kupfer- und Keramik-Schichten können Spannungen durch elastische Verformung aufgenommen werden. Damit können
Ausdehnungskoeffizienten-Unterschiede zwischen Halbleiter und Gehäuse zum Teil kompensiert werden. Nachteil dieser Variante ist, dass die Strukturierung der Verschaltungsebene durch Phototechnik in Verbindung mit Ätzen realisiert wird. Damit ist es schwierig, kostengünstig bestimmte Minimalabmessungen zu unterschreiten.
C) Keramik-Substrat. Bei diesem Aufbau werden Keramiken ein- oder beidseitig metallisiert. Der Aufbau von
Lumineszenzdiodenchips (geringer Ausdehnungskoeffizient) auf der metallisierten Keramik (geringer Ausdehnungskoeffizient) ist problemlos möglich. Die Schwierigkeiten beginnen bei der Montage des Keramikmoduls in einem metallischen Gehäuse. Wird das Keramikmodul beispielsweise in das Gehäuse eingelötet, kann eine gute Wärmeabfuhr erreicht werden. Durch die hohe mechanische Steifigkeit der Lotverbindung werden jedoch
Kräfte aufgebaut, die zur Zerstörung der Verbindung oder des Keramik-Substrats führen können.
Eine Leuchtvorrichtung, bei der der zweite Träger nach dem Befestigen am ersten Träger in zumindest zwei Teile zumindest teilweise zertrennt wird, ist technisch schwieriger
herzustellen, als wenn dieses Zertrennen entfällt. Der wesentliche Nachteil einer Leuchtvorrichtung, bei der dieses Zertrennen nicht stattfindet, liegt jedoch in der geringen Haltbarkeit der Leuchtvorrichtung bei thermischer
Wechselbeanspruchung aufgrund der thermischen Ausdehnung des zweiten Trägers in einer lateralen Richtung, parallel zur Oberfläche des ersten Trägers, auf der der zweite Träger aufgebracht ist, und aufgrund des großen Unterschieds im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem ersten Träger und dem zweiten Träger.
Beim hier beschriebenen Verfahren kann nun der zweite Träger nach dem Befestigen auf dem ersten Träger in kleinere
Segmente, die Teile des zweiten Trägers, separiert werden. Der Abstand der Teile des zweiten Trägers ist dann lediglich durch den Materialabtrag bestimmt, der durch das Zertrennen erzeugt wird. Das heißt, die Teile des zweiten Trägers weisen einen besonders geringen Abstand zueinander auf, wie er durch Einzelmontage der Teile des zweiten Trägers auf dem ersten Träger nicht erreicht werden könnte. Im Bereich dieser kleinen Abstände sowie aufgrund der kleinen lateralen
Ausdehnung der Teile des zweiten Trägers ist der Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem zweiten Träger und dem ersten Träger dadurch beherrschbar, dass die entstehenden Kräfte durch elastische Verformung aufgenommen werden können, ohne dass materialspezifische Grenzwerte für die Zerstörung überschritten werden. Als geeignete Verfahren zur zumindest teilweisen Zertrennung des zweiten Trägers kann beispielsweise eines der folgenden Verfahren oder
Kombinationen von mehreren der folgenden Verfahren zum
Einsatz kommen: Mechanisches Sägen, Trennschleifen,
Lasertrennverfahren, Ionenätzverfahren, chemische
Trennverfahren .
