CN103562762A - 带有至少一个发光二极管的电路板元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电路板元件(1)，该电路板元件带有其上设有至少一个介电层(7)的基片(2)且带有至少一个LED(发光二极管)(10)，其中在介电层(7)中提供有至少一个引离LED(10)的通道形式的波导腔(11)，该波导腔通向至少一个被设置用于检验光辐射的集成光敏部件(12)，优选为光电二极管或光电池，其中LED(10)优选也布置在与波导腔(11)连通的腔(9)内；本发明还涉及此类电路板元件(1)的制造方法。

Description

带有至少一个发光二极管的电路板元件
技术领域
本发明涉及一种带有其上设有至少一个介电层的基片以及带有至少一个LED(发光二极管)的电路板元件。
此外，本发明涉及此电路板元件的制造方法。
背景技术
尤其，考虑到经济政策和环境政策方面的原因，对于在白炽灯的制造和使用具有限制，考虑到此情况，发光二极管，简称为LED(LED-发光二极管)，越来越引人注意。在此，也有意义的是通过在LED技术中的继续开发，LED的意义不仅只在于作为装置上的显示元件，而且LED对于例如在电视机平面显示器以及照明设备中的另外的应用也日益受到更大的关注。现代的LED在此不仅具有足够的亮度，而且其制造成本也是廉价的，且明显已经大规模被使用，例如使用在汽车的照明设备中。
通常，LED辐射出一定的颜色(即，带有或多或少的窄带宽的一定的波长)，且通过混合可产生直至白光的不同的颜色，且在此也又实现了冷白光或热白光。与此相关的技术是充分已知的且不需要另外的解释。仅作为示例提及的是，以红色、绿色和蓝色LED在相应的控制且因此相应的混合下可获得白光。为控制，优选地使用脉宽调制(PWM)，以所述脉宽调制来调制通过LED的电流。在此，电流脉冲越长，则LED发光越亮。在此不同颜色的LED混合时，也不同地控制这些LED，以实现希望的混合颜色。但此混合比在LED的寿命期间改变，使得混合颜色改变，这容易导致不希望的结果。颜色改变可进一步也由例如在比较高的温度下不同的环境温度所导致。
因此，在现有技术中借助于传感器连续地检测以LED产生的光，且取决于各光颜色的变化且也取决于温度来再调整LED电流。例如，与之相关地可参考EP2082620B1。
在此已知的解决方案中，借助于传感器记录所给出的光，例如记录以红色、绿色和蓝色LED的组合给出的白色LED光，以提供调节单元的实际电信号，所述解决方案的缺点是包括传感器的电路提供在特殊的装置中，其中，此类检测或调节电路不可毫无困难地用于所有的应用，例如对于带有LED的小型化的电路。以一定的时间间隔需将此类LED单元在实验室等处进行测量，使得LED灯的连续再调整不可能。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题是实现纠正且以简单且廉价的方式直接在LED的位置处检测所发出的LED光-无论所述LED光是何种颜色，无论LED光是RGB-LED(RGB-红、绿、蓝)的混合光(白光)还是仅单独的LED的光，以将测量结果立即通过检测和调节电路分析且实现优选地通过PMW再调整LED的供电。因此，应实现集成式***以实现带有再调整的此检测。
为解决此技术问题，本发明建议了如在权利要求1中限定的电路板元件。有利的实施形式和扩展以及有利的用于制造此类电路板元件的方法在各从属权利要求中给出。
