專利名稱：發(fā)光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光裝置，其包括發(fā)光二極管(LED)和用于消散該LED所產(chǎn)生的熱的釋熱構(gòu)件。
背景技術(shù)：
基于發(fā)光二極管(LED)的發(fā)光設(shè)備今天正越來越多地用于各種各樣的發(fā)光應(yīng)用。 伴隨LED的一個(gè)問題在于它們產(chǎn)生熱，而這些熱必須從設(shè)備中移除，以避免損壞LED和設(shè)備。過熱還可以降低LED的性能和/或效率。按照常規(guī)，已經(jīng)使用被置于其上已布置有LED的印刷電路板(PCB)的背面(與LED 相對(duì)的一面)上的散熱器來移除熱，因此需要將熱輸送通過PCB。為了改善熱傳遞，已使用了金屬芯PCB(MCPCB)，然而MCPCB具有成本昂貴的缺點(diǎn)。相比之下，玻璃環(huán)氧樹脂是一種傳統(tǒng)上用于PCB的成本低廉、易于加工的材料，然而其卻具有很差的導(dǎo)熱性，這是對(duì)基于LED 的照明設(shè)備的制造商提出的主要挑戰(zhàn)。US 7，078，728公開了一種表面安裝LED，其包括具有導(dǎo)熱性的基座；固定至所述基座并且包括傳導(dǎo)圖案和安裝孔的絕緣接線板；安裝在由所述安裝孔所暴露的安裝區(qū)域上的發(fā)光元件芯片；以及具有導(dǎo)熱性并且固定至所述基座并與之熱耦合的反射框架，用以包圍所述發(fā)光元件芯片，從發(fā)光元件芯片產(chǎn)生的熱通過基座和反射框架二者釋放，或者通過其中之一釋放。然而，該裝置在不使用接合至基座或者反射框架的額外散熱器的情況下不能提供從高功率LED的充分散熱。因此，在本領(lǐng)域內(nèi)存在對(duì)于具有提高的散熱性能的LED裝置的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于至少部分地克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)。在一方面中，本發(fā)明涉及一種發(fā)光裝置其包括印刷電路板PCB，該P(yáng)CB具有至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分；發(fā)光二極管LED用于發(fā)光，該LED通過此LED的至少一個(gè)接觸件熱連接至所述至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分；以及用于消散LED所產(chǎn)生的熱的釋熱構(gòu)件，該釋熱構(gòu)件熱連接至所述至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分；其中LED所產(chǎn)生的熱沿著從該LED經(jīng)由所述至少一個(gè)接觸件和所述至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分延伸至所述釋熱構(gòu)件的熱傳遞路徑來傳遞。本發(fā)明的發(fā)光裝置在使用用于PCB的成本低廉的玻璃環(huán)氧樹脂材料的同時(shí)，提供了大大改善的從LED的散熱。因此，可以實(shí)現(xiàn)較低的LED工作溫度并從而實(shí)現(xiàn)更好的性能， 同時(shí)降低了生產(chǎn)成本。本發(fā)明在使用高功率LED模塊時(shí)尤其有用。該裝置并不復(fù)雜而且還具有機(jī)械魯棒性，因?yàn)獒専針?gòu)件是接合至PCB而不是接合至LED封裝的。并且，由于PCB可具有多個(gè)各種形狀和尺寸的導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分，所以存在許多不同替代方式來布置釋熱構(gòu)件。因此，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置允許許多不同的設(shè)計(jì)。LED的接觸件可以是將LED連接到至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分的電接觸件。LED的
3電接觸件可以因此參與熱從LED向釋熱構(gòu)件的傳遞，從而減少對(duì)于單獨(dú)的熱傳遞構(gòu)件的需求并且/或者改善熱離開LED的傳遞。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，接觸件是熱傳遞構(gòu)件。備選地，LED可以包括多個(gè)接觸件， 所述多個(gè)接觸件包括至少一個(gè)電接觸件和至少一個(gè)熱傳遞構(gòu)件。熱傳遞構(gòu)件提供了從LED 到至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分的良好的熱傳遞。特別是，除了使用LED的電接觸件以外，使用單獨(dú)的熱傳遞構(gòu)件用于熱傳遞可以提供改善的熱離開LED的傳遞。LED和釋熱構(gòu)件可以安裝在PCB的一面上。另外，可將至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分提供在該P(yáng)CB的同一面上。通過在PCB的正面上安裝釋熱構(gòu)件，熱不必穿過或者圍繞PCB輸送。因此，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了低熱阻和不太復(fù)雜的裝配。