專利名稱：用于半導體發(fā)光元件的冷卻體的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于至少一個半導體發(fā)光元件、特別是至少一個發(fā)光二級管的冷卻體；一種具有這種冷卻體的LED燈；和一種用于制造燈的方法。
背景技術：
在具有高功率發(fā)光二極管的LED燈中，除了(多個)發(fā)光二極管的冷卻，還需要對用于驅動LED燈或其(多個)發(fā)光二極管的電子控制元件進行足夠的冷卻。到目前為止，電子控制元件是用焦油包封在傳統(tǒng)燈中的。低功率LED的LED驅動器可以通過風橋冷卻。EP I 047 903 BI公開了一種LED燈，具有柱、與柱一端相連的燈頭和與柱的另一
端相連且配備多個LED的基板，其中該基板包括一個具有至少四個面的規(guī)則的多面體，其中，該多面體的各個面配備至少一個LED，它在燈運行時具有至少51m的光通量，并且其中柱配有散熱物質，散熱物質將基板和燈頭互相連在一起。EP I 503 139 A2公開了一種緊湊型LED光源，它可以提供一種便于散熱的LED定位方法?？梢允褂靡粔K導熱板制造LED光源，該導熱板攜帶多個安裝在板上且與板之間有熱接觸的LED。另外，這塊板還攜帶電路，該電路提供與LED之間的電連接。熱轉換控制軸機械地支撐該板，并且可以提供一條從LED處離開的導熱路徑。于是能容易地高度集中地安裝LED，并且能為提高了的光學系統(tǒng)強度在周圍準備好LED，同時為隨之提高的熱量集中程度提供散熱路徑。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，提供一種特別有效的、緊湊的并且易于制造的可能性，用于冷卻一個使用半導體發(fā)光元件工作的燈的電子控制元件。該目的通過根據(jù)各個獨立權利要求所述的一種冷卻體、一種燈和一種方法來實現(xiàn)。優(yōu)選的實施方式能特別由從屬權利要求中得出。冷卻體設計用于冷卻至少一個半導體發(fā)光元件、特別是LED，并且具有安裝空隙，該安裝空隙用于至少部分地容納用于燈運行的電子控制元件。因此，燈的冷卻體同時還可以用于冷卻發(fā)光二極管和電子控制元件。這樣，電子控制元件就能夠得到冷卻，而無需在燈中再裝入其它構件。由此可以節(jié)省空間和成本。尤其是，利用無論如何都不用于對流冷卻且對于分散熱量來說不必要的冷卻體內部空間，可以有效地達到縮小結構體積的目的。除此之外，位于冷卻體空腔內的所有側面上的、并且在兩側都被裝配的電路板的情況下尤其是在兩側兩個被裝配的側面上能夠與冷卻體接觸的電子控制元件能夠得到更好的冷卻。由此可以大大延長電子控制元件的電子構件、特別是電解電容的壽命。至少一個半導體發(fā)光元件可以具有一個或多個發(fā)光二極管。由此可以提供相對價廉并且可靠的光源。特別地，至少一個發(fā)光二極管可以具有一個高功率發(fā)光二極管，例如功率為2瓦特?！鞍l(fā)光二極管”是指每個可以安裝在冷卻體上的LED單元，例如一個LED芯片、一個澆注的發(fā)光二極管、一個LED組件(通過壓焊(絲焊，倒裝芯片壓焊等)與一個或多個LED芯片連接的殼體或基板)或一個LED模塊(通過傳統(tǒng)連接方法(釬焊等)與一個或多個LED芯片或LED組件連接的殼體或基板)，而且具有或沒有光學元件。電子控制元件，特別是對于至少一個LED，可以作為驅動器或作為另一個控制裝置，例如基于電壓調節(jié)或功率調節(jié)來設計。