WO2014056834A1

WO2014056834A1 - Method for producing a light generation unit

Info

Publication number: WO2014056834A1
Application number: PCT/EP2013/070804
Authority: WO
Inventors: Michael Haubmann
Original assignee: Arnold and Richter KG; Arnold and Richter Cine Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Arnold and Richter Cine Technik GmbH and Co KG; Arri GmbH
Priority date: 2012-10-11
Filing date: 2013-10-07
Publication date: 2014-04-17
Anticipated expiration: 2015-04-11
Also published as: DE102012218538A1

Abstract

The invention relates to a method for producing a light generation unit 1, according to which method: openings 31 for receiving electrically insulating heat dissipation bodies 20 of light-emitting diodes 2 are punched into a circuit board 3 having printed conductors 34 and centring holes for receiving centring pins are drilled; a metallic base 5 is structured by means of deep etching such that contact domes 51 for the heat dissipation bodies 20 of the light-emitting diodes 2 protrude at the positions of the openings 31 in the circuit board 3; the centring pins are mounted on the upper side of the metallic base 5; the circuit board 3 is pushed onto the metallic base 5 and the circuit board 3 is pressed together with the metallic base 5; and the contact surfaces on the heat dissipation bodies 20 of the light-emitting diodes 2 are soldered onto the contact domes 51.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Lichterzeugungseinheit Method for producing a light generating unit

Beschreibung description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Lichterzeugungseinheit und eine nach dem Verfahren hergestellte Lichterzeugungseinheit. The invention relates to a method for producing a light-generating unit and to a light-generating unit produced by the method.

Aus der DE 10 2005 059 198 A1 ist eine Lichterzeugungseinheit für eine Flächenleuchte bekannt, die aus mehreren Leuchtdioden mit einer Kühlfläche und Anschlussleitungen, einer Metallkern-Leiterplatte mit Leitungszügen und einem Kühlkörper besteht. Unterhalb der Leuchtdioden weist die Leiterplatte Durchbrüche auf, durch die domartige Finger des auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte angeordneten Kühlkörpers ragen und mit den Kühlflächen der Leuchtdioden thermisch verbunden sind. Die von den Leuchtdioden abgegebene Wärme wird somit über die Kühlfläche und die domartigen Finger des Kühlkörpers an Kühlrippen weitergeleitet, die die von den Leuchtdioden abgegebene Wärme an die Umgebung abstrahlen. Bei erforderlicher elektrischer Isolierung, insbesondere einer leitenden Verbindung der Kühlflächen der Leuchtdioden mit der Anode oder Katode der Leuchtdioden wird eine Schicht aus elektrisch isolierendem, aber gut Wärme leitenden Material zwischen der Leiterplatte und dem Kühlkörper oder zwischen den Leuchtdioden und der Leiterplatte, insbesondere zwischen den Kühlflächen der Leuchtdioden und den durch die Durchbrüche ragenden domartigen Fingern des Kühlkörpers vorgesehen. From DE 10 2005 059 198 A1 a light generating unit for a surface light is known, which consists of several light emitting diodes with a cooling surface and connecting lines, a metal core printed circuit board with cable runs and a heat sink. Below the light-emitting diodes, the printed circuit board on breakthroughs, protrude through the dome-like fingers of the arranged on the opposite side of the circuit board heat sink and are thermally connected to the cooling surfaces of the light-emitting diodes. The heat emitted by the LEDs heat is thus forwarded via the cooling surface and the dome-like fingers of the heat sink to cooling fins, which emit the heat emitted by the LEDs heat to the environment. When required electrical insulation, in particular a conductive connection of the cooling surfaces of the light emitting diodes with the anode or cathode of the LEDs, a layer of electrically insulating, but good heat conducting material between the circuit board and the heat sink or between the light emitting diodes and the circuit board, in particular between the cooling surfaces the light emitting diodes and projecting through the openings dome-like fingers of the heat sink provided.

