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WO2013113659A1 - Led-modul - Google Patents

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Publication number
WO2013113659A1
WO2013113659A1 PCT/EP2013/051583 EP2013051583W WO2013113659A1 WO 2013113659 A1 WO2013113659 A1 WO 2013113659A1 EP 2013051583 W EP2013051583 W EP 2013051583W WO 2013113659 A1 WO2013113659 A1 WO 2013113659A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coating
led
led module
parylene
circuit board
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/051583
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Reiss
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
Application filed by Osram Gmbh filed Critical Osram Gmbh
Publication of WO2013113659A1 publication Critical patent/WO2013113659A1/de

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/852—Encapsulations
    • H10H20/854—Encapsulations characterised by their material, e.g. epoxy or silicone resins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • the invention relates to an LED module according to the preamble of claim 1 and to a method for manufacturing an LED module according to the preamble of claim 10.
  • the invention relates to an LED module or a "light engine.”
  • the LED module comprises at least one light emitting diode (LED) .
  • the LED module may comprise at least one additional active or passive unit, in particular a power supply unit. or control unit of the LED.
  • the mentioned components of the LED module prove in operation to be sensitive to environmental influences. Depending on the location and operating conditions, to ensure safe operation and a long service life of the LED module, it must, for example, be protected against mechanical or thermal stress, shock, contact with chemically aggressive or electrically conductive liquids, vapors or gases or against UV radiation. Be protected light.
  • the printed circuit board of the LED module for this purpose on a side to be protected on a formed by a silicone potting protective layer.
  • the LED is recessed from this casting.
  • it has a silicone encapsulating its LED chip capsule, which is also covered by a hard lens, such as epoxy resin, and thus protected again.
  • a disadvantage of this solution is that the silicone potting has a large layer thickness, which adversely affects a weight of the LED module.
  • the LEDs must be masked before casting the silicone for the purpose of their removal from the grout at great expense and each LED must be individually provided with the silicone capsule for their protection.
  • the object of the present invention is to provide a protected against environmental influences LED module with reduced weight.
  • An LED module in particular a light engine, has a printed circuit board, on whose upper side at least one LED is arranged. According to the invention extends over at least a surface portion of the top and an outer surface portion of the LED a thin, in particular trans ⁇ parent, coating with a layer thickness which is greater than 1 ⁇ ⁇ and less than 100 ⁇ . Since this coating has a much lower Schichtdi ⁇ bridge than a casting according to the prior art, on the one hand results in a lower weight for the LED module and on the other hand, a substantially undisturbed by the coating radiation characteristic of at least one LED. This has for manufacturing the LED module the great advantage that a protection for the circuit board and the LED, ie for the LED module, can be applied in one step.
  • the LED and the printed circuit board are thus protected by a common layer against external influences such as heat, moisture, dirt or against mechanical stress or chemically aggressive media.
  • An attachment of an individual protection for each individual LED is eliminated.
  • the coating is applied with a coating method adapted to the coating material.
  • the coating of the LED module comprises parylene or parylene F or a silicone or an acrylate-polyurethane copolymer.
  • the parylene F stands out from other parylene such as C, N or HT by its low price and its high blue light stability.
  • the coating materials mentioned are preferably UV-resistant.
  • the coating comprises the parylene or the particularly preferred parylene F.
  • the coating is then formed by a chemical vapor deposition of the parylene or parylene F, whereby very low layer ⁇ thicknesses of the coating can be realized.
  • layer thicknesses in a range between 5 and 25 ⁇ are preferred. Particularly preferred is a layer thickness of about 15 ⁇ .
  • the lower value is largely determined by the require ⁇ tion to the coating that these no gap or may not have a so-called pin-hole. This condition can be realized from about 5 ⁇ .
  • the upper layer thickness of up to 25 ⁇ results from a requirement to influence the optical radiation behavior of the LED as little as possible.
  • the use of the parylene or parylene F for coating has the advantage that due to the chemical Gasabscheidevons the coating material can also reach areas of being ⁇ arranged on the printed circuit board LEDs, which are not accessible to liquid based methods normally.
  • the coating is designed as a silicone spray coating or as an acrylate polyurethane spray coating.
  • the spray layer preferably has a layer thickness of about 10 to 70 ⁇ m. Particularly preferably, the layer thickness is about 50 ⁇ .
  • Independently selected from the selected coating material Bezie ⁇ hung example coating method is a precision of the layer thickness or a deviation from a target value is about +/- 20%.
  • the coating also extends at least over a surface portion of a lower side of the printed circuit board.
  • the LED module has an electronic unit, which is arranged in particular on the upper side or on the lower side of the printed circuit board. This is preferably an electronic supply or control unit of the LED.
  • the coating also extends over a surface portion of the electronics unit.
  • the LED module may have at least one, in particular arranged on the top or on the underside of the circuit board device, wherein the coating also extends over a surface portion of the device he ⁇ stretches.
  • This device may be an active or passive element of the LED array. In this way, not only the circuit board and the LED of the LED module but at least one other component (active or passive) are protected against the environmental influences.
  • a method for protecting an LED module having a printed circuit board on the upper side of which at least one LED is arranged is characterized in that it comprises a step of coating at least one surface section of the upper side of the printed circuit board and an outer surface section of the LED with a layer thickness from 1 to 100 ⁇ "has.
