用于光電子部件的散熱器組件及其生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種散熱器組件及其生產(chǎn)方法。本發(fā)明可以例如應(yīng)用于固態(tài)照明中以便提高散熱效率。本發(fā)明的目的用如下解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)，在該解決方案中，從光電子部件提供有效熱連接，其中熱活性插入物在注模中嵌入到塑料散熱器。本發(fā)明的解決方案也為光電部件提供電連接。
【專利說(shuō)明】用于光電子部件的散熱器組件及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于光電子部件的散熱器組件及其生產(chǎn)方法。另外，本發(fā)明涉及這樣的組件的熱管理。本發(fā)明可以例如應(yīng)用于固態(tài)照明中以便提供高效散熱。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明不限于任何特定應(yīng)用，但是討論LED替換的燈泡技術(shù)作為示例。由于白熾照明的不良效率而有增加使用LED取代白熾燈泡的趨勢(shì)?？梢酝ㄟ^(guò)使用LED替換的燈泡來(lái)容易替換白熾燈泡。它們與白熾燈泡電和機(jī)械兼容、但是使用更少電能用于產(chǎn)生一定發(fā)光通量。
[0003]圖1圖示示例性現(xiàn)有技術(shù)的LED替換的燈泡的主要部分。它具有在MCPCB (金屬芯印刷電路板)30上裝配的三個(gè)LED21、22、23。MCPCB用接線31、32電連接到電源50。電源還連接到燈配件60，該燈配件是設(shè)備的電和機(jī)械界面。LED生成熱，必須高效散熱以便將LED的溫度保持于適度水平。圖1圖示例如由鋁制成的散熱器41。MCPCB用溫度界面材料附著到散熱器。從LED耗散的熱首先向MCPCB并且進(jìn)一步向散熱器傳導(dǎo)。設(shè)備也具有半透明蓋70。
[0004]存在與用于從電氣部件、比如LED散熱的現(xiàn)有技術(shù)的解決方案有關(guān)的某些問(wèn)題。當(dāng)經(jīng)過(guò)不同部分(比如LED-MCPCB-散熱器)之間的若干熱界面以及它們之間的界面材料(比如在MCPCB與散熱器之間的熱界面材料(如硅油脂))傳導(dǎo)熱時(shí)散熱并不高效。MCPCB的導(dǎo)熱率也相對(duì)低，因?yàn)闊峤?jīng)過(guò)絕緣電介質(zhì)層、即MCPCB電介質(zhì)疊層傳導(dǎo)。由于低效率散熱而不能用最大功率或者甚至不能用高功率使用光電子部件、比如LED。因此，為了實(shí)現(xiàn)某個(gè)功率電平，要求提供大量光電子部件，這也增添設(shè)備的生產(chǎn)成本。低效率熱連接也限制LED的集成密度、即由于低效率熱連接，相互接近的LED開(kāi)始相互加熱。
[0005]在部件與散熱器之間的連接的熱阻越低效率、即越高，散熱器的熱阻就可以越小，這意味著相對(duì)大的散熱器或者活性冷卻。因此有時(shí)不可能將設(shè)備設(shè)計(jì)成所需尺寸?，F(xiàn)有技術(shù)的散熱器一般由金屬、比如鋁制成。為了提高發(fā)射率，為金屬散熱器提供陽(yáng)極化或者其它種類的涂層是有益的，這帶來(lái)成本。散熱器和MCPCB的成本例如與LED替換的燈泡的其它部件比較相對(duì)高。
[0006]使用塑料散熱器是已知的解決方案。然而，將電結(jié)構(gòu)互連到塑料散熱器使用借助某一熱界面材料附著到塑料散熱器的MCPCB或者其它PCB解決方案——其中需要提供某一溶液一以便在MCPCB與散熱器之間提供平坦表面。需要在它們之間的平坦表面以提供高效熱連接。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)組件的又一缺點(diǎn)涉及復(fù)雜化的生產(chǎn)過(guò)程。通常有必要用接線將MCPCB連接到電源并且使用人工組裝用可能的熱界面材料以將MCPCB附著于散熱器。在散熱器組件包括由鋁制成的散熱器以及PCB時(shí)，散熱器組件的重量往往變高。
[0008]組裝到標(biāo)準(zhǔn)化燈座的典型LED替換的燈泡解決方案具有為替換的燈泡的散熱器提供不良和/或擾動(dòng)的氣流的問(wèn)題。這歸因于光學(xué)表面也需要大的表面區(qū)域，這將由于散熱區(qū)域而減少。光學(xué)表面區(qū)域需要滿足為替換的燈泡設(shè)置的要求。要求例如包括全向性。另一氣流擾動(dòng)和散熱表面最小化因素是電源在標(biāo)準(zhǔn)化燈座LED替換解決方案中需要的體積。這一體積保留減少可用于布置散熱表面的體積。而且，標(biāo)準(zhǔn)化底座是不允許空氣流動(dòng)的封閉結(jié)構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)底座/燈座的另一問(wèn)題是熱經(jīng)過(guò)底座/燈座向燈具結(jié)構(gòu)的不良傳導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是避免或者減少現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。
[0010]本發(fā)明的目的用如下解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)，在該解決方案中，在注模塑料散熱器中嵌入熱活性插入物。熱活性插入物用于以高效方式向散熱注模散熱器傳播熱。電活性插入物也可以用于在部件之間的電連接。插入物優(yōu)選地由金屬制成。插入物優(yōu)選地具有實(shí)現(xiàn)金屬間連接、比如焊接或者鍵合的表面區(qū)域。這樣的接觸具有良好導(dǎo)熱和導(dǎo)電性。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的用于從至少一個(gè)光電子部件散熱的散熱器組件，其特征在于該組件包括:
[0012]-注模塑料散熱器，
[0013]-至少部分嵌入散熱器內(nèi)的至少一個(gè)熱活性插入物，
[0014]-在熱活性插入物的表面的暴露區(qū)域，用于熱連接到光電子部件，以及
[0015]-在熱活性插入物與散熱器之間的熱連接，
[0016]其中熱活性插入物被布置用于從光電子部件向散熱器散布熱能。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一種用于為至少一個(gè)光電子部件生產(chǎn)散熱器組件的方法，其特征在于:
[0018]-由導(dǎo)熱材料生產(chǎn)熱活性插入物，
[0019]-注模形成塑料散熱器，
[0020]-在注模階段期間，將一個(gè)或者多個(gè)熱活性插入物至少部分嵌入散熱器內(nèi)，以用于提供在熱活性插入物與散熱器之間的熱接觸，
[0021]-暴露熱活性插入物的區(qū)域用于提供在光電子部件與熱活性插入物之間的熱接觸。
[0022]在從屬權(quán)利要求中描述本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例。
[0023]熱活性插入物從發(fā)熱電部件、管芯或者模塊向散熱塑料散熱器有效傳導(dǎo)和分散熱。熱活性插入物去除在部件與模制插入物散熱器結(jié)構(gòu)上的散熱表面之間的熱瓶頸。熱活性插入物的形狀可以自由；它的目的是向模制散熱器中有效和均勻分散熱。當(dāng)在注模期間嵌入插入物時(shí)，插入物可以具有2維或者3維形式。“2維形式”意味著在二個(gè)維度中有突出物，而“3維形式”意味著在并非都在相同平面中的三個(gè)維度中有突出物。利用2和3維形式，有可能實(shí)現(xiàn)用于以高效方式從插入物向散熱器傳導(dǎo)熱的大表面界面。也有可能提供具有復(fù)雜形式的插入物以便用熱活性插入物實(shí)現(xiàn)散熱器內(nèi)的均勻熱分布并且以便用電活性插入物實(shí)現(xiàn)用于電路/部件的復(fù)雜布線。用于生產(chǎn)插入物的優(yōu)選方式從金屬板沖壓/按壓。這樣，有可能容易實(shí)現(xiàn)所需插入物形式。
[0024]由于用豎直傳導(dǎo)開(kāi)熱到塑料散熱器的熱活性插入物所實(shí)現(xiàn)的高效熱連接，所以在與MCPCB方式比較時(shí)，發(fā)熱電部件的集成密度可以在散熱器結(jié)構(gòu)的上面更高。有可能以這樣的方式設(shè)計(jì)電活性插入物，該方式為它們從電部件所在的小區(qū)域向具有如下熱活性插入物的更大體積中分散熱，這些熱活性插入物在塑料散熱器內(nèi)相互更加地不同。
[0025]可以用具有不同電、機(jī)械和熱性質(zhì)的一個(gè)或者多個(gè)不同塑料材料用多于一個(gè)模具在多于一個(gè)階段中完成注模。
[0026]優(yōu)選地在散熱器的注模中使用塑料材料。有利的是材料的導(dǎo)熱率高。適當(dāng)塑料材料例如是LCP、聚酰胺4、聚酰胺46、聚酰胺6、聚酰亞胺、PPS、TPE、PPA。也可以摻雜和/或加固塑料材料。例如可以應(yīng)用玻璃纖維加固塑料或者由石墨、石墨烯、氧化物、碳化物、氮化物或者任何其它已知摻雜或者加固材料填充的塑料。
[0027]模制插入物散熱器提供對(duì)避免在MCPCB與塑料散熱器之間需要平坦表面的解決方案，因?yàn)槲词褂肕CPCB。這歸因于在熱插入物與光電部件之間的直接接合。
[0028]如果使用電活性插入物，則優(yōu)選的是散熱器的塑料材料電絕緣。這意味著材料的導(dǎo)電性使得它未由于施加的電壓而受損壞、它未明顯降低電路的操作性能或者由于在插入物的電壓而引起發(fā)熱或者引起潛在危險(xiǎn)的電活性“帶電”表面和/或部分。
[0029]在向塑料添加例如石墨、石墨烯、氧化物、碳化物、氮化物或者其它已知成份時(shí)實(shí)現(xiàn)更佳導(dǎo)熱性。然而這也增加塑料散熱器的導(dǎo)電性。在已經(jīng)用具有不同電、機(jī)械和熱性質(zhì)的一個(gè)或者多個(gè)不同塑料材料用多于一個(gè)模具在多于一個(gè)階段中完成注模時(shí)，然后有可能以如下方式布置結(jié)構(gòu)，該方式即在模具的一部分中模制熱活性插入物，在該一部分中注入材料具有高導(dǎo)熱性和可能的導(dǎo)電性，而在模具的另一部分中模制電活性插入物，在該另一部分中注入的材料電絕緣并且可能導(dǎo)熱性更差。
[0030]也有可能在除了產(chǎn)生電和/或熱連接的區(qū)域上之外的插入物的其它表面上向插入物提供電絕緣涂層。如果提供這樣的涂層，則有可能將導(dǎo)電塑料用于模制散熱器。
[0031]可以在將印刷電路板用于電連接、絕緣插入物或者至少兩階段模制一其中將電插入物模制到塑料散熱器的非導(dǎo)電部分中——時(shí)使用導(dǎo)電塑料。
[0032]插入物優(yōu)選地由金屬、比如可焊接銅或者任何其它金屬制成。插入物優(yōu)選地具有實(shí)現(xiàn)金屬間連接(比如焊接或者鍵合，或者任何其它已知金屬間連接方法如放熱接合或者化學(xué)燒結(jié))的表面區(qū)域。插入物可以具有這樣的固有材料性質(zhì)和/或插入物可以被表面涂覆或者電鍍以形成這樣的區(qū)域?？梢酝ㄟ^(guò)例如使用浸鍍、化學(xué)生長(zhǎng)、厚膜印刷、熱噴或者其它涂覆方法用可焊接金屬涂覆來(lái)使插入物可焊接。有用于生產(chǎn)插入物的若干可能性、比如沖壓、激光切割、化學(xué)蝕刻、冷鍛或者來(lái)自機(jī)械制造方法的任何其它已知解決方案。在切割之后，可能將插入物折疊成電路的所需形式。散熱器組件可以僅包括熱活性插入物，這些插入物僅用于提高導(dǎo)熱性并且因此提高熱向散熱器中的分布。備選地，散熱器可以包括熱活性插入物和電活性插入物，并且也有可能有既熱活性又電活性的插入物。