Die Verbindungen zwischen dem ersten Träger und dem zweiten Träger sowie zwischen den Teilen des zweiten Trägers und den Lumineszenzdiodenchips können durch Sinterverfahren und/oder Lötverfahren hergestellt werden. Dadurch sind Verbindungen mit guter Wärmeleitfähigkeit und hoher Festigkeit realisiert. Der zweite Träger kann insbesondere elektrisch isolierend ausgebildet sein, so dass er eine elektrisch potenzialfreie Wärmesenke bildet. Hierzu eignen sich insbesondere keramische Materialien wie A1N oder A1203. Der erste Träger ist
insbesondere metallisch ausgebildet und kann auf diese Weise einfach beispielsweise in ein Gehäuse für die
Leuchtvorrichtung integriert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird vor dem Zertrennen des zweiten Trägers eine erste strukturierte Metallschicht auf die dem ersten Träger abgewandte Oberfläche des zweiten Trägers aufgebracht, wobei Bereiche der ersten strukturierten Metallschicht durch zumindest einen Graben voneinander getrennt sind, entlang dem das Zertrennen des zweiten Trägers in die zumindest zwei Teile erfolgt. Das heißt, durch die erste strukturierte Metallschicht an der dem ersten Träger abgewandten Oberseite des zweiten Trägers ist das Muster gemäß dem der zweite Träger in seine Teile
zertrennt wird, durch die Gräben zwischen den Bereichen der ersten strukturierten Metallschicht vorgegeben. Durch die Strukturierung dieser Metallschicht sind ferner Reihen- und/oder Parallelschaltungen zwischen den
Lumineszenzdiodenchips der Leuchtvorrichtung realisierbar, wenn die strukturierte Metallschicht elektrisch leitend mit den Lumineszenzdiodenchips verbunden wird. Das heißt, die Lumineszenzdiodenchips können insbesondere elektrisch leitend an der ersten strukturierten Metallschicht verbunden werden. Die Lötverbindungen und/oder die Sinterverbindungen zwischen dem ersten Träger und dem zweiten Träger und den
Lumineszenzdiodenchips werden dabei hinsichtlich ihrer
Erweichungstemperaturen derart gewählt, dass jeweils die erste erzeugte Verbindung den höchsten Erweichungspunkt hat und die letzte erzeugte Verbindung in der Prozesskette den niedrigsten Erweichungspunkt hat. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass durch eine nachfolgende Verbindung keine Beschädigung oder gar Auflösung bereits erfolgter
Verbindungen stattfinden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird vor dem Befestigen des zweiten Trägers am ersten Träger zwischen dem ersten Träger und dem zweiten Träger eine strukturierte Verbindungsschicht angeordnet, die im Rahmen der
Herstellungstoleranz mit der ersten strukturierten
Metallschicht zumindest teilweise deckungsgleich ist.
Bei der strukturierten Verbindungsschicht handelt es sich beispielsweise um eine Hartlotschicht. Die strukturierte Verbindungsschicht wird derart aufgebracht, dass sie
ebenfalls Gräben zwischen den Bereichen der strukturierten Verbindungsschicht aufweist, die mit den Gräben an der gegenüberliegenden Oberseite des zweiten Trägers, also den Gräben der ersten strukturierten Metallschicht,
deckungsgleich sind. Auf diese Weise ist es möglich, dass beim Zertrennen des zweiten Trägers in seine Teile entlang der Gräben der ersten strukturierten Metallschicht kein
Durchtrennen der Verbindungsschicht erfolgen muss. Vielmehr ist nach dem Zertrennen jeder bereits vor dem Zertrennen vorhandene Bereich der Verbindungsschicht eineindeutig einem Teil des zweiten Trägers zugeordnet und mit diesem mechanisch befestigt. Das heißt, die mechanische Entkoppelung der Teile des zweiten Trägers erstreckt sich auch auf die
Verbindungsschicht zwischen erstem Träger und zweitem Träger.
Alternativ ist es möglich, dass die Verbindungsschicht zwischen erstem Träger und zweitem Träger vollflächig an der dem ersten Träger zugewandten Unterseite des zweiten Trägers ausgeführt ist. In diesem Fall wird beim Zertrennen des zweiten Trägers in seine Teile auch die Verbindungsschicht mit durchtrennt. In diesem Fall ist es jedoch gegebenenfalls notwendig, nach dem Zertrennen des zweiten Trägers das
Trennverfahren zu ändern. Beispielsweise kann es erforderlich sein, nach dem Zertrennen des zweiten Trägers ein Sägeblatt, das zum Zertrennen von keramischem Material geeignet ist, durch ein Sägeblatt zu ersetzen, das zum Zertrennen der, insbesondere metallischen, Verbindungsschicht geeignet ist. Dadurch kann sich ein prozesstechnischer Mehraufwand ergeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird vor dem Befestigen des zweiten Trägers am ersten Träger eine zweite strukturierte Metallschicht auf die dem ersten Träger zugewandte Oberfläche des zweiten Trägers aufgebracht, die im Rahmen der Herstellungstoleranz mit der ersten strukturierten Metallschicht deckungsgleich ist. Die zweite strukturierte Metallschicht dient insbesondere zur Vermittlung einer
Verbindung zwischen dem zweiten Träger und der
Verbindungsschicht. Die zweite strukturierte Metallschicht ist derart auf den zweiten Träger aufgebracht, dass sie beim Zertrennen des zweiten Trägers in seine Teile nicht
durchtrennt wird, sondern die Trennung erfolgt durch Gräben der zweiten strukturierten Metallschicht, die mit den Gräben der ersten strukturierten Metallschicht deckungsgleich sind.
