专利名称：光电发光模块和汽车大灯的制作方法
光电发光模块和汽车大灯技术领域
说明了一种光电发光模块。此外，还说明了一种具有这种发光模块的汽车大灯。
技术背景
在出版物US 2008/0008427 Al中说明了一种发光模块和一种用于车辆的照明模块。发明内容
要解决的技术问题在于给出一种发光模块，该发光模块可以有效地散热。
根据光电发光模块的至少一个实施形式，该发光模块包含印刷电路板。印刷电路 板例如是金属芯电路板或是具有尤其基于环氧树脂的芯的电路板，在芯上施加有金属层， 其中金属层可以结构化成印制导线并且可以被另一介电层至少局部遮盖。同样可能的是， 印刷电路板是注塑的电路承载体，英语为Molded Interconnect Device (模塑互连器件) 或缩写为MID。
根据发光模块的至少一个实施形式，印刷电路板被开口完全贯通。换言之，开口从 印刷电路板上侧伸到与该印刷电路板上侧对置的印刷电路板下侧。开口尤其是表示，在印 刷电路板中提供贯通部，该贯通部在至少三个侧上、优选在至少四个侧上或四周被印刷电 路板的材料围绕。
根据发光模块的至少一个实施形式，印刷电路板包括至少一个固定装置。固定装 置构建为将发光模块固定在外部冷却体上，该冷却体并不属于发光模块。固定装置例如包 含用于容纳螺钉的容纳部。
根据发光模块的至少一个实施形式，该发光模块包含承载体。承载体由高导热性 的材料构成或优选具有高导热性的材料。例如，承载体的平均比导热率为至少50W/ (mK) 或至少80W/ (mK)或至少120W/ (mK)。承载体安置在印刷电路板的开口中。承载体的主要 部分例如至少50%或至少80%可以在开口中，即在投影到垂直于印刷电路板上侧的平面上 尤其在印刷电路板下侧与印刷电路板上侧之间。
根据发光模块的至少一个实施形式，该发光模块具有至少一个光电半导体芯片， 所述光电半导体芯片安置在承载体的承载体上侧上。半导体芯片优选是发光二极管。发光 二极管尤其构建为用于产生蓝色光、白色光或近红外辐射。光电半导体芯片的半导体层序 列可以基于II1-V族化合物半导体材料，例如基于GaN、InGaN, AlGaN或InAlGaN。
根据发光模块的至少一个实施形式，半导体芯片通过承载体与印刷电路板电连 接。换言之，半导体芯片与印刷电路板并不直接电接触，而是仅间接通过承载体电接触。例 如，在承载体上有用于接触半导体芯片的印制导线，印制导线通过连接装置与印刷电路板 上的印制导线接触。
根据发光模块的至少一个实施形式，印刷电路板与承载体以机械方式牢固连接。 这可以表示，在发光模块按规定使用中印刷电路板并不与承载体分割，或相反。发光模块尤其是可作为唯一的连贯单元操作。优选地，印刷电路板和承载体彼此牢固连接，使得在例如安装在外部冷却体上时印刷电路板相对于承载体在横向方向上没有显著相对移动。这样的移动优选为最闻250 u m或最闻100 u m。
根据发光模块的至少一个实施形式，印刷电路板构建为将机械力施加到承载体上并且将承载体按压到外部冷却体上。于是，承载体在安装好的状态中通过印刷电路板按压到冷却体上。尤其是，印刷电路板可以通过固定装置直接牢固安装在冷却体上并且承载体仅间接通过印刷电路板安装在冷却体上。特别优选地，发光模块没有连接装置或没有固定装置，该固定装置构建为将承载体直接以机械方式牢固地与外部冷却体连接。
根据发光模块的至少一个实施形式，承载体构建为用承载体下侧平面地布置在外部冷却体上，其中承载体下侧与带半导体芯片的承载体上侧对置。优选即承载体下侧平坦地构建。并未设置承载体下侧的部分与冷却体的部分的互连或啮合。具体而言，承载体构建为安置在冷却体的平坦形成的上侧上。由此，可以保证承载体在外部冷却体上的大支承面积和良好热耦接。