[0033]用于裝配光電子部件的散熱器的表面優(yōu)選地平坦，并且用于提供電接觸的插入物的暴露區(qū)域優(yōu)選地與散熱器的平坦表面平行。然而平坦表面的要求與其中表面必須相互嚴(yán)格平坦以便提供甚至有些高效的熱連接的、基于MCPCB的方式相比不同。另外，用注模制造嚴(yán)格的平坦表面向注模過(guò)程設(shè)置某些限制，可以用這里描述的活性熱插入物和/或電插入物方式使這些限制更小。這允許使用常規(guī)的自動(dòng)化組裝設(shè)施用于將光電子部件、比如LED、裸LED管芯或者多芯片模塊裝配和連接到散熱器組件。這樣的自動(dòng)化組裝過(guò)程例如包括表面裝配技術(shù)(SMT)過(guò)程或者管芯鍵合和/或接線鍵合過(guò)程。如果僅暴露用于電接觸的插入物區(qū)域，則不必使用阻焊劑/圖案化。優(yōu)選地在插入物與光電子部件之間使用金屬間連接、比如焊接和鍵合，因?yàn)閷?dǎo)熱性和導(dǎo)電性良好。
[0034]此外，利用塑料散熱器方式有可能通過(guò)使用滿足與隔離強(qiáng)度、非易燃性等有關(guān)的由不同標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)章設(shè)置的不同要求的塑料和材料厚度來(lái)滿足這些要求。利用普通MCPCB方式，例如需要不同部分、比如絕緣墊圈以滿足要求。
[0035]除了光電子部件之外，也有可能在散熱器的表面提供其它部件。金屬插入物可以被設(shè)計(jì)用于為部件提供所需電路和部件布局。如果散熱器組件具有PCB，則也有可能向PCB包括其它部件。PCB可以是MCPCB、MS、A1203、LTCC、HTCC、FR4、FR2、花線(flex)、硬花線或者任何其它已知類型的PCB。
[0036]散熱器組件可以具有在各種類型的部件之間的連接、比如:
[0037]-熱和/或電活性插入物連接到部件；
[0038]-電活性插入物連接到另一電活性插入物；
[0039]-部件連接到PCB；
[0040]-熱或者電活性插入物連接到PCB；
[0041]-電活性插入物直接連接到燈底座或者電源；或者
[0042]-PCB連接到燈底座或者電源。
[0043]在散熱器組件的生產(chǎn)中，有可能首先在注模期間在散熱器中嵌入插入物、然后連接光電子部件和可能PCB。備選地，有可能首先生成包括可能PCB、光電子部件和插入物的子組件。這樣的子組件然后可以在模制散熱器期間通過(guò)向散熱器中嵌入插入物并且保留部件和可能PCB暴露來(lái)附著到散熱器。
[0044]優(yōu)選地，在塑料散熱器材料中嵌入熱插入物的大部分，其中優(yōu)選地，插入物的至少75%在散熱器材料以內(nèi)和/或插入物表面的至少75%具有與散熱器材料的界面。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的散熱器組件具有在替換的燈泡中的有用應(yīng)用。LED替換的燈泡可以包括將連接到燈底座的AC或者DC LED,而可能的限流電阻器和/或其它電路作為附加電路位于散熱器表面或者燈底座上或者適合于應(yīng)用需要的地方。
[0046]根據(jù)本發(fā)明的散熱器組件也可以用于無(wú)替換的燈泡的燈具。在這樣情況下，可以向散熱器組件集成線纜。在這樣的實(shí)現(xiàn)方式中，優(yōu)選使用散熱器的空心結(jié)構(gòu)。在未使用標(biāo)準(zhǔn)燈泡底座時(shí)，有可能將散熱器以內(nèi)的空心空間用于氣流。作為外觀觀點(diǎn)，散熱器刀片更少可見(jiàn)。這樣，有可能增加散熱器的通風(fēng)表面區(qū)域。在未使用標(biāo)準(zhǔn)燈泡底座/燈座時(shí)，也有可能將散熱器組件直接附著到燈具結(jié)構(gòu)。這樣，向燈具結(jié)構(gòu)高效傳導(dǎo)熱并且散熱
[0047]在與現(xiàn)有已知解決方案比較時(shí)可以用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)更多顯著優(yōu)點(diǎn)。在光電子部件直接裝配到塑料散熱器的金屬插入物時(shí)，既無(wú)附加熱界面也無(wú)不良傳導(dǎo)熱界面。因此有可能實(shí)現(xiàn)熱連接的高效率。作為結(jié)果，實(shí)現(xiàn)光電子部件的更高效率和/或所需光電子部件數(shù)目更少。
[0048]在用插入物產(chǎn)生電連接時(shí)，不必提供在光電子部件與電源之間的單獨(dú)布線。也不必使用任何MCPCB或者熱界面材料，因?yàn)闊峤佑|具有插入物。如果使用印刷電路板，則它可以是基本低成本類型。
[0049]塑料散熱器的材料和模制成本低。塑料散熱器無(wú)需表面處理。也有關(guān)于最大化塑料表面的表面區(qū)域和/或發(fā)射率的廉價(jià)和已知解決方案、比如模具腔表面的激光構(gòu)造、蝕刻等和/或模制部分的表面的激光構(gòu)造、蝕刻等。在使用熱活性插入物時(shí)，由于直接和高效熱連接而也有可能用小散熱器實(shí)現(xiàn)所需散熱。散熱器組件與現(xiàn)有技術(shù)組件相比重量也輕。
[0050]可以使用常規(guī)自動(dòng)化組裝過(guò)程取代人工組裝，由此有可能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成本的進(jìn)一步顯著減少。
[0051]“光電子部件”在本文中用來(lái)意味著發(fā)光電子部件，這些部件可以例如是LED、裸LED管芯或者多芯片模塊、激光器、超發(fā)光LED。本發(fā)明最好地應(yīng)用于功率光電子部件，這些部件的功耗大于0.25W、優(yōu)選地大于1W。
