DE102015225808B4 - Method of arranging an SMD component in relation to a printed circuit board - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zum Anordnen eines SMD-Bauteils (14) in Bezug zu einer Leiterplatte (16) für ein Lichtmodul (10) einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (4), wobei die Leiterplatte (16) eine Oberflächenöffnung (30) aufweist, wobei die Oberflächenöffnung (30) zu einer Aufnahme des SMD-Bauteils (14) dimensioniert ist, wobei das SMD-Bauteil (14) zumindest abschnittsweise innerhalb der Oberflächenöffnung (30) der Leiterplatte (16) angeordnet wird, und wobei das SMD-Bauteil (14) zu der Leiterplatte (16) festgelegt wird,- wobei die Festlegung des SMD-Bauteils (14) einen Reflow-Lötvorgang umfasst, und- wobei ein Öffnungsquerschnitt (64) der Oberflächenöffnung (30) gerade so gering ausgelegt ist, sodass bei dem Reflow-Lötvorgang in einem Reflow-Lötofen ein Verschwimmen des SMD-Bauteils (14) durch den Öffnungsquerschnitt (64) und die Abmessungen des SMD-Bauteils (14) begrenzt wird,wobei die Oberflächenöffnung (30) an ihrem Grund eine Kupferschicht (42) mit zwei Kupferpads (80, 82) zur elektrischen Kontaktierung des SMD-Bauteils (14) aufweist, auf denen Lot (84, 86) angeordnet wird, um eine elektrische und formschlüssige Verbindung zu dem SMD-Bauteil (14) herzustellen,wobei die Oberflächenöffnung (30) gemeinsam mit einem Justageabschnitt hergestellt wird, wobei der Justageabschnitt derart ausgebildet ist, um die Leiterplatte (16) bezüglich dem Lichtmodul (10) zu justieren und/oder festzulegen undwobei die Oberflächenöffnung (30) durch einen Materialabtrag in Bezug zu der Leiterplatte (16) in einem Frässchritt und/oder einem Stanzschritt und/oder einem Ätzschritt erzeugt wird.A method for arranging an SMD component (14) in relation to a circuit board (16) for a light module (10) of a motor vehicle lighting device (4), the circuit board (16) having a surface opening (30), the surface opening (30) is dimensioned to accommodate the SMD component (14), wherein the SMD component (14) is arranged at least in sections within the surface opening (30) of the circuit board (16), and wherein the SMD component (14) to the circuit board ( 16) is defined, - wherein the definition of the SMD component (14) comprises a reflow soldering process, and - wherein an opening cross section (64) of the surface opening (30) is designed just so small that during the reflow soldering process in a reflow - soldering oven blurring of the SMD component (14) is limited by the opening cross section (64) and the dimensions of the SMD component (14), the surface opening (30) having a copper layer (42) with two copper pads (80, 82) to the electr chen contacting of the SMD component (14), on which solder (84, 86) is arranged in order to produce an electrical and form-fitting connection to the SMD component (14), the surface opening (30) being produced together with an adjustment section , wherein the adjustment section is designed in such a way to adjust and/or fix the printed circuit board (16) with respect to the light module (10) and wherein the surface opening (30) is removed by removing material in relation to the printed circuit board (16) in a milling step and/or a Stamping step and / or an etching step is generated.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anordnen eines SMD-Bauteils in Bezug zu einer Leiterplatte für ein Lichtmodul einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for arranging an SMD component in relation to a circuit board for a light module of a motor vehicle lighting device according to the preamble of claim 1.

Heutige Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtungen zeichnen sich durch hohe Beleuchtungsstärken und einen Trend zu kleineren Lichtquellen mit höherer Leistungsfähigkeit aus. Dies bringt mit sich, dass eine hohe Wärmeentwicklung auf immer kleineren Flächen bzw. immer kleineren Bereichen entsteht.Today's motor vehicle lighting devices are characterized by high levels of illuminance and a trend towards smaller light sources with higher performance. This means that a high level of heat is generated on ever smaller surfaces or ever smaller areas.

Des Weiteren sind Verfahren zum Aufbringen von Bauteilen, insbesondere von SMD-Bauteilen (SMD: Surface Mounted Device), auf eine Leiterplatte allgemein bekannt. Beispielsweise werden SMD-LEDs (Surface Mounted Device - Light Emitting Diode) an einer Zielkoordinate auf der Leiterplatte abgelegt und in einem nachfolgenden Schritt durch Aufschmelzen von Lot, beispielsweise durch das sogenannte Reflow-Löten, materialschlüssig und leitend mit der Leiterplatte verbunden.Furthermore, methods for applying components, in particular SMD components (SMD: Surface Mounted Device), to a printed circuit board are generally known. For example, SMD LEDs (Surface Mounted Device - Light Emitting Diode) are placed at a target coordinate on the printed circuit board and in a subsequent step by melting solder, for example by so-called reflow soldering, materially and conductively connected to the printed circuit board.

Aus der DE 10 2007 049 310 A1 ist ein Leuchtmodul bekannt, bei dem ein Trägerelement durch eine separate Haltevorrichtung auf einem Kühlkörper fixiert ist. Die Haltevorrichtung weist eine Aussparung auf, die das Trägerelement zumindest bereichsweise umfasst. Die verwendeten Bauteile sind nicht kompatibel mit einem SMD-Bestückungsprozess, womit Leuchten nur unter hohem Aufwand fertigbar sind.From the DE 10 2007 049 310 A1 a lighting module is known in which a carrier element is fixed by a separate holding device on a heat sink. The holding device has a recess which at least partially encompasses the carrier element. The components used are not compatible with an SMD assembly process, which means that lights can only be manufactured with great effort.