在光电发光模块的至少一个实施形式中，该发光模块包括印刷电路板，该印刷电路板被开口完全贯通。印刷电路板具有至少一个、优选至少两个或恰好两个固定装置，用于以机械方式将发光模块固定在外部冷却体上。发光模块的承载体安置在开口中。至少一个光电半导体芯片在承载体的承载体上侧上并且通过承载体与印刷电路板电连接。此外，印刷 电路板与承载体以机械方式牢固连接。此外，印刷电路板构建为将机械力施加到承载体上并且将承载体按压到外部冷却体上。承载体构建为用承载体下侧平面地放置在外部冷却体上。
在所描述的发光模块中，承载体尤其设计为平面地并且无连接装置地安置在外部冷却体上。对此可替选地，可能的是，承载体通过连接装置固定在冷却体上，该连接装置在承载体与冷却体之间。
对于承载体合适的具有高导热性的并且与半导体芯片的热膨胀类似的热膨胀的材料例如是陶瓷。陶瓷典型地具有大约SXKT6ITi的热膨胀系数。而冷却体的金属如铝或铜具有在大约15 X IO6IT1到大约25 X IO6IT1范围中的比较大的热膨胀系数。因此，连接装置必须能够补偿热膨胀系数上的差，因为要不然在发光模块多次接通和关断之后承载体会与冷却体脱开。
刚性金属焊料或例如掺入银的环氧树脂作为连接装置通常能够补偿由于在承载体与冷却体之间不同热膨胀系数引起的应力。为此，需要尤其基于硅树脂的比较软的粘合齐U，其例如填充以氮化钡。然而，这样的粘合剂具有2W/ (mK)的量级的比较低的导热性并且还以20 μ m与60 μ m之间的比较大的层厚度涂覆。由于连接装置层的高热阻因此显著地减小发光模块的散热性(Entwjirmbarkeit)。由于在这里所描述的发光模块中承载体可通过印刷电路板直接和无连接装置地按压在冷却体上，所以可以减小冷却体与承载体之间的热阻并且可提高散热性。
根据发光模块的至少一个实施形式，在制造公差的范围中，承载体下侧和印刷电路板下侧分别平面地形成并且彼此平行地取向。
根据发光模块的至少一个实施形式，承载体下侧从安置有承载体的开口伸出。伸出大于O μ m。优选，伸出最高为100 μ m。例如，伸出在10 μ m与100 μ m之间(包括端值)、尤其是在10 μ m与50 μ m之间(包括端值)。承载体下侧优选仅伸出印刷电路板下侧使得发光模块仅安装在外部冷却体上。如果发光模块安装在冷却体上，则印刷电路板下侧和承载体下侧优选在共同的平面中延伸，冷却体上侧也可以在该平面中。
根据光电发光模块的至少一个实施形式，印刷电路板构建为以在5N与100N之间 (包括端值)、尤其在15N与80N之间(包括端值)或在40N与80N之间(包括端值)的机械力将承载体按压到外部冷却体上。可替选地或附加地，印刷电路板构建为以在O. 2MPa与20MPa 之间(包括端值)、优选在O. 25MPa与5MPa之间(包括端值)的平均压力将承载体下侧按压到冷却体上侧上。
根据发光模块的至少一个实施形式，该发光模块具有至少两个固定舌簧。固定舌簧在印刷电路板上侧的延长部分中伸展并且在俯视图中看，部分覆盖印刷电路板中的开口。固定舌簧优选与承载体上侧以机械方式和/或以电的方式牢固连接。在固定舌簧与承载体之间的连接构建为在发光模块按规定使用中该连接并不脱开。
根据发光模块的至少一个实施形式，固定舌簧构建为将承载体按压到外部冷却体上。换言之，固定舌簧将力沿着垂直于承载体下侧的方向施加到承载体上。