[0052]“散熱器”在本文中意味著耗散光電子部件產(chǎn)生的熱能的一部分或者多個(gè)部分的組。散熱器也可以具有其它用途，它可以例如是燈具的機(jī)械結(jié)構(gòu)的一部分。
[0053]“塑料散熱器”在本文中意味著通過(guò)注模、旋轉(zhuǎn)澆鑄或者其它方法由塑料制成的散熱部分。塑料散熱器也可以包括除了塑料之外的其它材料的部分?！八芰仙崞鳌笨梢允亲⒛＝Y(jié)構(gòu)上的散熱表面、它未必是單獨(dú)部分。
[0054]“嵌入散熱器中”優(yōu)選地意味著在散熱器材料以內(nèi)。
[0055]“熱活性插入物”在本文中意味著如下插入物，該插入物具有比它所嵌入的散熱器的材料更佳的導(dǎo)熱率，并且該插入物因此增強(qiáng)散熱器中的熱分布。
[0056]“電活性插入物”在本文中意味著在電路中用作電導(dǎo)體的導(dǎo)電插入物。
[0057]“暴露插入物的區(qū)域”在本文中意味著插入物的表面區(qū)域在散熱器的注模中保留于散熱器以外或者從插入物的區(qū)域去除散熱器的塑料。
[0058]“電源”在本文中意味著待連接到電活性插入物或者PCB的下一電路。電源可以例如是電源單元、在電源單元與電活性插入物之間的印刷電路板或者燈底座。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0059]在以下部分中，通過(guò)參照附圖更具體描述本發(fā)明的優(yōu)選示例實(shí)施例，在附圖中:
[0060]圖1圖示現(xiàn)有技術(shù)的LED替換的燈泡的部分，
[0061]圖2a圖示根據(jù)本發(fā)明的用于LED的示例散熱器組件的俯視圖，
[0062]圖2b圖示根據(jù)本發(fā)明的用于LED的示例散熱器組件的橫截面圖，
[0063]圖3圖示根據(jù)本發(fā)明的示例散熱器組件的俯視圖，其中在散熱器表面有附加部件，
[0064]圖4a圖示根據(jù)本發(fā)明的示例散熱器組件的橫截面圖，其中散熱器具有用于放置電源單元的凹陷，
[0065]圖4b圖示根據(jù)本發(fā)明的另一示例散熱器組件的橫截面圖，其中散熱器具有用于放置電源單元的凹陷，
[0066]圖5a圖示根據(jù)本發(fā)明的示例散熱器組件的俯視圖，其中用管芯和接線鍵合來(lái)連接LED管芯，
[0067]圖5b圖示根據(jù)本發(fā)明的示例散熱器組件的橫截面圖，其中用管芯和接線鍵合來(lái)連接LED管芯，
[0068]圖6a圖示根據(jù)本發(fā)明的示例散熱器組件的俯視圖，其中豎直定位六個(gè)LED，
[0069]圖6b圖示根據(jù)本發(fā)明的示例散熱器組件的橫截面圖，其中豎直定位六個(gè)LED，
[0070]圖7圖示根據(jù)本發(fā)明的示例散熱器組件的橫截面圖，其中與LED的電連接包括PCB，[0071]圖8圖示根據(jù)本發(fā)明的示例散熱器組件的橫截面圖，其中散熱器由電絕緣部分和導(dǎo)電部分模制而成，
[0072]圖9a圖示根據(jù)本發(fā)明的包括子組件的示例散熱器組件的分解圖，
[0073]圖9b圖示根據(jù)本發(fā)明的包括子組件的示例散熱器組件的上透視圖，
[0074]圖9c圖示根據(jù)本發(fā)明的包括子組件的示例散熱器組件的下透視圖，
[0075]圖9d圖示根據(jù)本發(fā)明的包括子組件的示例散熱器組件的上透視圖，該子組件具有管芯部件，
[0076]圖9e圖示鍵合接線可見(jiàn)的圖9d的近視圖，
[0077]圖1Oa圖示根據(jù)本發(fā)明的示例散熱器組件的透視圖，其中插入物由金屬片制成，
[0078]圖1Ob圖示具有3維形式并且由金屬片制成的示例插入物，
[0079]圖11圖示根據(jù)本發(fā)明的包括線纜的示例LED引擎，
[0080]圖12a和12b圖示包括圖11的LED引擎的燈具，
[0081]圖13a圖示具有封閉罩的燈具，
[0082]圖13b圖示碗型罩的燈具，
[0083]圖14圖示根據(jù)本發(fā)明的具有集成散熱器組件的示例燈具，
[0084]圖15圖示根據(jù)本發(fā)明的具有集成散熱器組件的另一示例燈具，
[0085]圖16圖示根據(jù)本發(fā)明的用于提供散熱器組件的示例方法。
【具體實(shí)施方式】
[0086]在以上現(xiàn)有技術(shù)描述中描述了圖1。
[0087]圖2a圖示根據(jù)本發(fā)明的示例散熱器組件的俯視圖。圖2b圖示根據(jù)本發(fā)明的相似示例散熱器組件的橫截面圖。組件具有注模散熱器42，該散熱器在頂部具有平坦表面。散熱器具有嵌入電插入物33和34以及嵌入熱活性插入物63，這些插入物在散熱器的頂表面分別具有第一暴露區(qū)域35、36和65。有兩個(gè)LED21和22，這些LED電連接到插入物的暴露區(qū)域。電接觸連接到區(qū)域35和36。然而熱活性插入物區(qū)域65也可以作為電接觸來(lái)工作。在散熱器的相反表面，插入物具有例如用于連接到電源PCB的第二暴露區(qū)域37、38。如果熱活性插入物63電活性，則它將具有用于例如連接到電源PCB的第二暴露區(qū)域。插入物用作在光電子部件與電源/可能其它部件之間的電布線。插入物也用于從光電子部件向散熱器傳導(dǎo)熱。散熱器組件也可以包括用于傳導(dǎo)熱、但是不用于電連接的插入物。
[0088]圖3圖示散熱器組件的俯視圖，該散熱器組件具有塑料散熱器42、兩個(gè)LED21、22和兩個(gè)附加部件96、97。附加部件可以例如是電容器、電阻器、電感器、晶體管、集成電路、傳感器如琥珀光傳感器等。也有附加電活性插入物39a-39d，這些插入物用于為電路提供所需導(dǎo)體、因此電連接電源接線33和34、LED21和22以及部件96和97以形成電路。因此有可能除了光學(xué)部件之外還在散熱器組件上提供包括其它部件的電子電路。