US 2009 / 0 321 778 A1 offenbart eine Leuchtdiode, die ein Substrat, einen LED-Chip und eine Vielzahl von leitenden Höckern umfasst. Das Substrat kann ein Anschluss-Rahmen sein, der aus hochleitfähigem Metall wie Gold (Au), Silber (Ag), Kupfer (Cu) oder einem anderen Metall besteht.US 2009/0 321 778 A1 discloses a light emitting diode comprising a substrate, an LED chip and a plurality of conductive bumps. The substrate can be a leadframe made of highly conductive metal such as gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), or other metal.

Die US 2009 / 0 154 513 A1 offenbart ein Mehrfach-Layer-Board umfassend eine elektrisch nicht leitende Hitzeleitung und einen Halbleiterlichtquellenchip. Das Vorsehen der vorgenannten Hitzeleitungen ist aufwendig und teuer.US 2009/0 154 513 A1 discloses a multi-layer board comprising an electrically non-conductive heat pipe and a semiconductor light source chip. The provision of the aforementioned heat lines is complex and expensive.

Die WO 2012 / 129 580 A2 offenbart ein Leiterplattenelement mit einem Substrat, auf dem wenigstens eine dielektrische Schicht angeordnet ist, sowie mit wenigstens einer LED bzw. Leuchtdiode, wobei in der dielektrischen Schicht zumindest eine von der LED wegführende kanalförmige Wellenleiter-Kavität vorgesehen ist, die zu wenigstens einem integrierten lichtempfindlichen, zur Überprüfung der Lichtemission angeordneten Bauelement, beispielsweise einer Fotodiode bzw. einer Fotozelle, führt, wobei die LED vorzugsweise ebenfalls in einer Kavität angeordnet ist, die mit der Wellenleiter-Kavität verbunden ist.WO 2012/129 580 A2 discloses a printed circuit board element with a substrate on which at least one dielectric layer is arranged, and with at least one LED or light-emitting diode, with at least one channel-shaped waveguide cavity leading away from the LED being provided in the dielectric layer, which leads to at least one integrated light-sensitive component arranged to check the light emission, for example a photodiode or a photocell, the LED preferably also being arranged in a cavity which is connected to the waveguide cavity.

Die US 2008 / 0 023 722 A1 offenbart eine lichtemittierende wärmeableitende Vorrichtung mit mindestens einem lichtemittierenden Chip und einer Leiterplatte. Die Leiterplatte weist mindestens eine Ausnehmung und mindestens ein in der Ausnehmung angeordnetes Wärmeleitelement auf. Der lichtemittierende Chip ist auf dem wärmeleitenden Element angeordnet und mit der Leiterplatte über Kontaktflächen verbunden, die elektrisch mit einem Schaltungslayout der Leiterplatte verbunden sind. Darüber hinaus ist der lichtemittierende Chip durch einen Füllstoff auf der Leiterplatte umhüllt.US 2008/0 023 722 A1 discloses a light-emitting, heat-dissipating device having at least a light-emitting chip and a circuit board. The circuit board has at least one recess and at least one heat-conducting element arranged in the recess. The light-emitting chip is placed on the thermally conductive member and connected to the circuit board via pads that are electrically connected to a circuit layout of the circuit board. In addition, the light-emitting chip is encapsulated by a filler on the circuit board.

Die US 2011 / 0 006 318 A1 offenbart eine LED-Gehäusestruktur mit konkavem Bereich zur Positionierung einer wärmeleitenden Substanz umfassend eine Substrateinheit, eine wärmeleitende Klebeeinheit, eine lichtemittierende Einheit, eine leitende Einheit und eine Gehäuseeinheit. Die Substrateinheit hat einen Substratkörper, einen konkaven Raum, der auf dem Substratkörper gebildet ist, und eine Vielzahl von positiven und negativen Pads, die auf dem Substratkörper freiliegen. Die wärmeleitende Klebeeinheit hat eine wärmeleitende Klebeschicht, die in dem konkaven Raum angeordnet ist. Die lichtemittierende Einheit weist eine Vielzahl von LED-Chips auf, die auf der wärmeleitenden Klebeschicht angeordnet und in dem konkaven Raum aufgenommen sind. Die leitende Einheit hat eine Vielzahl von Drähten. Jeder LED-Chip ist elektrisch zwischen jedem positiven und jedem negativen Pad angeschlossen. Die Gehäuseeinheit hat einen lichtdurchlässigen Gehäuseharzkörper, der auf dem Substratkörper angeordnet ist, um die LED-Chips und die Drähte zu bedecken.US 2011/0006318 A1 discloses an LED package structure with a concave portion for positioning a thermally conductive substance comprising a substrate unit, a thermally conductive adhesive unit, a light emitting unit, a conductive unit and a package unit. The substrate unit has a substrate body, a concave space formed on the substrate body, and a plurality of positive and negative pads exposed on the substrate body. The thermally conductive adhesive unit has a thermally conductive adhesive layer disposed in the concave space. The light emitting unit has a plurality of LED chips arranged on the thermally conductive adhesive layer and accommodated in the concave space. The conductive unit has a multiplicity of wires. Each LED chip is electrically connected between each positive and each negative pad. The package unit has a light-transmissive package resin body placed on the substrate body to cover the LED chips and the wires.

