专利名称：由搀入导电物质的树脂基材料制造的低成本发光电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及发光电路，尤其是涉及LED发光电路，所述电路包括导体和由搀入导电物质的树脂基材料模制的散热片，所述材料包括微米级导电粉末、微米级导电纤维或者它们的组合，在模制时上述微粒在基底树脂中成为均匀分布的微粒。
背景技术：
光源用于多种提供指示和照明的应用。发光指示，或者指示发光，是用于发出信息的灯。指示发光广泛用于信号、街灯、汽车、仪表、机械、计算机、娱乐设施、电子仪器等等。汽车刹车灯和计算机的“开启”(“ON”)LED灯是指示发光的实例。发光照明或者照明发光是用于提供或者增强人类活动用的发光。照明发光广泛用于家庭、办公室、工厂、学校、公共机构、汽车等等。汽车前灯和办公室荧光灯是照明发光的实例。
绝大多数现代光源由电供能。电灯通常可以分类为白炽的、气体/荧光的和固态的。白炽灯如通常的照明灯泡依赖于使得灯丝如钨丝白热化来发光。遗憾的是，很多电能都被转化成不能被人的裸眼所视的红外射线(热)。气体/荧光灯如氖灯、汞灯、卤素灯等等基于气体放电现象来发光。荧光灯泡能够大体上比白炽灯泡更为有效的将电能转换为有用的光能。然而，荧光灯泡相对地要需要混杂启辉器和镇流电路并且经常含有有毒的汞。
固态灯如发光二极管(LED)基于当电子从导电能量带降落到较低的轨道带的时候产生的光子(光能)发射。通过将有着微小差别的两种材料置于一起形成PN结来形成二极管。典型的PN结由半导体材料如硅或者铝-镓-砷化物(AlGaAs)等等来形成。这些材料的纯净、结晶形态是不良导体。然而，导入选定的掺杂离子将导致这些材料由于生成额外的电子(n-型)或者额外的空穴(p-型)来导电。当将n-型和p-型材料放在一起的时候，形成PN结或者PN二极管。
在不衰减的条件下，电流(电子)仅仅流经二极管的一个方向-从N到P-这是在施加从P到N的正电压条件下。正电压为N区域的自由电子从低级轨道向导电轨道跨越提供了能量。这些电子之后能够从N区域游移，穿过中间的结，进入P区域。一旦进入P区域，电子就落入空穴的位置，结果，从导电带降落到较低轨道。所述轨道降落导致光子的发射。所有二极管释放光子能，可是，仅仅那些在可见光光谱释放能量分通常才被称作发光。为了得到可见光光子发射，导电带和较低轨道之间的能级距离必须比较宽，该宽度决定光子的波长并且从而决定发出的光的颜色。
LED器件将部分输入电能转换成可见光并将部分电能转换成热。典型地将二极管器件收装在塑料透镜内。二极管发出的光子为全方位的。然而利用反射，透镜将光汇聚使得从透镜的上部发出的光大致是单向并且强烈的。LED器件远远比白炽灯有效并且比气体/荧光灯更加通用。LED器件产生少量的热，但是所生成的热是LED应用中一个重要的考虑项，正如将在下面所描述的。由于低功耗和多色性LED器件被广泛应用于指示器。然而，近来半导体器件的降价和产生“白色”光的高亮度LED器件的发展导致LED器件在照明应用中的使用更加频繁。现今将高亮度LED器件用作单个灯，应用到例如闪光信号灯，以及用作行或者列的灯，应用到例如尾灯、红绿灯、泛光灯以及信号。
尽管LED装置相对简单，对于双端子半导体器件，当设计和制造LED发光电路的时候仍旧要有很多考虑。首先，在超过开启电压时，二极管的响应电流是成指数函数的。因此，为了避免过电流对于二极管的破坏，在电路通道中必须设置电阻。典型的当连接到N侧的阴极(-)接地的时候，将电阻设置在电源和连接到器件的P侧的阳极(+)之间的通路上。所述电阻值典型的为离散的电阻器，所述电阻器或者插入或者表面安装到LED电路板上。