Lichterzeugungseinheiten großer Leistung, wie beispielsweise Scheinwerfer, sind mit einer erheblichen thermischen Belastung der Komponenten der Lichterzeugungseinheit verbunden. Wegen der hohen thermischen Belastung werden daher als Leiterplatten zur Herstellung der elektrischen Verbindungen der Leuchtdioden spezielle Leiterplatten wie Metallkern-Leiterplatten eingesetzt, die einseitig angeordnete Leitungszüge für die elektrische Verbindung mit den Leuchtdioden aufweisen. Diese mit einem Aluminiumoder Kupferkern versehenen Leiterplatten sind teuer und können sich bei hoher thermischer Belastung werfen, so dass die Gefahr einer Unterbrechung der Verbindung der Anschlusselektroden der Leuchtdioden mit den Leitungszügen und damit eines Ausfalls der Lichterzeugungseinheit besteht. Aus der DE 20 2010 005 819 U1 ist eine Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs mit mindestens einer Leuchtdiode bekannt, die auf einem Wärmeleitkörper oder Heatslug angeordnet ist, der mit einem Kühlkörper verbunden ist. Der Wärmeleitkörper weist auf seiner zum Kühlkörper zeigenden Seite eine Aussparung auf, die einen Zapfen des Kühlkörpers aufnimmt, wobei die Aussparung und der Zapfen derart ausgebildet sind, dass in einem deaktivierten Betriebszustand der Beleuchtungseinrichtung die Aussparung den Zapfen passgenau aufnehmen kann. High power light generating units, such as headlights, are associated with significant thermal stress on the components of the light generating unit. Because of the high thermal load, therefore, special circuit boards such as metal core printed circuit boards are used as printed circuit boards for producing the electrical connections of the light emitting diodes, which have unilaterally arranged cable runs for electrical connection to the light emitting diodes. These printed circuit boards, which are provided with an aluminum or copper core, are expensive and can be of high quality throw thermal load, so that there is a risk of interrupting the connection of the terminal electrodes of the light emitting diodes with the line trains and thus a failure of the light generating unit. From DE 20 2010 005 819 U1 a lighting device of a motor vehicle with at least one light-emitting diode is known, which is arranged on a heat-conducting body or Heatslug, which is connected to a heat sink. The heat-conducting body has on its side facing the heat sink side a recess which receives a pin of the heat sink, wherein the recess and the pin are formed such that in a deactivated operating state of the lighting device, the recess can receive the pin accurately.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem eine Lichterzeugungseinheit (Light engine) aus einem festen Verbund mehrerer Leuchtdioden, einer Leiterplatte für die elektrische Verbindung der Leuchtdioden mit einer Spannungsquelle und/oder Steuereinrichtung und einer metallischen Basis zur Wärmeabfuhr mit geringem Aufwand bei optimaler thermischer Verbindung der Leuchtdioden und der metallischen Basis sowie optimaler elektrischer Verbindung der Leuchtdioden mit den Leiterbahnen der Leiterplatte herstellbar ist. The present invention has for its object to provide a method of the type mentioned, with a light generating unit (light engine) of a solid composite of several light emitting diodes, a circuit board for the electrical connection of the LEDs with a voltage source and / or control device and a metallic base for heat dissipation with little effort with optimum thermal connection of the LEDs and the metallic base and optimum electrical connection of the LEDs with the tracks of the circuit board can be produced.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved with the features of claim 1.

Die erfindungsgemäße Lösung stellt ein Verfahren zur Herstellung einer Lichterzeugungseinheit aus einem festen Verbund mehrerer Leuchtdioden, einer Leiterplatte für die elektrische Verbindung der Leuchtdioden mit einer Spannungsquelle und/oder Steuereinrichtung und einer metallischen Basis zur Wärmeabfuhr bereit, das sich durch einen geringen Herstellungs- und Materialaufwand und eine optimale thermische Verbindung der Leuchtdioden und der metallischen Basis sowie optimaler elektrischer Verbindung der Leuchtdioden mit den Leiterbahnen der Leiterplatte auszeichnet. The solution according to the invention provides a method for producing a light generating unit from a solid composite of a plurality of light emitting diodes, a printed circuit board for the electrical connection of the light emitting diodes with a voltage source and / or control device and a metallic base for heat dissipation, which is characterized by a low manufacturing and material costs and an optimal thermal connection of the light-emitting diodes and the metallic base as well as optimum electrical connection of the light-emitting diodes with the conductor tracks of the printed circuit board is characterized.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Lichterzeugungseinheit mit mehreren Leuchtdioden werden in eine ein- oder mehrlagige Leiterplatte mit Leitungsbahnen zur elektrischen Verbindung der Leuchtdioden mit einer Spannungsquelle und/oder Steuereinrichtung Durchbrüche zur Aufnahme von elektrisch isolierenden Wärmeableitelementen (Heatslugs) mit einer ebenen Kontaktfläche der Leuchtdioden gestanzt oder gefräst und Zentrierlöcher zur Aufnahme vonIn the inventive method for producing a light generating unit with a plurality of light-emitting diodes be punched or milled into a single or multilayer printed circuit board with conductor paths for electrical connection of the light emitting diodes with a voltage source and / or control device breakthroughs for receiving electrically insulating Wärmeableitelementen (Heatslugs) with a flat contact surface of the LEDs and centering holes for receiving

Zentrierstiften gebohrt, Drilled centering pins,

wird eine metallische Basis mittels Tiefenätzen derart strukturiert, dass an den Orten der Durchbrüche der Leiterplatte Auflagedome mit einer ebenen Auflagefläche zur Aufnahme der ebenen Kontaktflächen der Wärmeableitkörper der Leuchtdioden von der der Leiterplatte zugewandten Oberseite der metallischen Basis abstehen, werden die Zentrierstifte auf der der Leiterplatte zugewandten Oberseite der metallischen Basis angebracht, a metallic base is structured by means of depth etching such that project at the locations of the openings of the circuit board support domes with a flat support surface for receiving the flat contact surfaces of the heat dissipation of the light emitting diodes of the circuit board facing top of the metallic base, the centering pins are facing on the circuit board Top of the metallic base attached,

wird die Leiterplatte mit den Zentrierlöchern auf die Zentrierstifte der metallischen Basis aufgesteckt, the circuit board with the centering holes is attached to the centering pins of the metallic base,