此外，PCB的背面可以用于保持釋熱構(gòu)件之外的目的，例如附加的控制電路。通過使用PCB的背面來安裝控制電路，可以很容易地保護(hù)該電路免遭損壞。并且，可以實(shí)現(xiàn)來自LED的熱與來自控制電路的熱的分隔。此外，控制電路可以至少部分地嵌入在保護(hù)性材料中，比如在樹脂或者類似的保護(hù)性材料之中。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，釋熱構(gòu)件適于接納光學(xué)元件，例如為了諸如準(zhǔn)直和/或再分布來自LED的光的目的而使用的光學(xué)元件。使用釋熱構(gòu)件作為光學(xué)元件的保持件通過規(guī)避對(duì)于單獨(dú)的保持件的需要，并且通過減少安裝在PCB上的結(jié)構(gòu)元件的數(shù)量而節(jié)省空間，簡化了制造工藝。此外，由于釋熱構(gòu)件/光學(xué)元件保持件可能會(huì)比較大，因此可以獲得良好的散熱?？梢允褂煤噶虾蛯?dǎo)電膠中的至少一種或者其組合，將釋熱構(gòu)件安裝在至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分上。此外，釋熱構(gòu)件可以安裝在這樣的位置使得控制電路被電磁屏蔽于LED。通過將釋熱構(gòu)件用于電磁屏蔽，減少了對(duì)于單獨(dú)的屏蔽結(jié)構(gòu)的需要，從而節(jié)省空間并且還簡化制造工藝，這將會(huì)降低成本。此外，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，發(fā)光裝置包括多個(gè)LED，每個(gè)LED通過至少一個(gè)接觸件熱連接到至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分；以及釋熱構(gòu)件，用于消散所述多個(gè)LED的熱。因此，多個(gè)LED可以和單個(gè)釋熱構(gòu)件一起使用，從而簡化了包含多個(gè)LED的系統(tǒng)的生產(chǎn)，并且還允許發(fā)光裝置和/或包含該發(fā)光裝置的照明系統(tǒng)的許多不同的設(shè)計(jì)。備選地，發(fā)光裝置可以包括多個(gè)LED，每個(gè)LED通過至少一個(gè)接觸件熱連接到至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分；以及多個(gè)釋熱構(gòu)件，用于消散由所述多個(gè)LED所產(chǎn)生的熱，其中多個(gè) LED中的至少一個(gè)的熱沿著從多個(gè)LED中的所述至少一個(gè)延伸至多個(gè)釋熱構(gòu)件中的至少一個(gè)的熱傳遞路徑傳遞。通過允許LED和釋熱構(gòu)件的數(shù)量中及其之間的連接方式中的高變化度，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的發(fā)光裝置可實(shí)現(xiàn)許多不同的設(shè)計(jì)。


現(xiàn)在將參考示出本發(fā)明的目前優(yōu)選實(shí)施方式的附圖，更加詳細(xì)地描述本發(fā)明的這些方面和其他方面，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的發(fā)光裝置的橫截面示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式的發(fā)光裝置的橫截面示意圖；以及圖3是根據(jù)本發(fā)明的又一優(yōu)選實(shí)施方式的發(fā)光裝置的橫截面示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將在下文中通過參考附圖而更加充分地描述本發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。然而，本發(fā)明可以在許多不同形式中實(shí)施，并且不應(yīng)被解釋為限于本文所闡述的實(shí)施方式；相反，這些實(shí)施方式是為了徹底性和完整性，并且為了向本領(lǐng)域中技術(shù)人員充分傳達(dá)本發(fā)明的范圍而提供的。在全文中，相似參考符號(hào)指代相似元件。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的發(fā)光裝置。發(fā)光裝置1包括發(fā)光二極管 (LED) 2，該LED 2安裝在印刷電路板(PCB) 6上。LED 2包括LED芯片21，該LED芯片21布置在襯底22上并且電連接和熱連接至電接觸件31、32。電接觸件31、32電連接和熱連接至 PCB 6的至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分4。PCB 6可由本領(lǐng)域中常規(guī)使用的任何材料制成。用于PCB 6的材料可能具有較差的導(dǎo)熱率。通常情況下，PCB 6由玻璃環(huán)氧樹脂制成。PCB 6具有至少一個(gè)由導(dǎo)電并導(dǎo)熱的材料，比如金屬或者傳導(dǎo)性聚合物構(gòu)成的導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分4。例如，該至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分4可以至少部分由銅制成。