根据发光模块的至少一个实施形式，固定舌簧与印刷电路板被构建成一体。尤其是，在产生印刷电路板中的开口时，并不去除形成固定舌簧并且伸入开口中的确定的材料区域。固定舌簧于是并不是独立地制造并且并非事后安置到印刷电路板上，而是固定舌簧是印刷电路板的组成部分。固定舌簧于是可以与开口同时制造。
根据发光模块的至少一个实施形式，固定舌簧具有可机械弹性形变的材料或由其构成。尤其是，固定舌簧的材料在发光模块按规定使用的整个温度范围之上可弹性形变。
根据发光模块的至少一个实施形式，固定舌簧在垂直于承载体上侧和/或承载体下侧的方向上具有如下弹簧常数，该弹簧常数在50kN/m与5MN/m之间(包括端值)或在 250kN/m与3MN/m之间(包括端值)。换言之，固定舌簧能够在回弹行程较小时实现大的力施加到承载体上。
根据发光模块的至少一个实施形式，固定舌簧的至少一个或所有固定舌簧与半导体芯片电隔离。电接触于是优选与承载体的机械接触分开。
根据发光模块的至少一个实施形式，在印刷电路板与承载体之间沿横向方向的平均距离在150μπι与750μπι之间(包括端值)。印刷电路板以及承载体在横向方向上彼此比较近。
根据发光模块的至少一个实施形式，印刷电路板沿横向方向形状配合地围绕承载体。优选地，印刷电路板沿横向方向在四周完全并且形状配合地围绕承载体。
根据发光模块的至少一个实施形式，印刷电路板的材料的热膨胀系数与承载体的材料的热膨胀系数彼此相差最多四倍，优选彼此相差最多三倍。由于膨胀系数相似，可以减小发光模块的热负荷。
根据发光模块的至少一个实施形式，承载体的材料在400Κ的温度下比以机械方式承载印刷电路板的材料更为脆。例如，承载体具有陶瓷材料或由陶瓷材料构成。陶瓷是比较脆的材料，其只能以比较高的开销进行机械加工。印刷电路板的承载性的、脆性较低的材料优选金属或金属合金更容易加工。尤其是，固定装置在印刷电路板中比在承载体中可以以更低的开销形成。
根据发光模块的至少一个实施形式，承载体下侧具有最高10 μ m、尤其是最高 5μπι或最高2μπι的平均粗糙度。换言之，承载体下侧比较平滑。平均粗糙度也称作Ra。
此外，说明了一种汽车大灯。汽车大灯包含至少一个光电发光模块，如结合上述实施例中的一个或多个所描述的那样。汽车大灯的特征因此相对于光电发光模块也被公开， 反之亦然。
在汽车大灯的至少一个实施形式中，该汽车大灯包含至少一个冷却体，其中发光模块固定在冷却体的冷却体上侧上，并且尤其承载体下侧通过印刷电路板按压到冷却体上侧上。
以下参照附图借助实施例更为详细此阐述了在此所描述的光电发光模块以及在此所描述的汽车大灯。相同的参考在此说明了各个图中的相同元件。然而在此并未示出合乎比例的关系，更确切地说为了更好的理解而以夸大的方式示出了各元件。
其中图1至图4示出了在此所描述的光电发光模块的实施例的示意图，以及图5示出了发光模块的变型方案的示意图。
具体实施方式
在图1中阐明了发光模块I的一个实施例，参见图1A中的示意性俯视图以及在图1B以及IC中的示意性透视剖面图。
印刷电路板3具有开口 2。在开口 2中安置有承载体4。在承载体4的承载体上侧40上有光电半导体芯片5。在承载体4与印刷电路板3之间的机械连接通过固定舌簧7 来建立。在印刷电路板3的印制导线10以及承载体4之间的电连接通过电桥路9来实现， 该电桥路9包含接合线，接合线被浇注材料围绕浇注。为了将发光模块I固定在未示出的不属于发光模块I的外部冷却体上，印刷电路板3具有固定装置6，该固定装置6可以用作针对例如螺钉的引导部，借助螺钉可将发光模块I旋紧到冷却体上。为了电接触发光模块 1，在印刷电路板3的角区域中分别设置焊盘11，焊盘11与印 制导线10电连接。