- wird die Leiterplatte mit der metallischen Basis verpresst und - The circuit board is pressed with the metallic base and

werden die ebenen Kontaktflächen der elektrisch isolierenden Wärmeableitkörper der Leuchtdioden auf die Auflagedome aufgelötet. The planar contact surfaces of the electrically insulating Wärmeableitkörper the LEDs are soldered to the support domes.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht den Einsatz einer kostengünstigen Leiterplatte aus kostengünstigem Material wie FR3, FR4 oder CEM-3 in Standardtechnik und eine günstige Herstellung des Kühlkörpers als Alugussteil mit guter Wärmeleitfähigkeit. Durch den Einsatz von Leuchtdioden mit Heatslug können die Leuchtdioden direkt metallisch ohne Isolierung mit dem Kühlkörper oder der Rückwand eines die Lichterzeugungseinheit aufnehmenden Gehäuses verbunden werden. The solution according to the invention enables the use of a cost-effective printed circuit board made of cost-effective material such as FR3, FR4 or CEM-3 in standard technology and a favorable production of the heat sink as Alugussteil with good thermal conductivity. Through the use of light emitting diodes with Heatslug the light emitting diodes can be connected directly metallic without insulation to the heat sink or the rear wall of a light generating unit receiving housing.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens sind den Unteransprüchen 2 bis 1 1 zu entnehmen. Advantageous embodiments of the manufacturing method according to the invention can be found in the dependent claims 2 to 1 1.

Beim Verpressen der Leiterplatte mit der metallischen Basis kann der Presssitz über die Zentrierstifte oder spezielle Haltestifte sowie durch eine Kombination dieser Stifte hergestellt werden und einerseits eine flache Auflagefläche für die Kontaktflächen der Leuchtdioden gebildet und andererseits ein Luftspalt zwischen der Unterseite der Leiterplatte und der Oberseite der metallischen Basis zum Toleranzausgleich vorgesehen werden. Daraus ergibt sich bei einfacher Bestückung der Leiterplatte mit Leuchtdioden die Voraussetzung für ein zweiseitiges Layout der Leiterplatte und die Verwendung des Zwischenraums für die Anordnung von Bauelementen der Lichterzeugungseinheit bei der Verwendung von zwei- oder mehrlagigen Leiterplatten. When pressing the circuit board with the metallic base of the interference fit on the centering pins or special retaining pins and a combination of these pins can be prepared and on the one hand formed a flat contact surface for the contact surfaces of the LEDs and on the other hand, an air gap between the underside of the circuit board and the top of the metallic Base be provided for tolerance compensation. This results in a simple assembly of the circuit board with light emitting diodes, the prerequisite for a two-sided layout of the circuit board and the Use of the space for the arrangement of components of the light generating unit when using two- or multi-layer printed circuit boards.

Dabei bilden die Auflagedome einen Anschlag für die Leiterplatte aus, wobei die mit der metallischen Basis verbundene Stifte durch Bohrungen der Leiterplatte gesteckt werden. The support domes form a stop for the circuit board, wherein the pins connected to the metallic base are inserted through holes in the circuit board.

Die als SMD-Bauteile ausgebildeten Leuchtdioden können im Reflow-Lötverfahren auf die plateauförmige Auflagefläche der Auflagedome aufgelötet werden, indem Lötpaste mittels eines Dispensers, mittels Schablonen- bzw. Siebdrucks, mittels Lötformteile oder galvanisch aufgetragen wird. Bei Auftragung der Lötpaste mittels Schablonen- bzw. Siebdruck müssen die Zentrierstifte zuvor gekürzt werden, indem beispielsweise Sollbruchstellen an den Zentrierstiften angebracht werden oder indem die Zentrierstifte aus entsprechenden Aufnahmen für die Zentrierstifte im Kühlkörper herausgenommen werden. The trained as SMD components LEDs can be soldered in the reflow soldering to the plateau bearing surface of the support domes by solder paste by means of a dispenser, by stencil or screen printing, by means of solder preforms or is applied by electroplating. When applying the solder paste by means of stencil or screen printing, the centering pins must first be shortened by, for example, predetermined breaking points being attached to the centering pins or by removing the centering pins from corresponding receptacles for the centering pins in the cooling body.

