電絕緣以及熱放射的led模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及一種通過向封裝的外壁熱傳導(dǎo)熱量來使熱量從電子元件有效地傳遞出去的電絕緣的發(fā)光顯不器(LED)模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]LED模塊是包括通常被封裝在殼體內(nèi)部的一個或更多個發(fā)光二極管以及電路的組件。這種LED模塊用于各式各樣的目的，例如用于鐵路信號、交通信號、路燈以及冷凍顯示照明(RDL)0
[0003]在許多LED模塊中，存在的已知問題涉及從供電單元(PSU)和LED提取熱量。解決排熱問題的一個常規(guī)方法是提供金屬封裝和/或殼體以及將LED模塊連接至殼體。但是，這種金屬封裝是導(dǎo)電的并且相對昂貴，導(dǎo)電可能引起電擊事故。
[0004]用于解決排熱問題的另一種常規(guī)方法是利用連接至塑料封裝內(nèi)部的LED模塊的散熱器。但是該方法困住塑料封裝內(nèi)部的熱量，導(dǎo)致熱量累積并且可能出現(xiàn)過熱。又一種傳統(tǒng)方案是利用外模制有塑料的金屬散熱器，但是在這種情況下，熱膨脹系數(shù)的差異有時會損害用于封裝的密封件的穩(wěn)定性。再一種方案涉及降壓地驅(qū)動LED模塊中的LED，這樣元器件變得對熱量不太敏感，但是這種操作引起所不希望的低效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本申請?zhí)峁┮环N用于提供電絕緣發(fā)光顯示器(LED)模塊的設(shè)備和方法，電絕緣發(fā)光顯示器模塊通過將熱量熱傳導(dǎo)至封裝的外壁而從電子元件有效地傳遞走熱量，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的排熱問題。
[0006]本申請的一個實施例包括具有限定開口的薄塑料壁的塑料封裝、具有透鏡并且構(gòu)造成覆蓋開口的塑料蓋、供電單元(PSU)、操作地連接至PSU的發(fā)光二極管(LED)以及導(dǎo)熱灌封材料(P ο 11 i n g m a t e r i a I)。灌封材料被沉積到塑料封裝的內(nèi)部容積內(nèi)以覆蓋P S U、接觸LED的后部部分以及在不覆蓋LED的前部部分的情況下將PSU和LED熱連接至塑料封裝的薄塑料壁。
[0007]在另一個實施例中，一種用于組裝LED模塊的方法，包括將發(fā)光二極管(LED)供電單元(PSU)固定在包括薄塑料壁的容器的內(nèi)部容積內(nèi)，通過將LED固定至塑料蓋形成LED子組件以使得LED與允許光穿過塑料蓋的透鏡對準，以及將LED PSU操作地連接至LED。然后將灌封材料沉積到容器的內(nèi)部容積內(nèi)，以覆蓋LED PSU以及將灌封材料熱連接至容器的薄塑料壁的內(nèi)表面區(qū)域，以及然后容器被LED子組件覆蓋，使得LED的后部部分在灌封材料不覆蓋LED的前部部分的情況下接觸灌封材料。
[0008]本申請的有益技術(shù)效果包括提供一種提供良好的熱耗散特性并且包括與惡劣環(huán)境隔離的電子元件的LED模塊組件。因此，提高了總體可靠性和耐久性。另外，所公開的LED模塊組件可被用于許多不同和/或變化的應(yīng)用，例如在以低溫操作時提供冷凍陳列柜中的照明，提供具有高濕度的溫室中的照明，以及提供外部環(huán)境中的照明，例如在可能根據(jù)位置和/或一年中的季節(jié)承受高溫、低溫、大風(fēng)、雨、冰雹和/或雪和/或振動的路燈或信號燈或室外燈中
【附圖說明】
[0009]參照結(jié)合示出示例性實施例的附圖(不一定按比例繪制)的以下詳細說明，將更容易地理解一些實施例的特征和優(yōu)點以及實現(xiàn)這些實施例的方式，其中:
[0010]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的LED模塊組件的側(cè)視截面圖；