Die erste und die zweite strukturierte Metallschicht können dabei gleichartig aufgebaut sein. Das heißt, die beiden
Metallschichten sind mit den gleichen Materialien gebildet, weisen den gleichen Schichtaufbau auf und sind im gleichen Muster auf die beiden Seiten der zweiten Träger aufgebracht. Beispielsweise sind sie durch Beschichtungsverfahren wie Sputtern, Aufdampfen, stromloses Abscheiden und/oder
galvanisches Abscheiden auf die Oberseite und die Unterseite des zweiten Trägers aufgebracht. Beispielsweise können die strukturierten Metallschichten mit Metallen wie Gold, Kupfer, Nickel und/oder Chrom gebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens beträgt die Dicke des zumindest einen Grabens der ersten
strukturierten Metallschicht höchstens 150 μπι. Der Abstand zwischen den durch das Zertrennen erzeugten Teilen des zweiten Trägers ist dann durch die Dicke des Grabens zwischen ihnen bestimmt, das heißt er beträgt höchstens 150 μπι.
Insbesondere ist der Abstand zwischen den Teilen dann
geringer, da für das Zertrennen bevorzugt ein dünnerer
Bereich gewählt wird, in dem der Materialabtrag erfolgt, um beim Zertrennen die strukturierte Metallschicht nicht zu beschädigen .
Es wird darüber hinaus eine Leuchtvorrichtung angegeben. Die Leuchtvorrichtung kann insbesondere mit einem hier
beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Das heißt, sämtliche für das Verfahren offenbarte Merkmale sind auch für die Leuchtvorrichtung offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtvorrichtung umfasst die Leuchtvorrichtung einen ersten Träger und einen zweiten Träger, der am ersten Träger befestigt ist sowie zumindest zwei Lumineszenzdiodenchips, die an der dem ersten Träger abgewandten Seite des zweiten Trägers befestigt sind. Die Träger sowie die Lumineszenzdiodenchips sind dabei insbesondere wie weiter oben angegeben ausgebildet.
Der zweite Träger umfasst zumindest zwei Teile, die durch zumindest einen Trennbereich voneinander getrennt sind, der sich teilweise oder vollständig durch den zweiten Träger erstreckt .
Das heißt, die beiden Teile des zweiten Trägers sind zum Beispiel nicht durch Material des zweiten Trägers mechanisch miteinander verbunden, sondern beispielsweise lediglich durch den ersten Träger ist eine mechanische Verbindung zwischen den Teilen des zweiten Trägers hergestellt.
Ferner ist es möglich, dass die beiden Teile durch eine
Sollbruchstelle voneinander getrennt sind, wie sie weiter oben beschrieben ist. Im Betrieb der Leuchtvorrichtung kann es dann zu einem vollständigen Trennen der beiden Teile kommen, wodurch thermische Verspannungen abgebaut werden.
Die zumindest zwei Teile des zweiten Trägers weisen dabei einen Abstand von höchstens 125 μπι zueinander auf. Das heißt, die beiden Teile des Trägers sind besonders nah zueinander angeordnet, wobei der Abstand zwischen den Teilen so gering ist, dass er durch ein getrenntes Aufbringen der Teile des zweiten Trägers auf den ersten Träger kaum oder nur mit sehr hohem Justage-Aufwand realisierbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtvorrichtung weisen die beiden Teile an einander zugewandten Seitenflächen jeweils Spuren eines Trennprozesses auf. Bei den
Seitenflächen handelt es sich um Teile der Außenfläche der Teile des zweiten Trägers, die schräg oder senkrecht zur lateralen Richtung verlaufen. Sie sind insbesondere durch ein oben beschriebenes Zertrennverfahren erzeugt und weisen
Rückstände wie beispielsweise Sägerillen dieses
Trennprozesses auf. Bei den Spuren des Trennprozesses handelt es sich also insbesondere um Spuren eines Materialabtrags und nicht um beispielsweise Bruchkanten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtvorrichtung weist jeder Teil des zweiten Trägers an seiner dem ersten Träger abgewandten Oberfläche einen Bereich einer ersten strukturierten Metallschicht auf, wobei jeder Bereich einem Teil des zweiten Trägers eineindeutig zugeordnet ist und zumindest zwei der Bereiche der ersten strukturierten
Metallschicht durch einen Verbindungsdraht miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Mit anderen Worten
erstreckt sich die strukturierte Metallschicht nicht über die Teile des zweiten Trägers, sondern jeder Teil des zweiten Trägers umfasst einen Bereich der strukturierten
Metallschicht, der ihm eineindeutig zugeordnet ist. Mittels Verbinden von zumindest zwei Bereichen der strukturierten Metallschicht, also Bereichen auf unterschiedlichen Teilen des zweiten Trägers, durch ein elektrisches
Verbindungselement wie einen Verbindungsdraht kann eine besonders flexible Verschaltung der Lumineszenzdioden der Leuchtvorrichtung erfolgen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtvorrichtung sind auf zumindest einem der Bereiche der ersten
strukturierten Metallschicht zwei Lumineszenzdiodenchips aufgebracht, die durch den Bereich der ersten strukturierten Metallschicht in Reihe zueinander geschaltet sind. Dabei ist ein erster der Lumineszenzdiodenchips beispielsweise mit seiner p-Seite auf den Bereich aufgebracht, ein anderer der Lumineszenzdiodenchips ist mit seiner n-Seite auf den Bereich aufgebracht. In diesem Fall trägt also ein Teil des zweiten Trägers zumindest zwei Lumineszenzdiodenchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtvorrichtung ist der zweite Träger an einem Rand und/oder in einer Ecke des ersten Trägers angeordnet, wobei ein elektrisches
Verbindungsmittel zum elektrischen Anschließen aller
Lumineszenzdiodenchips, die auf dem zweiten Träger angeordnet sind, stellenweise entlang und auf der Oberfläche des ersten Trägers verläuft, die dem zweiten Träger zugeordnet ist.