Die DE 21 2014 000 002 U1 offenbart einen Schaltungsträger mit einem oder mehreren Referenzpunkten und mehreren SMD-LED, wobei die lichtemittierenden Bereiche der mehreren SMD-LED an dem bzw. den Referenzpunkt(en) ausgerichtet sind.the DE 21 2014 000 002 U1 discloses a circuit carrier having one or more reference points and a plurality of SMD LEDs, the light-emitting areas of the plurality of SMD LEDs being aligned with the reference point(s).

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Verfahren zum Anordnen eines SMD-Bauteils in Bezug zu einer Leiterplatte für ein Lichtmodul einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung oder eine Leiterplatte zu schaffen, bei der eine Kühlung des SMD-Bauteils verbessert wird.The object of the invention is therefore to create a method for arranging an SMD component in relation to a printed circuit board for a light module of a motor vehicle lighting device or a printed circuit board, in which cooling of the SMD component is improved.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.The object on which the invention is based is achieved by a method according to the claim 1 solved. Advantageous developments are specified in the dependent claims. Features that are important for the invention can also be found in the following description and in the drawings, where the features can be important for the invention both on their own and in different combinations, without explicit reference to this again.

Eine Leiterplatte weist eine Oberflächenöffnung auf, die in mindestens einer Lage zu einer Aufnahme eines SMD-Bauteils dimensioniert ist. Das SMD-Bauteil wird zumindest abschnittweise innerhalb der Oberflächenöffnung angeordnet. Das SMD-Bauteil wird zu der Leiterplatte festgelegt. Damit wird die Anzahl der schlecht wärmeleitenden Schichten der Leiterplatte im Bereich des SMD-Bauteils vorteilhaft reduziert. Vorteilhaft kann so die Wärme, die das SMD-Bauteil erzeugt, zur der Oberflächenöffnung gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte abgeleitet werden. Ebenso ist die Kühlung des SMD-Bauteils über freie Konvektion möglich.A printed circuit board has a surface opening that is dimensioned in at least one layer to accommodate an SMD component. The SMD component is arranged at least in sections within the surface opening. The SMD component is attached to the printed circuit board. This advantageously reduces the number of poorly thermally conductive layers of the printed circuit board in the area of the SMD component. In this way, the heat generated by the SMD component can advantageously be dissipated to the side of the printed circuit board opposite the surface opening. The SMD component can also be cooled by free convection.

Mit der damit einhergehenden Verringerung des thermischen Widerstandes der Leiterplatte ergeben sich Freiheitsgrade bei der Gestaltung der Kupfergeometrie. Flächen zur Wärmespreizung können beispielsweise reduziert werden.With the associated reduction in the thermal resistance of the printed circuit board, there are degrees of freedom in the design of the copper geometry. Areas for heat spreading can be reduced, for example.

Vorteilhaft können darüber hinaus die Toleranzen beim Anordnen des SMD-Bauteils auf der Leiterplatte stark reduziert werden, da das SMD-Bauteil in der Oberflächenöffnung vorpositioniert ist. Aufgrund der Verringerung des thermischen Widerstands der Leiterplatte können auch Kupferpads zur Anordnung des SMD-Bauteils verkleinert werden. Ein Verschwimmen des SMD-Bauteils bei der Verflüssigung und Wiedererhärtung des Lötmaterials, beispielsweise durch ein Reflow-Löten wird sowohl durch die Oberflächenöffnung an sich als auch durch verkleinerte Kupferpads begrenzt.In addition, the tolerances when arranging the SMD component on the printed circuit board can advantageously be greatly reduced, since the SMD component is pre-positioned in the surface opening. Due to the reduction in the thermal resistance of the circuit board, copper pads for arranging the SMD component can also be reduced in size. Blurring of the SMD component during the liquefaction and resolidification of the soldering material, for example through reflow soldering, is limited both by the surface opening itself and by reduced copper pads.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das SMD-Bauteil ein SMD-Halbleiterlichtquellenbauteil. Die geringen Toleranzen hinsichtlich vorgegebener Abstrahlcharakteristiken können durch die Anordnung des SMD-Halbleiterlichtquellenbauteils in der Oberflächenöffnung eingehalten werden. Die Abbildungsgenauigkeit wird somit erhöht und insbesondere die sogenannte Hell-Dunkel-Grenze für ein Abblendlicht eines Kraftfahrzeug-Frontscheinwerfers kann toleranzbefreit abgestrahlt werden.In an advantageous embodiment, the SMD component is an SMD semiconductor light source component. The low tolerances with regard to specified emission characteristics can be maintained by arranging the SMD semiconductor light source component in the surface opening. The imaging accuracy is thus increased and in particular the so-called light-dark boundary for a low beam of a motor vehicle headlight can be emitted without tolerance.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das SMD-Bauteil ein SMD-Leistungselektronikbauteil. Hierdurch kann durch die Kühlung des SMD-Leistungselektronikbauteils erreicht werden, dass die Leiterplatte kleiner ausgeführt wird und damit Platz für andere Komponenten geschaffen oder aber eine Reduzierung des Platzbedarfs für das Lichtmodul erreicht wird.In an advantageous embodiment, the SMD component is an SMD power electronic component. As a result, by cooling the SMD power electronic component, the printed circuit board can be made smaller, thus creating space for other components, or reducing the space required for the light module.

Das Befestigen des SMD-Bauteils umfasst einen Reflow-Lötvorgang. So kann auf einfache Art und Weise der Reflow-Lötvorgang dazu genutzt werden, um das SMD-Bauteil möglichst exakt auf der Leiterplatte anzuordnen. Es müssen somit keine speziellen Lötverfahren angewandt werden.Attaching the SMD component involves a reflow soldering process. In this way, the reflow soldering process can be used in a simple manner to arrange the SMD component as precisely as possible on the printed circuit board. Therefore, no special soldering process has to be used.