  • This coating is preferably transparent, temperature and blue light stable. Due to the very low compared to the prior art (potting the circuit board with silicone) layer thickness is easier than the prior art LED module manufactured by this method. In addition, due to the very thin coating, a radiation characteristic of the LED is not or hardly influenced. Furthermore, due to the small layer thickness, masking of the optical surface of the LED can be dispensed with in the method according to the invention, since the emission behavior of the LED is not influenced or hardly influenced by the thin coating. As a result, the process complexity for protection of the LED module is reduced considerably.
  • the step “coating” is carried out by a step “spraying a silicone or an acrylate-polyurethane copolymer” or the step “coating” is carried out by a step “chemical vapor deposition of a pary- lens or a parylene F ".
  • a step “spraying a silicone or an acrylate-polyurethane copolymer” or the step “coating” is carried out by a step “chemical vapor deposition of a pary- lens or a parylene F ".
  • layer thicknesses of 10 to 70 ⁇ in particular 50 ⁇ are preferred.
  • layer thicknesses ⁇ 5-25 in particular 15 ⁇ preferred.
  • the per ⁇ wells lower limits represent a layer thickness at which it is ensured that no gaps or so-called pin-holes may occur in the coating so that the protection of the LED module in the area of the coating is continuous.
  • the coating with the blue light stable and particularly favorable parylene F which, in addition, the opti ⁇ properties of the LED little affected by its thin film thickness, to be particularly preferred, and proves
  • a plasma treatment or plasma activation or cleaning of these surface sections takes place prior to the coating or spraying or chemical vapor deposition step h an admission with nitrogen and / or argon and / or hydrogen plasma. If the wettability is increased as a result of such a treatment, the advantage of the process is that thin and uniform coatings are formed.
  • the illustrated method and its developments represent a fast and efficient coating of the LED module, which is particularly highly stable in light and heat.
  • parylene F silicone, acrylate-polyurethane copolymer, a protective capacity of the coating against specific chemical, thermal or physical influences are ⁇ sets.
  • the material Parylene F proves to be a particularly favorable solution in the LED application.
  • a radial turbulence of the polymer material preferably takes place in a spray head of a spray system, in the case of silicone with nitrogen in order to prevent premature hardening of the material.
  • a layer thickness of about 40 ⁇ m was to be achieved in order to produce a continuous layer without pinholes.
  • a maximum layer thickness of 200 ⁇ l should not be exceeded so that no fractures or cracks due to mechanical influences, in particular due to thermal cycling, can occur.
  • parylene or parylene F shown it is also possible to use the known parylene HT (UV stable), which, however, is very expensive due to its production.
  • Parylene C is less suitable for applying the coating to the LED since it is not resistant to blue light.
  • the great advantage for both the disclosed LED module and for the disclosed method is that the protection of the LED module or the coating has no influence on the product design of the LED module.
  • the method has the advantage that a material ⁇ consumption is low due to the low layer thickness of the Be ⁇ coating.
  • the coating of the LED module can be done in a very simple manner without dependence of the LED module to be coated to make complicated adjustments to the manufacturing process. This results in a reduced effort for process control.
  • Parylene F or the acrylate-polyurethane copolymer is preferably used as the coating material. If this protection is not required, the silicone is preferably used as the coating material.
  • the coating can also extend over the entire LED module.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of an LED module with an LED and with a silicone coating.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of an LED module with an LED having a lens and with a silicon coating
  • FIG. 3 shows a third exemplary embodiment of an LED module with an LED and with a parylene F coating
  • FIG. 4 shows a fourth exemplary embodiment of an LED module according to the invention with a LED having a lens and with parylene F coating; Preferred embodiment of the invention
  • the LED 1 shows a first embodiment of an OF INVENTION ⁇ to the invention the LED module 1 with an LED 2 and a silicone coating 18.
  • the LED 2 has an LED housing 4 arranged reasonable approximately along a light axis 6 of the LED 2 a, essentially cylindrical recess 10 has on ⁇ .
  • an LED chip 8 is arranged approximately centrally. This is encased in a transparent filling compound 9 of silicone over which a transparent inner layer of the LED 2 is formed. The filling compound 9 or the inner layer terminates approximately flush with a surface 11 of the LED housing 4.
  • the LED 2 is designed in a surface-mounted construction and is arranged on a printed circuit board 14 of the LED module 1.
  • the housing 4 of the LED 2 is attached via adhesive dots 15 to the circuit board 14, of which only 2 are visible in Figure 1.
  • the LED chip 8 If a voltage is applied to the LED chip 8 in the forward direction, the LED chip 8 emits light, which is symbolized in FIG. 1 by three thick arrows. This emitted light enters the inner layer 9 and impinges on an outer surface 16 of the inner layer 9 on the silicone coating 18.
  • the silicone coating is sprayed over a large area on a surface 17 of the circuit board 14 and on an outer surface 16 of LED 2 applied.
  • the surface 17 and the outer surface 16 were pretreated prior to this application or coating via a plasma treatment with nitrogen (N 2 ) such that a wettability with silicone was increased. Due to this increased or improved wettability, the silicone is distributed over the outer surface 16 and the surface 17 with a substantially uniform layer thickness.
  • the Schichtdi ⁇ bridge is on average about 40 pm.
  • the silicone selected for the coating 18 has a slightly higher refractive index than the silicone of the inner layer or of the filling compound 9. This has a refractive index of 1.41. Alone due to the different refractive indices, a bundling of the light emitted by the LED 2 light according to the longer, thin arrows in Figure 1. Although the LED 2 according to Figure 1 has no conventional optical lens, it is still able due to the selected coating material in a position to emit focused light. In addition to the lightweight, thin-layer protecting the LED 2 and the circuit board, the coating 18 thus holds an optical function by influencing the Abstrahlcharakte ⁇ roxid. In this way, the emission characteristic of the LED 2 is set to the simplest device technology.