Alternativ kann die Lichterzeugungseinheit dadurch hergestellt werden, dass als metallische Basis eine Metallplatte, insbesondere eine Kupfer- oder Aluminiumplatte, verwendet wird, die mittels Tiefenätzen derart strukturiert wird, dass entsprechend der Anzahl und Anordnung von Ausnehmungen in der Leiterplatte unter den Wärmeableitelementen der Leuchtdiode Auflagedome von der Metallplatte abstehen. Anschließend wird die Leiterplatte mit der Metallplatte mittels Prepreg in einer Multilayerpresse verpresst und die Pressverbindung der Leiterplatte mit dem Prepreg und der Metallplatte mit Zinn als Lötoberfläche beschichtet. Eine nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren hergestellte Lichterzeugungseinheit besteht aus mehreren Leuchtdioden, einer Leiterplatte mit einem Durchbruch unterhalb jeder Leuchtdiode und Leitungsbahnen zur elektrischen Verbindung der Leuchtdioden mit einer Spannungsquelle und/oder Steuereinrichtung und aus einer metallischen Basis, die mit Auflagedomen in die Durchbrüche eingesetzt und mit einer Kontaktfläche der Leuchtdioden verbunden ist, wobei die Leuchtdioden einen elektrisch isolierenden Wärmeleitkörper (Heatslug) aufweisen, der unmittelbar mit einer plateauförmigen Auflagefläche der Auflagedome der metallischen Basis verbunden ist. Alternatively, the light generating unit can be produced by using as metallic base a metal plate, in particular a copper or aluminum plate, which is structured by means of depth etching such that, according to the number and arrangement of recesses in the printed circuit board under the heat dissipation elements of the light emitting diode stand out of the metal plate. Subsequently, the circuit board is pressed with the metal plate by means of prepreg in a multilayer press and coated the press connection of the circuit board with the prepreg and the metal plate with tin as a soldering surface. A light generating unit produced by the manufacturing method according to the invention consists of a plurality of light emitting diodes, a printed circuit board with a breakthrough below each light emitting diode and conduction paths for electrically connecting the light emitting diodes with a voltage source and / or control device and a metallic base used with Auflagedomen in the openings and with a Contact surface of the light emitting diodes is connected, wherein the light emitting diodes have an electrically insulating heat conducting body (Heatslug), which is directly connected to a plateau-shaped bearing surface of the support domes of the metallic base.

Bei der erfindungsgemäßen Lichterzeugungseinheit könne die Leuchtdioden direkt metallisch ohne Isolierung mit dem Kühlkörper oder der Rückwand eines die Lichterzeugungseinheit aufnehmenden Gehäuses verbunden und eine kostengünstige Leiterplatte in Standardtechnik eingesetzt werden. In the light generating unit according to the invention, the LEDs could directly metallic without insulation with the heat sink or the rear wall of a Light generating unit receiving housing connected and an inexpensive circuit board in standard technology can be used.

Vorteilhafte, weiterführende Merkmale der nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren hergestellten Lichterzeugungseinheit sind den Merkmalen der Patentansprüche 13 bis 21 zu entnehmen. Advantageous, further features of the light generation unit produced by the production method according to the invention can be found in the features of claims 13 to 21.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Lichterzeugungseinheit mit mehreren Leuchtdioden sowie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Lichterzeugungseinheiten werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen: eine perspektivische Darstellung einer Leiterplatte mit Ausstanzungen bzw. Fräsungen und Zentrierlöchern; eine perspektivische Darstellung eines Kühlkörpers mit plateauförmigen Auflagedomen und Zentrierstiften; eine perspektivische Darstellung des Kühlkörpers gemäß Fig. 2 mit auf den Auflageflächen der plateauförmigen Auflagedome aufgebrachter lötfähiger Beschichtung; eine perspektivische Darstellung des mit der Leiterplatte verpressten Kühlkörpers; eine perspektivische Darstellung der mit der Leiterplatte und dem Kühlkörper verbundenen Leuchtdioden und The inventive method for producing a light generating unit with a plurality of light-emitting diodes and light generating units produced by the method according to the invention are explained in more detail below with reference to embodiments with reference to the figures of the drawing. Shown here are: a perspective view of a printed circuit board with punched holes or milling and centering holes; a perspective view of a heat sink with plateau-shaped Auflagedomen and centering pins; a perspective view of the heat sink according to Figure 2 with applied on the bearing surfaces of the plateau-shaped Auflagedome solderable coating. a perspective view of the pressed with the circuit board heatsink; a perspective view of the light-emitting diodes connected to the circuit board and the heat sink and

Fig. 6 einen Längsschnitt durch einen Teil einer Lichterzeugungseinheit mit einer plattenförmigen metallischen Basis, einer mittels Prepreg mit der metallischenFig. 6 is a longitudinal section through part of a light generating unit with a plate-shaped metallic base, one by means of prepreg with the metallic

Basis verpressten Leiterplatte und einer über einen Durchbruch der Leiterplatte aufgesetzten und mit einem durch den Durchbruch ragenden plateauförmigen Auflagedom der metallischen Basis verbundenen Leuchtdiode. Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Leiterplatte 3 für eine Lichterzeugungseinheit mit mehreren Leuchtdioden. Die standardisierte ein- oder mehrlagige Leiterplatte 3 für die Verdrahtung der Leuchtdioden bzw. Lichterzeugungseinheit besteht aus einem kostengünstigen Material wie FR3, FR4, CEM-3 und weist auf ihrer Oberseite 30 angeordnete Leitungsbahnen bzw. Leitungszüge 34 zur Verbindung von auf der Leiterplatte 3 anzuordnenden Leuchtdioden mit einer Spannungsquelle bzw. einer Steuereinrichtung und mehrere - in diesem Ausführungsbeispiel vier - Durchbrüche 31 sowie zwei diametral zueinander angeordnete Zentrierlöcher 32, 33 auf. Die Leitungsbahnen 34 aus einem elektrisch leitfähigen Material wie Kupfer werden in üblicher Weise auf die Oberseite 30 der Leiterplatte 3 aufgebracht und die rechteckförmigen bzw. quadratischen Durchbrüche 31 ausgestanzt bzw. ausgefräst. Die Zentrierlöcher 32, 33 dienen der Vorzentrierung bei der Verbindung der Leiterplatte 3 mit einem Kühlkörper und werden durch die Leiterplatte 3 hindurchgebohrt. Base pressed printed circuit board and a mounted on a breakthrough of the circuit board and connected to a projecting through the breakthrough plateau-shaped Auflagedom the metallic base LED. Fig. 1 shows a perspective view of a printed circuit board 3 for a light generating unit with a plurality of light-emitting diodes. The standardized single or multilayer printed circuit board 3 for the wiring of the light-emitting diodes or light generating unit consists of a cost-effective material such as FR3, FR4, CEM-3 and has on its upper side 30 arranged conductor tracks or cable runs 34 for connecting to be arranged on the circuit board 3 light-emitting diodes with a voltage source or a control device and a plurality of - in this embodiment four - apertures 31 and two diametrically opposed centering holes 32, 33 on. The conductor tracks 34 made of an electrically conductive material such as copper are applied in a conventional manner on the top 30 of the circuit board 3 and the rectangular or square openings 31 punched or milled. The centering holes 32, 33 are used for pre-centering in the connection of the printed circuit board 3 with a heat sink and are drilled through the printed circuit board 3.