根据图1的印刷电路板3是印刷的金属芯电路板。固定舌簧7由印刷电路板3的金属芯的材料构成。固定簧片7于是与印刷电路板3被构建成一体。固定舌簧7是机械弹性地并且在发光模块I安装在外部冷却体上时形变，由此机械力施加在承载体4上并且承载体4被压印到未示出的冷却体上。为了能够实现这，与承载体上侧40对置的承载体下侧 45、印刷电路板下侧35沿着垂直于承载体上侧40以及承载体下侧45的方向伸出。
固定舌簧7与半导体芯片5电隔离。例如，固定舌簧7焊接或粘合到承载体上侧 40上。对此可替选地，可能的是，在承载体4以及印刷电路板3之间的机械连接通过电桥路 9的浇注材料实现。
承载体4例如包含如氮化铝或氧化铝的陶瓷或由这样的陶瓷构成。同样可能的是，承载体4包括氮化硅或碳化硅或由此构成，或承载体4由如硅或锗的半导体材料制造。 如果承载体4具有导电材料，则该承载体优选至少局部设置有薄钝化层，例如由氮化硅构成，氮化硅只有可忽略的热阻。
如果发光模块I包括多个半导体芯片5,承载体4的横向尺寸例如在3mmX5mm与5mmX8mm之间(包括端值)，或如果发光模块仅包含唯一的半导体芯片5 (不同于图1中所示)，则承载体4的横向尺寸在ImmX4mm与3mmX 5mm之间(包括端值)。例如,在发光模块I按规定运行时，姆个半导体5形成至少3W的废热。为了有效地导出废热,发光模块I的热阻(算上从半导体层5的产生辐射的有源层到承载体下侧5)最高为2. 0K/W或最高1. 5K/W。固定舌簧7伸入开ロ 2中例如在0.3mm与1. Omm之间(包括端值)。固定舌簧7的厚度例如在0. 2mm与1. Omm之间(包括端值)。印刷电路板3的芯材料(根据图1的固定舌簧7由该芯材料形成)例如是铝或铜。不同于在图1中所示，同样可能的是，电桥路8可替选地或除了接合线之外包括金属带或施加到印刷电路板上侧30以及承载体上侧40上的由介电层和导电层构成的层序列，或由其构成。可选地，在半导体芯片5之后设置有透射辐射的、尤其是透明的盖13。沿着发射方向在该盖13之后优选设置有另一光学装置，在该图中未示出。发光模块I的另ー实施例在根据图2A的示意性俯视图、根据图2B的透视剖面图以及根据图2C的透视俯视图中阐明。根据图2的印刷电路板3同样为金属芯电路板。总共三个固定舌簧7a、7b由印刷电路板3的基于环氧树脂的材料形成，尤其是由FR4形成，该材料遮盖印刷电路板3的金属芯并且印制导线10施加或结构化到该材料上。固定舌簧7a、7b与承载体上侧40上的印制导线焊接在一起。此外，其中两个固定舌簧7a具有电贯通接触部，电贯通接触部将印刷电路板上侧40与承载体上侧40连接。因此，通过固定舌簧7a除了实现机械连接之外附加地实现了承载体4的电接触并且随之出现地实现光电半导体芯片5的电接触。也如根据图1，半导体芯片5电学上串联连接，使得为了接触承载体4总之仅存在借助固定舌簧7b的两个电接触部。通过总共三个固定舌簧7a、7b实现了承载体4在印刷电路板3上的三点承载，由此可以实现了承载体4的特别稳定的保持并且可以实现到固定舌簧7a、7b上的均匀カ分布。不同于所示，如在所有其他实施例中那样也可以存在多于三个的固定舌簧。同样，半导体芯片5可以选择性地也如在所有其他实施例中那样电学上并联连接和/或可単独激励或组合成组地可激励。发光模块I的另ー实施例以透视图在图3中示出。印刷电路板3是注塑电路承载体，縮写MID，其在横向方向上在四周并且完全围绕承载体4。印刷电路板3中的开ロ 2完全通过承载体4以半导体芯片5填满。在根据图3的实施例中，承载体4也伸出印刷电路板3，优选在印刷电路板下侧35处伸出，在图3中不可见。印制导线10以及焊盘11单片地集成到印刷电路板3中。