[0011]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的LED模塊組件的另一個實施例的分解透視圖；以及
[0012]圖3示出根據(jù)圖2所示實施例的組裝的LED模塊組件。
【具體實施方式】
[0013]本文中所述的實施例涉及具有相對大功耗的LED模塊。例如，LED模塊消耗至少十瓦(1W)的電功率。對于這種LED模塊，需要消散由各個電子元件和LED光源產(chǎn)生的熱(例如，由驅(qū)動電路、電源元件等產(chǎn)生的熱)。因此，在本文中公開的一些實施例中，為LED模塊提供封裝，該封裝不導(dǎo)電并且包含接觸各個電子元件以及作用為由此傳導(dǎo)熱并且將熱向外散布到封裝的壁的灌封材料，這解決了產(chǎn)生熱點的問題。另外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)所期望的是利用這種封裝的外表面面積的主要部分來耗散熱量，由此使得熱量能夠從LED模塊均勻地耗散。
[0014]因此，一些實施例利用薄壁塑料封裝來容置LED模塊，沉積在其中的灌封材料被用于將熱量從LED光源和電路傳導(dǎo)出去以使熱阻最小化。在一個實施方式中，連接至散熱器和電源的LED安裝在塑料封裝內(nèi)。下一步，塑料封裝被用灌封材料部分或全部地填充，灌封材料不導(dǎo)電但是導(dǎo)熱，比如硅樹脂基灌封材料。在一些實施例中，包括散熱器和電源的塑料封裝內(nèi)的容積被完全地填充灌封材料以消除空隙，這是有利的，因為熱量能夠隨后經(jīng)由灌封材料從熱的元件容易地傳導(dǎo)至塑料封裝的外表面的基本整個表面區(qū)域。因此，LED模塊上的熱點可被最小化或消除，因為熱量被均勻地傳導(dǎo)至塑料封裝的整個外壁。另外，這些實施例使得全部電氣元件能夠被熱控制，而不需要利用多個散熱器。此外，塑料封裝可被以不需要墊片或緊固件的方式密封。進一步地，在一些實施例中，由于灌封材料的使用，塑料封裝或容器內(nèi)的LED模塊和/或其他電子元件可以有利地是抗震和/或耐沖擊和/或防顫和/或耐火和/或防水的。電絕緣和熱放射的LED模塊的這些實施例因此可以適于用于極端和/或惡劣環(huán)境中，例如，在具有水的冰點以下的溫度的冷凍陳列柜內(nèi)。
[0015]圖1是根據(jù)一些實施例的LED模塊組件100的示意性截面?zhèn)纫晥D。應(yīng)當(dāng)理解，LED模塊組件100可以形成為其他形狀和/或尺寸，以及圖1中所示的各個元件的位置可以不同于如圖所示。
[0016]參照圖1，LED模塊組件100包括塑料殼體或封裝102，塑料殼體或封裝102限定內(nèi)部容積103并且包括填充開口或孔104。填充開口 104可以在通過其沉積灌封材料之后(以下將說明)利用塞子(未示出)或其他類型的封閉體封閉或密封。在一些實施例中，封裝102的壁可以由相對薄的塑料材料組成，比如厚度可以為大約一又二分之一毫米(I.5mm)的聚碳酸酯材料。在一些實施例中，塑料封裝102包括前壁106A、第一側(cè)壁106B、第二側(cè)壁106C和后壁106D(應(yīng)當(dāng)理解，為便于理解，圖1中僅示出六個封裝壁中的四個)。在一些實施方式中，透鏡108(或散射器)穿過前壁106A裝配，如圖所示，一個或更多個LED芯片110安裝在支架112上，支架112在塑料封裝102的內(nèi)部容積103內(nèi)定位在透鏡108的后面。在一些實施方式中，支架112是散熱器，前壁106的特征與支架112—起可以限定與內(nèi)部容積103分離并且不同的LED芯片內(nèi)部容積122。在LED模塊組件100的組裝期間(以下將說明)，灌封材料可以以填充內(nèi)部容積103但不填充LED芯片內(nèi)部容積103的方式沉積。