為了實現(xiàn)特別簡單地電子控制元件，空隙或者至少是冷卻體部分之一，特別是冷卻體的每個部分，可以具有用于固定電子控制元件的緊固件，例如用于固定電子控制元件的電路板的狹槽。為了達到特別有效的冷卻效果、實現(xiàn)小 巧的結構形式并避免外部負載，可以將整個電子控制元件完全容納在安裝空隙中。可以按照材料消耗少和從而質量輕的原則來確定安裝空隙的形狀。特別是，安裝空隙也可以具有白熾燈的形狀作為基本形狀。特別是冷卻體核心(外圍沒有冷卻肋片的冷卻體)的壁厚可以設計成基本上固定不變或者嚴格地講始終不變的。可替換地，壁厚可以設計成不小于最小厚度。為了優(yōu)化重量與導熱之間的關系，可以優(yōu)選地通過增大與LED之間的距離來減小壁厚。特別是安裝空隙的形狀和電子控制元件的形狀可以相互匹配，從而使得在電子控制元件的至少一個電子構件和安裝空隙的一個壁之間調節(jié)預定的間距。通過與電子控制元件相匹配的安裝空隙形狀和小的間距，由于熱量可以更好地傳遞到冷卻體上，因此能夠加強對特別是關鍵電子構件的冷卻。為了保持電子構件與用于有效冷卻電子構件的安裝空隙的壁之間的大面積的固定間距，安裝空隙的壁的至少一個壁區(qū)域可以相對于電子構件的一個對面的表面以平行平面的方式成形。另外，壁的相對于電子構件的一個相對的表面以平行平面的方式成形的至少一個壁區(qū)域可以在安裝空隙的突出部或凹槽上成型。由此也可以使不同高度的關鍵構件也得到有效冷卻。因此，安裝空隙的壁可以具有至少一個用來容納電子控制元件的一個電子構件(特別是一個變壓器)的凹槽。冷卻體可以設計為由多部分組成，特別是由兩部分組成，其中，冷卻體的至少兩部分分別具有安裝空隙的一個壁的一部分。冷卻體由多部分組成能使得安裝空隙的制造更加簡單，并且能夠在空間上很好地與電子控制元件匹配，從而能改進冷卻效果。除此之外，還可以使電子控制元件和一種導熱界面材料的安裝更容易、更具有局部準確性。冷卻體由多部分組成還使電線能夠在各部分之間穿過，以便于降低生產費用(電線“穿過”孔)。冷卻體尤其可以沿著與冷卻體的一條對稱軸、特別是縱軸平行的平面分開。其圍繞一個容納對稱軸的中分面。為了簡化制造和存放，可以將冷卻體設計為由兩部分組成，具有兩部分的鏡像對稱的基本形狀。特別是可以將冷卻體按鏡像對稱的方式沿垂直方向分開。為了改善從電子元件到冷卻體的導熱，并從而冷卻電子元件，冷卻體還可以在電子控制元件的至少一個電子構件和冷卻體之間具有至少一種導熱界面材料，TM( “ThermalInterface Material 導熱界面材料”)?？梢酝ㄟ^同時并且有針對性地使用各種不同的TM材料來實現(xiàn)極佳的價格/功率-比。要達到特別好的導熱效果，可以在電子控制元件的至少一個電子構件和冷卻體之間插入一種導熱性至少為5W/(m K)的、特別是以導熱墊片的形式的導熱界面材料。燈配備有一個或多個發(fā)光二極管和至少一個這種冷卻體，其中，電子控制元件至少部分地容納在安裝空隙中。特別是將燈設計為改型燈，也就是說，它可以借助于標準燈頭(E12，E14，E26，E27，GU10...)作為對于例如白熾燈的替代品而投入使用。外形和外觀大多模仿白熾燈并且符合規(guī)范，例如外部尺寸規(guī)范。用于制造這種燈的方法至少包括以下步驟-將電子控制元件至少部分地插入安裝空隙中；-在安裝空隙中至少部分地填充至少一種能流動的導熱界面材料；-將至少一個半導體發(fā)光元件、特別是至少一個發(fā)光二極管固定在冷卻體上。