电桥路9通过接合线形成。对此可替选地，电桥路9可以通过连续的导电层形成，导电层直接施加到印刷电路板上侧30上以及施加到承载体上侧40上。在图4A中示出了在安装在图4A中未示出的冷却体之前的发光模块I的另ー实施例。根据图4A，固定舌簧7与印刷电路板3独立地制造并且例如不仅焊接到承载体4上而且焊接到印刷电路板3上。承载体4的电接触同样可以通过固定舌簧7进行。承载体4具有例如在200 iim与Imm之间(包括端值)的厚度D，尤其是具有在300 ii m与700 ii m之间(包括端值)的厚度D，在承载体4与印刷电路板3之间的平均横向距离d例如为大约200 u m。承载体下侧45伸出印刷电路板下侧45的伸出部L优选在10 y m与50 ii m之间(包括端值)，如在所有其他实施例中那样。在图4B中可看到，发光模块I安装到不属于发光模块I的冷却体8上，譬如在汽车大灯中。不仅印刷电路板下侧35而且承载体下侧45平面地放置在冷却体8的平坦的冷却体上侧80上。換言之，根据图4B，伸出部L等于0，因为发光模块I借助固定装置6被压印到冷却体8上。在压印到冷却体8上吋，固定舌簧7经历弹性形变，由此承载体4平面地压印到冷却体上侧80上。通过伸出部L (參见图4A)也可以实现固定舌簧7的预张紧，预张紧在发光模块I安装到冷却体8上时转换成承载体4到冷却体8的机械按压压力。承载体下侧45尽可能平滑地实施，并且仅具有小的平均粗糙度，例如小于10 y m的平均粗糙度，如同冷却体上侧80。在冷却体上侧80与承载体下侧45之间没有诸如焊料或粘合剂的连接装置。冷却体上侧80和承载体下侧45彼此紧挨着放置。发光模块的变型方案以俯视图在图5A中以及以透视图在图5B中可看到。带有半导体芯片5的承载体4在印刷电路板3的开ロ 2’中借助连接装置层12粘合到印刷电路板上侧30上。开ロ 2’并未完全贯通包括比较厚的金属芯的印刷电路板3，使得形成ー种阱(Wanne)，在该阱中安置承载体4。在承载体4与印刷电路板3之间的机械连接基本上仅通过连接装置层12进行。由于在印刷电路板3与承载体4之间有连接装置层12，热阻相比于根据图1至4的实施例被提高。在此所描述的发明并不受所借助的实施例的描述限制。更确切地说，本发明包括任意新特征以及特征的任意组合，这尤其包含权利要求中的特征的任意组合，即使这些特征或组合本身并未明确地在权利要求或实施例中予以说明。本专利申请要求德国专利申请10 2010 033 093. 0的优先权，其公开内容通过引
用结合于此。
权利要求
1.一种光电发光模块(I)，具有 -印刷电路板(3)，所述印刷电路板(3)被开口(2)完全贯通，其中所述印刷电路板(3)包括至少一个固定装置(6)，用于将所述发光模块(I)以机械方式固定在外部冷却体上， -承载体(4)，所述承载体(4)设置在所述开口(2)中， -至少一个光电半导体芯片(5)，所述光电半导体芯片(5)安置在所述承载体(4)的承载体上侧(40)上并且所述光电半导体芯片(5)通过所述承载体(4)与所述印刷电路板(3)电连接， 其中 -所述印刷电路板(3)与所述承载体(4)以机械方式牢固连接， -所述印刷电路板(3)构建为将机械力施加到所述承载体(4)上并且将所述承载体(4)按压到所述外部冷却体上，以及 -所述承载体(4)构建为用所述承载体下侧(45)平面地放置在外部冷却体上。
2.根据上述权利要求所述的光电发光模块(1)， 其中所述承载体下侧(45)和所述印刷电路板下侧(35)平面地形成并且彼此并行地取向，其中所述承载体下侧(45)从所述开口(2)伸出所述印刷电路板下侧(35)最多100 μ m的长度(L)。