因此在本电路板元件中，在介电层内存在通道形波导腔，所述波导腔从LED导引至集成的光敏部件，所述光敏部件布置为用于检测光辐射且是检测和调节电路的部分。此部件优选地通过光电二极管或光电晶体管等形成。当然，在多个LED的情况中也提供相应的多个光敏检测元件，所述多个光敏检测元件必要时也可通过带有多个接收区域的单独的多重检测器形成。在运行中，由LED以“旁通”类型通过波导腔内的波导给此光敏部件提供光，使得直接在电路板元件自身内的位置处可检测各LED光，所述检测涉及亮度和颜色等的记录。因此而被检测到的测量值可优选地在数字化之后与可存储在调节器芯片内的额定值进行比较，使得在偏差时可执行对于LED的电流控制的再调整。该调节所要求的此电子部件可通过传统的方式形成，且尤其也直接以常规技术布置在电路板元件自身上，使得以有利的方式可直接在电路板元件上实现对于LED的亮度和颜色的集成修正。
在此，也优选地将各LED或LED芯片安置在介电层材料内的腔内，其中波导腔直接连接在LED腔上。波导腔为形成波导尤其以光学材料填充，所述光学材料在湿态下引入。
以现有技术实现了进一步的小型化，因为LED和光敏部件(光电二极管)之间的波导连接允许了此部件在一起的很紧凑的布置。LED部件和传感器***和调节电路在同一个电路板元件内的集成即使在具有有限的空间情况的小型化应用中也能实现对于LED光的连续的控制和再调整。用于波导的腔和优选地也用于LED的腔，以及另外的如也优选地用于尤其是光电二极管的光敏部件的腔，也实现了光反射的充分利用；另外的优点在于实现了尺寸上相对小的封装，如用于保护部件而提供的封装。另外，提高了设计可能性。
至于所述的光反射，有利的是将波导的表面，即光学材料的表面覆盖以反射层，例如覆盖以阻焊漆。
进一步有利的是为提高反射性、为建立电连接和/或为形成圆角等，将波导腔的壁进行金属覆层，尤其是以铜或金覆层，必要时以阻焊漆覆层。
对于一定的反射效果，也有利的是，波导腔的壁和/或必要时LED腔的壁形成为倾斜的。
如所提及，在有利的实施形式中建议，光敏部件安装在介电层的腔内。作为其替代，也有利的是，光敏部件布置在具有波导腔的层上，其中波导腔延伸到直至此部件下方。
为从设备散热，也可有利地建议，具有波导腔的层安装在例如由铝制成的散热层上。此外，在此可行的是，基片由例如铝的散热材料制成。
电路板元件的在制造技术上有利的实施形式的特征进一步在于波导腔由印制在基片或介电层上的框限定边界。
为制造前述构造的电路板元件，可优选地使得在处理完成的基片上，必要时在散热板上安装预先组装的电路板层，例如半固化片，从而形成长形的腔开口以用于形成通道形式的波导，然后在开口内安装波导且必要时安装LED和/或光敏部件。
另一方面，为简单地制造此类电路板元件，也有利的是在基片上安装介电层，在所述介电层内例如通过激光结构化和去除限定的区域或通过挤压例如借助于凸版印刷而设置至少用于通道形波导的腔。
此外，对于简单的制造，也有利的是在由电介质制成的基片上印制包围腔的框，例如通过丝网印刷、油墨印刷、蜡纸印刷等印刷方法印制。
在前述情况中，波导腔可例如通过丝网印刷、通过凹版印刷、通过喷射印刷等技术填充以光学材料(处于湿态)。
优选地，波导的上侧可被覆盖以反射层。在简单的构造中，阻焊漆用于反射层，所述阻焊漆也可用于电路板元件制造中的另外的目的。
进一步有利的是，波导腔的壁例如涂覆以阻焊漆以提高反射性。
如所提及，光敏部件，即优选地光电二极管或光电池可安装在介电层内的腔内或安装在介电层上；在后者情况中光敏部件部分地覆盖了波导腔。
如已提及，光电结构或带有波导的电路板元件在多处已知，例如参考JP2005-195991、AT413891B、AT505834B、AT503027B或US2009/074354A1；但其中不存在检验结构，尤其也不存在带有介电层内的腔的此检验结构。
附图说明
在下文中根据附图中所图示的优选实施例进一步解释本发明，但不限制于所述附图。各图为：
图1和图2在示意性俯视图(图1)中或在示意性截面图示(图2)中示出了根据本发明的电路板元件(或其主要部分)；
图3至图9示出了根据图1和图2的电路板元件的制造中的不同的阶段，其中
图3和图4在俯视图和截面图中示出了仍处于分离的状态的预制造的单独元件；