Dabei kann zumindest eine Seitenfläche des zweiten Trägers beispielsweise bündig mit zumindest einer Seitenfläche des ersten Trägers abschließen. Insbesondere ist der zweite
Träger dann nicht in einem Zentralbereich des ersten Trägers angeordnet, sondern an dessen Rand, so dass ein relativ großer Teil der dem zweiten Träger zugewandten Oberfläche des ersten Trägers als mechanisches Element zum Tragen des
Verbindungsmittels über das die Lumineszenzdiodenchips der Leuchtvorrichtung elektrisch angeschlossen sind, dienen kann. Bei dem Verbindungsmittel handelt es sich beispielsweise um eine flexible Leiterplatte und/oder eine bedruckte
Leiterplatte, die an der genannten Oberfläche des ersten Trägers befestigt ist. Es wird weiter eine Anordnung von Leuchtvorrichtungen
angegeben. Die Anordnung von Leuchtvorrichtungen umfasst zumindest zwei Leuchtvorrichtungen wie sie hier beschrieben sind, bei denen der zweite Träger an einem Rand oder einer Ecke des ersten Trägers angeordnet ist. Die zweiten Träger der Leuchtvorrichtungen sind dann zueinander benachbart angeordnet, derart, dass die Lumineszenzdiodenchips, die auf den zweiten Trägern angeordnet sind, eine gemeinsame
Leuchtfläche bilden. Insbesondere ist es für den menschlichen Betrachter mit bloßem Auge dann kaum wahrnehmbar, dass die Lumineszenzdiodenchips unterschiedlichen ersten und zweiten Träger zugeordnet sind. Vielmehr können die
Lumineszenzdiodenchips der zumindest zwei Leuchtvorrichtungen dann beispielsweise als regelmäßige Anordnung in Reihen und Spalten erscheinen.
Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die zweiten Träger zweier unterschiedlicher Leuchtvorrichtungen einen Abstand von höchstens 125 μπι zueinander aufweisen. Das heißt, der Abstand zwischen den Lumineszenzdiodenchips zweier
unterschiedlicher Leuchtvorrichtungen der Anordnung von
Leuchtvorrichtungen ist dann im Bereich des Randes oder der Ecke ungefähr oder genau so groß wie der Abstand der
Lumineszenzdiodenchips innerhalb einer der
Leuchtvorrichtungen. Eine solch genaue Justage ist
insbesondere dadurch ermöglicht, dass mit den ersten Trägern der Leuchtvorrichtung relativ große Komponenten zueinander platziert werden, die eine wesentlich größere laterale
Ausdehnung aufweisen als die durch das Zertrennen erzeugten Teile des zweiten Trägers. Im Folgenden werden das hier beschriebene Verfahren sowie di hier beschriebene Leuchtvorrichtung anhand von
Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert . Die Figur 1 zeigt eine hier beschriebene
Leuchtvorrichtung in einer schematischen
Perspektivdarstellung .
Anhand der schematischen Perspektivdarstellung der Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer hier
beschriebenen Leuchtvorrichtung näher erläutert .
Anhand der schematischen Darstellungen der Figuren 2A bis 2F ist ein Ausführungsbeispiel eines hier
beschriebenen Verfahrens näher erläutert .