將電子控制元件插入安裝空隙中的步驟可以包括將電子控制元件插入冷卻體部分的安裝空隙部分中的步驟。通過插入這個“打開的”安裝空隙部分，使制造過程大大簡化，并且使幾何布局變得靈活。所以例如不需要將電子控制元件推入安裝空隙中，而是能穿過打開的一側從側面插入。在插入電子控制元件的步驟之前可以實施的一個步驟是，將不能流動的(固體)導熱界面材料、特別是TIM墊片安裝在電子控制元件的至少一個構件上，特別是在構件的一個區(qū)域上，該構件設計用于相對于一個與其平行平面的安裝空隙平面進行定位，也就是說，優(yōu)選地應在電子控制元件和冷卻體部分之間熱跨接一條窄縫。例如可以通過涂覆或粘合固體TIM材料進行安裝。在下一步驟中，可以將各個冷卻體部分組合成一個整體冷卻體。整個(單塊或組合的)冷卻體的安裝空隙可以填充至少一種或另一種導熱界面材料、特別是一種能流動的TIM材料。“能流動的材料”既指一種能單獨流動的材料，又指一種只在外界影響下才能流動的材料。此外，能流動的材料還包括凝膠、泡沫和膏。通過冷卻體核心內位于安裝空隙與外側面之間的穿通部、例如電線穿通部10，能夠在冷卻體不可分的情況下，在插入能流動的一種TIM材料或多種TIM材料時，能夠通過下方的開口更好地排出空氣，這是因為堵在安裝空隙中的空氣可以經(jīng)過穿通部逸出。


在以下附圖中借助實施例對本發(fā)明進行示意性的更詳細的描述。其中為了更加簡明的目的可以使用相同的參考標號來表示相同的或作用相同的元件。圖I示出具有冷卻體的LED燈的橫截面圖，該冷卻體具有用于容納電子控制元件的安裝空隙；圖2示出圖I中LED燈的散熱體的散熱體部分的斜視圖；圖3更加詳細地示出圖I中的LED燈的橫截面圖，該燈具有裝入空隙中的電子控制元件；圖4示出冷卻體的斜后方視圖；圖5示出圖2至圖4中所示的具有冷卻體的LED燈的結構設計的分解斜視圖。
具體實施例方式圖I示出具有冷卻體2的LED燈I的基本結構，該冷卻體具有用于容納電子控制元件4的安裝空隙3。冷卻體2由全容積的冷卻體核心5構成，在該冷卻體核心中將安裝空隙3安裝在底面6上，而其頂面7處裝有功率為2瓦特或更高的高功率發(fā)光二極管8。在冷卻體核心5的側面(旁邊)完整地連接有以垂直(z方向)對齊的冷卻肋片9形式的冷卻元件。發(fā)光二極管8通過穿過冷卻體核心5的電線穿通部10與安裝空隙3連接，目的是為LED 8與電子控制元件4之間的至少一條連接電路提供一條安裝通道。冷卻體I由兩個基本上鏡像對稱的冷卻體部分組成，詳情見圖2。圖I所示的截面圖也可以(在沒有LED 8和電子控制元件的情況下)相應于在冷卻體部分的打開的一側上的側視圖。因此電子控制元件4就可以得到冷卻，而不必再在LED燈I中引入另一個構件。與不具有安裝空隙的傳統(tǒng)冷卻體2相比，并沒有占用更多的空間。另外，電子控制元件4的壽命可以明顯延長，這是因為電子控制元件4的所有側面都可以與冷卻體2接觸，從而能夠更
好地得到冷卻。此外，冷卻體2還可以作為保護外殼，用于保護電子控制元件4免受機械負載和用于(在使用適當?shù)睦鋮s體的或導熱界面材料的電絕緣材料時)使電子元件與外界電絕緣。在LED燈2運行時，由LED 8產生的熱量和由電子控制元件4產生的熱量由冷卻體核心5吸收并分散到各個冷卻肋片9。在冷卻肋片9處，可以借助(自由或強制的)熱對流，以已知的方式將熱量散發(fā)到外界。圖2借助冷卻體部分11示出圖I中LED燈I的冷卻體2的一種可能的結構實施方式的斜視圖，該冷卻體部分基本上是冷卻體2的一半，圖中示出的是穿過圖I中垂直的x-z平面的截面圖。