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Die Erfindung betrifft ein Substrat für eine Leuchtvorrichtung, wobei das Substrat mindestens einen Keramikbereich aus elektrisch isolierender Keramik aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Substrats. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf Substrate für LEDs, insbesondere mit daran angeordneten Kühlkörpern.
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Es sind Substrate für Leuchtdioden (LEDs) bekannt, welche aus Keramik bestehen. Keramik weist den Vorteil auf, dass sie hochgradig wärmeleitfähig ist und in den meisten Fällen hochgradig elektrisch isolierend ist. Jedoch besteht ein Problem darin, metallische Körper an dem Keramiksubstrat zu befestigen, z.B. Leiterbahnen oder Kühlkörper. Zum Aufbringen von Leiterbahnen auf einem Keramiksubstrat muss dieses aktiviert werden, meist mit Palladium, was aufwändig und teuer ist. Ein Kühlkörper wird in der Regel mittels eines Haftvermittlers (z.B. einem dünnen doppelseitigen Klebeband, einer Wärmeleitpaste usw.) an dem Keramiksubstrat befestigt. Hierbei ist nachteilig, dass der Wärmeübergangswiderstand zwischen dem Keramiksubstrat und dem Kühlkörper aufgrund des Klebebands vergleichsweise hoch ist.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine vereinfachte Möglichkeit zum Anbringen metallischer Körper an ein Keramikvolumen bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Substrat für eine Leuchtvorrichtung, wobei das Substrat mindestens einen Teilbereich aus elektrisch isolierender Keramik (im Folgenden als „Keramik-Teilbereich“ bezeichnet) und mindestens einen Teilbereich aus Cermet (im Folgenden als „Cermet-Teilbereich“ bezeichnet) aufweist. Cermets sind Verbundwerkstoffe aus keramischen Werkstoffen in einer metallischen Matrix. Cermets sind typischerweise Sinterwerkstoffe und können somit vorteilhafterweise einstückig durch Sintern mit dem Keramik-Teilbereich hergestellt werden. Cermets weisen den weiteren Vorteil auf, dass sie sich wie Metall mit anderen Metallkörpern verbinden lassen, so dass auf übliche Verbindungs- oder Herstellungsverfahren zwischen Metallen zurückgegriffen werden kann. Auf aufwändige Verbindungstechniken zwischen Keramik und Metall wie das Aktivieren oder die Verwendung des Haftvermittlers kann verzichtet werden. Metall-Metall-Verbindungsmethoden wie beispielsweise Löten oder Schweißen erlauben dabei einen erheblich geringeren Wärmeübergangswiderstand zwischen dem Substrat und einem zugehörigen Metallkörper.
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Die Keramik bzw. der keramische Anteil des Cermets besteht oft aus Aluminiumoxid und/oder Zirkondioxid, während als metallische Komponenten häufig Niob, Molybdän, Titan, Kobalt, Zirkon oder Chrom verwendet werden. Es wird bevorzugt, dass die Keramik des Cermets der Keramik des Keramik-Teilbereichs entspricht, da so ein Materialmismatch verringerbar ist.
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Cermets können elektrisch leitend oder elektrisch nicht-leitend sein. Dies mag z.B. abhängig von einem Verhältnis der Anteile von Keramik zu Metall sein. Bevorzugt wird ein Volumenverhältnis von Keramik zu Metall von 40:60.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass der mindestens eine Cermet-Teilbereich einen Teil einer Oberfläche des Substrats bildet. So kann an diesem Teil direkt ein Metallkörper angebracht werden.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass das Substrat einen Keramik-Teilbereich mit einer ersten Seite (im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit als „Vorderseite“ bezeichnet) und mit einer zweiten Seite (im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit als „Rückseite“ bezeichnet) aufweist und sich an der Vorderseite und/oder an der Rückseite jeweils mindestens ein Cermet-Teilbereich anschließt. Dies weist den Vorteil auf, dass sich an der Vorderseite und/oder an der Rückseite an dem Cermet-Teilbereich auf einfache Weise ein metallischer Körper anbringen lässt.
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Es ist eine Weiterbildung, dass das Substrat eine plattenförmige Grundform aufweist. Das Substrat mag in der Ebene der größten Erstreckungen (z.B. in einer x-y-Ebene) vollflächig sein oder sich durch die gesamte Dicke (in z-Erstreckung) erstreckende Aussparungen aufweisen.