Anhand der schematischen Perspektivdarstellung der Figur 3 ist eine hier beschriebene Anordnung von Leuchtvorrichtungen näher erläutert .
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere
Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Die Figur 1 zeigt eine hier beschriebene Leuchtvorrichtung i einer schematischen Perspektivdarstellung.
Die Leuchtvorrichtung umfasst einen ersten Träger 1.
Vorliegend kann es sich bei dem ersten Träger 1 um einen metallischen Träger, insbesondere eine Wärmesenke aus Kupfer handeln. Der metallische Träger 1 umfasst Öffnungen 11, über die der Träger 1 mechanisch, zum Beispiel über Passstifte und Schrauben, am Bestimmungsort der Leuchtvorrichtung befestigt werden kann.
An einer Oberseite des ersten Trägers 1 ist der zweite Träger 2 angeordnet, der in mehrere Teile 21 bis 28 zertrennt ist.
Zwischen dem ersten Träger 1 und dem zweiten Träger 2 ist eine strukturierte Verbindungsschicht 6 angeordnet, wobei jeder Bereich der strukturierten Verbindungsschicht 6 jedem Teil des zweiten Trägers 2 eineindeutig zugeordnet ist.
An der dem ersten Träger abgewandten Oberseite des zweiten Trägers 2 sind vorliegend neun Lumineszenzdiodenchips auf die Teile des zweiten Trägers 2 aufgebracht und mittels
Verbindungsdrähten 8 elektrisch miteinander verschaltet.
Jeder Lumineszenzdiodenchip 3 umfasst an seiner dem zweiten Träger 2 abgewandten Oberseite eine Schicht aus Konverter 12, die zur Abwärtskonversion von elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist und beispielsweise zur Erzeugung von weißem Licht dient .
Der zweite Träger 2 ist vorliegend elektrisch isolierend und keramisch ausgebildet. Er besteht beispielsweise aus A1N oder A1203.
Die Teile 21 bis 28 des zweiten Trägers 2 sind durch
Trennbereiche 51 voneinander getrennt. Diese Trennbereiche 51 sind frei vom Material des zweiten Trägers 2. Seitenflächen 2a der Teile des zweiten Trägers 2, die einander zugewandt sind (vergleiche dazu auch die Figur 2E) , weisen Spuren des Trennprozesses auf, mit dem die Teile 21 bis 28 des zweiten Trägers erzeugt worden sind.
Der zweite Träger 2 ist vorliegend in einer Ecke des ersten Trägers 1 angeordnet, derart, dass zwei Seitenflächen des zweiten Trägers an der Außenfläche des zweiten Trägers im Rahmen der Herstellungstoleranz bündig mit zwei Seitenflächen an der Außenfläche des ersten Trägers abschließen.
Ein elektrisches Verbindungsmittel 10, vorliegend eine bedruckte Leiterplatte, auf die eine flexible Leiterplatte wie zum Beispiel ein Flexboard aufgebracht ist, verlaufen entlang der Oberseite des ersten Trägers 1. Mittels des elektrischen Verbindungsmittels 10 sind sämtliche
Lumineszenzdiodenchips 3 der Leuchtvorrichtung elektrisch angeschlossen .
Eine hier beschriebene Leuchtvorrichtung weist beispielsweise eine VorwärtsSpannung von wenigstens 30 V, beispielsweise 35 V auf. Ferner weist eine hier beschriebene Leuchtvorrichtung 100 beispielsweise einen Vorwärtsstrom von wenigstens 0,8 A, beispielsweise 1 A auf. Der Lichtfluss kann größer 3000 Im, insbesondere größer 3200 Im sein und die Leuchtdichte kann mehr als 250 lm/mm^, zum Beispiel 290 lm/mm^ betragen. Die beim Betrieb erzeugte Wärme kann dabei besonders effektiv durch die Kombination des zertrennten zweiten Trägers und des ersten Trägers abgeführt werden, ohne dass thermische
Wechselbeanspruchung zu einer Beschädigung der
Leuchtvorrichtung 100 führt.
Die schematischen Darstellungen der Figuren 2A bis 2F zeigen Verfahrensschritte eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung einer
Leuchtvorrichtung 100.