其次，尽管LED产生相较于白炽灯较少的热，在结产生的热由于一些理由也是重要的。首先，LED的性能很紧密与该器件的结温(Tjunction)相关。人们发现，从LED发出的光的波长或者颜色随着Tjunction而改变。因此，被特别设计用于彩色应用，比如视频阵列，的二极管在温度升高的情况下不能正常工作。人们发现，LED产生的光的亮度(流明)随着温度的增加而降低。这是特别重要的，原因是对于电路设计者或者操作者，增加电流以保持LED的输出亮度吸引了他们的关注，所述输出亮度的延续取决于高的Tjunction。因为进一步增加电流也增加了Tjunction，就可能产生相反的结果，甚至导致破坏LED。与白炽灯的灯丝破损不同的是，LED器件不具有特别的机构。但是，人们发现，器件的光亮度输出简单地随着时间而减少。进一步发现，高温操作缩短发生退化所需要的时间。基于所有上述的观察，人们发现热消除机构比如散热片是基于LED的发光器件的很有用和/或很必要的部分，并且尤其是在那些用于照明应用中的采用高亮输出LED器件的发光器件中。然而，在现有技术中，典型的散热片结构包括不连续的金属结构，其必须是制造并设置在LED电路板之上。此外，LED发光电路中的电阻器是典型的不连续器件，其被机械地设置在发光电路上。人们发现这些现有技术中的每个方法都增加了LED发光系统的元件数量、加工成本、装置复杂性以及制造成本。
几种现有技术中的发明与其他的电导体和发光系统有关，美国专利5685632中，Schaller等人提供了一种光源比如电池电源的闪光灯和信号灯、汽车或者摩托车的尾灯装置、电池外壳或者用作光源的头灯装置是由导电塑料形成的。美国专利5771027中，Marks等人描述了一种混合天线，其具有包含电导体的栅极，该电导体波动进入到形成天线的多层片状结构中的一层的树脂加固编制物的失真中。美国专利6249261中，Solberg，Jr.等人详细描述了定向寻找天线，其由导电的聚合体复合材料构成。聚合体复合材料代替了传统的金属材料。美国专利6138348中，Kulesza等人提出一种形成凸状基底的方法以及一种包含凸状基底的电路。形成凸状基底的方法包括在每一个基底的第一组粘结板上形成至少一个导电的聚合体凸起。之后在每一个基底的第二组粘结板上形成至少一个导电的聚合体凸起。美国专利4841099中，Epstein等人给出了一种由填充有电绝缘纤维填充物的电绝缘聚合体矩阵制得的电子元件，该填充物能够热转化为导电纤维填充物并具有至少一种由在矩阵中的原位置电绝缘纤维填充物的热转换形成的连续的导电通路。
Nv Bekaert sa of Kortrijk，Belgium是金属纱线、金属针织物、短切金属纤维和小球以及烧结多孔介质的制造商。可销售的纤维具有从1mm到20mm的直径，该纤维可以短切成为纤维片或者是连续的纱线。在2003年1月25日www.bekaert.com发现的产品描述中示出的金属是不锈钢、抗温度合金、镍和镍合金、钛、铝和铜。Fan等人的“对于导电粘结剂的导电性的确立的基本理解”，第52期电子元件和技术会议论文集，2002，1154-1157页，描述了几种基于熟化系统的环氧树脂，将其用作各向同性的导电粘结剂的矩阵(ICAs)。ICAs显示出不同的熟化顶点温度。这促使对于基于ICAs的作为结果的整体电阻率的熟化工艺的效果的研究。试验结果显示出整体电阻率和熟化温度之间的或者和熟化动力学之间的紧密的相互关系。“采用导电粘结剂的高级外壳和基底技术”，Eda，关于电子制造业中粘接连接和涂覆技术的第三届国际会议论文集的第三期学报，1998，144-151页，讨论了采用导电粘结剂、螺针块连接(SBB)以及ALIVH(任何层内通孔)高密度插线板的包装和基底技术。“用于LCD外壳的各向异性导电膜(Acfs)的设计和理解”，Yim等人，关于聚合电子外壳的第一次IEEE国际讨论会，1997，233-242页，描述了各向异性的导电膜(ACF)，其由粘结树脂和良好导电性的填充物比如金属微粒或者涂覆金属的聚合体球构成。这些树脂和填充物是对于良好间距(pitch)的膜上芯片(COF)和玻璃上芯片(COG)LCD外壳来说的关键性的材料。“极小的复合材料提供较高的导电性和弹性”，McCluskey等人，关于电子制造业中粘接连接和涂覆技术的第三届国际会议论文集，1998，282-286页，描述了用导电银薄片极小微粒填充物制造的导电聚合体的机械和电特性。在有意义的降低微粒搀入时，极小微粒的填充物的使用允许材料获得和由通常所填充的聚合体所显示的同一水平的导电性。导电聚合体将所填充的聚合体的高导电性和稳定性与固有的导电聚合体的弹性和低密度相结合。