Die Durchbrüche 31 befinden sich an den Stellen auf der Leiterplatte 3, an denen in einem späteren Verfahrensschritt die Leuchtdioden angeordnet und mit einer Kontaktfläche mit durch die Durchbrüche 31 ragende Auflagedomen zur Wärmeabfuhr verbunden werden, während die Elektroden der Leuchtdioden mit den Leitungsbahnen 34 verlötet werden. The apertures 31 are located at the locations on the printed circuit board 3 at which the light-emitting diodes are arranged in a later process step and connected to a contact surface with support domes protruding through the apertures 31 for heat dissipation, while the electrodes of the light-emitting diodes are soldered to the conductor tracks 34.

Als Leuchtdioden 3 werden bevorzugt oberflächenmontierte Bauelemente (SMD - surface-mounted device) eingesetzt, die im Gegensatz zu den mit Anschlußdrähten versehenen Bauelementen, bei denen die Anschlussdrähte durch Bestückungslöcher geführt und auf der Rückseite einer Leiterplatte verlötet werden, keine Drahtanschlüsse aufweisen, sondern mittels lötfähiger Anschlussflächen direkt auf die Leiterplatte 3 zur Bildung einer Flachbaugruppe in Oberflächen-Montagetechnik aufgelötet werden. Dadurch wird der Platzbedarf der Leuchtdioden verringert und die Herstellung der Lichterzeugungseinheiten wesentlich kostengünstiger. As light-emitting diodes 3 surface-mounted devices (SMD - surface-mounted device) are preferably used, in contrast to the wires provided with leads, in which the leads are passed through mounting holes and soldered to the back of a circuit board, have no wire connections, but by means of solderable Pads are soldered directly to the circuit board 3 to form a printed circuit board in surface mounting technology. As a result, the space required by the light-emitting diodes is reduced and the production of the light-generating units is much more cost-effective.

Fig. 2 zeigt ebenfalls in einer perspektivischen Darstellung einen Kühlkörper 4 der Lichterzeugungseinheit, der eine ebene Oberseite 40 sowie Kühlrippen 45 aufweist und beispielsweise aus Aluminium-Druckguss besteht. Von der Oberseite 40 des Kühlkörpers 4 stehen vier Auflagedome 41 mit ebener, plateauförmiger Auflagefläche 42 sowie zwei diametral zueinander angeordnete Zentrierstifte 43, 44 ab. Die Zentrierstifte 43, 44 können wahlweise in Aufnahmebohrungen des Kühlkörpers 4 eingesetzt oder einstückig von der Oberseite 40 des Kühlkörpers 4 abstehend ausgebildet sein. Die Auflagedome 41 werden durch entsprechende Ausnehmungen in einer Druckgussform oder durch Tiefenätzen aus der Oberseite 40 an den Orten herausgeformt, so dass sie unterhalb der Wärmeableitelemente der Leuchtdioden stehen bleiben. Fig. 2 also shows a perspective view of a heat sink 4 of the light generating unit, which has a flat top 40 and cooling fins 45 and consists for example of die-cast aluminum. From the top 40 of the heat sink 4 are four support domes 41 with a flat, plateau-shaped bearing surface 42 and two diametrically arranged centering pins 43, 44 from. The centering pins 43, 44 can be used either in receiving holes of the heat sink 4 or integrally formed from the top 40 of the heat sink 4 projecting. The support domes 41 are formed by corresponding recesses in a die casting mold or by deep etching from the top surface 40 at the locations so that they remain below the heat sinks of the light emitting diodes.

Im darauffolgenden, in Fig. 3 schematisch dargestellten Verfahrensschritt werden die ebenen Auflageflächen 42 der Auflagedome 41 des Kühlkörpers 4 mit einem lötfähigen Material 6, insbesondere mit Zinn, beschichtet. In the following step, shown schematically in FIG. 3, the planar support surfaces 42 of the support domes 41 of the heat sink 4 are coated with a solderable material 6, in particular with tin.