Die Oberflächenöffnung wird in einem Fertigungsschritt der Leiterplatte gemeinsam mit einem Justageabschnitt erzeugt. Der Justageabschnitt ist derart ausgebildet, um die Leiterplatte bezüglich dem Lichtmodul zu justieren und festzulegen oder zu justieren. Über den Justageabschnitt kann das exakt positionierte SMD-Bauteil exakt zu dem Lichtmodul festgelegt werden.The surface opening is produced in a production step of the printed circuit board together with an adjustment section. The adjustment section is designed to adjust and fix or adjust the circuit board with respect to the light module. The precisely positioned SMD component can be fixed exactly to the light module via the adjustment section.

Die Oberflächenöffnung wird durch einen Materialabtrag in Bezug zu der Leiterplatte in einem Frässchritt und/oder in einem Ätzschritt erzeugt. Mithin können einfache Verfahren zur Erzeugung der Oberflächenöffnung genutzt werden.The surface opening is produced by removing material in relation to the printed circuit board in a milling step and/or in an etching step. Consequently, simple methods for producing the surface opening can be used.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Leiterplatte auf einer der Oberflächenöffnung abgewandten Seite an einem Kühlkörper des Lichtmoduls angeordnet. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass das bereits in der Oberflächenöffnung angeordnete SMD-Bauteil räumlich näher an dem Kühlkörper angeordnet ist und so eine schnellere Wärmeabfuhr und damit eine verbesserte Betriebstemperatur erreichbar ist.In an advantageous embodiment, the printed circuit board is arranged on a heat sink of the light module on a side facing away from the surface opening. In this way, it is advantageously achieved that the SMD component already arranged in the surface opening is arranged spatially closer to the heat sink and faster heat dissipation and thus an improved operating temperature can be achieved.

In einer vorteilhaften Ausführungsform führt die Oberflächenöffnung durch eine dickste wärmeisolierende Schicht. Hierdurch wird die Wärmeabfuhr aus der Oberflächenöffnung weiter verbessert.In an advantageous embodiment, the surface opening leads through a thickest heat-insulating layer. This further improves the heat dissipation from the surface opening.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Oberflächenöffnung an ihrem Grund eine Kupferschicht zur Kontaktierung des SMD-Bauteils auf. So kann auf einfache Art und Weise durch den Auftrag beispielsweise von Lötpaste auf die Kupferschicht bzw. dementsprechenden Kontakt des SMD-Bauteils der Bestückungsschritt abgeschlossen werden und in den Befestigungsschritt übergegangen werden.In an advantageous embodiment, the surface opening has a copper layer at its base for contacting the SMD component. In this way, the assembly step can be completed in a simple manner by applying soldering paste, for example, to the copper layer or the corresponding contact of the SMD component, and a transition can be made to the fastening step.

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Hierbei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung bzw. in der Zeichnung. Für funktionsäquivalente Größen und Merkmale werden in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.Further features, application possibilities and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments of the invention, which are illustrated in the figures of the drawing. All of the features described or illustrated form the subject matter of the invention, either alone or in any combination, regardless of how they are summarized in the patent claims or their back-reference and regardless of their wording or representation or in the drawing. For functional equivalent The same reference numerals are used in all figures, even in the case of different embodiments, for the sizes and features.

In der Zeichnung zeigen:

  • 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Kraftfahrzeugs;
  • 2 eine schematische Darstellung eines Scheinwerfers in der Seitenansicht;
  • 3 eine schematische Schnittdarstellung einer Leiterplatte mit einem SMD-Bauteil; und
  • 4 ein schematisch dargestelltes Ablaufdiagramm.
Show in the drawing:
  • 1 a schematic perspective view of a motor vehicle;
  • 2 a schematic representation of a headlight in the side view;
  • 3 a schematic sectional view of a printed circuit board with an SMD component; and
  • 4 a schematic flowchart.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 2, insbesondere einen Personenkraftwagen, der im Frontbereich rechts und links jeweils einen Scheinwerfer 4 aufweist. Ein solcher Scheinwerfer 4 kann auch an einem Lastkraftwagen oder an einem Zweirad angeordnet sein. Der Scheinwerfer 4 umfasst in der Regel ein Gehäuse, vorzugsweise aus Kunststoff, in dem eines oder mehrere Lichtmodule (in 1 nicht sichtbar) zur Erzeugung einer gewünschten Lichtverteilung auf der Fahrbahn vor dem Fahrzeug angeordnet sind. Es ist möglich, dass der Scheinwerfer 4 auch mehrere Lichtmodule umfasst, die jeweils unterschiedliche Lichtverteilungen erzeugen, beispielsweise Abblendlicht, Fernlicht und/oder Nebellicht. Die Lichtverteilungen können auch variabel sein, wie z.B. beim dynamischen Kurvenlicht, bei der adaptiven Leuchtweitenregelung oder bei einer abgeblendeten Lichtverteilung mit variabler Hell-Dunkel-Grenze. Selbstverständlich ist der Scheinwerfer 4 auch als Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung bezeichenbar und die hier beschriebenen Merkmale und Verfahrensschritte sind ohne weiteres auch auf Rückleuchten, Blinker oder andere Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtungen anwendbar. 1 shows a motor vehicle 2, in particular a passenger car, which has a headlight 4 on the right and left in the front area. Such a headlight 4 can also be arranged on a truck or on a bicycle. The headlight 4 usually comprises a housing, preferably made of plastic, in which one or more light modules (in 1 not visible) are arranged to generate a desired light distribution on the road in front of the vehicle. It is possible for the headlight 4 to also include a number of light modules, each of which produces different light distributions, for example low beam, high beam and/or fog light. The light distributions can also be variable, such as with dynamic cornering lights, with adaptive headlight range control or with a dimmed light distribution with a variable cut-off line. Of course, the headlight 4 can also be described as a motor vehicle lighting device, and the features and method steps described here can also be applied to rear lights, turn signals or other motor vehicle lighting devices without further ado.