[0089]也有熱活性插入物部分63和64 (也見(jiàn)圖4a和4b)，這些部分優(yōu)選地與插入物部分39a形成統(tǒng)一插入物，該插入物連接LED的電極。插入物的部分63和64因此未電活性，而插入物的部分39a電活性?？梢栽谏崞髦胁糠智度氩迦胛锏牟糠?9a。因此也有可能提供組合的熱活性插入物和電活性插入物，并且這可以按照本發(fā)明的思想在每個(gè)結(jié)構(gòu)上被完成。組合插入物例如具有直線電活性插入物部分和自由形式熱活性插入物部分以向散熱器中均勻分散熱。
[0090]圖4a和4b圖示兩個(gè)示例散熱器組件的橫截面圖，其中塑料散熱器具有用于放置電源單元50d的凹陷43。電源單元連接到為電源單元提供電和機(jī)械連接的插入物33和
34。在電源單元在散熱器以內(nèi)時(shí)，散熱器也可以從電源單元散熱。這可以由適當(dāng)填充材料48、比如環(huán)氧樹(shù)脂或者任何其它已知填充物來(lái)增強(qiáng)。電源也可以是散熱器內(nèi)的過(guò)模制(over-molded)部分。圖4a和4b的散熱器組件也具有熱活性插入物63和64。圖3的組件可以與圖4a或者圖4b中所示相同。
[0091]圖5a圖示示例散熱器組件的俯視圖，其中LED管芯21、22鍵合到散熱器42的插入物33、34以及可能的熱活性插入物63。如果無(wú)單獨(dú)熱活性插入物，則33或者34或者二者也充當(dāng)熱活性插入物。圖5b圖示相同散熱器組件的橫截面圖。已經(jīng)首先在插入物33的暴露焊盤(pán)上定位和鍵合、粘合或者焊接LED管芯。然后已經(jīng)將LED的第二電極接線鍵合91、92到插入物34的暴露焊盤(pán)36a、36b。
[0092]有若干類型的管芯，一個(gè)類型的管芯在頂表面上具有兩個(gè)電連接，并且接線鍵合是用于接觸區(qū)域的優(yōu)選方法，并且在這些種類的管芯上的熱界面是管芯的底部，管芯將從該底部被管芯鍵合、接線鍵合、粘合或者焊接到熱活性插入物63。其它種類的管芯是在底部上具有兩個(gè)連接并且無(wú)需任何鍵合接線的管芯。利用這些種類的管芯，可以有通過(guò)例如利用管芯鍵合、接線鍵合、粘合或者焊接的金屬間連接來(lái)連接到熱活性插入物的單獨(dú)熱連接，或者在管芯的底部上無(wú)熱連接，然后電連接中的一個(gè)或者多個(gè)電連接也充當(dāng)與散熱器的熱連接。
[0093]也有如下管芯，這些管芯在管芯的頂部具有一個(gè)電連接而另一連接在底部。對(duì)于頂部接觸，接線鍵合是用于接觸的優(yōu)選方法，而底部接觸優(yōu)選地通過(guò)某一金屬間連接方法、例如通過(guò)管芯鍵合、粘合或者焊接來(lái)完成。利用這些種類的管芯，可以有通過(guò)管芯鍵合、接線鍵合、粘合或者焊接來(lái)連接到熱活性插入物的單獨(dú)熱連接，或者在管芯的底部上無(wú)熱連接，然后底側(cè)電連接中的一個(gè)或者多個(gè)電連接也充當(dāng)與散熱器的熱連接。
[0094]也有可能的是管芯具有可以利用以上描述的方法來(lái)附著到散熱器結(jié)構(gòu)的多于兩個(gè)電連接和/或多個(gè)熱連接點(diǎn)。
[0095]最后，已經(jīng)可能例如使用配給系統(tǒng)用硅樹(shù)脂磷光體封裝95管芯。其它封裝劑、比如標(biāo)準(zhǔn)透明硅樹(shù)脂也可以與例如遠(yuǎn)程磷光體或者某一其它已知光方案一起來(lái)調(diào)整波長(zhǎng)。
[0096]圖6a和6b圖不不例散熱器組件的俯視圖和橫截面圖，其中豎直定位六個(gè)LED21-26。散熱器42具有三角形突出物43，該突出物具有用于附著LED的三個(gè)豎直表面。用插入物33、34制成用于LED21、22的電連接。散熱器組件可以具有單獨(dú)熱活性插入物63和/或電活性插入物33和/或34也可以充當(dāng)熱活性插入物。熱活性插入物63在LED的底部具有與LED的單獨(dú)連接。這一熱活性插入物不是電活性的。也有可能在其中附著LED的表面上提供反射和/或擴(kuò)散涂層。
[0097]圖7圖示如下實(shí)施例，其中用于LED21、22的電布線具有印刷電路板71，該印刷電路板具有導(dǎo)電圖案層72。散熱器具有用于PCB的凹陷，并且凹陷的深度使得散熱器邊緣的水平表面和/或熱活性插入物的頂表面以及PCB的上表面基本上在相同水平面上。這有助于在熱活性插入物上和PCB的焊盤(pán)上均附著LED21、22。進(jìn)一步用電和機(jī)械連接到PCB的接線73和74將布線從PCB引向電源。這一實(shí)施例具有單獨(dú)熱活性插入物63和64。熱活性插入物在它們可以連接到由PCB子組件構(gòu)成的其它電路時(shí)也可以是電活性的。在圖7上未示出這一點(diǎn)，但是明顯的是可以用這里描述的散熱器結(jié)構(gòu)完成它。這用圖1所呈現(xiàn)方式的普通MCPCB種類是不能完成的或者確實(shí)難以完成。
[0098]圖8圖示又一實(shí)施例，其中使用兩個(gè)不同材料來(lái)模制散熱器。部分44由電絕緣材料模制而成，并且向這一區(qū)域中嵌入電活性插入物33和34。散熱器的部分45由導(dǎo)熱材料模制而成，該材料也可以導(dǎo)電以便實(shí)現(xiàn)更佳導(dǎo)熱率。向這一部分45中嵌入熱活性插入物63和64。由于部分45中的模制材料可能導(dǎo)電，所以熱活性插入物63和64優(yōu)選地不用作電活性插入物、即它們是電不活性的(electrically passive)。優(yōu)選地在兩個(gè)連續(xù)階段中裝配散熱器的兩個(gè)部分。當(dāng)然可以有更多階段和/或如果解決方案需要這樣，階段也可以是模制非連續(xù)的，并且解決方案遵循本發(fā)明的基本思想。