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Das plattenförmige Substrat braucht nicht eben zu sein, sondern mag z.B. auch in einer oder in zwei Richtungen gekrümmt sein. Ganz allgemein ist das Substrat auch nicht auf eine plattenförmige Grundform beschränkt, sondern mag jede geeignete Form aufweisen.
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Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass zumindest die Vorderseite mindestens einen zumindest teilweise oberflächlich verlaufenden, elektrisch leitfähigen Cermet-Teilbereich als elektrische Leiterbahn aufweist. Der mindestens eine Cermet-Teilbereich kann also selbst als Leiterbahn dienen, falls das Cermet elektrisch ausreichend leitfähig ist. Somit ist keine folgende Metallisierung notwendig.
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Es ist eine für elektrisch leitfähige oder elektrisch nicht leitfähige Cermet-Teilbereiche einsetzbare Weiterbildung, dass mindestens ein Cermet-Teilbereich eine Form einer elektrischen Leiterbahn aufweist und darauf eine metallische Leiterbahn aufgebracht ist. Solche Leiterbahnen lassen sich besonders einfach auf das Substrat aufbringen, z.B. durch herkömmliche Metallisierungsverfahren, ohne dass eine vorherige Aktivierung notwendig ist.
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Es ist eine Ausgestaltung davon, dass die aus dem elektrisch leitfähigen Cermet-Teilbereich bestehende Leiterbahn („Cermet-Leiterbahn“) vollständig oberflächlich verläuft. Eine solche Ausgestaltung ist besonders einfach herstellbar. So mag beispielsweise ein solcher Cermet-Teilbereich bei einem Pulverpressen eines Grünkörpers dadurch hergestellt werden, dass Cermet-Pulver in eine entsprechend geformte Negativform eines Pressstempels eingefüllt wird. Dadurch wird insbesondere eine erhobene Cermet-Leiterbahn geschaffen, die einfach kontaktierbar ist, z.B. von einem LED-Chip oder einem Bonddraht.
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Es ist auch eine Ausgestaltung, dass die Cermet-Leiterbahn teilweise in dem Keramik-Teilbereich verläuft, also insbesondere seitlich vollständig von dem Keramik-Teilbereich umgeben ist. Dadurch kann die Cermet-Leiterbahn auch in der Tiefe (unterhalb der Oberfläche des Substrats) des Keramik-Teilbereichs verlaufen. Dies ermöglicht beispielsweise eine elektrische Leitung unterhalb einer elektrisch isolierenden Oberfläche, wodurch sich z.B. mehrlagige Leitungsebenen und/oder berührungssichere Oberflächen bereitstellen lassen.
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Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass an mindestens einen Cermet-Teilbereich mindestens ein metallischer Körper anschließt. Ein solcher metallischer Körper lässt sich besonders einfach anschließen, insbesondere durch Metall-Metall-Verbindungsarten, Metall-Kunststoff-Verbindungsarten oder eine Beschichtung. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass auf einen Haftvermittler, z.B. ein Klebeband, verzichtet werden kann und sich so ein besonders geringer Wärmeübergangswiderstand einstellt.
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Es ist eine Weiterbildung, dass der metallische Körper eine Leiterbahn oder eine Kontaktfläche („Bondpad“) ist. In diesem Fall mag die Leiterbahn oder die Kontaktfläche z.B. ohne vorherige Aktivierung auf den Cermet-Teilbereich aufgebracht worden sein, z.B. durch übliche Beschichtungsmethoden bzw. Metallisierungsverfahren.