  • this exemplary embodiment (but also the following) has the advantage that it saves installation space since the lenses are preceded by no lenses have to. There- By a product design of the LED 2 and the LED module 1 remains unchanged.
  • FIG. 2 shows a departure from the first one Embodiment according to Figure 1, an LED 102 of an LED module 101, the ne ⁇ ben the filling compound 9, which acted as an inner transparent optical layer in the first embodiment, a lens 109 which is formed plano-convex in the beam path of the LED 102.
  • a coating 118 is applied over the surface 17 of the printed circuit board 14 as well as over the outer surface 116 of the LED 102.
  • the coating 118 also consists of a silicone spray layer with a substantially constant layer thickness of 40 m.
  • the lens 109 arranged under the filling compound 9 corresponds to that of the first embodiment ge ⁇ Gurss Figure 1 and is also made of silicone.
  • the LED 102 also has a bundling emission behavior, which can be recognized by the arrows shown in FIG.
  • the outer surface 116 and the surface have been subjected to treatment with N2 before spraying a Plasmabe- 17th In this way, a good wetting ability of the outer surface 116 was ensured.
  • the plasma treatment with N 2 was carried out at 50 mbar for five minutes.
  • FIG. 3 shows a third exemplary embodiment of an LED module 201 with an LED 202 and a coating 218 having a parylene F.
  • This exemplary embodiment predominantly corresponds to the first exemplary embodiment according to FIG. 1.
  • the coating 218 is not made of silicone, but instead Parylene F built up. This is accompanied by the fact that a layer thickness is set significantly lower, it is 15 ⁇ with a deviation from ⁇ 20%.
  • the parylene F is applied to the surface 17 of the circuit board 14 and the outer surface 16 of the LED 202 in a chemical vapor deposition process.
  • the coating 218 according to the third embodiment is also arranged on an underside or on a surface 17 of the printed circuit board 14 approximately opposite the bottom surface 213 of the LED 202. This area is inaccessible when mounted on the PCB LED and spraying previously discussed, since he at spraying the LEDs 2 and 102 respectively from the LEDs 2; 102 itself is covered.
  • the parylene F also reaches areas and structures such as sharp edges and peaks or narrow and deep gaps, as well as narrow undercuts or covered cavities formed with liquid-based processes, such as those represented by spraying. are not coatable.
  • the coating may also comprise an acrylate-polyurethane copolymer which has been applied in a spraying process. Unlike the methods shown, instead of a spraying method, another liquid-based method, such as a dipping method, may be used. In this case, however, layer thicknesses are achieved which are greater than those described above. Notwithstanding the embodiments shown, the LED module may have a plurality, for example two, three or four, coatings. In this case, the layer thickness of each of the coatings can, for example, be to obtain the preferred pinhole-free (total) layer thickness described above.
  • an LED module with a printed circuit board and with at least one LED, which is protected by a thin coating with layer thicknesses of 1 to 100 ⁇ against environmental influences.
  • the coating extends at least over a printed circuit board and an LED of the LED module.
  • LED module ⁇ open in which a coating of at least one surface portion of a printed circuit board and an outer surface portion of an LED with a layer thickness of 1 to 100 ⁇ takes place.

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Abstract

Offenbart ist ein LED-Modul mit einer Leiterplatte und mit zumindest einer LED, das über eine dünne Beschichtung mit Schichtdicken von 1 bis 100 µm gegen Umwelteinflüsse geschützt ist. Die Beschichtung erstreckt sich dabei zumindest über eine Leiterplatte und eine LED des LED Moduls. Weiterhin ist ein Verfahren zur Fertigungeines derartigen gegen Umwelteinflüsse geschützten LED-Moduls offenbart, bei dem eine Beschichtung zumindest eines Oberflächenabschnitts einer Leiterplatte und eines Aussenflächenabschnitts einer LED mit einer Schichtdicke von 1 bis 100 µm erfolgt.

Description

Besehreibung
LED-Modul
Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einem LED-Modul gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und von einem Verfahren zur Fertigung eines LED-Moduls gemäß dem Oberbegriff des An- spruchs 10.
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein LED-Modul bzw. ein „Light- Engine". Das LED-Modul umfasst dabei zumindest eine Lichtemittierende Diode (LED) . Ergänzend kann das LED- Modul zumindest eine zusätzliche aktive oder passive Ein- heit, insbesondere eine Versorgungs- oder Steuereinheit der LED, aufweisen.
Die genannten Komponenten des LED-Moduls erweisen sich im Betrieb als empfindlich gegenüber Umwelteinflüssen. Um einen sicheren Betrieb und eine hohe Lebensdauer des LED- Moduls gewährleisten zu können, muss es je nach Einsatzort und Betriebsbedingungen beispielsweise gegen mechanische oder thermische Belastungen, Stoß, Beaufschlagung mit chemisch aggressiven oder elektrisch leitenden Flüssigkeiten, Dämpfen oder Gasen oder gegen Bestrahlung mit UV-Licht geschützt werden.