发明内容
本发明的首要目的是提供一种有效的发光电路。
本发明的进一步的目的是提供一种形成发光电路的方法。
本发明的进一步的是提供一种由搀入导电物质的树脂基材料模制形成的发光电路。
本发明的再一个目的是提供一种搀入导电物质的树脂基材料的导电结构以向发光电路中的灯提供电源。
本发明的再一个目的是提供一种搀入导电物质的树脂基材料的导电结构，在那里导电结构还提供散热能力从而排除分散的散热器件。
本发明的再一个目的是提供一种搀入导电物质的树脂基材料的导电结构以向发光电路中的灯提供电源，在那里导电结构还提供阻抗电流阻尼从而排除分散的电阻。
本发明的再一个目的是提供一种由搀入导电物质的树脂基材料模制形成的发光电路，在那里可以改变电和/或热特性，也可改变可视特性，和/或可以改变原始表面的性质使其通过在搀入导电物质的树脂基材料上形成金属层而更适于指定的任务。
本发明的再一个目的是提供由搀入导电物质的合并了不同形式的树脂基材料制造发光电路的方法。
本发明的再一个目的是提供一种由搀入导电物质的树脂基材料模制形成的发光电路，在那里可以通过选择基本树脂改变执行特性或者改变可视特性。
本发明的再一个目的是提供一种作为LED光源的最优化发光电路。
本发明的再一个目的是提供一种包括搀入导电物质的树脂基材料的具有内置的散热片的LED器件。
依照本发明的目的，实现一种发光器件。发光器件包括具有电端子的灯和连接到电端子从而向灯供电的导电结构。导电结构包括在基本树脂主体内含有导电材料的搀入导电物质的树脂基材料。
依旧依照本发明的目的，实现一种发光器件。发光器件包括具有阴极和阳极端子的发光二极管以及连接到阴极和阳极端子以向灯供电的导电结构。导电结构包括在基本树脂主体内含有导电材料的搀入导电物质的树脂基材料。此外至少一个导电结构向发光二极管提供阻抗电流阻尼。此外至少一个导电结构提供散热片功能以扩散来自发光二极管的热。
依旧依照本发明的目的，实现形成发光器件的方法。该方法包括提供具有电端子的灯。提供在基本树脂主体内含有导电材料的搀入导电物质的树脂基材料。将搀入导电物质的树脂基材料模制成为导电结构。灯的电端子连接到导电结构以向灯供电。
依旧依照本发明的目的，实现一种复合发光二极管器件。该器件包括发光二极管，封装外壳以及散热片。发光二极管热连接到散热片。散热片包括在基本树脂主体内含有导电材料的搀入导电物质的树脂基材料。发光二极管被密封在封装外壳和散热片内。散热片凸出到密封外壳的外部。
在形成本说明书的一部分的附图中，示出图1说明了本发明的第一优选实施例，示出了发光二极管(LED)发光电路器件，其中导电结构包括搀入导电物质的树脂基材料。
图2说明了搀入导电物质的树脂基材料的第一优选实施例，其中导电材料包括粉末。
图3说明了搀入导电物质的树脂基材料的第二优选实施例，其中导电材料包括微米导电纤维。
图4说明了搀入导电物质的树脂基材料的第三优选实施例，其中导电材料包括导电粉末和微米导电纤维。
图5a和5b说明了第四优选实施例，其中导电布纹状材料由搀入导电物质的树脂基材料形成。
图6a和6b以简单示意图的形式说明了注入成型装置和挤压成型装置，将其用于模制搀入导电物质的树脂基材料的电路导体。
图7说明了本发明的第二优选实施例，示出了LED发光电路器件，其中搀入导电物质的树脂基材料的导电结构进一步包括有功阻尼功能和散热片功能。
图8a和8b说明了本发明的第三优选实施例，示出了具有高输出LED的LED发光电路器件，其中搀入导电物质的树脂基材料的导电结构进一步包括有功阻尼功能和平面散热片功能。
图9说明了本发明的第四优选实施例，示出了具有高输出LED的LED发光电路器件，其中搀入导电物质的树脂基材料的导电结构进一步包括有功阻尼功能和肋片散热片功能。
图10说明了本发明的第五优选实施例，示出了具有包括搀入导电物质的树脂基材料的内置的散热片的高输出LED。
具体实施例方式
本发明涉及由搀入导电物质的树脂基材料模制的发光电路，该材料包括微米级导电粉末、微米级导电纤维或者它们的混合物，当模制时将它们在基本树脂内均匀化。