冷卻體核心5和安裝空隙3都不是沿z方向直線型設計的(例如圓柱形或圓柱管形)，而是從底面6到頂面7逐漸擴大。安裝空隙3的這種形狀能通過冷卻體部分11非常容易實現(xiàn)并且能通過多種形式實現(xiàn)，其中該冷卻體部分具有安裝空隙3的壁12的一部分，也就是說，安裝空隙3以打開狀態(tài)位于其中。特別是與只能從下方進入的安裝空隙相t匕，在進入和加工時沒有限制。為了得到完整的冷卻體2，圖中所示的冷卻體部分11與另一個基本上鏡像對稱的冷卻體部分在打開的平面處組合成一個整體。在其下方的開口或邊緣處，安裝空隙3具有延長部24，用于安裝絕緣體，見以下圖5的說明。圖3更加詳細地示出圖I中LED燈I及容納在空隙3中的在兩側被裝配的電子控制元件4的橫截面圖。壁12具有平坦的表面區(qū)域15，這些表面區(qū)域與電子控制元件4的電子構件17的緊鄰的平坦的表面16相匹配。更準確地說，壁12的表面區(qū)域15相對于緊鄰的電子構件17的對應的表面16平行平面地設置。由此，能在電子控制元件4或電子構件17與冷卻體2之間形成一段很小的固定間距d。但是，并非所有的電子構件都需要靠近冷卻體2定位，而是只有關鍵的、例如特別有過熱危險的構件17應這樣的布局。對于其它(尤其是非關鍵的)構件18，例如對溫度不敏感的電阻反而應設置更大的間距。要為所有關鍵構件17實現(xiàn)小間距d，安裝空隙3的壁12不再是純粹平坦的，而是也具有向內側擴展的突出部14，這些突出部利用相應的平坦表面15向電子構件17的對應的平坦表面16的方向突起，并且因此在構件17高度不同的情況下也能夠實現(xiàn)小間距d。間距優(yōu)選地小于1mm，特別是小于0. 5mm。
為了更好地將熱量從電子控制元件4傳遞到冷卻體2，使用至少一種能導熱的材料19，20將在其之間的空間盡可能完全填充?？商鎿Q地，例如只有關鍵構件17應通過一種能導熱的材料19熱連接到冷卻體2。在此，在關鍵構件17與壁12之間的相應的間距d借助插入導熱性至少為5W/(m K)的導熱墊片19進行熱跨接，例如是借助6或llW/(m K)的富士高(Fujipoly) Sarcon 型 GR-m 或 XR-e 導熱墊片或 5W/(m K)的貝格斯(Berquist)Gap Pad 5000S35。與之相反，對于剩余的空間可以使用一種易于注入的、特別是能流動的導熱性系數(shù)較小的填料20，例如膏狀/凝膠狀稠度3. 6ff/ (m -K)的填料貝格斯Gap Filler3500S3。如果電子控制元件4的裝備布局是已知的，則冷卻體2能容易地匹配于特別需要冷卻的電子構件17的位置和幾何形狀。由此，電子控制元件4能夠達到最佳冷卻效果，同時實現(xiàn)緊湊的結構并且易于生產?？商鎿Q地或附加地，在設計電子控制元件4的電路時，可以盡可能使關鍵電子構件17的布局與可實現(xiàn)的安裝空隙3相適應。在設計安裝空隙3和電子控制元件4時，在用于這一實施方式的分開的冷卻體2的情況下，不需要注意電子控制