Im anschließenden Verfahrensschritt wird entsprechend der perspektivischen Darstellung der Fig. 4 der Kühlkörper 4 mit der Leiterplatte 3 verpresst, wobei die Auflagedome 41 als Anschlag wirken, so dass sich eine durchgehend flache Auflagefläche aus den ebenen Auflageflächen 42 der Auflagedome 41 und der Oberseite 30 der Leiterplatte 3 für die Wärmeableitkörper (Heatslug) der Leuchtdioden ergibt. In the subsequent method step, according to the perspective view of Fig. 4, the heat sink 4 is pressed with the circuit board 3, wherein the support domes 41 act as a stop, so that a continuous flat support surface of the flat bearing surfaces 42 of the support domes 41 and the top 30 of the circuit board 3 for the Wärmeableitkörper (Heatslug) of the LEDs results.

Der Presssitz zwischen der Leiterplatte 3 und dem Kühlkörper 4 kann über zusätzlich angebrachte Stifte, die Zentrierstifte 43, 44 des Kühlkörpers 4, mittels spezieller Haltestifte oder einer Kombination aus diesen drei Verbindungsarten hergestellt werden. The press fit between the printed circuit board 3 and the heat sink 4 can be made via additionally mounted pins, the centering pins 43, 44 of the heat sink 4, by means of special retaining pins or a combination of these three types of connection.

Wie der Darstellung gemäß Fig. 4 zu entnehmen ist, ergibt sich beim Verpressen der Leiterplatte 3 mit dem Kühlkörper 4 zwischen der Unterseite 35 der Leiterplatte 3 und der Oberseite 40 des Kühlkörpers 4 ein Luftspalt 8 zum Toleranzausgleich, der bei zwei- oder mehrlagigen Leiterplatten auch zur Aufnahme von Bauteilen der Lichterzeugungseinheit genutzt werden kann. As can be seen from the illustration according to FIG. 4, when pressing the printed circuit board 3 with the heat sink 4 between the underside 35 of the printed circuit board 3 and the upper side 40 of the heat sink 4 there is an air gap 8 for tolerance compensation, which also occurs in the case of two-layered or multilayer printed circuit boards can be used to hold components of the light generating unit.

Fig. 5 zeigt in perspektivischer Darstellung die vollständige Lichterzeugungseinheit 1 , die durch Auflöten der als SMD-Bauelemente ausgebildeten Leuchtdioden 2 im Reflow- Lötverfahren komplettiert wird. 5 shows a perspective view of the complete light-generating unit 1, which is completed by soldering the light-emitting diodes 2 designed as SMD components in the reflow soldering process.

Hierzu wird vor der Bestückung der Leiterplatte 3 mit den Leuchtdioden 2 Weichlot in Form von Lötpaste auf die Leiterplatte 3 mittels Schablonendruck, Dispenser, durch Lotformteile (Preforms) oder galvanisch aufgetragen. Im darauffolgenden Schritt werden die als SMD-Bauteile ausgebildeten Leuchtdioden 2 bestückt, wobei die Verwendung von Lötpaste den Vorteil aufweist, dass die Lötpaste klebrig ist, so dass die Leuchtdioden bei der Bestückung direkt an der Lötpaste halten und nicht gesondert aufgeklebt werden müssen. Beim nachfolgenden Aufschmelzen des verbleiten Weichlots zentrieren sich die bestückten Leuchtdioden durch die Oberflächenspannung auf den Landepads und setzen sich ab. For this purpose, soft solder in the form of solder paste on the circuit board 3 by means of stencil printing, dispenser, by Lotformteile (preforms) or galvanically applied before the assembly of the circuit board 3 with the light emitting diodes 2. In the subsequent step, designed as SMD components LEDs 2 are equipped, the use of solder paste has the advantage that the solder paste is sticky, so that the LEDs at Keep the assembly directly to the soldering paste and do not have to be glued separately. During the subsequent melting of the leaded soft solder, the populated light-emitting diodes center themselves on the landing pads due to the surface tension and settle.

Beim Auftragen der Lötpaste mittels Schablonen- oder Siebdrucks ist es erforderlich, die Zentrierstifte 43, 44 zuvor zu kürzen, vorzugsweise indem Sollbruchstellen an den Zentrierstiften 43, 44 vorgesehen werden. Alternativ könne die Zentrierstifte 43, 44 herausnehmbar gestaltet werden, indem diese beispielsweise in entsprechende Aufnahmen im Kühlkörper 4 angeordnet werden. When applying the solder paste by means of stencil or screen printing, it is necessary to previously shorten the centering pins 43, 44, preferably by predetermined breaking points on the centering pins 43, 44 are provided. Alternatively, the centering pins 43, 44 may be designed to be removable, by being arranged, for example, in corresponding receptacles in the heat sink 4.

Nach dem Bestücken werden die Leuchtdioden 2 auf die Leiterplatte 3 bzw. Auflagedome 41 aufgelötet, so dass die Wärmeableitkörper der Leuchtdioden 2 eine gut wärmeleitende Verbindung mit den Auflagedomen 51 . Dabei hat sich für die Oberseite 30 der Leiterplatte 3 das Reflow-Lötverfahren durchgesetzt, während SMD-Bauteile auf der Unterseite 35 der Leiterplatte 3 werden aufgeklebt und im Wellen- oder Schwallbad gelötet werden. After equipping the light-emitting diodes 2 are soldered onto the printed circuit board 3 or Auflagedome 41, so that the heat dissipation of the light-emitting diodes 2 a good heat-conducting connection with the Auflagedomen 51st In this case, the reflow soldering process has prevailed for the upper side 30 of the printed circuit board 3, while SMD components are glued on the underside 35 of the printed circuit board 3 and soldered in the wave or wave bath.