本发明的搀入导电物质的树脂基材料是搀入了导电材料的基本树脂，之后将任意的基本树脂制成导体而不是绝缘体。树脂向模制的部分提供了结构上的完整性。微米级导电纤维、微米级导电粉末或者它们的混合物在模制加工期间在树脂内均匀化，以提供电连续性。
搀入导电物质的树脂基材料可被模制，挤压等等以提供几乎任何期望的形状或者尺寸。所模制的搀入导电物质的树脂基材料也可被切割、模压或者真空的由注模的或者挤压的片或者棒料形成、上模制(over-molding)、碾压、碾磨等等以提供期望的形状和尺寸。利用搀入导电物质的树脂基材料所制造的放电电路的热或者导电性特性是依赖于搀入导电物质的树脂基材料的组成，其中可以调整搀入和掺杂参数，以有助于实现材料的期望的结构、电或者其它物理特性。所选的用于制造发光电路器件的材料被一起均匀分布，可以采用模压技术和或例如注入模制、上模制(over-molding)、热-固定、冷浸入、挤压等等的方法。涉及到2D、3D、4D和5D设计的特性、模制和电特性，包括可在实际部件的模制加工期间实现的物理和电的优点以及与在模制部件或者形成材料之内的导电网络相关的聚合体物理特性。
值得注意的是，通过将这些材料形成期望的形状和尺寸，在制造发光电路中搀入导电物质的树脂基材料的应用降低了材料消耗和用于保持降低紧公差的设计和制造工艺。可以利用通常的形成方法诸如注入模制、上模制(over-molding)、或者挤压等等，可将发光电路制造成无数形状和尺寸。当模制时，搀入导电物质的树脂基材料典型的但并不仅有的产生期望的可用电阻率的范围，大约每平方5到25欧姆之间，但是通过改变掺杂参数和/或树脂选择可以实现其它的电阻率。
搀入导电物质的树脂基材料包括微米级导电粉末、微米级导电纤维、或者它们的任何一种组合，它们在基本树脂中一起被均匀化，在模制加工期间，方便制造低成本、导电、紧公差制造部件或者电路。微米级导电粉末可以为碳、石墨、胺等等，和/或金属粉末比如镍、铜、银、或者镀金的等等。碳或者其它形式粉末如石墨等等的应用能够引起附加的低电平电子交换，并且当用来和微米级导电纤维结合时，生成在纤维的微米级导电网络之内的微米级填充元件，所述纤维进一步产生导电并且作为模压装置的润滑剂。微米级导电纤维可以是镀镍的碳纤维，不锈钢纤维，铜纤维，银纤维等等，或者它们的混合物。所述结构的材料是这样的材料比如任一种聚合体树脂。这种结构的材料可以是，这里给出一些例子但不是穷举，由GE PLASTICS、Pittsfield、MA生产的聚合体树脂，由GE PLASTICS、Pittsfield、MA生产的其它塑料的范围，由其它的制造商生产的其它塑料的范围，由GE SILICONES，Waterford，NY生产的硅树脂，或者由其他制造商生产的其它弹性树脂基橡胶化合物。
搀入了微米级导电粉末、微米级导电纤维、或者它们的混合物的树脂基结构的材料可以被模制，通过利用通常的模制方法诸如注入模制或者上模制(over-molding)、或者挤压以产生期望的形状和尺寸。所模制的搀入导电物质的树脂基材料也可被模压、切割或者碾磨，正如所期望的以产生散热片的期望的形状成形要素。和在所搀入的基本树脂中的微米级导体相关的掺杂成分和定向性会影响发光电路的电以及结构特性并且可通过模制设计，浇口和或凸出设计和或在模压工艺期间其本身来精确控制。此外，可选择树脂基以得到想要的热特性诸如很高的熔点或者特定的热传导率。
树脂基夹层层压片也可以由随意或者连续的丝网般密布的微米级不锈钢纤维或者其它导电纤维来制造，形成布料状的材料。丝网般密布的导电纤维可以被层压或者类似处理成为如下材料，诸如特氟纶、聚酯或者任何树脂基柔软或者固体材料，当在纤维含量、定向和形状上单独设计时，将制成高导电柔软布料状材料。这种布料状材料也将用于形成发光电路，所述电路可被嵌入人们使用的衣物中以及其它的树脂材料诸如橡胶或者塑料中。当采用导电纤维作为丝网般密布的导体时，所述导体是层压片或者布料状材料的一部分，纤维可以具有在大约3到12微米之间的直径，典型的是在大约8到12微米之间，或者在大约10微米左右的范围内，具有这样的长度就可以无缝的或者发生交迭的。