Gemäß dem Stand der Technik weist die Leiterplatte des LED-Moduls zu diesem Zweck an einer zu schützenden Seite eine durch einen Silikon-Verguss ausgebildete Schutzschicht auf. Um eine von der zumindest einen LED gefor- derte Abstrahlcharakteristik und Lichtintensität nicht zu beeinflussen, ist die LED aus diesem Verguss ausgespart. Um die LED dennoch zu schützen, weist sie eine ihren LED- Chip ummantelnde Silikonkapsel auf, die zudem durch eine Hartlinse, beispielsweise aus Epoxidharz, abgedeckt und so nochmals geschützt ist.
Nachteilig an dieser Lösung ist, dass der Silikon-Verguss eine große Schichtdicke aufweist, was sich nachteilig auf ein Gewicht des LED-Moduls auswirkt. Zudem müssen die LEDs vor dem Vergießen des Silikons zum Zwecke Ihrer Aus- sparung aus dem Verguss mit hohem Aufwand maskiert werden und jede LED muss zu ihrem Schutz individuell mit der Silikonkapsel versehen werden.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gegen Umwelteinflüsse geschütztes LED-Modul mit verringertem Gewicht bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein LED-Modul mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 9, sowie 11 und 12 offenbart.
Ein LED-Modul, insbesondere ein Light-Engine, hat eine Leiterplatte, an deren Oberseite zumindest eine LED angeordnet ist. Erfindungsgemäß erstreckt sich zumindest über einen Oberflächenabschnitt der Oberseite und einen Außen- flächenabschnitt der LED eine dünne, insbesondere trans¬ parente, Beschichtung mit einer Schichtdicke, die größer als 1 μπ\ und kleiner als 100 μιη ist. Da diese Beschichtung eine sehr viel geringere Schichtdi¬ cke als ein Verguss gemäß dem Stand der Technik aufweist, ergibt sich einerseits ein geringeres Gewicht für das LED-Modul und andererseits eine von der Beschichtung im Wesentlichen ungestörte Abstrahlcharakteristik der zumindest einen LED. Dies hat für eine Fertigung des LED- Moduls den großen Vorteil, dass ein Schutz für die Leiterplatte und die LED, also für das LED-Modul, in einem Schritt aufgetragen werden kann. Die LED und die Leiter- platte sind so von einer gemeinsamen Schicht gegen äußere Einflüsse wie Hitze, Feuchtigkeit, Verschmutzung oder gegen mechanische Beanspruchung oder chemisch aggressive Medien geschützt. Ein Aufwand für eine Maskierung der LEDs, wie er beispielsweise gemäß dem Stand der Technik vor dem Verguss der Leiterplatte nötig ist, kann somit entfallen. Auch eine Anbringung eines individuellen Schutzes für jede einzelne LED entfällt. Die Beschichtung ist dabei mit einem an das Beschichtungsmaterial ange- passten Beschichtungsverfahren aufgebracht. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung weist die Beschichtung des LED-Moduls Parylen oder Parylen F oder ein Silikon oder ein Acrylat-Polyurethan-Copolymer auf.
Besonders vorteilhaft an den genannten Materialien ist deren Blaulichtstabilität, die bei Verwendung von blauen LEDs sehr wichtig für eine über die Lebensdauer der LED konstante Transparenz der Beschichtung ist. Insbesondere das Parylen F hebt sich dabei von anderen Parylenen wie C, N oder HT durch seinen günstigen Preis und seine hohe Blaulichtstabilität ab. Die genannten Beschichtungsmate- rialien sind bevorzugt UV-beständig. In einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung weist die Beschichtung das Parylen oder das besonders bevorzugte Parylen F auf. Bevorzugt ist die Beschichtung dann über eine chemische Gasphasenabscheidung des Parylen oder Parylen F ausgebildet, wodurch sehr geringe Schicht¬ dicken der Beschichtung realisierbar sind.
Für das Parylen oder das Parylen F werden dabei Schichtdicken in einem Bereich zwischen 5 und 25 μη bevorzugt. Besonders bevorzugt ist eine Schichtdicke von etwa 15 μπι. Der untere Wert wird dabei maßgeblich durch die Anforde¬ rung an die Beschichtung festgelegt, dass diese keine Lücke beziehungsweise kein sogenanntes pin-hole aufweisen darf. Diese Bedingung ist ab etwa 5 μιη realisierbar. Die obere Schichtdicke von bis zu 25 μπι ergibt sich aus einer Anforderung, das optische Abstrahlverhalten der LED möglichst wenig zu beeinflussen.
Die Verwendung des Parylens oder des Parylen F für die Beschichtung bringt den Vorteil mit sich, dass aufgrund des chemischen Gasabscheideverfahrens das Beschichtungs- material auch in Bereiche der an der Leiterplatte ange¬ ordneten LED gelangen kann, die für Flüssigkeitsbasierende Verfahren normalerweise nicht zugänglich sind. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung des LED-Moduls ergibt es sich dann, dass auch ein Bodenflächenabschnitt beziehungsweise ein Oberflächenabschnitt der LED, der im Wesentlichen der Oberseite der Leiterplatte zugewandt oder dieser gegenüberliegend angeordnet ist, die Be¬ schichtung aufweist. In diesem Fall ist im Wesentlichen die komplette Außenfläche der LED, die beispielsweise mit aggressiven Medien, insbesondere Dämpfen oder Gasen, in Kontakt kommen kann, geschützt. In einer alternativen Weiterbildung des erfindungsgemäßen LED-Moduls ist die Beschichtung als eine Silikonsprühschicht oder als eine Acrylat-Polyurethan-Sprühschicht ausgebildet . Dabei weist die Sprühschicht bevorzugt eine Schichtdicke von etwa 10 bis 70 \im auf. Besonders bevorzugt beträgt die Schichtdicke etwa 50 μπι.