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Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass mindestens ein metallischer Körper ein separat hergestellter und danach an mindestens einem Cermet-Teilbereich befestigter Körper ist. Dies kann besonders mittels eines Metallverbindungsverfahrens geschehen, z.B. durch Löten oder Schweißen.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass mindestens ein metallischer Körper ein an den Cermet-Teilbereich integral anschließender metallischer Körper ist. Unter einem integral anschließenden Körper wird insbesondere ein Körper verstanden, welcher gleichzeitig mit der Herstellung des Cermet-Teilbereichs bzw. des Cermet-Teilbereichs und des Keramik-Teilbereichs hergestellt wird und nicht nachträglich an einem bereits fertigen Cermet-Teilbereich angebracht wird. Beispielsweise mag der Grünkörper auch metallische Teilbereiche aufweisen, z.B. aus sinterfähigem Metall. Somit können ganz allgemein während eines gemeinsamen Sintervorgangs mindestens ein Keramik-Teilbereich, mindestens eine Cermet-Teilbereich und mindestens ein metallischer Teilbereich des Substrats hergestellt worden sein. Diese Ausgestaltung erlaubt eine Verringerung der Zahl der Arbeitsschritte und mag folglich ein besonders einfaches und preiswertes Substrat ermöglichen.
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Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass mindestens ein metallischer Körper ein Kühlkörper ist. Dieser mag also mit einem besonders geringen Wärmeübergangswiderstand mit dem Substrat verbunden sein, was eine besonders effektive Wärmeabfuhr ermöglicht, z.B. von an dem Substrat befestigten Halbleiterlichtquellen und/oder elektronischen Bauelementen.
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Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass mindestens ein metallischer Körper zumindest teilweise in dem Keramik-Teilbereich vergraben ist und von mindestens einem zugehörigen, insbesondere elektrisch leitfähigen, Cermet-Teilbereich umgriffen ist. Dadurch kann auf einfache und sichere Weise eine effektive mechanische Fixierung und/oder elektrische Kontaktierung des metallischen Körpers erreicht werden. Zusätzlich oder alternativ mag der mindestens eine metallischer Körper zumindest teilweise in einem Cermet-Teilbereich vergraben sein bzw. davon umgeben sein.
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Der metallische Körper mag beispielsweise aus einer in den Grünkörper eingebrachten metallischen Pulverspur oder durch Einlegen eines metallischen Einlegeteils in Keramik- und/oder Cermetpulver vor einem Pressvorgang und/oder einem Sintervorgang realisiert werden.
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Es ist auch eine Ausgestaltung, dass mindestens ein Cermet-Teilbereich ein Gradientenbereich ist, also zumindest in einer Erstreckungsrichtung (z.B. über seine Dicke) sich graduell ändernde Keramik-Metall-Anteile aufweist. Dies ermöglicht eine verbesserte Anbindung einerseits an einen Keramik-Teilbereich, z.B. mit einem besonders geringen mechanischen Mismatch, und andererseits an ein Metall, z.B. mit einem besonders geringen Wärmeübergangswiderstand.
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Es ist eine Weiterbildung, dass der Gradientenbereich zwei oder mehr Unterbereiche oder Abstufungen aufweist, welche in sich einen konstanten Keramik-Metall-Anteil, aber zueinander unterschiedliche Keramik-Metall-Anteile aufweisen. Dies mag insbesondere in Form eines lagenartigen Gradientenbereichs realisiert sein. Diese Weiterbildung zeichnet sich durch ihre besonders einfache Umsetzung aus, z.B. indem Pulver oder ein anderes Ausgangsmaterial mit unterschiedlichem Keramik-Metall-Anteil schichtweise in eine Grünkörperform eingegeben werden.
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Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass das Substrat mittels eines Verfahrens hergestellt worden ist, welches mindestens die folgenden Schritte umfasst: Herstellen eines Grünkörpers, wobei der Grünkörper Bereiche aus keramischem Ausgangsmaterial und Bereiche aus Cermet-Ausgangsmaterial aufweist; und Sintern des Grünkörpers zu dem Substrat.
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Das Sintern mag beispielsweise ein druckloses Sintern, wobei das Herstellen des Grünkörpers und das Sintern insbesondere als unterschiedliche Arbeitsschritte realisierbar sind. Das Sintern mag aber auch ein Gashochdrucksintern sein, insbesondere ein heißisostatisches Pressen (HIP). Dabei mögen das Herstellen des Grünkörpers und das Sintern in einem gemeinsamen Arbeitsschritt erfolgen. In noch einer Variante kann beispielsweise ein Sinterprozess unter Normaldruck bis zum Schließen der offenen Porosität im Sinterkörper durchgeführt werden und sich ein HIP-Zyklus anschließen. Dieser als Sinter-HIP oder Post-HIP bezeichnete Prozess kann in einem anderen Apparat durchgeführt werden als das Sintern unter Normaldruck, oder aber aneinander anschließend in dem gleichen Apparat. Ganz allgemein kann das Substrat mittels eines (beliebigen geeigneten) Sinterverfahrens hergestellt werden, z.B. auch mittels eines Spark-Plasma-Sinterns, SPS.