2 zeigt eine schematische Darstellung des Scheinwerfers 4 in einer Seitenansicht. Der Scheinwerfer 4 umfasst ein Gehäuse 6 mit einer Lichtaustrittsöffnung, die mit einer lichtdurchlässigen Abdeckscheibe 8 verschlossen ist. Im Inneren des Gehäuses 6 ist ein Lichtmodul 10 angeordnet, das beispielhaft einen konkav gekrümmten Reflektor 12 umfasst, in dessen Inneren ein SMD-Bauteil 14 angeordnet ist. Der Reflektor 12 ist bevorzugt als Halbschalenreflektor ausgebildet. Selbstverständlich kann das Lichtmodul 10 anstatt des Reflektors 12 oder zusätzlich zu dem Reflektor 12 ein Transmissionsoptikelement umfassen. 2 shows a schematic representation of the headlight 4 in a side view. The headlight 4 includes a housing 6 with a light exit opening which is closed with a transparent cover plate 8 . A light module 10 is arranged in the interior of the housing 6, which comprises, for example, a concavely curved reflector 12, in the interior of which an SMD component 14 is arranged. The reflector 12 is preferably designed as a half-shell reflector. Of course, the light module 10 can include a transmission optical element instead of the reflector 12 or in addition to the reflector 12 .

Das SMD-Bauteil 14 ist vorliegend als SMD-Halbleiterlichtquellenbauteil ausgebildet und strahlt Licht in eine Abstrahlrichtung 18 von einer Lichtaustrittsfläche 20 ab. Das abgestrahlte Licht trifft auf den Reflektor 12, der das Licht in eine Lichtaustrittsrichtung 22 umlenkt. Die Leiterplatte 16 ist auf einem Kühlkörper 24 angeordnet, der zur Kühlung des SMD-Bauteils 14 vorgesehen ist. In die Lichtaustrittsöffnung 22 wird das von dem Reflektor 12 reflektierte Licht des SMD-Bauteils 14 in Richtung der Fahrbahn gelenkt, wobei die Abbildung eines von dem SMD-Bauteils 14 erzeugten Primärlichtbündels wesentlich die Abbildung der Lichtverteilung auf der Fahrbahn bestimmt. Selbstverständlich kann das Lichtmodul 10 auch mehrere SMD-Bauteile 14 aufweisen.In the present case, the SMD component 14 is in the form of an SMD semiconductor light source component and emits light in an emission direction 18 from a light exit surface 20 . The emitted light hits the reflector 12, which deflects the light in a light exit direction 22. The printed circuit board 16 is arranged on a heat sink 24 which is provided for cooling the SMD component 14 . The light reflected by the reflector 12 from the SMD component 14 is directed into the light exit opening 22 in the direction of the roadway, the image of a primary light beam generated by the SMD component 14 essentially determining the image of the light distribution on the roadway. Of course, the light module 10 can also have a number of SMD components 14 .

Zur korrekten Abbildung des Primärlichtbündels ist es wesentlich, dass das SMD-Bauteil 14 möglichst exakt zu dem Reflektor 12 oder einem anderen optisch wirksamen Bauteil angeordnet ist. Hierzu ist das SMD-Bauteil 14 in einer Oberflächenöffnung 30 der Leiterplatte 16 angeordnet. Geht man davon aus, dass das SMD-Bauteil 14 mittels der Oberflächenöffnung 30 eine möglichst exakte Ausrichtung in Bezug auf die Leiterplatte 16 aufweist, so kann auf einfache Art und Weise die Leiterplatte 16, die einen nicht gezeigten Justageabschnitt aufweist, zu dem Reflektor 12 justiert werden. Der Justageabschnitt wird zu dessen möglichst exakter Anordnung bevorzugt in einem gemeinsamen Arbeitsschritt mit der Oberflächenöffnung 30 erzeugt. Mit dem Justageabschnitt ist es dann möglich, dass die Leiterplatte 16 gemäß einer angedeuteten Linie 26 zu dem Kühlkörper 24 oder einem anderen Bauelement, an dem die Leiterplatte 16 befestigt wird, justiert und festgelegt wird.For the correct imaging of the primary light beam, it is essential that the SMD component 14 is arranged as exactly as possible with respect to the reflector 12 or another optically active component. For this purpose, the SMD component 14 is arranged in a surface opening 30 of the printed circuit board 16 . Assuming that the SMD component 14 is aligned as precisely as possible in relation to the printed circuit board 16 by means of the surface opening 30, the printed circuit board 16, which has an adjustment section not shown, can be adjusted to the reflector 12 in a simple manner will. In order to arrange it as precisely as possible, the adjustment section is preferably produced in a common work step with the surface opening 30 . With the adjustment section, it is then possible for the printed circuit board 16 to be adjusted and fixed in accordance with an indicated line 26 relative to the heat sink 24 or another component to which the printed circuit board 16 is attached.