Die fertig gestellte Lichterzeugungseinheit 1 wird anschließend in dem Gehäuse eines Scheinwerfers oder einer Flächenleuchte angeordnet und mit entsprechenden optischen Elementen wie Reflektoren, Linsen und dergleichen kombiniert. The completed light generating unit 1 is then placed in the housing of a headlamp or a surface light and combined with corresponding optical elements such as reflectors, lenses and the like.

Fig. 6 zeigt einen Längsschnitt durch eine nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren hergestellte alternative Lichterzeugungseinheit, bei der anstelle eines Kühlkörpers 4 als metallische Basis eine plattenförmige Metallbasis 5 aus Kupfer oder Aluminium verwendet wird. 6 shows a longitudinal section through an alternative light-generating unit produced according to the manufacturing method according to the invention, in which, instead of a heat sink 4 as a metallic base, a plate-shaped metal base 5 made of copper or aluminum is used.

Die Auflagedome 51 mit ebener Auflagefläche 52 werden durch Tiefenätzung hergestellt und ragen entsprechend dem in den Fig. 1 bis 5 vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel einer Lichterzeugungseinrichtung durch Durchbrüche 31 einer ein- oder doppelseitigen Leiterplatte 3 hindurch und schließen mit ihrer ebenen Auflagefläche 52 bündig mit der Oberseite 30 der Leiterplatte 3 ab. Zwischen der Unterseite 35 der Leiterplatte 3 und der Oberseite der Metallbasis 5 ist Prepreg 7 angeordnet und wird als Zwischenlage zwischen der Leiterplatte 3 und der Metallbasis 5 beispielsweise in einer Multilayerpresse verpresst. Prepreg bezeichnet ein Halbzeug, das aus Endlosfasern und einer ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix besteht und maschinell verarbeitbar ist, so dass sich eine gleichmäßige und hohe Qualität ergibt. The support domes 51 with a flat contact surface 52 are produced by deep etching and protrude through apertures 31 of a single- or double-sided printed circuit board 3 in accordance with the exemplary embodiment of a light-generating device described above in FIGS. 1 to 5 and close flush with the upper side 30 with their flat support surface 52 the circuit board 3 from. Between the bottom 35 of the circuit board 3 and the top of the metal base 5 is prepreg 7 is arranged and is pressed as an intermediate layer between the circuit board 3 and the metal base 5, for example in a multilayer press. Prepreg refers to a semi-finished product which consists of continuous fibers and an uncured thermosetting plastic matrix and is machine-processable, so that a uniform and high quality results.

Auf die ebenen Auflageflächen 52 und angrenzenden Flächenbereiche der Oberseite 30 der Leiterplatte 3 werden die als SMD-Bauteile ausgebildeten Leuchtdioden 2 aufgesetzt, so dass der Wärmeableitkörper 20 der Leuchtdioden 2 eine gut wärmeleitende Verbindung mit den Auflagedomen 51 eingeht, wenn im abschließenden Verfahrensschritt die Leuchtdioden 2 beispielsweise durch Anwendung des vorstehend beschriebenen Reflow- Lötverfahrens mit der Leiterplatte 3 und der Metallbasis 5 verbunden werden, nachdem Lötpaste aufgebracht wurde. On the flat bearing surfaces 52 and adjacent surface areas of the upper surface 30 of the circuit board 3 formed as SMD components LEDs 2 are placed so that the Wärmeableitkörper 20 of the LEDs 2 enters a good heat conducting connection with the Auflagedomen 51, if in the final process step, the light emitting diodes. 2 For example, by applying the above-described reflow soldering to the circuit board 3 and the metal base 5 after solder paste has been applied.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

1 Lichterzeugungseinheit1 light generating unit

2 Leuchtdioden 2 LEDs

3 Leiterplatte 3 circuit board

4 Kühlkörper 4 heatsinks

5 plattenförmige Metallbasis 5 plate-shaped metal base

6 lötfähiges Material (Zinn)6 solderable material (tin)

7 Prepreg 7 prepreg

8 Luftspalt 8 air gap

20 Wärmeableitkörper 20 Wärmeableitkörper

30 Oberseite der Leiterplatte30 top of the circuit board

31 Durchbrüche 31 breakthroughs

32, 33 Zentrierlöcher 32, 33 centering holes

34 Leitungsbahnen 34 tracks

35 Unterseite der Leiterplatte 35 Bottom of the PCB

40 Oberseite des Kühlkörpers40 top of the heat sink

41 Auflagedome 41 support domes

42 ebene Auflagefläche 42 level bearing surface

43, 44 Zentrierstifte 43, 44 centering pins

45 Kühlrippen 45 cooling fins

51 Auflagedome 51 support domes

52 ebene Auflagefläche 52 level bearing surface

Claims

Patent claims

1 . Method for producing a light generating unit with several light-emitting diodes, characterized in that