[0099]圖9a_9d圖示具有子組件的更多實(shí)施例。圖9a_9c的實(shí)施例具有LED21-24，這些LED電連接到PCB71的布線。LED也附著到熱活性插入物的條63-66。熱活性插入物也包括在條的末端接合它們和/或用于向散熱器42中更均勻分布熱的框67。熱插入物因此具有3維形式、即它在三個(gè)維度中具有突出物。熱活性插入物的這樣的結(jié)構(gòu)以高效方式分布來(lái)自LED的熱。在PCB中也有用于電連接到電源的管腳73、74。管腳73、74可能位于凹陷43以內(nèi)。
[0100]圖9d和9e圖示子組件，其中光電子部件21-24是裸的LED管芯。管芯附著到熱活性插入物的條末端，并且管芯電極被管芯鍵合和/或用接線93、94接線鍵合到PCB的焊盤(pán)。圖9e示出近視圖，該圖示出鍵合接線。在鍵合之后，已經(jīng)例如用透明硅磷光體封裝95管芯。
[0101]在組裝子組件之后，散熱器42被注模使得除了在散熱器上保持暴露的具有光電子部件的條末端之外在散熱器以內(nèi)嵌入子組件的熱活性插入物。備選地，也有可能首先在注模期間在散熱器中嵌入熱活性插入物并且在注模之后附著PCB和光電子部件。
[0102]圖1Oa圖示根據(jù)本發(fā)明的散熱器組件的又一實(shí)施例，并且圖1Ob圖示對(duì)應(yīng)插入物。插入物由薄金屬片制成并且具有用于從LED21、22向塑料散熱器部分45傳送熱的大區(qū)域。插入物具有用于陽(yáng)極連接電源的隔離區(qū)域33，并且插入物的這一部分因此是電活性的。插入物的其余部分既作為陰極電極是電活性的，又是熱活性的。插入物具有向塑料散熱器部分傳導(dǎo)熱的熱活性的折疊鰭63。
[0103]圖11圖示根據(jù)本發(fā)明的散熱器組件的又一實(shí)施例。散熱器具有形式為圓柱體的空心結(jié)構(gòu)。散熱器在光學(xué)部分145以內(nèi)。光學(xué)部分可以是可更換的。光學(xué)部分也可以用于將組件附著到燈具?？招慕Y(jié)構(gòu)允許空氣流過(guò)散熱器，其中散熱的表面區(qū)域大并且熱必須向散熱表面行進(jìn)經(jīng)過(guò)的距離很短。LED22位于散熱器的外表面。插入物33可以是電和熱活性的。散熱器組件也具有用于供電的集成線纜51。在線纜的另一端有電源電路52和市電插頭61。電源52可以位于線纜的任一端或者它可以是在線纜中間的單獨(dú)部分。然而在電源未在LED附近時(shí)電源未加熱LED并且反之亦然。也有可能使用可以用AC操作的LED，其中無(wú)需單獨(dú)電源。這一結(jié)構(gòu)允許用于散熱器的良好氣流，因?yàn)樵诮M件中無(wú)標(biāo)準(zhǔn)燈泡底座并且未擾動(dòng)氣流?；趫D12a容易理解，常規(guī)LED替換的燈泡在燈具/散熱器的中間部分121中完全阻隔氣流。
[0104]具有線纜的LED引擎可以是使用標(biāo)準(zhǔn)化燈座的絕大多數(shù)現(xiàn)有燈具設(shè)計(jì)中的一部分。LED引擎的尺度使得它相配到標(biāo)準(zhǔn)化罩孔尺寸中或者為燈具支架提供標(biāo)準(zhǔn)化固定。線纜的機(jī)械固定可以用螺栓或者例如用LED引擎的光學(xué)部分145來(lái)完成，這將允許易于組裝線纜。光學(xué)部分可以提供不同光學(xué)功能。它可以不透明、衍射、反射、定向等。具有線纜的LED引擎去除MCPCB以及燈底座和燈座引起的額外熱界面。同時(shí)，具有線纜的LED引擎允許用于不同燈具罩模型的不同設(shè)計(jì)。通過(guò)機(jī)械固定向燈具罩傳導(dǎo)熱的插入物，對(duì)于碗型氣流阻隔罩而言是有用的解決方案。用于這些罩的另一解決方案是具有線纜的管狀LED引擎。
[0105]圖12a和12b圖示其中使用具有圖11的線纜或者“LED引擎”的散熱器組件的燈具。燈具具有罩148，該罩具有空心結(jié)構(gòu)、因此允許經(jīng)過(guò)罩122和散熱器121的氣流。
[0106]圖13圖示其中罩149具有封閉結(jié)構(gòu)、即在罩的內(nèi)部與外部之間無(wú)氣流的燈具。然而散熱器的部分142保持于罩以外并且因此改善在這樣的燈具實(shí)現(xiàn)方式中的散熱。散熱器組件的熱活性插入物從LED向散熱器的底部區(qū)域142傳導(dǎo)熱用于進(jìn)一步耗散。在使用常規(guī)LED燈泡的對(duì)應(yīng)燈具中，散熱器完全位于罩以內(nèi)，因此從罩的內(nèi)部體積的散熱不良。
[0107]圖13b圖示具有碗型罩147的燈具。在使用常規(guī)底座/燈座型LED時(shí)，豎直氣流無(wú)可能。根據(jù)本發(fā)明的LED引擎可以具有用于從LED向散熱器的在罩的外側(cè)上/在罩以上延伸的部分142傳導(dǎo)熱的熱活性插入物。熱也可以由熱活性插入物向燈具的罩傳導(dǎo)。另外，可以有在散熱器中間的開(kāi)口從而為氣流賦予孔隙。
[0108]圖14和15圖示示例燈具，其中散熱器集成于燈具的結(jié)構(gòu)內(nèi)、即散熱器不是單獨(dú)部分。在圖14的燈具中，散熱器組件具有圓的形式從而在燈具的罩以內(nèi)包括電和熱活性插入物33和LED22。燈具的支架用于散熱。熱也向燈具罩傳導(dǎo)，該燈具罩因此也用于散熱。可以例如注?；蛘咝D(zhuǎn)澆鑄塑料部分。電源52可以位于市電插頭處或者它可以例如位于燈具的支架中。如圖14所示，在結(jié)構(gòu)中無(wú)需燈底座/燈座和印刷電路板。
[0109]在圖15的燈具中，散熱器具有空心圓柱體的形式，該圓柱體具有豎直插入物63。LED位于散熱器的外表面。罩148為空心從而允許氣流。氣流也有可能經(jīng)由通孔149經(jīng)過(guò)散熱器。如圖中可見(jiàn)，散熱器也是燈具設(shè)計(jì)的可視集成部分。