In 3 ist eine schematische Schnittansicht der Leiterplatte 16 gezeigt. Die Leiterplatte 16 umfasst die Oberflächenöffnung 30 zur Aufnahme des SMD-Bauteils 14. Das SMD-Bauteil 14 ist vollständig in der Oberflächenöffnung 30 aufgenommen. Selbstverständlich kann das SMD-Bauteil 14 auch in Abstrahlrichtung 18 gegenüber der Leiterplatte 16 herausstehen. In einer Draufsicht auf die Leiterplatte 16 entgegen der Abstrahlrichtung 18 kann die Oberflächenöffnung 30 beispielsweise rund, rechteckig oder in Form eines Langlochs ausgebildet sein. Insbesondere ist die Ausbildung der Oberflächenöffnung 30 durch eine Außenkontur des aufzunehmenden SMD-Bauteils 14 bedingt. Selbstverständlich können auch mehrere SMD-Bauteile 14 in einer gemeinsamen Oberflächenöffnung 30 angeordnet werden. Ebenso können die Ränder der Oberflächenöffnung 30 als mechanischer Anschlag dienen, was beispielsweise bei einer Anzahl hintereinander angeordneter Halbleiterlichtquellenbauteile oder größeren SMD-Bauteilen 14 eine Verdrehung verhindert.In 3 a schematic sectional view of the printed circuit board 16 is shown. The circuit board 16 includes the surface opening 30 for receiving the surface mount component 14. The surface mount component 14 is completely received in the surface opening 30. FIG. Of course, the SMD component 14 can also protrude from the printed circuit board 16 in the emission direction 18 . In a plan view of the printed circuit board 16 against the emission direction 18, the surface opening 30 can be round, rectangular or in the form of a slot, for example. In particular, the formation of the surface opening 30 is due to an outer contour of the SMD component 14 to be accommodated. Of course, several SMD components 14 can also be arranged in a common surface opening 30 . Likewise, the edges of the surface opening 30 can serve as a mechanical stop, which prevents twisting, for example, in the case of a number of semiconductor light source components or larger SMD components 14 arranged one behind the other.

Das SMD-Bauteil 14 umfasst vorliegend einen lichtemittierenden Bereich 32 mit der Lichtaustrittsfläche 20 und einen Abschnitt 34 zur Kontaktierung bzw. Halterung des lichtemittierenden Bereichs 32. Die Oberflächenöffnung 30 zeichnet sich dadurch aus, dass diese zu einer Seite der Leiterplatte 16 geöffnet ist, eine Ausnehmung der Leiterplatte 16 darstellt und einen Boden aufweist.In the present case, the SMD component 14 comprises a light-emitting area 32 with the light exit surface 20 and a section 34 for contacting or holding the light-emitting area 32. The surface opening 30 is marked characterized in that it is open to one side of the printed circuit board 16, represents a recess in the printed circuit board 16 and has a bottom.

Die hier beschriebene Leiterplatte 16 ist jedoch nicht darauf beschränkt ein SMD-Halbleiterlichtquellenbauteil aufzunehmen. Es ist ebenso möglich, ein stark wärmeerzeugendes SMD-Leistungselektronikbauelement eines Steuergeräts in der Oberflächenöffnung 30 anzuordnen, um dieses möglichst nah an einen Kühlkörper heranzubringen, der auf einer der Oberflächenöffnung 30 abgewandten Seite der Leiterplatte 16 angeordnet ist. Beispiele für das SMD-Leistungselektronikbauelement sind Transistoren, Gleichrichterdioden, Leistungskondensatoren, Widerstände, etc. Darüber hinaus können in der Oberflächenöffnung 30 SMD-Bauteile, wie beispielsweise ein Hall-Sensorbauteil, angeordnet werden, die eine hohe Positioniergenauigkeit gegenüber der Leiterplatte 16 aufweisen müssen.However, the printed circuit board 16 described here is not limited to accommodating an SMD semiconductor light source device. It is also possible to arrange a strongly heat-generating SMD power electronic component of a control device in the surface opening 30 in order to bring it as close as possible to a heat sink which is arranged on a side of the circuit board 16 facing away from the surface opening 30 . Examples of the SMD power electronic component are transistors, rectifier diodes, power capacitors, resistors, etc. In addition, 30 SMD components, such as a Hall sensor component, can be arranged in the surface opening, which must have a high positioning accuracy relative to the printed circuit board 16.

Die Leiterplatte 16 umfasst mehrere Schichten. So umfasst die Leiterplatte 16 entgegen der Abstrahlrichtung 18 eine erste Kupferschicht 36, eine erste Basismaterialschicht 40, eine zweite Kupferschicht 38, eine zweite Basismaterialschicht 44, eine dritte Kupferschicht 42, eine dritte Basismaterialschicht 48 und eine vierte Kupferschicht 46. Zu beiden Oberflächen der Leiterplatte 16 hin sind Lötstopschichten 54 bis 62 angeordnet. Für die Basismaterialschichten 40, 44 und 48 kommt beispielsweise ein Verbundwerkstoff FR4 (FR = Flame Retardant) oder ein anderer faserverstärkter Kunststoff zum Einsatz. Die beiden äußeren Basismaterialschichten 40, 48 weisen eine Dicke von 50 bis 150 µm auf. Die innere Basismaterialschicht 44 hingegen weist eine Dicke von 100 bis 300 µm auf. Durch diesen mehrschichtigen Aufbau wird zum einen die mechanische Stabilität der Leiterplatte 16 erhöht zum anderen wird die Möglichkeit der Anordnung der Oberflächenöffnung 30 geschaffen.The circuit board 16 includes multiple layers. Counter to the emission direction 18, the printed circuit board 16 thus comprises a first copper layer 36, a first base material layer 40, a second copper layer 38, a second base material layer 44, a third copper layer 42, a third base material layer 48 and a fourth copper layer 46. On both surfaces of the printed circuit board 16 towards solder stop layers 54 to 62 are arranged. For example, a composite material FR4 (FR=Flame Retardant) or another fiber-reinforced plastic is used for the base material layers 40, 44 and 48. The two outer base material layers 40, 48 have a thickness of 50 to 150 microns. The inner base material layer 44, on the other hand, has a thickness of 100 to 300 μm. This multi-layer structure increases the mechanical stability of the printed circuit board 16 and also creates the possibility of arranging the surface opening 30 .