图5和图6在截面图中示出了在将单独元件结合且应用标准LP(电路板)过程时的随后的步骤；另外
图7和图8在俯视图和截面图中示出了电路板元件的中间产物而不带有部件；
图9在截面图中示出了另外的中间步骤；
图10和图11在示意性俯视图(图10)和示意性截面图(图11)中示出了根据本发明的电路板元件的修改的实施形式；
图12和图13在相应的图示中即在俯视图(图12)中和在截面图(图13)中示出了本电路板元件的另外的变型；和
图14和图15也在相应的图示(俯视图和截面图)中示出了根据本发明的电路板元件的另外的实施形式。
具体实施方式
在附图中各处，各电路板元件(或其被关注的部分)以附图标号1表示。如从图1和图2中可见，在本电路板元件1中，在可以是通常的电路板基片或在可为散热目的而是铝基片的基片2上提供了绝缘层或介电层3，且此外在所示的实施例中提供了例如由铜制成的第一导体层4，所述第一导体层4根据图1和图2已被结构化。
在此电路板部分5上，例如施加了不带有基片的即带有介电层7和导体层8的另外的电路板部分6。在此，导体层8也已被结构化。
介电层7具有在俯视图中例如圆形的腔9以用于接收至少一个LED或至少一个LED芯片10。在此腔9上连接了通道形式的波导腔11，所述波导腔11延伸直至一般的传感器的例如光电二极管或光电晶体管的形式的光敏的光电部件12下方。
在腔11内具有波导材料，且因此形成的波导11’可例如导引到直至LED芯片10，但也足够的是，波导11’导引几乎直至LED芯片10且在此处与所述LED芯片10间隔地终止。
如从图2中可见，在所示的示例中，光电二极管12安装在上导体层8上，而LED芯片10安装在下导体层4上。
LED10在塑料树脂珠13内封装(封装在现有技术中已知为“Glob-Top”(圆顶封装体))。此类圆顶封装体例如提供为用于机械地保护LED芯片和接线装置天线(Banddrahtverbindungen)，但也因为透镜效应(光折射)和/或作为用于光的颜色形成的微粒(例如磷)的基质而例如用于白光应用。
LED10的辐射方向例如基本上垂直于电路板元件1的主平面，但LED10的光的部分也通过与此主辐射方向成角度延伸的波导11’而到达用于光敏部件12的腔11内(与之相关下文中为简单起见总是称为光电二极管12，但应清楚的是也可考虑另外的光敏传感器或部件)。
光电二极管12现在是未进一步图示的检测和调节电路的部分，但光电二极管12可以以传统的方式安装在带有其部件的电路板元件1上。
当LED10的光辐射的特征随时间改变时，例如当颜色从白色在红、绿或蓝的方向上移动时，当考虑到白光由红光、绿光、蓝光组合成或在LED芯片10上安装了用于红、绿或蓝的三个此类单独的LED时，则借助于光传感器12或多个光传感器12检测在光学范围内的此移动，其中获得相应的电子信号，所述电子信号被提供到已知的调节电路中以用于调节LED10的控制或驱动级。光辐射的不希望的变化也可另外由于封装13的塑料树脂材料随时间变化而出现(例如，透明性的降低)。
如所提及，此检测和控制电路的另外的部件可以以传统的电路板技术安装，这因此在附图中为简单起见未详细解释。在附图中，电路板基片的导体图(例如，4、8)也部分地仅示意或完全被省略。此外，在附图中为简单起见省略了另外的步骤或层，例如另外的电路板层和/或保护层以及覆盖层等。
为制造如在图1和图2中所示的电路板，参考图3和图4例如将预制造的上方电路板“部分”6，例如半固化片(根据图示)，或芯板或处理完成的电路板通过压制和/或粘合而安装在下方电路板“部分”5上。电路板“部分”5可以是处理完成的FR4电路板元件、IMS等，但也可以是散热板。
待压制或待粘合的上方电路板部分6例如通过激光切割、冲压等技术被预先制造，使得至少提供用于波导11’(见图2)的腔11。优选地，除用于波导的腔11外，提供用于LED10的部件腔9，其与所述用于波导11’的腔11(见图3)相连通。