- a single or multi-layer printed circuit board (3) with conductor tracks (34) for electrically connecting the light-emitting diodes (2) to a voltage source and/or control device,

Openings (31) are punched or milled into the circuit board (3) to accommodate electrically insulating heat dissipation elements (heatslug 20) with a flat contact surface of the light-emitting diodes (2) and centering holes (32, 33) are drilled to accommodate centering pins (43, 44). ,

- A metallic base (4, 5) is structured by means of deep etching in such a way that at the locations of the openings (31) of the circuit board (3) there are support domes (41, 51) with a flat support surface (42, 52) for receiving the flat contact surfaces of the Heat dissipation bodies (20) of the light-emitting diodes (2) protrude from the top (40) of the metallic base (4, 5) facing the circuit board (3),

- the centering pins (43, 44) are attached to the top side (40) of the metallic base (4, 5) facing the circuit board (3),

- the circuit board (3) with the centering holes (32, 33) is placed on the centering pins (43, 44) of the metallic base (4, 5),

- the circuit board (3) is pressed with the metallic base (4, 5) and

the flat contact surfaces of the electrically insulating heat dissipation bodies (20) of the light-emitting diodes (2) are soldered onto the support domes (41, 51).

2. The method according to claim 1, characterized in that the flat support surface (42, 52) of the support domes (41, 51) is provided with a coating made of solderable material (6).

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the light-emitting diodes (2) are soldered onto the flat support surface (42, 52) of the support domes (41, 51) using the Ref low soldering process.

Method according to claim 3, characterized in that soldering paste is applied by means of stencil printing or dispensers, by soldering moldings or galvanically.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the circuit board (3) is pressed with the metallic base (4, 5) in such a way that, on the one hand, a flat support surface is created for the contact surfaces or heat dissipation bodies (20) of the light-emitting diodes (2). and on the other hand, the underside (35) of the circuit board (3) is spaced from the top (40) of the metallic base (4, 5).

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the support domes (41, 51) form a stop for the circuit board (3) and that centering pins (43, 44) connected to the metallic base (4, 5) pass through centering holes (32 , 33) of the circuit board (3).

Method according to claim 6, characterized in that the centering pins (43, 44) projecting from the top (40) of the metallic base (4, 5) are inserted into receptacles in the metallic base (4, 5).

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the circuit board (3) is designed as a two- or multi-layer circuit board and that in the space (8) between the underside (35) of the two- or multi-layer circuit board and the top (40) the metallic base (4, 5) components of the light generating unit (1) are arranged.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the metallic base consists of a metal plate (5), in particular a copper or aluminum plate, which is structured by means of deep etching in such a way that, depending on the number and arrangement of openings (31) in the circuit board (3) the metal plate (5) has support domes (51).

Method according to claim 9, characterized in that the circuit board (3) is pressed with the metal plate (5) using prepreg (7).

Method according to claim 9 or 10, characterized in that the press connection of the circuit board (3) with the prepreg (7) and the metal plate (5) is coated with tin as a soldering surface.

12. Light generating unit with several light-emitting diodes, a circuit board with an opening below each light-emitting diode and conductor tracks for electrically connecting the light-emitting diodes to a voltage source and / or control device and with a metallic base which is inserted into the openings with support domes and is connected to a contact surface of the light-emitting diodes , characterized in that the light-emitting diodes (2) have an electrically insulating heat-conducting body (20) which is connected directly to a flat support surface (42) of the support domes (41) of the metallic base (4, 5).

13. Light generating unit according to claim 12, characterized in that the circuit board (3) is pressed with the metallic base (4, 5) in such a way that, on the one hand a flat support surface for the light-emitting diodes (2) is created and, on the other hand, the underside (35) of the circuit board (3) is spaced from the top (40) of the metallic base (4, 5).

Light generating unit according to claim 12 or 13, characterized in that the support domes (41) form stops for the circuit board (3) and centering pins (43, 44) connected to the metallic base (4, 5) through centering holes (32, 33) in the circuit board (3) are plugged in.

Light generating unit according to claim 14, characterized in that the centering pins (43, 44) are inserted into receptacles in the metallic base (4, 5).

Light generating unit according to at least one of the preceding claims 12 to 15, characterized in that the metallic base is designed as a heat sink (4) with cooling fins (45) projecting from the underside facing away from the circuit board (3).

Light generating unit according to at least one of the preceding claims 12 to 16, characterized in that the circuit board (3) is designed as a two- or multi-layer circuit board.

Light generating unit according to claim 17, characterized in that components of the light generating unit (1) are arranged in the space (8) between the two- or multi-layer circuit board (3) and the top (40) of the metallic base (4, 5).

Light generating unit according to at least one of the preceding claims 12 to 18, characterized in that the metallic base consists of a metal plate (5), in particular a copper or aluminum plate, which means Deep etching is structured in such a way that the metal plate (5) has support domes (51) in accordance with the number and arrangement of openings (31) in the circuit board (3).

Light generating unit according to claim 19, characterized in that the circuit board (3) is pressed with the metal plate (5) by means of prepreg (7).

Light generating unit according to claim 19 or 20, characterized in that the press connection of the circuit board (3) with the prepreg (7) and the metal plate (5) is coated with tin as a soldering surface.