[0110]圖16圖示根據(jù)本發(fā)明的用于生產(chǎn)散熱器組件的方法10的一個(gè)示例實(shí)施例的流程圖。首先在階段11中生產(chǎn)金屬的熱活性插入物和可能的電活性插入物。電和熱活性插入物可以區(qū)別于與LED的單獨(dú)連接或者相同插入物可以用作電和熱活性插入物二者。然后在階段12中向模制工具上施加一組插入物，并且散熱器然后由塑料注模而成，由此插入物將變成至少部分嵌入散熱器內(nèi)，階段13。注模散熱器具有如下表面，該表面具有為連接部件而暴露的插入物區(qū)域。在階段14中向所需暴露區(qū)域中印刷或者配給焊膏。然后在焊膏上放置SMD部件，階段15，并且例如回流焊接組件，階段16。因此完成散熱器組件17。如果使用管芯代替SMD部件，則有可能使用如在圖5a、5b的描述中描述的管芯鍵合和/或接線鍵合。
[0111]已經(jīng)參照公開(kāi)的實(shí)施例描述本發(fā)明。然而清楚的是本發(fā)明不僅限于這些實(shí)施例，但是它包括可以在所附的專利權(quán)利要求內(nèi)設(shè)想的所有實(shí)施例。
[0112]例如清楚的是所討論的散熱器和插入物的材料是作為示例提及，自然有可能使用其它材料作為替代。
[0113]例如可以變化圖10中呈現(xiàn)的制造步驟的順序。
【權(quán)利要求】
1.一種用于從至少一個(gè)光電子部件散熱的散熱器組件，其特征在于所述組件包括:-注模塑料散熱器，-至少部分嵌入所述散熱器內(nèi)的至少一個(gè)熱活性插入物，-在所述熱活性插入物的表面的暴露區(qū)域，用于熱連接到所述光電子部件，以及-在所述熱活性插入物與所述散熱器之間的熱連接，其中所述熱活性插入物被布置用于從所述光電子部件向所述散熱器散布熱能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散熱器組件，其特征在于它包括至少部分嵌入所述散熱器內(nèi)的至少一個(gè)電活性插入物，其中所述電活性插入物具有在所述電活性插入物的表面的第一暴露區(qū)域，以用于電連接到所述光電子部件或者另一部件，并且所述電活性插入物具有在所述電活性插入物的所述表面的第二暴露區(qū)域，以用于電連接到又一部件、接線或者印刷電路板。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的散熱器組件，其特征在于所述散熱器組件的熱活性插入物也是電活性的。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的散熱器組件，其特征在于熱活性插入物是電不活性的。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的散熱器組件，其特征在于所述插入物的材料是金屬。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的散熱器組件，其特征在于所述插入物具有兩個(gè)維度、優(yōu)選的三個(gè)維度的突出物的形式`。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的散熱器組件，其特征在于所述注模散熱器的材料具有至少150攝氏度、優(yōu)選地至少250攝氏度的熔化溫度或者玻璃轉(zhuǎn)變溫度。
8.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的散熱器組件，其特征在于至少一個(gè)所述光電子部件是LED、裸LED管芯或者多芯片模塊。
9.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的散熱器組件，其特征在于所述光電子部件連接到所述插入物的所述暴露表面區(qū)域。
10.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的散熱器組件，其特征在于有在所述光電子部件與所述插入物之間的金屬間連接、比如焊接。
11.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的散熱器組件，其特征在于為了裝配一個(gè)或者數(shù)個(gè)部件，所述散熱器具有平坦表面或者有在所述散熱器上的印刷電路板，并且所述熱活性插入物的所述暴露區(qū)域基本上在與所述散熱器或者所述印刷電路板的表面相同的水平面上。
12.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的散熱器組件，其特征在于所述散熱器組件具有用SMD技術(shù)連接到所述插入物的所述暴露區(qū)域的至少一個(gè)SMD部件。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-11中的任一權(quán)利要求所述的散熱器組件，其特征在于所述組件具有管芯和/或接線鍵合到所述插入物的所述暴露區(qū)域的至少一個(gè)管芯部件。
14.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的散熱器組件，其特征在于所述散熱器具有:-由電絕緣材料模制并且包括至少一個(gè)嵌入的電活性插入物的第一部分，以及-由導(dǎo)電材料模制并且包括至少一個(gè)熱活性插入物的第二部分。
15.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的散熱器組件，其特征在于所述組件包括印刷電路板，其中光電子部件附著到所述熱活性插入物用于熱耦合，并且所述光電子部件還耦合到所述印刷電路板用于電連接。
16.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的散熱器組件，其特征在于大部分所述熱插入物被嵌入在所述散熱器材料中，由此優(yōu)選地，至少75%的所述插入物在所述散熱器材料內(nèi)和/或至少75%的所述插入物表面具有與所述散熱器材料的界面。
17.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的散熱器組件，其特征在于所述組件是基于LED替換的燈泡的一部分。