根据图5，现在将电路板部分6和5相互压制或粘合。然后，进行标准电路板处理，如尤其将导体层8结构化，见图6，其中层8也可与层4连接，见图6中的垂直金属包层14。此外，可涂层所形成的腔9、11的壁，即，不仅用于形成电连接(见图6中的金属包层或连接层14)，而且用于提高反射性和/或用于圆整，例如镜元件。对于腔9、11的壁的此涂层，可使用金属，例如铜、金，但也可使用阻焊漆等材料。
然后，根据图7和图8例如通过丝网印刷、通过凹版印刷（Rakeln）、通过喷墨方法等技术在波导腔11内填充光学材料15。然后，因此形成的带有光学材料15的波导11’可根据图9也希望地被覆盖以例如阻焊漆的反射层16。
然后，在本实施例中进行LED芯片10或与光电二极管12的装配，见图1和图2，且然后还进行圆顶封装13。
在本发明的范围内可实现不同的变化和修改。因此，导体层8可用作拆开层且导体层4可形成用于导出损失热。电路板基片5、6也可包含多于两个所示的金属导体层4、8。
与根据图7至图9的步骤次序和随后的部件安装(图1和图2)不同，也可使得波导材料15仅在部件安装之后才施加。此外，腔9、11也可仅在将电路板部分6安装在位于下方的电路板部分5上之后产生。其中安装LED芯片10的腔9不必必需形成圆顶封装体13的边界，而是此圆顶封装体13的直径也可设计为大于或小于腔9。此外，腔9可在LED安装之后和圆顶封装体施加之前也以阻焊漆填满以提高反射性。
此外，腔9、11的壁可形成为倾斜的，例如通过腔9的壁内的相应的打孔过程，通过在印刷等技术中使半固化片(电路板部分6)消失实现。
进一步可在基片2上安装介电层7，且然后在此介电层7内事后例如通过激光结构化和去除相应的区域，或也通过挤压，例如通过凸版印刷而安装各腔11或9、9’。
另外，腔9、11也可通过已知的技术，例如通过在WO2008/098271A1中描述的技术形成。波导材料15可以是在湿态中安装在腔11内的透明的聚合物波导材料。
当然，当在附图中分别示出了一个LED10和一个光电二极管12时，可考虑，也可将多个LED10和多个光电二极管12(或多重LED和/或多重检测器元件)安装在电路板元件1上。此外，以传统的方式，可提供镀膜的通孔(PTA镀通孔)，其中LED10和光电二极管12可在外部安装在同一侧上也可安装在对置的侧上。对于多重LED调节，也可提供相应的多个波导11’。
附加的涂层可在湿方法中或借助于PVD或CVD过程(化学或物理蒸汽相沉积)而形成。
如从图10和图11进一步可见，LED芯片10和光电二极管12可安装在相同的导体层4上(见图2)；此外，光电二极管12也提供有圆顶封装体13’。为此，在介电层7内提供用于光电二极管12或其封装体13’的相应的腔9’。
波导11’和LED10的圆顶封装体13，或如从图12和图13中可见波导11’和光电二极管12的修改的封装体13’’可由相同的材料制成且在单独的处理步骤中施加，例如借助于扩散、注射或毛细管方法施加。
最后，在图14(俯视图)和图15(示意性截面图)中再次一般性地示出了本电路板元件的实施形式，其中腔11和腔9、9’通过如下方式形成，即在施加在基片2上的介电层3上印制突出的比较薄的框17。作为印刷方法，在此合适的是例如丝网印刷、油墨印刷但也可以是蜡纸印刷等印刷技术。
此外，从图14和图15中又可见由铜制成的已结构化的导体层4。此外，在根据图14和图15的电路板元件1中优选地在印制框17之后事后进行部件(LED10，光电二极管12)的装配。
对于图14和图15应提及的是未图示光学层，即光学材料15(例如，见图8)，以因此展现框17。当然，在印制框17之后，即在达到如在图14和图15中所示的状态之后，再如前所述执行波导11’的实现。