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Der Grünkörper kann auf alle möglichen bekannten Arten hergestellt worden sein, z.B. durch Pulverpressen oder nasschemisch.
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Zur integralen Herstellung mindestens eines metallischen Teilbereichs bzw. Körpers des Substrats mag der Grünkörper auch mindestens einen Metallbereich aufweisen. Der Metallbereich mag insbesondere aus sinterfähigem Metall bestehen, ist aber nicht drauf beschränkt.
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Es ist noch eine Weiterbildung, dass das Substrat ein Substrat für eine Leuchtvorrichtung ist und als Substrat oder Träger für mindestens eine Lichtquelle eingerichtet ist. Dazu mag das Substrat beispielsweise Bestückplätze für mindestens eine Lichtquelle aufweisen. Diese Weiterbildung weist den Vorteil auf, dass sich so eine besonders effektive Wärmeableitung von der mindestens einen Lichtquelle erreichen lässt.
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Es ist eine Weiterbildung, dass die mindestens eine Lichtquelle mindestens eine Halbleiterlichtquelle aufweist. Bevorzugterweise umfasst die mindestens eine Halbleiterlichtquelle mindestens eine Leuchtdiode. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtdioden können diese in der gleichen Farbe oder in verschiedenen Farben leuchten. Eine Farbe kann monochrom (z.B. rot, grün, blau usw.) oder multichrom (z.B. weiß) sein. Auch kann das von der mindestens einen Leuchtdiode abgestrahlte Licht ein infrarotes Licht (IR-LED) oder ein ultraviolettes Licht (UV-LED) sein. Mehrere Leuchtdioden können ein Mischlicht erzeugen; z.B. ein weißes Mischlicht. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mindestens einen wellenlängenumwandelnden Leuchtstoff enthalten (Konversions-LED). Der Leuchtstoff kann alternativ oder zusätzlich entfernt von der Leuchtdiode angeordnet sein (häufig auch als "Remote Phosphor"-Anordnung bezeichnet). Die mindestens eine Leuchtdiode kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten Leuchtdiode oder in Form mindestens eines LED-Chips vorliegen. Mehrere LED-Chips können auf einem gemeinsamen Substrat ("Submount") montiert sein. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, z.B. mindestens einer Fresnel-Linse, Kollimator, und so weiter. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen Leuchtdioden, z.B. auf Basis von InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs) einsetzbar. Alternativ kann die mindestens eine Halbleiterlichtquelle z.B. mindestens einen Diodenlaser aufweisen.
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Das Substrat mag zusätzlich oder alternativ als Substrat oder Träger für mindestens ein elektronisches oder elektrisches Bauelement eingerichtet sein.
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Dazu mag das Substrat beispielsweise Bestückplätze für das mindestens eine elektronische oder elektrische Bauelement aufweisen. Diese Weiterbildung weist den Vorteil auf, dass sich so eine besonders effektive Wärmeableitung von der mindestens einen Lichtquelle erreichen lässt. Das elektronische oder elektrische Bauelement mag beispielsweise ein SMD-Bauteil sein.
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Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine Leuchtvorrichtung, aufweisend mindestens ein Substrat wie oben beschrieben, an welchem mindestens eine Lichtquelle, insbesondere Halbleiterlichtquelle, angeordnet ist.
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Die Leuchtvorrichtung mag beispielsweise ein Leuchtmodul (auch als Light Engine bezeichnet), eine Lampe oder eine Leuchte sein.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Substrats wie oben beschrieben, wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist: (a) Herstellen mindestens eines Grünkörpers mit mindestens einem Bereich, insbesondere Lage, aus keramischen Ausgangsmaterial, insbesondere Keramikpulver, und mindestens einem Bereich, insbesondere Lage, aus Cermet-Ausgangsmaterial, insbesondere Cermetpulver; und (b) Sintern des Grünkörpers.
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Das Verfahren kann analog zu der Vorrichtung ausgebildet werden und weist die gleichen Vorteile auf.