Unabhängig vom gewählten Beschichtungsmaterial bezie¬ hungsweise gewählten Beschichtungsverfahren beträgt eine Genauigkeit der Schichtdicke bzw. eine Abweichung von einem Sollwert etwa +/-20%.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung, bei der das LED-Modul besonders umfassend gegen äußere Umwelteinflüsse geschützt ist, erstreckt sich die Beschichtung zudem zumindest über einen Oberflächenabschnitt einer Unterseite der Leiterplatte.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des LED- Moduls weist dieses eine insbesondere an der Ober- oder an der Unterseite der Leiterplatte angeordnete Elektro- nikeinheit auf. Diese ist bevorzugt eine elektronische Versorgungs- oder Steuereinheit der LED. Dabei erstreckt sich die Beschichtung zudem über einen Oberflächenabschnitt der Elektronikeinheit. Alternativ oder ergänzend kann das LED-Modul zumindest eine, insbesondere an der Ober- oder an der Unterseite der Leiterplatte angeordnete Vorrichtung aufweisen, wobei sich die Beschichtung zudem über einen Oberflächenabschnitt der Vorrichtung er¬ streckt. Diese Vorrichtung kann dabei ein aktives oder passives Element der LED-Anordnung sein. Auf diese Weise sind nicht nur die Leiterplatte und die LED des LED-Moduls sondern zumindest noch eine weitere Komponente (aktiv oder passiv) gegen die Umwelteinflüsse geschützt . Ein Verfahren zum Schutz eines LED-Moduls, das eine Leiterplatte aufweist, an deren Oberseite zumindest eine LED angeordnet ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schritt „Beschichtung zumindest eines Oberflächenabschnitts der Oberseite der Leiterplatte und eine Außen- flächenabschnitts der LED mit einer Schichtdicke von 1 bis 100 μπι" aufweist.
Diese Beschichtung ist dabei bevorzugt transparent, tem- peratur- und blaulichtstabil. Aufgrund der gegenüber dem Stand der Technik (Verguss der Leiterplatte mit Silikon ) sehr geringen Schichtdicke ist durch dieses Verfahren ein gegenüber dem Stand der Technik leichteres LED-Modul fertigbar. Außerdem wird aufgrund der sehr dünnen Beschichtung eine Abstrahlcharakteristik der LED nicht oder kaum beeinflusst. Des Weiteren kann beim erfindungsgemäßen Verfahren aufgrund der geringen Schichtdicke auf eine Maskierung der optischen Oberfläche der LED verzichtet werden, da durch die dünne Beschichtung das Abstrahlverhalten der LED nicht beeinflusst oder kaum beeinflusst wird. Dadurch verringert sich der verfahrenstechnische Aufwand für einen Schutz des LED-Moduls erheblich.
In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens erfolgt der Schritt „Beschichtung" durch einen Schritt „Aufsprühen eines Silikons oder eines Acrylat-Polyurethan- Copolymers" oder der Schritt „Beschichtung" erfolgt durch einen Schritt „Chemische Gasphasenabscheidung eines Pary- lens oder eines Parylen F" . Für den Verfahrensschritt des „Aufsprühens" sind dabei Schichtdicken von 10 bis 70 μπι insbesondere 50 μιη bevorzugt. Für den Verfahrensschritt der „Chemischen Gasphasenabscheidung" sind Schichtdicken von 5 bis 25 μηι, insbesondere 15 μπι, bevorzugt. Die je¬ weils unteren Grenzwerte stellen eine Schichtdicke dar, bei der sichergestellt ist, dass keine Lücken oder sogenannte pin-holes in der Beschichtung auftreten, sodass der Schutz des LED-Moduls im Bereich der Beschichtung durchgängig ist. Dabei erweist sich die Beschichtung mit dem blaulichtstabilen und besonders günstigem Parylen F, das zudem noch durch seine dünne Schichtdicke die opti¬ schen Eigenschaften der LED wenig beeinflusst, als besonders bevorzugt und vorteilhaft. Um eine möglichst gute Benetzung des Oberflächenabschnitts und/oder des Außenflächenabschnitts durch das Beschichtungsmaterial zu erreichen, erfolgt vor dem Schritt der Beschichtung beziehungsweise des Aufsprühens oder der chemischen Gasphasenabscheidung, eine Plasmabe- handlung beziehungsweise Plasmaaktivierung oder reinigung dieser Flächenabschnitte durch eine Beaufschlagung mit Stickstoff- und / oder Argon- und / oder Wasserstoffplasma. Ist die Benetzbarkeit aufgrund einer solchen Behandlung erhöht, ergibt sich im Verfahren der Vorteil, dünne und gleichmäßige Beschichtungen auszubilden. Das dargestellte Verfahren und dessen Weiterbildungen stellen eine schnelle und effiziente Beschichtung des LED-Moduls dar, die insbesondere licht- und thermisch hochstabil ist. In Abhängigkeit des gewählten Beschichtungsmaterials Parylen F, Silikon, Acrylat-Polyurethan-Copolymer kann eine Schutzfähigkeit der Beschichtung gegen spezifische chemische, thermische oder physikalische Einflüsse einge¬ stellt werden. Dabei erweist sich das Material Parylen F als eine besonders günstige Lösung in der LED-Anwendung.