In Verbindung mit der Figur 2A ist ein Verfahrensschritt näher erläutert, bei dem der erste Träger 1 bereitgestellt wird. Auf die Oberseite des ersten Trägers 1 wird eine strukturierte Verbindungsschicht 6 aufgebracht. Die
strukturierte Verbindungsschicht 6 ist in voneinander
getrennte Bereiche strukturiert, die deckungsgleich sind mit einer zweiten strukturierten Metallschicht 7 an der dem ersten Träger zugewandten Unterseite des zweiten Trägers 2 (vergleiche dazu die Figur 2B) . Dadurch, dass die
strukturierte Metallschicht sowie die strukturierte
Verbindungsschicht gleichartig strukturiert sind, erfolgt beim Aufbringen des zweiten Trägers 2 auf den ersten Träger 1 und Befestigen mittels der strukturierten Verbindungsschicht 6 eine Selbstjustage des zweiten Trägers 2 auf dem ersten Träger 1.
Der zweite Träger 2 weist an seiner dem ersten Träger 1 abgewandten Oberseite eine erste strukturierte Metallschicht 4 auf, die stellenweise deckungsgleich mit der strukturierten Verbindungsschicht 6 und der zweiten strukturierten
Metallschicht 7 ist. Insbesondere finden Gräben 5 zwischen Bereichen der ersten strukturierten Metallschicht 4 ihre Entsprechung in Gräben 5 zwischen Bereichen der
strukturierten Verbindungsschicht 6 beziehungsweise zwischen Bereichen der zweiten strukturierten Metallschicht 7.
Das heißt, insbesondere im Bereich der späteren Trennbereiche 51 zwischen den Teilen 21 bis 28 des zweiten Trägers 2 befinden sich Gräben 5 in sämtlichen strukturierten
Schichten . In der Figur 2C sind Beispielswerte für die Länge 1, die Breite b des zweiten Trägers 2 angegeben. Ferner sind
beispielhafte Werte für die Dicke der Gräben 5 sowie dem Abstand AI zwischen benachbarten Teilen des zweiten Trägers angegeben. Insbesondere kann die Dicke des Grabens 5 zwischen benachbarten Bereichen der ersten strukturierten
Metallschicht 4 100 μπι oder weniger betragen. Der
Trennbereich 51, der entlang des Grabens 5 verläuft, weist dann eine Dicke AI auf, die den späteren Abstand zwischen den Teilen 21 bis 28 des zweiten Trägers 2 bestimmt und die kleiner ist als die Dicke d der Gräben 5.
In der Figur 2D ist der Aufbau nach dem Zertrennen des zweiten Trägers 2 in die Bereiche 21 bis 28 dargestellt. Das heißt, zwischen den Teilen 21 bis 28 des zweiten Trägers 2 sind entlang der Gräben 5 zwischen den Bereichen der ersten strukturierten Metallschicht 4 Trennbereiche 51 angeordnet, welche die Dicke AI aufweisen. Ein Zertrennen des zweiten Trägers 2 kann dabei wie oben beschrieben erfolgen.
Die Teile 21 bis 28 des zweiten Trägers 2 sind dabei durch die strukturierte Verbindungsschicht 6, also insbesondere durch eine Lotverbindung, mit dem ersten Träger 1 verbunden. Dadurch ergibt sich eine Verbindung mit besonders geringem Wärmeleitwiderstand. Der thermische Ausdehnungskoeffizient von Kupfer ist über dreimal so groß wie der thermische
Ausdehnungskoeffizient von A1N. Dieser große Unterschied in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten kann durch das Zertrennen des zweiten Trägers 2 in relativ kleine Teile 2, die sehr nah zueinander angeordnet sind, kompensiert werden. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt, Figur 2E, werden Lumineszenzdiodenchips 3 an der dem ersten Träger 1
abgewandten Oberseite des zweiten Trägers 2 befestigt. Ein Verschalten der Lumineszenzdiodenchips untereinander kann dabei durch geeignete Montage und/oder Verschaltung mittels Verbindungsdrähten 8 erfolgen. Vorliegend sind die
Lumineszenzdiodenchips 3 zueinander in Reihe geschaltet, wobei die Teile 26, 27 und 28 mit ihren eineindeutig
zugeordneten Bereichen der strukturierten Metallschicht 4 je zwei Lumineszenzdiodenchips, die jeweils in unterschiedlicher Orientierung am zweiten Träger 2 befestigt sind, in Reihe schalten .
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt, siehe Figur 2F, kann das elektrische Verbindungsmittel 10 mit den
Lumineszenzdiodenchips 3 elektrisch leitend verbunden werden. Dies kann beispielsweise über Verbindungsdrähte 8 erfolgen, die mit dem elektrischen Verbindungsmittel 10 und der ersten strukturierten Metallschicht 4 verbunden sind.