該至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分4通常是覆蓋PCB 6的一部分的層。該至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分4可以包括多個(gè)部分，比如各自覆蓋PCB 6的一部分的多個(gè)層。該至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分4可以具有各種形狀，并且不同的導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分可以具有不同的形狀。通常情況下，電接觸件 31,32中的每一個(gè)電連接和熱連接至PCB 6的一個(gè)單獨(dú)的導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分。此外，在圖1中所示的實(shí)施方式中，LED 2熱連接至熱傳遞構(gòu)件33。該熱傳遞構(gòu)件 33通過焊料9熱連接到至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分4。然而，熱傳遞構(gòu)件33還可以通過任何其他常規(guī)的導(dǎo)熱接合，比如通過導(dǎo)熱膠接合至所述至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分4。熱傳遞構(gòu)件33可以是電絕緣的。釋熱構(gòu)件5被提供用于消散在LED 2的操作期間產(chǎn)生的熱。釋熱構(gòu)件5熱連接至所述至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分4中的至少一個(gè)。熱可以通過多個(gè)路線從LED 2傳遞至導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分4，并于隨后傳遞至釋熱構(gòu)件5。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，由LED 2所產(chǎn)生的熱沿著從LED 2經(jīng)由電接觸件31、32和至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分4延伸至釋熱構(gòu)件5的熱傳遞路徑傳遞。備選地，在本發(fā)明的其他實(shí)施方式中，電接觸件31、32并不與釋熱構(gòu)件5熱連接。替代地，熱可以沿著從LED 2經(jīng)由熱傳遞構(gòu)件33和至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分4延伸至釋熱構(gòu)件5的熱傳遞路徑傳遞。在本發(fā)明的其他實(shí)施方式中，熱可以從LED 2經(jīng)由電接觸件31、32并且經(jīng)由熱傳遞構(gòu)件33傳遞到至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分4，并于隨后傳遞至釋熱構(gòu)件5。電接觸件31、32可以由任何常規(guī)材料制成，比如由金屬制成。其他適用于電接觸件的材料對(duì)于本領(lǐng)域中技術(shù)人員而言也是已知的。熱傳遞構(gòu)件33可以由本領(lǐng)域中所使用的任何常規(guī)導(dǎo)熱材料制成。適合用于熱傳遞構(gòu)件33的材料的例子包括比如銅和鋁之類的金屬、導(dǎo)熱聚合物、具有金屬添加物的聚合物以及熱界面材料(TIM)。釋熱構(gòu)件5可以包括任何常規(guī)用于散熱器的材料(比如金屬)或者這些材料的組合。通常情況下，釋熱構(gòu)件由例如鋁、銅或鎂之類的金屬制成，或者由陶瓷材料制成。在圖1中所示的實(shí)施方式中，釋熱構(gòu)件5通過焊料10安裝于PCB6的導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分4上。釋熱構(gòu)件5可以通過任何提供與所述導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分4的熱連接的常規(guī)手段，比如使用焊料或者導(dǎo)熱膠(熱界面材料)安裝在PCB 6上。通常情況下，釋熱構(gòu)件5使用導(dǎo)熱接合，比如焊料或者導(dǎo)熱膠，直接接合到至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分4。在圖2中所示的本發(fā)明另一實(shí)施方式中，發(fā)光裝置1的釋熱構(gòu)件5適于接納光學(xué)元件11。圖2的釋熱構(gòu)件5至少部分地包圍LED2，并且在LED 2前方限定可以至少部分地被一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件11占據(jù)的空間。釋熱構(gòu)件5還可以被布置成接納多個(gè)不同形式、形狀和功能的光學(xué)元件。光學(xué)元件的例子包括透鏡、漫射體、反射體、準(zhǔn)直器和波導(dǎo)。為了接納光學(xué)元件11，釋熱構(gòu)件5面向LED 2的一面可裝設(shè)有肩部。一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件可以是例如可通過膠合、彈簧承載或者摩擦固定來安裝的?