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DE102010032807A1 - Heat derivative structure for LED construction, has LED crystals provided on metallic carrier, and base board provided with printed conductor layer, where LED crystals on metallic carrier are connected with conductor layer - Google Patents

Heat derivative structure for LED construction, has LED crystals provided on metallic carrier, and base board provided with printed conductor layer, where LED crystals on metallic carrier are connected with conductor layer Download PDF

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Abstract

The structure has several LED crystals (4) provided on a metallic carrier, and a base board (1) provided with a printed conductor layer (2), where the LED crystals on the metallic carrier are connected with the conductor layer. A bond wire (41) provides an electrical interconnection with the conductor layer. The base board is made of a composite material with graphite or made of a ceramic composite material, where the LED crystals are provided on the metallic carrier by melting via radio frequency or ultrasound.

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

(a) Bereich der Erfindung(a) Field of the invention

Die Erfindung betrifft eine Wärmeableitstruktur und die zu ihrer Herstellung angewandte Methode, wobei die Wärmeableitstruktur besonders eine Leuchtdiodenkonstruktion mit mehreren Kristallen auf einem metallischen Träger betrifft.The invention relates to a Wärmeableitstruktur and the method used for their preparation, wherein the Wärmeableitstruktur particularly relates to a light-emitting diode construction with a plurality of crystals on a metallic support.

(b) Beschreibung des derzeitigen Standes der Technik(b) Description of the current state of the art

Aus Umweltschutzgründen werden Glühlampen mehr und mehr von LEDs (Leuchtdioden) verdrängt. Um die Markterfordernisse zu erfüllen geht die Entwicklung dabei in Richtung von LEDs mit mehreren Kristallen. Dabei treten jedoch Probleme mit nicht ausreichender oder ungleichmäßiger Wärmeabfuhr auf, die zu verringerter Lichtausbeute und Lebensdauer führen.For environmental reasons, incandescent lamps are increasingly being replaced by LEDs (light emitting diodes). In order to meet the market requirements, the development is moving towards LEDs with multiple crystals. However, there are problems with insufficient or uneven heat dissipation, resulting in reduced luminous efficacy and lifetime.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Ziel der Erfindung ist eine Wärmeableitstruktur für eine Leuchtdiodenkonstruktion mit mehreren Kristallen auf metallischem Träger, die zu einer Verlängerung der Lebensdauer der LED beiträgt, sowie dabei hilft den Abfall der Lichtausbeute zu verringern und die zugehörige Herstellungsmethode.The object of the invention is a heat dissipation structure for a light-emitting diode structure with a plurality of crystals on a metallic support, which contributes to an extension of the life of the LED, as well as helps to reduce the decrease in the light output and the associated production method.

Wichtige Aspekte für die Erreichung des oben genannten Ziels sind:

  • (A) Eine Basisplatte aus Verbundmaterial mit einer aufgedruckten Leiterschicht.
  • (B) Mit der Leiterschicht verbundene Leuchtdiodenkristalle auf metallischem Träger.
  • (C) Elektrisch mit der Leiterschicht verbundene Bondierdrähte,
Important aspects for achieving the above goal are:
  • (A) A composite base plate having a printed conductor layer.
  • (B) Light-emitting diode crystals connected to the conductor layer on a metal carrier.
  • (C) Bonding wires electrically connected to the conductor layer,

Die Leuchtdiodenkonstruktion mit mehreren Kristallen auf metallischem Träger enthält eine Basisplatte aus Verbundmaterial, eine isolierende Wärmeleitschicht, eine gedruckte Leiterschicht, eine Wärme und Elektrizität leitende Schicht und eine LED mit mehreren Kristallen auf metallischem Träger. Basisplatte und Leiterschicht sind durch eine wärmeleitende Isolierschicht und Leiterschicht und metallischer Träger sind durch eine Wärme und Elektrizität leitende Schicht verbunden.The multi-crystal light-emitting diode structure on a metallic substrate includes a composite base plate, an insulating heat conducting layer, a printed wiring layer, a heat and electricity conducting layer, and a multi-crystal LED on a metallic substrate. Base plate and conductor layer are connected by a heat-conducting insulating layer and conductor layer and metallic carrier are connected by a heat and electricity conducting layer.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1.1 Schritt A der vorliegenden Erfindung 1.1 Step A of the present invention