18.根據(jù)權(quán)利要求1-17中的任一權(quán)利要求所述的散熱器組件，其特征在于所述組件為空心以便允許經(jīng)過(guò)所述散熱器的氣流。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-17中的任一權(quán)利要求所述的散熱器組件，其特征在于所述組件取代線纜、標(biāo)準(zhǔn)化燈座和標(biāo)準(zhǔn)化燈底座LED燈泡的替換。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的散熱器組件，其特征在于所述組件具有電源線纜和在所述線纜中的開(kāi)關(guān)。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的散熱器組件，其特征在于所述組件具有可替換光學(xué)元件。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的散熱器組件，其特征在于所述組件的所述可替換光學(xué)元件將所述組件機(jī)械地固定到燈具結(jié)構(gòu)中。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的散熱器組件，其特征在于所述組件被實(shí)施用于密封的燈具罩，其中熱活性插入物將所述熱傳導(dǎo)到所述密封的燈具罩以外。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的散熱器組件，其特征在于所述組件被實(shí)施用于碗型氣流阻隔燈具罩，其中熱活性插入物向所述燈具罩傳導(dǎo)所述熱。
25.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的散熱器組件，其特征在于所述組件還包括集成到所述組件的電源線纜。`
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的散熱器組件，其特征在于所述組件還包括在所述線纜的另一端的電源和市電電壓插頭。
27.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的散熱器組件，其特征在于所述組件集成于燈具中。
28.—種生產(chǎn)用于至少一個(gè)光電子部件的散熱器組件的方法，其特征在于:-由導(dǎo)熱材料生產(chǎn)熱活性插入物，-注模形成塑料散熱器，-在注模階段期間，將一個(gè)或者多個(gè)熱活性插入物至少部分嵌入所述散熱器內(nèi)，以用于提供在所述熱活性插入物與所述散熱器之間的熱接觸，-暴露所述熱活性插入物的區(qū)域用于提供在所述光電子部件與所述熱活性插入物之間的熱接觸。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于:-由導(dǎo)電材料生產(chǎn)電活性插入物，-在注模階段期間，將一個(gè)或者多個(gè)電活性插入物至少部分嵌入所述散熱器內(nèi)，-暴露所述電活性插入物的第一區(qū)域用于提供在所述電活性插入物與所述光電子部件或者另一部件之間的電接觸，以及-暴露所述電活性插入物的第二區(qū)域用于提供與另一部件、接線或者印刷電路板的接觸。
30.根據(jù)權(quán)利要求28-29中的任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于在生產(chǎn)熱活性插入物時(shí)使用金屬作為材料。
31.根據(jù)權(quán)利要求28-30中的任一權(quán)利要求所述的方法,其特征在于在生產(chǎn)電活性插入物時(shí)使用金屬作為材料。
32.根據(jù)權(quán)利要求28-31中的任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于在所述散熱器的注模期間使用這樣的材料，該材料具有至少150攝氏度、優(yōu)選地至少250攝氏度的熔化溫度或者玻璃轉(zhuǎn)變溫度。
33.根據(jù)權(quán)利要求28-32中的任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所述光電子部件是管芯，并且所述管芯通過(guò)管芯鍵合和/或接線鍵合來(lái)連接到所述散熱器組件。
34.根據(jù)權(quán)利要求28-33中的任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于SMD部件用SMD焊接技術(shù)連接到所述插入物的所述暴露區(qū)域。
35.根據(jù)權(quán)利要求28-34中的任一權(quán)利要求所述的方法,其特征在于光電子部件在插入物嵌入到所述散熱器之前附著到所述插入物。
36.根據(jù)權(quán)利要求28-35中的任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所述散熱器的第一部分由電絕緣材料模制而成，并且電活性插入物嵌入到所述第一部分中，而第二部分由導(dǎo)電材料模制而成，并且熱活性插入物嵌入到所述第二部分中。
37.根據(jù)權(quán)利要求28-36中的任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所述散熱器集成于燈具中。
【文檔編號(hào)】F21V29/00GK103608622SQ201280012221
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2012年3月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月8日
【發(fā)明者】K·若科萊南, V·穆瓦拉南, H·呂普雷什特 申請(qǐng)人:萊特賽有限公司