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)至圖3，其示出了一種發(fā)光裝置1，其包括LED 2，該LED2安裝在具有至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分4的PCB 6上。LED 2通過至少一個(gè)接觸件3熱連接至所述至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分4。該至少一個(gè)接觸件3可以是電接觸件和/或電絕緣的熱傳遞構(gòu)件。在接觸件3是電絕緣的熱傳遞構(gòu)件的實(shí)施方式中，LED 2通過額外的電接觸件電連接至所述至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分4。釋熱構(gòu)件5熱連接至所述至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分4。PCB 6 可以是如上所述的那樣。在圖3中所示的實(shí)施方式中，所述至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分4、LED 2和釋熱構(gòu)件 5被裝置在PCB 6的同一面上。在PCB 6的相對(duì)一面上安裝有控制電路7?？刂齐娐?例如可以包括一個(gè)或多個(gè)電阻器、一個(gè)或多個(gè)晶體管、一個(gè)或多個(gè)集成電路以及/或者導(dǎo)線或纜線。此外，控制電路7由灌封8所密封。灌封8保護(hù)控制電路7免遭比如由濕氣所造成的損壞。圖3中所示實(shí)施方式的釋熱構(gòu)件5部分地包圍PCB 6。因此，釋熱構(gòu)件5可被制作的比較大，以便提供良好的散熱。此外，釋熱構(gòu)件5裝設(shè)有冷卻凸緣51以提供從釋熱構(gòu)件 5的良好的熱釋放。在本發(fā)明的其他可能的實(shí)施方式中，釋熱構(gòu)件5可以安裝在這樣的位置使得控制電路7通過釋熱構(gòu)件5被電磁屏蔽于LED 2。控制電路7使用釋熱構(gòu)件5被電磁屏蔽于 LED 2在控制電路7和LED2被安裝于PCB 6的同一面上時(shí)尤其有用。本領(lǐng)域中技術(shù)人員意識(shí)到，本發(fā)明絕不限于上述優(yōu)選實(shí)施方式。恰恰相反，在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)有許多修改和變化都是可能的。例如，發(fā)光裝置1可以包括多個(gè)釋熱構(gòu)件，從而使LED 2可以熱連接至若干釋熱構(gòu)件。在這樣的實(shí)施方式中，至少一個(gè)釋熱構(gòu)件可以適合于接納光學(xué)元件。另外，發(fā)光裝置1可以包括多個(gè)LED。在這樣的實(shí)施方式中，兩個(gè)或更多個(gè)LED可以如上所述那樣熱連接至同一個(gè)釋熱構(gòu)件5。例如，多個(gè)LED可以安裝在PCB 6上，并且如上所述那樣熱連接至也可以安裝在該P(yáng)CB上的釋熱構(gòu)件5，從而使來自每個(gè)LED 2的熱經(jīng)由PCB 6的導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分4傳遞至該釋熱構(gòu)件5。備選地，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，多個(gè) LED可以如上所述那樣熱連接到多個(gè)釋熱構(gòu)件5，每個(gè)LED 2熱連接到至少一個(gè)釋熱構(gòu)件5 并且每個(gè)釋熱構(gòu)件熱連接到至少一個(gè)LED 2。例如，兩個(gè)或更多個(gè)LED可以熱連接到多個(gè)釋熱構(gòu)件中的每個(gè)釋熱構(gòu)件5。因此，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置在使用用于PCB的成本低廉的材料(比如玻璃環(huán)氧樹脂)的同時(shí)，提供了大大改善的從LED的散熱。作為結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)大為提高的熱性能連同降低的生產(chǎn)成本。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光裝置(1)，包括:印刷電路板PCB (6)，其具有至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分；發(fā)光二極管LED(2)，用于發(fā)光，所述LED(2)通過所述LED(2)的至少一個(gè)接觸件熱連接至所述至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分；以及釋熱構(gòu)件(5)，用于消散由所述LED(2)所產(chǎn)生的熱，所述釋熱構(gòu)件(5)熱連接至所述至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分；其中由所述LED (2)所產(chǎn)生的熱沿著從所述LED (2)經(jīng)由所述至少一個(gè)接觸件和所述至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分(4)延伸至所述釋熱構(gòu)件(5)的熱傳遞路徑傳遞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中所述接觸件是將所述LED(2)電連接至所述至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分的電接觸件(31、32)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中所述接觸件是熱傳遞構(gòu)件(33)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的發(fā)光裝置，其中所述LED(2)包括多個(gè)接觸件， 所述多個(gè)接觸件包括至少一個(gè)電接觸件(31、32)和至少一個(gè)熱傳遞構(gòu)件(33)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的發(fā)光裝置，其中所述LED(2)和所述釋熱構(gòu)件 (5)安裝在所述PCB(6)的一面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的發(fā)光裝置，其中所述至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分(4)被提供在所述 PCB (6)的同一面上。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的發(fā)光裝置，其還包括控制電路(7)，其中所述控制電路⑵和所述LED (2)安裝在所述PCB (6)的不同的面上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光裝置，其中所述控制電路(7)至少部分地嵌入在保護(hù)性材料⑶中。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8中的任意一項(xiàng)所述的發(fā)光裝置，其中所述釋熱構(gòu)件(5)適于接納光學(xué)元件(11)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的發(fā)光裝置，其包括多個(gè)LED，每個(gè)LED (2)通過至少一個(gè)接觸件熱連接至所述至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分 ⑷；以及釋熱構(gòu)件(5)用于消散所述多個(gè)LED的熱。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述的發(fā)光裝置，其包括多個(gè)LED，每個(gè)LED(2)通過至少一個(gè)接觸件熱連接至所述至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分；以及多個(gè)釋熱構(gòu)件，用于消散由所述多個(gè)LED所產(chǎn)生的熱，其中所述多個(gè)LED中的至少一個(gè)LED的熱沿著從所述多個(gè)LED中的所述至少一個(gè)LED延伸至所述多個(gè)釋熱構(gòu)件中的至少一個(gè)釋熱構(gòu)件的熱傳遞路徑傳遞。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的發(fā)光裝置，其中所述釋熱構(gòu)件(5)使用焊料和膠中的至少一種安裝在所述至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分(4)上。
13.根據(jù)權(quán)利要求7至12中任意一項(xiàng)所述的發(fā)光裝置，其中所述釋熱構(gòu)件(5)安裝在這樣的位置使得所述控制電路(7)被電磁屏蔽于所述LED(2)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)光裝置(1)，其包括印刷電路板(6)PCB，該P(yáng)CB具有至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分(4)；發(fā)光二極管LED(2)，發(fā)光二極管LED通過該LED的至少一個(gè)接觸件熱連接至所述至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分；以及釋熱構(gòu)件(5)，用于消散由LED所產(chǎn)生的熱，該釋熱構(gòu)件熱連接至所述至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分；其中由LED所產(chǎn)生的熱沿著從LED經(jīng)由所述至少一個(gè)接觸件和所述至少一個(gè)導(dǎo)電和導(dǎo)熱部分延伸至釋熱構(gòu)件的熱傳遞路徑傳遞。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置在使用用于PCB的成本低廉的玻璃環(huán)氧樹脂材料的同時(shí)，提供了大為改善的從LED的除熱。
文檔編號(hào)F21K99/00GK102159873SQ200980136220
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2009年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月16日
發(fā)明者J·P·雅各布斯, N·德科寧, R·F·M·范埃姆普特 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司