1.2 Schritt B der vorliegenden Erfindung 1.2 Step B of the present invention

1.3 Schritt C der vorliegenden Erfindung 1.3 Step C of the present invention

2 Explosionsdarstellung der vorliegenden Erfindung 2 Exploded view of the present invention

3 Die Erfindung von oben gesehen 3 The invention seen from above

4 Schematische Darstellung der Funktion der Erfindung 4 Schematic representation of the function of the invention

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten AusführungDetailed description of the preferred embodiment

Zur Erreichung des oben genannten Ziels dienen die folgenden Schritte:

  • (A) Eine Basisplatte aus Verbundmaterial wird mit einer gedruckten Leiterschicht versehen.
  • (B) Leuchtdiodenkristalle auf metallischem Träger werden mit der Leiterschicht verbunden.
  • (C) Ein Bondierdraht stellt die elektrische Verbindung mit der Leiterschicht her,
To achieve the above goal, the following steps are used:
  • (A) A composite base plate is provided with a printed wiring layer.
  • (B) Light-emitting diode crystals on metallic carrier are connected to the conductor layer.
  • (C) A bonding wire establishes the electrical connection with the conductor layer,

1.1 erläutert den Schritt A und zeigt eine gedruckte Leiterschicht (2) auf einer Basisplatte (1) aus Verbundmaterial, wobei die Verbindung zwischen beiden durch eine Isolierschicht (5) erfolgt. 1.1 illustrates step A and shows a printed circuit layer ( 2 ) on a base plate ( 1 ) made of composite material, wherein the connection between both by an insulating layer ( 5 ) he follows.

1.2 zeigt den Schritt B. Leuchtdioden (4) auf metallischem Träger werden unter Zwischenlage einer Wärme und Elektrizität leitenden Schicht (3) auf der Leiterschicht (2) angebracht. Die Verbindung erfolgt auf thermischem Weg durch Hochfrequenz- oder Ultraschallschweißen. 1.2 shows the step B. LEDs ( 4 ) on metallic support with the interposition of a heat and electricity conductive layer ( 3 ) on the conductor layer ( 2 ) appropriate. The connection is made thermally by high-frequency or ultrasonic welding.

1.3, zeigt den Schritt C, bei dem nach Verbinden der Leuchtdioden (4) mit der Leiterschicht (2) durch Schmelzen die Leuchtdioden (4) mittels eines Bondierdrahts (41) mit der Leiterschicht (2) elektrisch verbunden werden. Die Leuchtdioden (4) sind dabei so auf der Leiterschicht (2) angeordnet, dass eine gleichmäßige Aufteilung der Kühlflächen erfolgt. Die Wärme und Elektrizität leitende Schicht (3) besteht aus Silberpaste oder zinnhaltiger Lötpaste. Die Basisplatte (1) besteht aus einem graphithaltigen Material oder aus Keramik. Als Isolierschicht (5) dient ein Glasfasermaterial. 1.3 , shows step C, in which after connecting the light-emitting diodes ( 4 ) with the conductor layer ( 2 ) by melting the light-emitting diodes ( 4 ) by means of a bonding wire ( 41 ) with the conductor layer ( 2 ) are electrically connected. The light-emitting diodes ( 4 ) are on the conductor layer ( 2 ) arranged so that a uniform distribution of the cooling surfaces takes place. The heat and electricity conductive layer ( 3 ) consists of silver paste or tin-containing solder paste. The base plate ( 1 ) consists of a graphite-containing material or ceramic. As insulating layer ( 5 ) serves a glass fiber material.

2 mit 1.3 sind eine schematische Darstellung der einzelnen Bestandteile der Erfindung sowie der zusammengebauten Erfindung. Sie enthält eine Basisplatte (1) aus Verbundmaterial, eine gedruckte Leiterschicht (2), eine Wärme und Elektrizität leitende Schicht (3), mehrkristallige Leuchtdioden (4) auf metallischem Träger und eine Isolierschicht (5). Die Basisplatte (1) aus Verbundmaterial und die gedruckte Leiterschicht (2) sind durch die Isolierschicht (5) verbunden. Die gedruckte Leiterschicht (2) und die Leuchtdioden (4) sind durch die Wärme und Elektrizität leitende Schicht (3) verbunden. Zusätzlich sind die Leuchtdioden (4) durch Bondierdrähte (41) elektrisch mit der Leiterschicht (2) verbunden. 2 With 1.3 are a schematic representation of the individual components of the invention and the assembled invention. It contains a base plate ( 1 ) of composite material, a printed conductor layer ( 2 ), a heat and electricity conducting layer ( 3 ), multi-crystalline light-emitting diodes ( 4 ) on a metallic support and an insulating layer ( 5 ). The base plate ( 1 ) of composite material and the printed conductor layer ( 2 ) are through the insulating layer ( 5 ) connected. The printed circuit layer ( 2 ) and the light-emitting diodes ( 4 ) are through the heat and electricity conductive layer ( 3 ) connected. In addition, the light-emitting diodes ( 4 ) by bonding wires ( 41 ) electrically with the conductor layer ( 2 ) connected.