元件4是否能夠推入安裝空隙3中。為了制造LED燈1，當存在多個(在此兩個)具有安裝空隙3的相應部分的冷卻體部分11時，為電子控制元件4、首先是關鍵構件17加襯導熱墊片19，然后將電子控制元件4安裝到冷卻體部分11之一的一個安裝空隙部分3中。這對于打開式的安裝空隙部分3來說特別簡單，這是因為容易裝入。為了定位并固定電子控制元件4，可以在這里使用未示出的緊固件，如凹槽、接片、定位元件等。隨后使用至少一種能流動的導熱界面材料填充安裝空隙部分3 ;此處的填充也能非常容易地進行。接下來組裝各個冷卻體部分11，從而形成完整的冷卻體2。然后，將發(fā)光二極管8固定在冷卻體2上，即固定在LED固定區(qū)域13上。在未組裝的狀態(tài)中，LED固定區(qū)域13也分配到各個冷卻體部分11上。圖4從斜后方示出冷卻體2的背面或者說底面6。冷卻體2基本上沿其縱軸L角對稱。圖5示出根據(jù)圖2至圖4的具有冷卻體2的LED燈I的一種結構設計的分解斜視圖，并且沒有電子控制元件4。該LED燈I還在附屬的電路板上具有LED 8以及用于LED 8的透光的保護蓋21。保護蓋21固定在冷卻體2的頂面7上。在冷卻體2的底面6上，塑料絕緣件22的較寬的部段25被推入安裝空隙的延長部分24中。用于供電的燈頭23被絕緣件22的較窄的部段26所覆蓋。燈頭23設計為標準燈頭(例如E12，E14，E26，E27，⑶10等)，所以LED燈可以作為例如白熾燈的替代品直接投入使用(也稱為“改型燈”)。外形(例如圍繞縱軸旋轉對稱)和外觀大多情況下模仿白熾燈并符合要求。當然，本發(fā)明不局限于圖中所示的實施例。所以，本發(fā)明也能用于具有一個或多個低功率LED的燈，或者具有其它種類的光源(如激光二極管或緊湊型發(fā)光管)的燈。燈可以具有一個或多個發(fā)光二極管。它們可以作為(多個)單二極管和/或作為(多個)LED模塊而存在，其中，一個帶有多個LED芯片的LED模塊裝配在一個共同的子裝配件上。發(fā)光二極管可以發(fā)出單色或多色的光。發(fā)光二極管尤其是可以分別發(fā)出白色或不同顏色的光并產生一種白色的混合光。發(fā)出不同顏色光的發(fā)光二極管特別是能夠呈現(xiàn)出RGB、RGBA、RGBW、RGBAW等組合，其中，一種顏色的亮度也可以通過控制這種顏色的發(fā)光二極管的數(shù)量來進行調節(jié)。單發(fā)光二極管和/或模塊可以配備適當?shù)墓鈱W元件進行射束導向，例如菲涅耳透鏡、平行光管等等。代替或除了無機發(fā)光二極管，例如在InGaN或AlInGaP的基礎上，一般還可以使用有機LED(OLED)。也可以使用例如二極管激光器。替代用于控制組件的壁中的安裝空隙上的突出部，也可以在安裝空隙的壁中預設凹槽。參考標號表ILED 燈2冷卻體3安裝空隙
4電子控制元件5冷卻體核心6 底面7 頂面8高功率發(fā)光二極管9冷卻肋片10電線穿通部11冷卻體部分12安裝空隙的壁13LED固定區(qū)域14安裝空隙的壁的突出部15平坦的壁區(qū)域16電子構件的表面17關鍵電子構件18非關鍵電子構件19能導熱的材料20能導熱的材料21透光保護蓋22絕緣件23 燈頭24安裝空隙的延長部分25絕緣件的較寬的部段26絕緣件的較窄的部段d 間距
權利要求
1.一種用于至少一個半導體發(fā)光元件(8)、特別是發(fā)光二極管的冷卻體(2)，所述冷卻體具有安裝空隙(3)，所述安裝空隙用于至少部分地容納用于驅動所述至少一個半導體發(fā)光元件(8)的電子控制元件(4)。
2.根據(jù)權利要求I所述的冷卻體(2)，其中，所述電子控制元件(4)完全容納在所述安裝空隙(3)中。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的冷卻體(2)，其中，所述安裝空隙(3)的形狀和所述電子控制元件(4)的形狀相互匹配，從而使得在所述電子控制元件(4)的至少一個電子構件(17)和所述安裝空隙(3)的一個壁(12)之間存在小的間距(d)。