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So können die Schritte (a) und (b) getrennt durchgeführt werden (z.B. bei einem drucklosen Sintern), oder sie können gleichzeitig bzw. in einem Arbeitsschritt durchgeführt werden (z.B. im Rahmen eines heißisostatischen Pressens).
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
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1 zeigt als Schnittdarstellung in Schnittansicht eine Momentaufnahme einer Herstellung eines Substrats gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel durch heißisostatisches Pressen;
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2 zeigt als Schnittdarstellung in Schnittansicht eine Leuchtvorrichtung, welche das Substrat gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aufweist; und
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3 zeigt als Schnittdarstellung in Schnittansicht einen Ausschnitt aus einer weiteren Leuchtvorrichtung, welche ein Substrat gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel aufweist;
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4 zeigt in Draufsicht einen Ausschnitt aus noch einer weiteren Leuchtvorrichtung, welche ein Substrat gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel aufweist;
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5 zeigt einen Querschnitt aus der Leuchtvorrichtung aus 4; und
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6 zeigt einen anderen Querschnitt aus der Leuchtvorrichtung aus 4.
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1 zeigt als Schnittdarstellung in Schnittansicht eine Momentaufnahme einer Herstellung eines Substrats 11 durch heißisostatisches Pressen, HIP (sog. „hippen“). Eine entsprechende HIP-Apparatur weist ein oberseitig und unterseitig offenes Gehäuse G bzw. Matrize auf, in welches zunächst ein unterseitiger erster Stempel Su eingeführt wird. Der erste Stempel Su weist an seiner freien Seite F Aussparungen oder Rücksprünge P auf.
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Zum Herstellen des Substrats 11 werden zunächst die Rücksprünge P mit Cermetpulver C1 aufgefüllt. Dann wird Keramikpulver K in das Gehäuse G eingefüllt. Auf das Keramikpulver K wird eine Lage Cermetpulver C2 aufgebracht. Das Cermetpulver C1 und das Cermetpulver C2 mögen das gleiche oder unterschiedliche Pulver sein, z.B. unterschiedlich in ihren Ausgangsstoffen und/oder in ihren Stoffanteilen.
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Folgend wird oberseitig ein zweiter Stempel So in das Gehäuse G eingeführt. Zum Hippen werden die beiden Stempel Su und So aufeinander zubewegt, wie durch die Pfeile angedeutet. Auch werden die Pulver K, C1 und C2 so weit aufgeheizt, dass sie sintern können. Insgesamt werden die Pulver K, C1 und C2 dadurch isostatisch zusammengepresst, wodurch sie z.B. einen Grünkörper bilden, und gleichzeitig oder zeitlich versetzt so weit aufgeheizt, dass sie zu einem fertigen Substrat 11 sintern.
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2 zeigt eine Leuchtvorrichtung in Form eines ersten LED-Leuchtmoduls M1, welches das fertige Substrat 11 verwendet. Das Substrat 11 weist an seiner vorderen Oberfläche oder Vorderseite V mehrere erste Cermet-Teilbereiche 12 auf, die aus dem gesinterten Cermetpulver C1 entstanden sind. Die Teilbereiche 12 entsprechen in ihrer Form den als Negativmuster dienenden Rücksprüngen P des unteren Stempels Su. Die Cermet-Teilbereiche 12 sind integral auf einem Keramik-Teilbereich 13 aus gesinterter, elektrisch isolierender Keramik, z.B. Aluminiumoxid, angeordnet. Sie verlaufen dabei vollständig oberflächlich, d.h., dass sie über ihre Länge nicht vollständig von dem Keramik-Teilbereich 13 umgeben sind, sondern nach vorne freiliegen.
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An einer rückseitigen Oberfläche oder Rückseite R des Substrats 11 befindet sich, integral mit dem Keramik-Teilbereich 13 verbunden, ein lagenförmiger zweiter Cermet-Teilbereich 14, der aus dem gesinterten Cermetpulver C2 entstanden ist.
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Während der Keramik-Teilbereich 13 eine hohe mechanische Festigkeit aufweist und die Vorderseite V und die Rückseite R des Substrats 11 elektrisch voneinander isoliert, können an den Cermet-Teilbereichen 12 und 14 einfach metallische Körper angebracht werden.