Bei Betrachten von 3 und 4 erkennt man, dass die vorliegende bevorzugte Ausführung der Erfindung eine Basisplatte (1) aus Verbundmaterial, eine gedruckte Leiterschicht (2), eine Wärme und Elektrizität leitende Schicht (3), mehrkristallige Leuchtdioden (4) auf metallischem Träger und eine Isolierschicht (5) hat. Die Basisplatte (1) aus Verbundmaterial und die gedruckte Leiterschicht (2) sind durch die Isolierschicht (5) verbunden. Die gedruckte Leiterschicht (2) und die Leuchtdioden (4) sind durch die Wärme und Elektrizität leitende Schicht (3) verbunden. Zusätzlich sind die Leuchtdioden (4) durch Bondierdrähte (41) elektrisch mit der Leiterschicht (2) verbunden. Wie aus 3 weiterhin hervorgeht sind die Leuchtdioden (4) gleichmäßig auf der Leiterschicht (2) verteilt, wodurch erreicht wird, dass jede Leuchtdiode (4) die gleiche erste Wärmeabfuhrfläche hat und dass die Wärme schnell auf die große Kupferoberfläche der gedruckten Leiterschicht geleitet wird.When viewing from 3 and 4 it can be seen that the present preferred embodiment of the invention comprises a base plate ( 1 ) of composite material, a printed conductor layer ( 2 ), a heat and electricity conducting layer ( 3 ), multi-crystalline light-emitting diodes ( 4 ) on a metallic support and an insulating layer ( 5 ) Has. The base plate ( 1 ) of composite material and the printed conductor layer ( 2 ) are through the insulating layer ( 5 ) connected. The printed circuit layer ( 2 ) and the light-emitting diodes ( 4 ) are through the heat and electricity conductive layer ( 3 ) connected. In addition, the light-emitting diodes ( 4 ) by bonding wires ( 41 ) electrically with the conductor layer ( 2 ) connected. How out 3 Furthermore, the light-emitting diodes ( 4 ) evenly on the conductor layer ( 2 ), which ensures that each light-emitting diode ( 4 ) has the same first heat dissipation area and that the heat is conducted quickly to the large copper surface of the printed circuit layer.

4 zeigt. dass die Leuchtdioden (4) ihre Wärme an die große Kupferschicht der gedruckten Leiterschicht (2) abgeben. Von dort wird sie umgehend an die Basisplatte (1) aus Verbundmaterial als zweite Wärmeabfuhrfläche weitergeleitet. 4 shows. that the light-emitting diodes ( 4 ) their heat to the large copper layer of the printed circuit layer ( 2 ) submit. From there it is immediately attached to the base plate ( 1 ) passed from composite material as a second heat dissipation surface.

Die Erfindung bringt folgende Vorteile mit sich:

  • 1. Durch die gleichmäßige Verteilung der Leuchtdioden ist die Wirkung der ersten Wärmeabfuhrstufe, bei der die Wärme von den Leuchtdioden an die Leiterschicht weitergegeben wird für alle gleich.
  • 2. Von der Basisplatte aus einem Graphitverbundmaterial wird die Wärme in der zweiten Wärmeabfuhrstufe schnell in alle Richtungen abgegeben, wodurch die Lebensdauer der Leuchtdioden verlängert und der Abfall der Lichtleistung über die Lebensdauer verringert wird.
The invention has the following advantages:
  • 1. Due to the uniform distribution of the light-emitting diodes, the effect of the first heat dissipation stage, in which the heat is passed from the light-emitting diodes to the conductor layer, is the same for all.
  • 2. From the graphite composite base plate, the heat in the second heat dissipation stage is rapidly dissipated in all directions, thereby extending the life of the LEDs and reducing the decrease in light output over the lifetime.