Bei den Verfahrensschritten des Aufsprühens des Silikons oder des Acrylat-Polyurethan-Copolymers erfolgt in einem Sprühkopf einer Sprühanlage bevorzugt eine radiale Ver- wirbelung des Polymermaterials, im Falle von Silikon mit Stickstoff, um ein vorzeitiges Anhärten des Materials zu verhindern. Bei dem Sprühprozess sollte eine Schichtdicke von etwa 40 μιη erreicht werden, um eine durchgängige Schicht ohne pin-holes zu erzeugen. Eine maximale Schichtdicke von 200 \i sollte hingegen nicht überschritten werden, damit keine Brüche oder Risse durch mechanische Einflüsse, insbesondere durch Temperaturwechselbean- spruchung, auftreten können.
Alternativ zum gezeigten Parylen beziehungsweise Parylen F kann auch das bekannte Parylen HT ( UV-Stabil), das herstellungsbedingt jedoch sehr teuer ist, verwendet werden. Parylen C hingegen eignet sich für das Aufbringen der Beschichtung auf die LED weniger, da es nicht blaulichtstabil ist.
Aufgrund der sehr geringen Schichtdicke der Beschichtung ergibt sich sowohl für das offenbarte LED-Modul als auch für das offenbarte Verfahren der große Vorteil, dass der Schutz des LED-Moduls bzw. die Beschichtung keinen Ein- fluss auf ein Produktdesign des LED-Moduls hat.
Das Verfahren weist den Vorteil auf, dass ein Material¬ verbrauch aufgrund der geringen Schichtdicke der Be¬ schichtung niedrig ist. Zudem kann die Beschichtung des LED-Moduls auf sehr einfache Weise erfolgen, ohne in Ab- hängigkeit des zu beschichtenden LED-Moduls komplizierte Anpassungen des Fertigungsprozesses vornehmen zu müssen. Es ergibt sich ein verringerte Aufwand zur Prozesssteuerung . Für den Fall, dass das LED-Modul gegen schädliche Gase wie beispielsweise SO2 oder H2S geschützt werden soll, wird als Beschichtungsmaterial bevorzugt Parylen F oder das Acrylat-Polyurethan-Copolymer verwendet. Sollte dieser Schutz nicht benötigt werden, wird als Beschichtungs- material bevorzugt das Silikon verwendet.
Selbstverständlich kann sich die Beschichtung auch über das komplette LED-Modul erstrecken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von vier Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zei- gen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines LED-Moduls mit einer LED und mit einer Silikon-Beschichtung;
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines LED-Moduls mit einer eine Linse aufweisenden LED und mit einer Sili- kon-Beschichtung;
Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines LED-Moduls mit einer LED und mit einer Parylen F-Beschichtung; und
Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen LED-Moduls mit einer eine Linse aufweisenden LED und mit Parylen F-Beschichtung; Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfin¬ dungsgemäßen LED-Moduls 1 mit einer LED 2 und mit einer Silikon-Beschichtung 18. Die LED 2 hat ein LED-Gehäuse 4, das eine etwa entlang einer Leuchtachse 6 der LED 2 ange- ordnete, im Wesentlichen zylindrische Ausnehmung 10 auf¬ weist. An einer etwa planaren Bodenfläche 12 der Ausnehmung 10 ist etwa mittig ein LED-Chip 8 angeordnet. Dieser ist von einer transparenten Füllmasse 9 aus Silikon ummantelt, über die eine transparente innere Schicht der LED 2 ausgebildet ist. Die Füllmasse 9 bzw. die innere Schicht schließt etwa bündig mit einer Oberfläche 11 des LED-Gehäuses 4 ab.
Die LED 2 ist in Surface-mounted-Bauweise ausgeführt und ist auf einer Leiterplatte 14 des LED-Moduls 1 angeord- net. Das Gehäuse 4 der LED 2 ist dabei über Klebepunkte 15 an der Leiterplatte 14 befestigt, von denen in Figur 1 lediglich 2 sichtbar sind.