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Beispielsweise sind hier die ersten Cermet-Teilbereiche 12 elektrisch leitfähig und dienen somit als Leiterbahnen für LEDs L, von denen hier eine einzige LED L gezeigt ist. Die LED L weist zwei unterseitige Kontaktflächen B auf, welche direkt auf die zwei elektrisch voneinander getrennte erste Cermet-Teilbereiche 12 aufbringbar ist, z.B. durch Löten, z.B. in einem Reflow-Ofen. Dabei ist von Vorteil, dass die Sintertemperaturen, welche das Substrat 11 ausgehalten hat, üblicher weit höher sind als Temperaturen zum Löten, so dass das Substrat 11 Lötvorgänge problemlos aushalten kann. Somit kann das Substrat 11 auch zur Oberflächenmontage herangezogen werden.
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Der zweite Cermet-Teilbereich C2, der elektrisch leitfähig oder nicht-leitfähig sein mag, ist flächig mit einem metallischen Körper in Form eines Kühlkörpers H verbunden, und zwar mittels Lötens, Schweißens oder anderer Metall-Metall-Verbindungsmethoden. Der Kühlkörper H ist hier als separates Bauteil vorgefertigt worden. Dies ermöglicht einen geringen Wärmeübergangswiderstand zwischen dem Substrat 11 und dem Kühlkörper H und damit auch eine hohe Wärmeabgabe von der LED L auf den Kühlkörper H. Der Kühlkörper H mag beispielsweise aus Aluminium bestehen.
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3 zeigt einen Ausschnitt aus einer weiteren Leuchtvorrichtung in Form eines zweiten LED-Leuchtmoduls M2, welches ein Substrat 21 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel aufweist. Das Substrat 21 weist eine plattenförmige Grundform auf, wobei rückseitig ein plattenförmiger Cermet-Teilbereich 24 integral mit einem plattenförmigen Keramik-Teilbereich 23 verbunden ist. Der rückseitige Cermet-Teilbereich 24 dient zur Befestigung eines Kühlkörpers H2.
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An der Vorderseite V des Substrats 21 sind LEDs L angebracht, welche aber nun nicht wie bei dem Substrat 11 über oberflächlich verlaufende Leiterbahnen verbunden sind. Vielmehr verlaufen nun als Leiterbahnen oder Verbindungsleiter dienende, elektrisch leitfähige Cermet-Teilbereiche 22 von der Vorderseite V des Substrats 21, welche auch einer Vorderseite des Keramik-Teilbereichs 23 entspricht, senkrecht in den Keramik-Teilbereich 23 hinein, und zwar bis zum Kontakt mit einer zugehörigen Metallleitung 25. Die elektrisch leitfähigen Cermet-Teilbereiche 22 dienen also nun einer elektrischen Verbindung zwischen der Vorderseite V und in dem Keramik-Teilbereich 23 vergrabenen Metallleitungen 25. Dadurch kann die Vorderseite V des zweiten LED-Leuchtmoduls M2 nach Aufsetzen der LEDs L auf zugehörige vorderseitige Endflächen der Cermet-Teilbereiche 22 berührsicher gestaltet werden.
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Die Metallleitungen 25 können beispielsweise durch in das Keramikpulver K eingelegte Metallkörper (z.B. einen Metalldraht, ein Metallband oder ein anderes Einlegeteil) oder durch Einbringen von Spuren sinterfähigen Metallpulvers in das Keramikpulver K hergestellt werden. Die elektrisch leitfähigen Cermet-Teilbereiche 22 können die Metallleitungen 25 insbesondere umgreifen, insbesondere umlaufend umgreifen, was eine besonders sichere elektrische Kontaktierung als auch mechanische Fixierung erlaubt.
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4 zeigt in Draufsicht einen Ausschnitt aus noch einer weiteren Leuchtvorrichtung in Form eines dritten LED-Leuchtmoduls M3, welche ein Substrat 31 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel aufweist.