Claims (9)

Eine Wärmeableitstruktur für eine Leuchtdiodenkonstruktion mit mehreren Kristallen auf metallischem Träger und die zugehörige Herstellungsmethode, die folgende Schritte enthält: (A) Eine Basisplatte aus Verbundmaterial wird mit einer gedruckten Leiterschicht versehen. (B) Leuchtdiodenkristalle auf metallischem Träger werden mit der Leiterschicht verbunden. (C) Ein Bondierdraht stellt die elektrische Verbindung mit der Leiterschicht her,A heat dissipation structure for a multi-crystal light-emitting diode structure on a metallic support and the associated manufacturing method, comprising the following steps: (A) A composite base plate is provided with a printed wiring layer. (B) Light-emitting diode crystals on metallic carrier are connected to the conductor layer. (C) A bonding wire establishes the electrical connection with the conductor layer, Die Wärmeableitstruktur für eine Leuchtdiodenkonstruktion mit mehreren Kristallen auf metallischem Träger und die zugehörige Herstellungsmethode aus Anspruch 1, bei der die Leuchtdiodenkristalle auf den metallischen Trägem mit den Basisplatten aus Verbundmaterial durch Schmelzen verbunden werden.The heat dissipation structure for a metallic-based multi-crystal light-emitting diode structure and method of claim 1, wherein the light-emitting diode crystals on the metallic supports are fusion-bonded to the composite-based base plates. Die Wärmeableitstruktur für eine Leuchtdiodenkonstruktion mit mehreren Kristallen auf metallischem Träger und die zugehörige Herstellungsmethode aus Anspruch 2, bei der das Schmelzen durch Hochfrequenz oder Ultraschall erfolgt.The heat dissipation structure for a metallic-based multi-crystal light-emitting diode structure and the associated manufacturing method of claim 2, wherein the melting is by radio frequency or ultrasound. Die Wärmeableitstruktur für eine Leuchtdiodenkonstruktion mit mehreren Kristallen auf metallischem Träger und die zugehörige Herstellungsmethode aus Anspruch 3, bei der die Basisplatten entweder aus einem Verbundmaterial mit Graphit oder aus einem keramischen Verbundmaterial hergestellt sind.The heat dissipation structure for a multiconductor metallic light-emitting diode structure and the associated fabrication method of claim 3, wherein the base plates are made of either a composite material with graphite or a ceramic composite material. Die Wärmeableitstruktur für eine Leuchtdiodenkonstruktion mit mehreren Kristallen auf metallischem Träger und die zugehörige Herstellungsmethode aus Anspruch 4, bei der die wärmeleitende Isolierschicht aus einem Glasfasermaterial besteht.The heat dissipation structure for a metallic-based multi-crystal light-emitting diode structure and the associated manufacturing method of claim 4, wherein the heat-conductive insulating layer is a fiberglass material. Die Wärmeableitstruktur für eine Leuchtdiodenkonstruktion mit mehreren Kristallen auf metallischem Träger und die zugehörige Herstellungsmethode aus Anspruch 5, bei der die Wärme und Elektrizität leitende Schicht aus Silberpaste oder zinnhaltiger Lötpaste besteht.The heat dissipation structure for a multiconductor metallic light-emitting diode structure and the associated fabrication method of claim 5, wherein the heat and electricity conductive layer is silver paste or tin-containing solder paste. Eine Wärmeableitstruktur für eine Leuchtdiodenkonstruktion mit mehreren Kristallen auf metallischem Träger, die eine Basisplatte aus einem Verbundmaterial mit einer gedruckten Leiterschicht und eine Leuchtdiodenkonstruktion mit mehreren Kristallen auf metallischem Träger enthält, die mittels einer Wärme und Elektrizität leitenden Schicht auf der gedruckten Leiterschicht befestigt ist.A heat dissipation structure for a multi-crystal light-emitting diode structure on a metallic substrate, comprising a base plate of a composite material having a printed wiring layer and a multi-crystal light-emitting diode structure on a metallic substrate, which is fixed on the printed wiring layer by means of a heat and electricity conductive layer. Die Wärmeableitstruktur für eine Leuchtdiodenkonstruktion mit mehreren Kristallen auf metallischem Träger aus Anspruch 7, bei der die Basisplatte aus Verbundmaterial mittels einer wärmeleitenden Isolierschicht mit der gedruckten Leiterschicht verbunden ist.The heat dissipation structure for a multiconductor metallic light-emitting diode structure of claim 7, wherein the composite-based base plate is bonded to the printed-wiring layer by a heat-conductive insulating layer. Die Wärmeableitstruktur für eine Leuchtdiodenkonstruktion mit mehreren Kristallen auf metallischem Träger aus Anspruch 8, bei der die Leuchtdioden gleichmäßig so auf der Basisplatte verteilt sind, dass ihre Wärmeableitflächen gleich groß sind.The heat dissipation structure for a multi-crystal LED based light-emitting diode structure of claim 8, wherein the light-emitting diodes are uniformly distributed on the base plate so that their heat dissipation surfaces are the same size.
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