4.根據(jù)權利要求3所述的冷卻體(2)，其中，所述壁(12)的至少一個壁區(qū)域(15)相對于所述電子構件(17)的一個相對的表面(16)以平行平面的方式成形。
5.根據(jù)權利要求4所述的冷卻體(2)，其中，所述壁(12)的相對于所述電子構件(17)的一個相對的表面(16)以平行平面的方式成形的至少一個壁區(qū)域(15)在所述安裝空隙(3)的突出部(14)或凹槽上成形。
6.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的冷卻體(2)，其中，所述冷卻體(2)設計為由多部分組成，特別是由兩部分組成，其中，冷卻體(11)的至少兩部分(11)分別具有所述安裝空隙(3)的一個壁(12)的一部分。
7.根據(jù)權利要求6所述的冷卻體(2)，所述冷卻體設計為由兩部分組成，具有兩部分(11)的鏡像對稱的基本形狀。
8.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的冷卻體(2)，還在所述電子控制元件(4)的至少一個電子構件(17，18)和所述冷卻體⑵之間具有至少一種導熱界面材料，TIM，(19，20)。
9.根據(jù)權利要求8所述的冷卻體(2)，其中，在所述電子控制元件(4)的至少一個電子構件(17)和所述冷卻體⑵之間插入一種導熱性至少為5W/(m*K)的、特別是以導熱墊片的形式的導熱界面材料(19)。
10.一種燈(I)，具有根據(jù)前述權利要求中任一項所述的冷卻體(2)，其中，電子控制元件(4)至少部分地容納在安裝空隙(3)中。
11.一種用于制造根據(jù)權利要求10所述的燈(I)的方法，至少包括以下步驟 -將電子控制元件(4)至少部分地插入安裝空隙(3)中； -在所述安裝空隙(3)中至少部分地填充至少一種能流動的導熱界面材料(20)； -將至少一個半導體發(fā)光元件(8)固定在冷卻體(2)上。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中，在將所述電子控制元件(4)至少部分地插入所述安裝空隙(3)中的步驟之前實施的一個步驟是 -將不能流動的導熱界面材料、特別是TIM墊片安裝在所述電子控制元件(4)的至少一個構件(17)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于冷卻半導體發(fā)光元件(8)的冷卻體(2)，該冷卻體具有安裝空隙(3)，該安裝空隙用于至少部分地容納用于驅動半導體發(fā)光元件的電子控制元件(4)。燈(1)配備了這樣一種冷卻體，其中電子控制元件(4)至少部分地容納在安裝空隙中。本發(fā)明還涉及一種用于制造燈的方法，該方法至少包括以下步驟將電子控制元件(4)至少部分地插入安裝空隙(3)中；在安裝空隙中至少部分地填充至少一種導熱界面材料(19)；并且將至少一個半導體發(fā)光元件(8)固定在冷卻體(2)上。
文檔編號F21V29/00GK102803846SQ201080026691
公開日2012年11月28日 申請日期2010年5月26日 優(yōu)先權日2009年6月15日
發(fā)明者拉爾夫·貝爾特拉姆, 佐蘭·博斯恩賈克, 妮科爾·布雷德納塞爾, 馬庫斯·霍夫曼 申請人:歐司朗股份有限公司