Beispielsweise durch Fräsen oder Ätzen wird bei der Fertigung der Leiterplatte 16 die Oberflächenöffnung 30 hergestellt. Die Oberflächenöffnung 30 umfasst einen Öffnungsquerschnitt 64, der so dimensioniert ist, dass das SMD-Bauteil 14 ohne weiteres mittels eines Bestückungsautomaten in die Oberflächenöffnung 30 hineinbestückt werden kann. Insbesondere durchtritt die Oberflächenöffnung 30 die innere Basismaterialschicht 44 und damit die dickste wärmeisolierende Schicht, wobei die Dicke lotrecht zum flächigen Verlauf der jeweiligen Schicht orientiert ist.For example, the surface opening 30 is produced by milling or etching during the manufacture of the printed circuit board 16 . The surface opening 30 comprises an opening cross section 64 which is dimensioned in such a way that the SMD component 14 can easily be fitted into the surface opening 30 by means of an automatic placement machine. In particular, the surface opening 30 passes through the inner base material layer 44 and thus through the thickest heat-insulating layer, the thickness being oriented perpendicularly to the planar extent of the respective layer.

Des Weiteren ist der Öffnungsquerschnitt 64 gerade so gering ausgelegt, dass bei einem Reflow-Lötvorgang in einem Reflow-Lötofen ein Verschwimmen des SMD-Bauteils 14 durch den Öffnungsquerschnitt 64 und die Abmessungen des SMD-Bauteils 14 begrenzt wird. Das SMD-Bauteil 14 ist nach Reflow-Lötvorgang in idealer Form gemäß den Abständen 66a und 66b gleich weit von den jeweiligen Seiten der Oberflächenöffnung 30 beabstandet. Insbesondere beim Vorsehen des SMD-Bauteils 14 als dem einzigen in der Oberflächenöffnung 30 angeordneten Bauteil sind die Abstände 66a und 66b im Wesentlichen konstant.Furthermore, the opening cross section 64 is designed to be just so small that blurring of the SMD component 14 is limited by the opening cross section 64 and the dimensions of the SMD component 14 during a reflow soldering process in a reflow soldering oven. After the reflow soldering process, the SMD component 14 is ideally spaced equally far from the respective sides of the surface opening 30 according to the distances 66a and 66b. In particular, when the SMD component 14 is provided as the only component arranged in the surface opening 30, the distances 66a and 66b are essentially constant.

Die Kupferschicht 42 weist zwei Kupferpads 80 und 82 zur elektrischen Kontaktierung des SMD-Bauteils 14 auf. Auf den Kupferpads 80 und 82 wird Lot 84, 86 angeordnet, um eine elektrische und formschlüssige Verbindung zu dem SMD-Bauteil 14 herzustellen. Optional kann das Kupferpad 80 mittels wärmeleitender Verbindungen 88, 90 durch die wärmeisolierend wirkende Basismaterialschicht 48 hindurch mit der Kupferschicht 46 verbunden werden. Bevorzugt sind die wärmeleitenden Verbindungen 88, 90 elektrisch nicht leitend ausgebildet. So kann eine Wärmeableitung auf der Seite der Leiterplatte 16 erfolgen, die einer Abstrahlrichtung 18 abgewandt ist. Die Verbindungen 88, 90 sind auch als Microvias bezeichenbar.The copper layer 42 has two copper pads 80 and 82 for making electrical contact with the SMD component 14 . Solder 84, 86 is placed on the copper pads 80 and 82 to provide an electrical and positive connection to the SMD component 14. Optionally, the copper pad 80 can be connected to the copper layer 46 by means of thermally conductive connections 88, 90 through the base material layer 48, which has a heat-insulating effect. The thermally conductive connections 88, 90 are preferably designed to be electrically non-conductive. In this way, heat can be dissipated on the side of the printed circuit board 16 that faces away from an emission direction 18 . The connections 88, 90 can also be referred to as microvias.

Mithin muss die Dicke der Leiterplatte 16 nicht reduziert werden, um eine Kühlung des SMD-Bauteils 14 zu erreichen. Gleichzeitig wird die mechanische Stabilität der Leiterplatte 16 erhöht, da die Oberflächenöffnung 30 nur an wenigen Stellen angeordnet ist. Sollten mehrere Oberflächenöffnungen 30 vorgesehen sein, werden diese über die Fläche der Leiterplatte 16 verteilt. Ein Bestückungsprozess muss nur minimal oder gar nicht angepasst werden.Consequently, the thickness of the circuit board 16 does not have to be reduced in order to achieve cooling of the SMD component 14 . At the same time, the mechanical stability of the printed circuit board 16 is increased since the surface opening 30 is only arranged in a few places. If several surface openings 30 are provided, these are distributed over the surface of the printed circuit board 16 . An assembly process only needs to be adjusted minimally or not at all.