Wie in der Figur 2F dargestellt ist, können die
Lumineszenzdiodenchips 3 jeweils eine Schicht mit einem
Konverter 12 umfassen, die vor oder nach dem Aufbringen der Lumineszenzdiodenchips 2 auf dem zweiten Träger 2 aufgebracht werden kann. Die Lumineszenzdiodenchips 2 sind dadurch zum Beispiel zur Erzeugung von weißem Licht geeignet.
In Verbindung mit der Figur 3 ist anhand einer schematischen Perspektivdarstellung eine hier beschriebene Anordnung von Leuchtvorrichtungen 100 näher erläutert. Die Anordnung umfasst vier Leuchtvorrichtungen 100, bei denen der zweite Träger 2 jeweils in einer Ecke des ersten Trägers 1
angeordnet ist. Die einzelnen Leuchtvorrichtungen 100 sind derart zueinander justiert, dass eine gemeinsame Leuchtfläche 9 aller Lumineszenzdiodenchips der vier Leuchtvorrichtungen 100 entsteht, an der die Lumineszenzdiodenchips 3 in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Die Justage kann dabei mittels der Öffnungen 11 im ersten Träger 1 erfolgen.
Neben der gezeigten Geometrie können auf diese Weise
beispielsweise auch lange Linien von Lumineszenzdiodenchips aneinander gereiht werden. Die Lumineszenzdiodenchips 3 einer Leuchtvorrichtung 100 können dabei unabhängig zu den
Lumineszenzdiodenchips 3 einer anderen Leuchtvorrichtung 100 betrieben werden.
Das heißt, eine hier beschriebene Leuchtvorrichtung
ermöglicht auch auf besonders einfache Weise eine Skalierung der Leuchtfläche 9. So kann beispielsweise eine lineare
Anordnung von Leuchtvorrichtungen 100 angegeben werden, die aus einer einzelnen Zeile von eng aneinander gereihten
Lumineszenzdiodenchips besteht.
Eine hier beschriebene Leuchtvorrichtung 100 sowie die hier beschriebene Anordnung 100 können sich dabei zusammenfassend insbesondere durch zumindest einen der folgenden Vorteile auszeichnen :
1) Gute Wärmeleitfähigkeit. Durch den Einsatz von Löt- oder Sinterverfahren an den Fügeflächen wird ein sehr guter Wärmeübergang realisiert. Durch den Einsatz gut
wärmeleitfähiger Materialien wird eine gute Abfuhr der Wärme erreicht .
2) Potentialfreie Wärmesenke. Durch die Verwendung eines keramischen Trägers wird die elektrische
Potentialfreiheit der Wärmesenke gewährleistet. 3) Die Metallisierung des keramischen Trägers kann
strukturiert ausgeführt werden. Damit können beim Aufbau von Mehrchipmodulen Reihenschaltungen,
Parallelschaltungen oder Matrixschaltungen realisiert werden .
4) Durch die Trennung des keramischen Trägers in kleine Inseln wird der Übergang von geringem
Ausdehnungskoeffizienten (Halbleiter) zu hohem
Ausdehnungskoeffizienten (Metall) mit kleinen Strukturen realisiert. Kräfte die durch den nicht angepassten
Ausdehnungskoeffizienten verursacht werden,
überschreiten kritische Belastungsschwellen der
verarbeiteten Materialien nicht. Durch das Auftrennen des zweiten Trägers nach der Montage auf den ersten Träger in kleine Inseln wird ein gegenüber
Temperaturwechselbeanspruchung sehr robustes Substrat erzeugt .
5) Kosten. Für das in der Erfindung beschriebene Substrat, also die vorgeschlagene Kombination aus erstem und zweiten Träger, werden großtechnisch vergleichsweise kostengünstig verfügbare Materialien und Prozesse eingesetzt. Dadurch entsteht ein robustes
Substratmaterial zu vergleichsweise günstigen Kosten.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Leuchtvorrichtung mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines ersten Trägers (1) ,
- Befestigen eines zweiten Trägers (2) am ersten Träger (1),
- zumindest teilweises Zertrennen des zweiten Trägers (2) in zumindest zwei Teile (21, 28) nach dem Befestigen des zweiten Trägers (2) am ersten Träger (1), und
- Befestigen von zumindest zwei Lumineszenzdiodenchips (3) an der dem ersten Träger (1) abgewandten Seite des zweiten
Trägers (2) .