3.根据上述权利要求之一所述的光电发光模块(I)， 其中所述印刷电路板(3)构建为，以在5N与100N之间且包括端值的机械力和/或以在O. 2MPa与20MPa之间且包括端值的平均压力将承载体(4)按压到外部冷却体上。
4.根据上述权利要求之一所述的光电发光模块(I)， 所述光电发光模块具有至少两个固定舌簧(7)，其中所述固定舌簧(7)在所述印刷电路板(3)的印刷电路板上侧(30)的延长部分中伸展，至少部分覆盖所述开口(2)并且与所述承载体上侧(40)以机械方式和/或以电的方式连接， 并且其中所述固定舌簧(7)构建为将所述承载体(4)按压到所述外部冷却体上。
5.根据上一权利要求所述的光电发光模块(I)， 其中所述固定簧片(7)与所述印刷电路板(3)被构建成一体。
6.根据权利要求4或5之一所述的光电发光模块(I), 其中所述固定舌簧(7)具有可弹性形变的材料或由可弹性形变的材料构成，其中所述固定舌簧(7)在垂直于承载体上侧(40)的方向上具有在50kN/m与5MN/m之间且包括端值的弹簧常数。
7.根据权利要求4至6之一所述的光电发光模块(I), 其中所述固定舌簧(7)中的至少一个或所有固定舌簧(7)与所述半导体芯片(5)电隔离。
8.根据上述权利要求之一所述的光电发光模块(I)， 其中所述印刷电路板(3)在横向方向上距所述承载体(3)的平均距离(d)在150μπι与750 μ m之间且包括端值。
9.根据上述权利要求之一所述的光电发光模块(I)， 其中所述印刷电路板(3)是注塑电路承载体并且在横向方向上在四周形状配合地围绕所述承载体(4)。
10.根据上述权利要求之一所述的光电发光模块(1)， 其中所述印刷电路板(3)的材料的热膨胀系数与所述承载体(4)的材料的热膨胀系数最多相差四倍。
11.根据上述权利要求之一所述的光电发光模块(I)， 其中所述承载体(4)的材料在400K的温度下比机械地承载所述印刷电路板(3)的材料更脆。
12.根据上述权利要求之一所述的光电发光模块(1)，其中所述承载体(4)具有陶瓷或半导体材料或由陶瓷或半导体材料构成，其中所述承载体(4)的厚度(D)在200μπι与Imm之间且包括端值。
13.根据上述权利要求之一所述的光电发光模块(I)， 其中所述承载体下侧(45)具有最高IOym的平均粗糙度。
14.一种汽车大灯,其具有根据上述权利要求之一所述的至少一个光电发光模块(I)和至少一个冷却体(8)，其中所述发光模块(I)固定在冷却体上侧(80)上。
全文摘要
在光电发光模块(1)的至少一个实施形式中，该发光模块包括印刷电路板(3)，该印刷电路板被开口完全贯通。该印刷电路板具有用于将发光模块(1)以机械方式固定在外部冷却体上的固定装置(6)。发光模块(1)的承载体(4)安置在开口(2)中。至少一个光电半导体芯片(5)位于承载体上侧(40)，通过承载体(4)与印刷电路板(3)电连接。此外，印刷电路板(3)与承载体(4)以机械方式牢固连接。此外，印刷电路板(3)构建为将机械力施加到承载体(4)上并且将承载体(4)按压到外部冷却体上。承载体(4)构建为用承载体下侧(45)平面地放置在外部冷却体上。
文档编号F21V29/00GK103026133SQ201180037982
公开日2013年4月3日 申请日期2011年6月24日 优先权日2010年8月2日
发明者F.辛格, T.豪格, A.索伊雷尔 申请人:奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司