[0017]再次參考圖1，LED芯片110坐置在支架112上以便與透鏡108對準，使得在操作過程中來自LED芯片110的光沿著虛線箭頭114的方向穿過透鏡108并且遠離塑料封裝102的前壁106A向外發(fā)出。在一些實施方式中，LED芯片110的支架112可以是PCB(印刷電路板)和/或金屬散熱器，并且可以包括配線116。配線116可以將LED芯片110連接至比如為供電單元(PSU)118的一個或更多個電氣元件。PSU 118可以包括支架119上的電子元件(可以是印刷電路板)，電子元件可以包括變壓器和/或驅(qū)動電路和/或電容器和/或電阻器和/或其他電路中的一個或更多個，用于為LED芯片110提供電力和/或控制LED芯片110的操作，例如在光輸出方面。在一些實施例中，PSU 118包括用于提供來自外部源的電力的連接器117，連接器117可以通過塑料殼體102的后壁106D外模制(over-moIded)。應(yīng)當(dāng)理解，許多不同類型的連接器和/或配線可被用于提供激勵LED芯片110所需的電力，這些連接器或?qū)Ь€可以位于塑料殼體的一個或更多個不同部分中。例如，在實施方式中，連接器或?qū)Ь€可以在向內(nèi)部容積103內(nèi)沉積任何灌封材料之前通過填充開口 104螺紋連接。
[0018]圖1還描述了已通過填充開口104沉積的導(dǎo)熱硅樹脂灌封材料120。在該實施例中，灌封材料120填充用于LED芯片110的支架112 (或散熱器)的后壁之間以及塑料封裝102的側(cè)壁106B和側(cè)壁106C之間的空間，覆蓋PSU 118的元件，并且填充PSU 118的支架119與后壁或背壁106D之間的空間。應(yīng)注意到，在圖1的實施例中，支架112連接至前壁106A并且包括防止灌封材料120進入LED芯片內(nèi)部容積122(該容積位于透鏡108與LED芯片110之間)的隔板特征。因此，灌封材料120在不覆蓋LED芯片110的情況下填充塑料殼體102的內(nèi)部容積103，因此灌封材料不阻擋來自LED芯片110的任何光輸出。還應(yīng)注意到，在一些其他實施例中，灌封材料120可以以僅部分地填充塑料封裝102的內(nèi)部容積103的方式沉積，但是沉積足夠的量以確保來自各個電氣元件的熱量熱傳遞至外壁的至少一些部分(比如壁106C和106D)，以使熱量充分地耗散來防止過熱。另外，在一些實施方式中，導(dǎo)熱硅樹脂灌封材料120在處于液態(tài)或半液態(tài)中通過填充開口 104添加，然后在被添加之后可以部分或全部地固化(以下說明)。
[0019]一旦LED模塊組件100完成并且投入運行，硅樹脂灌封材料120有利于通過設(shè)置通向塑料封裝102的外壁106A、106B、106C和106D (以及未示出的壁)的內(nèi)表面區(qū)域的路徑來從LED芯片110和散熱器112以及從PSU 118和支架119傳遞熱。熱量然后通過塑料封裝102的這些外壁耗散到周圍空氣中。在一些實施例中，在LED模塊的操作期間，壁106A、106B、106C和106D(以及未示出的壁)的外表面區(qū)域的大約百分之五十從塑料封裝102向外輻射或?qū)α鱾鬟f熱量。應(yīng)當(dāng)理解，可以采用除硅樹脂基化合物以外的灌封化合物，只要這些替代的灌封化合物提供足夠的導(dǎo)熱率和/或散熱特性即可。另外，可以在本文中所說明的實施例中采用不透明或不透光的灌封化合物，因為LED模塊組件構(gòu)造成使得當(dāng)灌封化合物沉積在塑料封裝內(nèi)時其不覆蓋LED芯片110 ο在一些實施方式中，沉積在塑料殼體的容積內(nèi)的灌封化合物的量被控制成以便避免與LED芯片接觸，和/或塑料殼體102的前壁的內(nèi)部特征(比如隔板)可被設(shè)置成防止灌封化合物碰撞在LED芯片110和/或透鏡108上和/或覆蓋LED芯片110和/或透鏡108。因此，在一些實施例中，瀝青灌封化合物(其比硅樹脂灌封材料低廉)可被用作灌封材料。
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