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Das Substrat 31 ist nun wabenförmig mit in einem regelmäßigen Muster angeordneten hexagonalen Aussparungen W ausgestaltet. Die gezeigte Vorderseite V besteht überwiegend aus einem elektrisch leitfähigen Cermet-Teilbereich 32, welcher jedoch mehrere offene Trennstellen 35 aufweist. Die Trennstellen 35 können als einfache Lücken 36 ausgebildet sein, die bis zu dem darunterliegenden, elektrisch nicht leitfähigen bzw. elektrisch isolierenden Keramik-Teilbereich 33 reichen, wie auch im Schnitt A-A in 5 gezeigt. Zusätzlich oder alternativ können die Trennstellen 35 durch ein elektrisch isolierendes Isolatorelement 37 ausgefüllt sein, was eine Herstellung der Trennstellen 35 erleichtern mag, wie auch im Schnitt B-B in 6 gezeigt. Auf die Trennstellen 35 bzw. auf die daran anschließenden Cermet-Teilbereiche 32 mögen LEDs L kontaktierend aufgebracht sein. Der wabenförmige Cermet-Teilbereich 32 dient dabei als Leiterbahnsystem, wobei insbesondere nicht durch LEDs L gebrückte Trennstellen 35 einer Steuerung oder Ausprägung eines Stromflusses dienen können.
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Wie in 5 und 6 gezeigt, schließt sich rückseitig an dem Substrat 31, genauer gesagt: an dem rückseitigen Cermet-Teilbereich 34, ein in Draufsicht wabenförmiger Kühlkörper 39 an. Der Kühlkörper 39 ist jedoch nun nicht als separat hergestellter und nachträglich an den Cermet-Teilbereich 34 angebrachter Kühlkörper ausgebildet, sondern als integral an das Substrat 31 anschließender Kühlkörper. Dazu mag beispielweise bei der Herstellung Metallpulver, z.B. aufweisend Aluminium oder Kupfer, auf oder unter dem zur Herstellung des rückseitigen Cermet-Teilbereichs 34 vorhandenen Cermetpulvers C2 angeordnet werden, z.B. in eine entsprechende Matrize oder Gehäuse G eingefüllt werden.
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Insbesondere für diesen Fall mag es vorteilhaft sein, dass ein Cermet-Teilbereich, hier: der rückseitige Cermet-Teilbereich 34, ein Gradientenbereich ist. Der Cermet-Teilbereich 34 weist dazu zwei übereinander gestapelte Unterbereiche 34a und 34b auf, die sich durch ihre Anteile an Metall und Keramik unterscheiden. Und zwar weist der an den Keramik-Teilbereich 33 angrenzende Cermet-Unterbereich 34a einen höheren Keramikanteil auf als der integral an den Kühlkörper 39 anschließende Cermet-Unterbereich 34b.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die gezeigten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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So können anstelle der oder zusätzlich zu den LEDs auch elektronische und/oder elektrische Bauteile an dem Substrat befestigt werden.
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Allgemein können Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele additiv oder alternativ verwendet werden. Beispielsweise mag der die LEDs kontaktierende Cermet-Teilbereich auch für die Leuchtvorrichtung M2 aus dem Keramik-Teilbereich erhoben sein.
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Allgemein kann unter "ein", "eine" usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von "mindestens ein" oder "ein oder mehrere" usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck "genau ein" usw.
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Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Substrat
- 12
- erster Cermet-Teilbereich
- 13
- Keramik-Teilbereich
- 14
- zweiter Cermet-Teilbereich
- 21
- Substrat
- 22
- Cermet-Teilbereich
- 23
- plattenförmiger Keramik-Teilbereich
- 24
- plattenförmiger Cermet-Teilbereich
- 25
- Metallleitung
- 31
- Substrat
- 32
- Cermet-Teilbereich
- 33
- Keramik-Teilbereich
- 34
- Cermet-Teilbereich
- 34a
- Cermet-Unterbereich
- 34b
- Cermet-Unterbereich
- 35
- Trennstelle
- 36
- Lücke
- 39
- Kühlkörper
- 37
- Isolatorelement
- C1, C2
- Cermetpulver
- B
- Kontaktfläche
- F
- freie Seite
- G
- Gehäuse
- H
- Kühlkörper
- H2
- Kühlkörper
- K
- Keramikpulver
- L
- LED
- M1
- erstes LED-Leuchtmodul
- M2
- zweites LED-Leuchtmodul
- M3
- drittes LED-Leuchtmodul
- P
- Rücksprung
- R
- Rückseite
- Su
- erster Stempel
- So
- zweiter Stempel
- V
- Vorderseite
- W
- Aussparung