Eine elektrische Kontaktierung der LED 2 beziehungsweise des LED-Chips 8 über Bonddrähte ist in Figur 1 (und auch in den folgenden Figuren) aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Wird an dem LED-Chip 8 in Durchlassrichtung eine Spannung angelegt, so emittiert der LED-Chip 8 Licht, welches in Figur 1 durch drei dicke Pfeile symbolisiert ist. Dieses emittierte Licht tritt in die innere Schicht 9 ein und trifft an einer Außenfläche 16 der inneren Schicht 9 auf die Silikon-Beschichtung 18. Die Silikon-Beschichtung ist über ein Sprühverfahren großflächig auf eine Oberfläche 17 der Leiterplatte 14 und auf eine Außenfläche 16 der LED 2 aufgebracht. Dabei wurden die Oberfläche 17 und die Außenfläche 16 vor dieser Aufbringung beziehungsweise Beschichtung über eine Plasmabehandlung mit Stickstoff (N2) derart vorbehandelt, dass eine Benetzbarkeit mit Silikon erhöht wurde. Aufgrund dieser erhöhten beziehungsweise verbesserten Benetzbarkeit ist das Silikon mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen Schichtdicke über die Außenfläche 16 und die Oberfläche 17 verteilt. Die Schichtdi¬ cke beträgt dabei im Mittel etwa 40 pm. Das für die Beschichtung 18 gewählte Silikon weist einen etwas höheren Refraktionsindex auf als das Silikon der inneren Schicht bzw. der Füllmasse 9. Diese hat einen Refraktionsindex von 1,41. Allein aufgrund der unterschiedlichen Refraktionsindizes sich eine Bündelung des von der LED 2 emittierten Lichtes gemäß den längeren, dünnen Pfeilen in Figur 1. Obwohl die LED 2 gemäß Figur 1 über keine herkömmliche optische Linse verfügt, ist sie dennoch aufgrund des gewählten Beschichtungsmaterials in der Lage ist, gebündeltes Licht abzustrahlen. Neben dem leichtgewichtigen, dünnschichtigen Schutz der LED 2 und der Leiterplatte übernimmt die Beschichtung 18 somit auch eine optische Funktion, indem sie die Abstrahlcharakte¬ ristik beeinflusst. Auf diese Weise ist die Abstrahlcharakteristik der LED 2 auf einfachste vorrichtungstechni- sehe Weise eingestellt. Verglichen mit herkömmlichen LEDs, bei denen im Strahlengang zusätzliche optische Ele¬ mente angebracht sind, um die Bündelung des Lichtes zu realisieren, weist dieses Ausführungsbeispiel (aber auch die folgenden) den Vorteil auf, dass es Bauraum einspart, da der LED keine Linsen vorgeschaltet werden müssen. Da- durch bleibt auch ein Produktdesign der LED 2 beziehungsweise des LED-Moduls 1 unverändert.
Es folgt die Beschreibung der Ausführungsbeispiele 2 bis 4 anhand der Figuren 2 bis 4. Diese Ausführungsbeispiele entsprechen bis auf eine ggf. verbaute Linse und eine ggf. abgeänderte Beschichtung dem ersten Ausführungsbei¬ spiel gemäß Figur 1. Die folgenden Figurenbeschreibungen beschränken sich daher auf die Unterschiede zum bereits beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1. Gleich gebliebene Merkmale erhalten dabei die gleichen Bezugs¬ zeichen. Dies betrifft insbesondere die Leiterplatte 14, die Klebepunkte 15, das LED-Gehäuse 4, den LED-Chip 8, die Füllmasse 9, die Ausnehmung 10, deren Bodenfläche 12 sowie die Oberfläche 11 des LED-Gehäuses 4. Figur 2 zeigt abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 eine LED 102 eines LED-Moduls 101, die ne¬ ben der Füllmasse 9, die beim ersten Ausführungsbeispiel als innere transparente optische Schicht fungierte, eine Linse 109 aufweist, die plankonvex im Strahlengang der LED 102 ausgebildet ist. Ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ist eine Beschichtung 118 über die Oberfläche 17 der Leiterplatte 14 sowie über die Außenfläche 116 der LED 102 aufgetragen. Die Beschichtung 118 besteht dabei ebenso aus einer Silikon-Sprühschicht mit einer im Wesentlichen konstanten Schichtdicke von 40 m. Die unter der Linse 109 angeordnete Füllmasse 9 entspricht derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels ge¬ mäß Figur 1 und besteht ebenso aus Silikon. Auch die LED 102 weist ein bündelndes Abstrahlverhalten auf, was an- hand der in Figur 2 dargestellten Pfeile erkennbar ist. Um bei der Fertigung des LED-Moduls 101 während dem Auf¬ sprühen des Silikons eine möglichst gleichförmige Be- schichtung 118 zu erhalten, wurden die Außenfläche 116 und die Oberfläche 17 vor dem Besprühen einer Plasmabe- handlung mit N2 unterzogen. Auf diese Weise wurde eine gute Benetzungsfähigkeit der Außenfläche 116 gewährleistet. Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde zudem auf eine niedrige Viskosität des zu versprühenden Silikons von kleiner als 500 mPas geachtet. Dies unterstützt zusätz- lieh eine möglichst gleichmäßig ausgebildete Schichtdicke. Die Plasmabehandlung mit N2 wurde dabei bei 50 mbar über fünf Minuten durchgeführt.
Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines LED- Moduls 201 mit einer LED 202 und mit einer Parylen F auf- weisenden Beschichtung 218. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht überwiegend dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1. Abweichend davon ist die Beschichtung 218 jedoch nicht aus Silikon, sondern aus Parylen F aufgebaut. Damit geht einher, dass eine Schichtdicke bedeutend geringer eingestellt ist, sie beträgt 15 μπι mit einer Ab¬ weichung von +/- 20%. Das Parylen F ist in einem chemischen Gasabscheideverfahren auf die Oberfläche 17 der Leiterplatte 14 und die Außenfläche 16 der LED 202 aufgebracht. Im Vergleich zu den bisher gezeigten Ausführungs- beispielen mit Silikon-Beschichtungen fällt auf, dass die Beschichtung 218 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel auch an einer Unterseite bzw. an einer der Oberfläche 17 der Leiterplatte 14 etwa gegenüber angeordneten Bodenfläche 213 der LED 202 angeordnet ist. Dieser Bereich ist bei auf der Leiterplatte montierter LED und beim bisher besprochenen Sprühverfahren nicht zugänglich, da er bei einem Besprühen der LEDs 2 bzw. 102 jeweils von den LEDs 2; 102 selbst abgedeckt ist.