Claims (19)

1.一种电路板元件(1)，所述电路板元件带有其上设有至少一个介电层(7)的基片(2)且带有至少一个LED(10)，其特征在于，在所述介电层(7)上提供了至少一个引离所述LED(10)的通道形式的波导腔(11)，所述波导腔通向至少一个设置用于检验光辐射的集成光敏部件(12)。
2.根据权利要求1所述的电路板元件(1)，其特征在于，所述LED(10)优选地也布置在与所述波导腔(11)连通的腔(9)内，
3.根据权利要求1或2所述的电路板元件(1)，其特征在于，所述波导腔(11)填充以光学材料(15)。
4.根据权利要求3所述的电路板元件(1)，其特征在于，所述光学材料(15)的上侧以反射层(16)覆盖，例如以阻焊漆覆盖。
5.根据权利要求1至4中一项所述的电路板元件(1)，其特征在于，对于所述波导腔(11)的壁和/或必要时所述LED腔(9)的壁进行金属涂层，例如以铜或金、必要时以阻焊漆进行涂层，以用于提高反射性、建立电连接和/或形成圆角等。
6.根据权利要求1至5中一项所述的电路板元件(1)，其特征在于，所述波导腔(11)的壁和/或必要时LED腔(9)的壁形成为倾斜的。
7.根据权利要求1至6中一项所述的电路板元件(1)，其特征在于，所述光敏部件(12)安装在所述介电层(7)的腔(9’)内。
8.根据权利要求1至6中一项所述的电路板元件(1)，其特征在于，所述光敏部件(12)布置在具有所述波导腔(11)的层(7)上，其中所述波导腔(11)延伸到直至所述部件(12)下方。
9.根据权利要求1至8中一项所述的电路板元件(1)，其特征在于，所述具有所述波导腔(11)的层(7)安装在例如由铝制成的散热层上。
10.根据权利要求1至9中一项所述的电路板元件(1)，其特征在于，所述基片(2)由例如铝的散热材料制成。
11.根据权利要求1至10中一项所述的电路板元件(1)，其特征在于，所述光敏部件(12)是光电二极管或光电池。
12.根据权利要求1至11中一项所述的电路板元件(1)，其特征在于，所述波导腔(11)由印制在所述基片(2)或介电层(3)上的框(17)限定边界。
13.一种用于制造根据权利要求1至11中一项所述的电路板元件(1)的方法，其特征在于，在处理完成的基片(2；5)上，必要时在散热板上安装预先组装的电路板层(6)，例如半固化片，从而形成长的腔开口(11)以用于形成通道形式的波导(11’)，然后在所述开口内安装波导(11’)且必要时安装LED(10)和/或光敏部件(12)。
14.一种用于制造根据权利要求1至11中一项所述的电路板元件(1)的方法，其特征在于，在所述基片(2)上安装介电层(7)，在所述介电层内例如通过激光结构化和去除限定出的区域或通过挤压例如借助于凸版印刷而为至少用于通道形式的波导(11’)设置腔(11)。
15.一种用于制造根据权利要求1至12中一项所述的电路板元件(1)的方法，其特征在于，在由电介质制成的所述基片(2)上印制包围腔(11)的框(17)，例如通过丝网印刷、油墨印刷、蜡纸印刷等印刷方法印制。
16.根据权利要求13至15中一项所述的方法，其特征在于，所述波导腔(11)例如通过丝网印刷、凹版印刷、喷射印刷等技术填充以光学材料(15)。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述光学材料(15)的上侧覆盖以例如阻焊漆的反射层(16)。
18.根据权利要求13至17中一项所述的方法，其特征在于，所述波导腔(11)的壁必要时涂覆以阻焊漆以提高反射性。
19.根据权利要求13至18中一项所述的方法，其特征在于，所述光敏部件(12)安装在所述介电层(7)上并且部分地覆盖所述波导腔(11)。
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