2. Verfahren nach Ansprüche 1,
wobei zumindest zwei der Lumineszenzdiodenchips (3) auf unterschiedliche Teile (21, 28) des zweiten Trägers (2) aufgebracht werden.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei der erste Träger (1) elektrisch leitend und der zweite Träger (2) elektrisch isolierend ausgebildet ist.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei der erste Träger (1) metallisch und der zweite Träger (2) keramisch ausgebildet ist.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei vor dem Zertrennen des zweiten Trägers (2) eine erste strukturierte Metallschicht (4) auf die dem ersten Träger (1) abgewandte Oberfläche des zweiten Trägers (2) aufgebracht wird, wobei Bereiche der ersten strukturierten Metallschicht (4) durch zumindest einen Graben (5) voneinander getrennt sind, entlang dem das Zertrennen des zweiten Trägers (2) in die zumindest zwei Teile (21, 28) erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
wobei vor dem Befestigen des zweiten Trägers (2) am ersten Träger (1) zwischen dem ersten Träger (1) und dem zweiten Träger (2) eine strukturierte Verbindungsschicht (6)
angeordnet wird, die im Rahmen der Herstellungstoleranz mit der ersten strukturierten Metallschicht (4) deckungsgleich ist .
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 ,
wobei vor dem Befestigen des zweiten Trägers (2) am ersten Träger (1) eine zweite strukturierte Metallschicht (7) auf die dem ersten Träger (1) zugewandte Oberfläche des zweiten Trägers (2) aufgebracht wird, die im Rahmen der
Herstellungstoleranz mit der ersten strukturierten
Metallschicht (4) deckungsgleich ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
wobei die Dicke (d) des zumindest einen Grabens höchstens 150 Um beträgt .
9. Leuchtvorrichtung mit
- einem ersten Träger (1) ,
- einem zweiten Träger (2), der am ersten Träger befestigt ist ,
- zumindest zwei Lumineszenzdiodenchips (3), die an der dem ersten Träger (1) abgewandten Seite des zweiten Trägers (2) befestigt sind, wobei
- der zweite Träger (2) zumindest zwei Teile (21, 28) umfasst, die durch zumindest einen Trennbereich (51) voneinander getrennt sind, der sich teilweise oder vollständig durch den zweiten Träger (2) erstreckt, und
- die zumindest zwei Teile (21, 28) des zweiten Trägers (2) einen Abstand (AI) von höchstens 125 μπι zueinander aufweisen .
10. Leuchtvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch,
bei der die beiden Teile (21, 28) an einer einander zugewandten Seitenflächen (2a) jeweils Spuren eines
Trennprozesses aufweisen.
11. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10,
bei der jeder Teil (21, 28) des zweiten Trägers (2) an seiner dem ersten Träger (1) abgewandten Oberfläche einen Bereich einer ersten strukturierten Metallschicht (4)
aufweist, wobei jeder Bereich einem Teil (21, 28) des zweiten Trägers (2) eineindeutig zugeordnet ist und zumindest zwei der Bereiche der ersten strukturierten Metallschicht (4) durch einen Verbindungsdraht (8) miteinander elektrisch leitend verbunden sind.
12. Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei der jeder Teil ((21, 28) des zweiten Trägers (2) an seiner dem ersten Träger (1) abgewandten Oberfläche einen Bereich einer ersten strukturierten Metallschicht (4)
aufweist, wobei jeder Bereich einem Teil (21, 28) des zweiten Trägers (2) eineindeutig zugeordnet ist, und auf zumindest einen der Bereiche der ersten strukturierten
Metallschicht (4) zwei Lumineszenzdiodenchips (3) aufgebracht sind, die durch den Bereich in Reihe verschaltet sind.
13. Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei der der zweite Träger (2) an einem Rand und/oder in einer Ecke des ersten Trägers (1) angeordnet ist, wobei ein
elektrisches Verbindungsmittel (10) zum elektrischen
Anschließen aller Lumineszenzdiodenchips (3), die auf dem zweiten Träger (2) angeordnet sind, stellenweise entlang und auf der Oberfläche des ersten Trägers (1) verläuft, die dem zweiten Träger (2) zugeordnet ist.
14. Anordnung von Leuchtvorrichtung mit
- zumindest zwei Leuchtvorrichtungen (100) nach dem
vorherigen Anspruch, wobei
- die zweiten Träger (2) der Leuchtvorrichtungen zueinander benachbart angeordnet sind, derart, dass die
Lumineszenzdiodenchips (12), die auf den zweiten Trägern (2) angeordnet sind, eine gemeinsame Leuchtfläche (9) bilden.
15. Anordnung von Leuchtvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch,
bei der die zweiten Träger (2) zweier unterschiedlicher
Leuchtvorrichtungen (100) einen Abstand (A2) von höchsten 125 μπι zueinander aufweisen.
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