Aufgrund des Verfahrens der Gasabscheidung erreicht das Parylen F jedoch auch Bereiche und Strukturen, wie bei- spielsweise scharfe Ränder und Spitzen oder enge und tiefe Spalte, sowie enge Hinterschnitte oder abgedeckte Hohlräume, die mit flüssigkeitsbasierten Verfahren, wie sie beispielsweise durch das Aufsprühen repräsentiert werden, nicht beschichtbar sind.
Figur 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen LED-Moduls 301 mit einer die Linse 109 aufweisenden LED 302. Dieses vierte Ausführungsbeispiel entspricht überwiegend dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 und unterscheidet sich von diesem lediglich durch die Linse 109.
Abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispielen kann die Beschichtung auch ein Acrylat-Polyurethan-Copolymer aufweisen, dass in einem Sprühverfahren aufgetragen wurde . Abweichend von den gezeigten Verfahren kann anstatt einem Sprühverfahren ein anderes Flüssigkeitsbasierendes Verfahren, wie beispielsweise ein Tauchverfahren angewendet werden. Dabei werden jedoch Schichtdicken erreicht, die größer sind als die vorbeschriebenen. Abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispielen kann das LED-Modul mehrere, beispielsweise zwei, drei oder vier, Beschichtungen aufweisen. Dabei kann die Schichtdicke jeder einzelnen der Beschichtungen beispielsweise re- duziert sein, um die bevorzugte vorbeschriebene pin-hole- freie (Gesamt-) Schichtdicke zu erhalten.
Offenbart ist ein LED-Modul mit einer Leiterplatte und mit zumindest einer LED, das über eine dünne Beschichtung mit Schichtdicken von 1 bis 100 μιη gegen Umwelteinflüsse geschützt ist. Die Beschichtung erstreckt sich dabei zumindest über eine Leiterplatte und eine LED des LED- Moduls .
Weiterhin ist ein Verfahren zur Fertigung eines derarti- gen gegen Umwelteinflüsse geschützten LED-Moduls offen¬ bart, bei dem eine Beschichtung zumindest eines Oberflächenabschnitts einer Leiterplatte und eines Außenflächenabschnitts einer LED mit einer Schichtdicke von 1 bis 100 μιη erfolgt.
Bezugszeichenliste ; 101; 201; 301 LED-Modul
; 102; 202; 302 LED
LED-Gehäuse
Leuchtachse
LED-Chip
Füllmasse
09 Linse
0 Ausnehmung
1 Oberfläche
2 Bodenfläche
13; 313 Bodenfläche
4 Leiterplatte5 Klebepunkt
6; 116 Außenfläche
7 Oberfläche
8; 118; 218; 318 Beschichtung0; 120; 220; 320 Außenfläche

Claims

Ansprüche
LED-Modul mit einer Leiterplatte (14), wobei an einer Oberseite der Leiterplatte (14) zumindest eine LED (2; 102; 202; 302) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Beschichtung (18; 118; 218; 318) mit einer Schichtdicke von 1 bis 100 μη zumindest über einen Oberflächenabschnitt (17) der Ober¬ seite und einen Außenflächenabschnitt (16; 116) der LED (2; 102; 202; 302) erstreckt.
LED-Modul nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung (18; 118; 218; 318) ein Parylen oder ein Parylen F oder ein Silikon oder ein Acrylat-Polyurethan- Copolymer aufweist.
LED-Modul nach Anspruch 2, wobei die das Parylen oder das Parylen F aufweisende Beschichtung (218; 318) über eine chemische Gasphasenabscheidung ausgebildet ist .
LED-Modul nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die das Parylen oder das Parylen F aufweisende Beschichtung (218; 318) eine Schichtdicke von etwa 5 bis 25 μκι aufweist.
LED-Modul nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei sich die das Parylen oder das Parylen F aufweisende Beschichtung (218; 318) über einen Bodenflächenab¬ schnitt (213; 313) der zumindest einen LED (202; 302) erstreckt . LED-Modul nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Beschich- tung (18; 118) als eine Silikon-Sprühschicht oder als eine Acrylat-Polyurethan-Sprühschicht ausgebildet ist .
LED-Modul nach Anspruch 6, wobei die als Sprühschicht ausgebildete Beschichtung (18; 118) eine Schichtdicke von etwa 10 bis 70 μπι aufweist.
LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Beschichtung zumindest über einen Oberflächenabschnitt einer Unterseite der Leiterplat¬ te erstreckt.
LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit zumindest einer an der Leiterplatte angeordneten Elektronikeinheit, wobei sich die Beschichtung über einen Oberflächenabschnitt der Elektronikeinheit erstreckt .
Verfahren zur Fertigung eines gegen Umwelteinflüsse geschützten LED-Moduls (1; 101; 201; 301) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schritt:
- Beschichtung zumindest eines Oberflächenab¬ schnitts (17) einer Oberseite einer Leiterplatte (14) und eines Außenflächenabschnitts (16; 116) einer LED (2; 102; 202; 302) des LED- Moduls (1; 101; 201; 301) mit einer Schichtdi¬ cke von 1 bis 100 μπ\. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt Beschichtung durch einen Schritt
- Aufsprühen eines Silikons oder eines Acrylat- Polyurethan-Copolymers ; oder durch einen Schritt
- Chemische Gasphasenabscheidung eines Parylens oder eines Parylen F erfolgt .
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei vor dem Schritt Beschichtung ein Schritt
Plasmabehandlung oder Reinigung oder Aktivierung zumindest des Oberflächenabschnitts (17) oder des Außenflächenabschnitts (16; 116) erfolgt .
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