4 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm 70. In einem Fertigungsschritt 72 wird die Leiterplatte 16 gefertigt. Hierbei wird zumindest eine Oberflächenöffnung 30 durch Ätzen, Stanzen oder Fräsen erzeugt. In einem Bestückungsschritt 74 wird das SMD-Bauteil 14 in die Oberflächenöffnung 30 hineinbestückt. In einem auf den Bestückungsschritt 74 folgenden Befestigungsschritt 76 wird beispielsweise gemäß einem Reflow-Lötverfahren oder einem anderen geeigneten Lötverfahren das SMD-Bauteil am Boden der Oberflächenöffnung 30 mit der Leiterplatte 16 elektrisch leitend und materialschlüssig verbunden. 4 shows a schematic flowchart 70. In a manufacturing step 72, the printed circuit board 16 is manufactured. In this case, at least one surface opening 30 is produced by etching, punching or milling. In an assembly step 74 the SMD component 14 is assembled into the surface opening 30 . In a fastening step 76 following the equipping step 74, the SMD component at the bottom of the surface opening 30 is connected to the printed circuit board 16 in an electrically conductive and material-locking manner, for example using a reflow soldering method or another suitable soldering method.

Claims (5)

Ein Verfahren zum Anordnen eines SMD-Bauteils (14) in Bezug zu einer Leiterplatte (16) für ein Lichtmodul (10) einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (4), wobei die Leiterplatte (16) eine Oberflächenöffnung (30) aufweist, wobei die Oberflächenöffnung (30) zu einer Aufnahme des SMD-Bauteils (14) dimensioniert ist, wobei das SMD-Bauteil (14) zumindest abschnittsweise innerhalb der Oberflächenöffnung (30) der Leiterplatte (16) angeordnet wird, und wobei das SMD-Bauteil (14) zu der Leiterplatte (16) festgelegt wird, - wobei die Festlegung des SMD-Bauteils (14) einen Reflow-Lötvorgang umfasst, und - wobei ein Öffnungsquerschnitt (64) der Oberflächenöffnung (30) gerade so gering ausgelegt ist, sodass bei dem Reflow-Lötvorgang in einem Reflow-Lötofen ein Verschwimmen des SMD-Bauteils (14) durch den Öffnungsquerschnitt (64) und die Abmessungen des SMD-Bauteils (14) begrenzt wird, wobei die Oberflächenöffnung (30) an ihrem Grund eine Kupferschicht (42) mit zwei Kupferpads (80, 82) zur elektrischen Kontaktierung des SMD-Bauteils (14) aufweist, auf denen Lot (84, 86) angeordnet wird, um eine elektrische und formschlüssige Verbindung zu dem SMD-Bauteil (14) herzustellen, wobei die Oberflächenöffnung (30) gemeinsam mit einem Justageabschnitt hergestellt wird, wobei der Justageabschnitt derart ausgebildet ist, um die Leiterplatte (16) bezüglich dem Lichtmodul (10) zu justieren und/oder festzulegen und wobei die Oberflächenöffnung (30) durch einen Materialabtrag in Bezug zu der Leiterplatte (16) in einem Frässchritt und/oder einem Stanzschritt und/oder einem Ätzschritt erzeugt wird.A method for arranging an SMD component (14) in relation to a circuit board (16) for a light module (10) of a motor vehicle lighting device (4), the circuit board (16) having a surface opening (30), the surface opening (30) is dimensioned to accommodate the SMD component (14), the SMD component (14) at least in sections within the Surface opening (30) of the circuit board (16) is arranged, and wherein the SMD component (14) is set to the circuit board (16), - wherein the definition of the SMD component (14) comprises a reflow soldering process, and - wherein an opening cross section (64) of the surface opening (30) is designed just so small that during the reflow soldering process in a reflow soldering oven, the SMD component (14) is blurred due to the opening cross section (64) and the dimensions of the SMD component ( 14) is delimited, the surface opening (30) having a copper layer (42) at its base with two copper pads (80, 82) for electrical contacting of the SMD component (14), on which solder (84, 86) is arranged, to establish an electrical and form-fitting connection to the SMD component (14), the surface opening (30) being produced together with an adjustment section, the adjustment section being designed in such a way as to adjust the printed circuit board (16) with respect to the light module (10). ren and / or set and wherein the surface opening (30) by removing material in relation to the printed circuit board (16) in a milling step and / or a punching step and / or an etching step is generated. Das Verfahren nach dem Anspruch 1, wobei das SMD-Bauteil (14) ein SMD-Halbleiterlichtquellenbauteil ist.The procedure after claim 1 , wherein the SMD component (14) is an SMD semiconductor light source component. Das Verfahren nach dem Anspruch 1, wobei das SMD-Bauteil (14) ein SMD-Leistungselektronikbauteil ist.The procedure after claim 1 , wherein the SMD component (14) is an SMD power electronic component. Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Leiterplatte (16) eine Anzahl von Schichten (36-52) aufweist, und wobei die Oberflächenöffnung (30) durch eine dickste wärmeisolierende Schicht (44) führt.The method of any preceding claim, wherein the circuit board (16) comprises a number of layers (36-52) and wherein the surface opening (30) leads through a thickest thermally insulating layer (44). Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eines (80) der zwei Kupferpads (80, 82) mittels wärmeleitender Verbindungen (88, 90) durch eine wärmeisolierend wirkende Basismaterialschicht (48) hindurch mit einer weiteren Kupferschicht (46) verbunden wird, wobei die wärmeleitenden Verbindungen (88, 90) elektrisch nicht leitend sind.The method according to any one of the preceding claims, wherein one (80) of the two copper pads (80, 82) is connected to a further copper layer (46) by means of thermally conductive connections (88, 90) through a base material layer (48) having a heat-insulating effect, the thermally conductive connections (88, 90) are electrically non-conductive.
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