本发明的搀入导电物质的树脂基材料通过选择微米级导电纤维和/或微米级导电粉末以及抗腐蚀和/或抗金属电解的基本树脂，可以被制成抗腐蚀和/或抗金属电解的。例如，如果抗腐蚀/电解基本树脂和不锈钢纤维以及碳纤维/粉末相结合，那么就获得搀入了树脂基的抗腐蚀和/或抗金属电解的导电材料。本发明的另一个附加和重要的特征在于本发明搀入导电物质的树脂基材料可以被制成阻燃剂。阻燃剂(FR)的选择基本树脂材料将允许所获得的产品显示出阻燃特性。这对于本文中所描述的发光应用特别重要。
本发明中所描述的微米级纤维和/或微米级粉末以及基本树脂的均匀混合也可用掺杂进行描述。也就是，均匀混合将典型的非导电基本树脂材料转变成为导电材料。该过程类似于掺杂过程，借此通过正如在半导体器件的现有技术中所公知的那样引入供体/受体离子，半导体材料比如硅可转换成为导电材料。因此，本发明采用术语“掺杂”来表示通过将微米级导电纤维和/或微米级导电粉末均匀混合到基本树脂中将典型的非导电基本树脂材料转变成导电材料。
作为本发明的附加且重要的特征，搀入导体的被模制的树脂基材料显示出卓越的散热特性。因此，由上述搀入导体的被模制的树脂基材料制造的发光电路可以在实施中提供附加的散热能力。例如，热可以从物理和/或电连接到本发明的电装置中散发。
现在参照图1，说明本发明的第一优选实施例。本发明的几个重要的特征被显示。发光电路10的器件被说明。发光电路10包括连接到电路板12上的灯14。灯14可以包括如现有技术中所公知的任一白炽或者固体状态的灯。然而，作为优选实施例，灯14包括所示的LED器件。LED器件14包括发光二极管20，其可以包括任意类型的半导体材料或者材料的混合物，正如在现有技术中所公知的。例如，发光二极管20可以包括硅、砷化镓(GaAs)、砷化镓铝(AlGaAs)、氮化镓(GaN)、氮化镓铟(InGaN)等等。所选择的半导体和掺杂材料的类型确定了二极管发出的光波长。
在该优选实施例中，发光二极管20的底部侧形成阴极(-)、或者N-侧，而顶部侧形成阳极(+)、P-侧。阴极连接到第一金属端子21上，例如通过将发光二极管20的底部侧直接焊接连接到金属端子21的平面上。阳极连接到第二金属端子22，例如通过将镀金导线17超声连接到有源二极管20的顶部侧。发光二极管20被封装在塑料壳体15中。塑料壳体15向有源二极管20提供环境保护并且用于通过外壳15的圆形顶部将所发的光集中。为了使用电路中的LED器件14，阴极21和阳极22必须通过电压源连接。在典型应用中，阴极21连接到参考接地点，而阳极22连接到受控电压源。这样，LED器件14可以仅仅基于电压源的值而打开或者关断。为了简化说明，所示出的电路实施例10不包括附加的分离元件，比如集成电路器件、电阻、电容或电源，这些是形成完整的发光电路10所需要的，且这些元件在现有技术中是公知的。
在本发明中，LED器件14机械或者电耦接到本发明的搀入导电物质的树脂基材料的导电结构16a和16b上。在这个示例性的情况中，搀入导电物质的树脂基结构16a、16b、16c形成在底部绝缘层19和顶部绝缘层18之间。然而，在导电结构16a-c被隔离开的应用中，例如在外壳内，导电结构可以是非绝缘的。搀入导电物质的树脂基痕迹16a、16b和16c可以通过上模制(over-molding)搀入导电物质的树脂基材料到底部绝缘层19上以形成位于绝缘体19之上的导电结构16a-16c来形成。之后，顶部绝缘层18可以被模制或者涂覆到导电结构16a、16b和16c和底部绝缘层19上。可选择的，搀入导电物质的树脂基痕迹16a、16b和16c可以通过注入模制之后用绝缘材料进行浸渍涂覆或者溅射以形成顶部和底部绝缘层19和18来形成。作为另一个优选实施例，搀入导电物质的树脂基结构16a、16b和16c包括作为绝缘层18和19的同样的基本树脂以产生最佳层际连接。
在该实施例10中，LED器件的端子21和22进一步包括用来插入到导电结构16a-16c中的垂直导线或者管脚21a和22a。在导电结构16a-16c中形成孔，并且，如果需要，其穿过顶部绝缘层18。这些孔可以在导电结构模制过程中形成或者通过模制之后的钻孔、冲压或者碾压形成。为了改善金属导线21a和22a以及搀入导电物质的树脂基结构16a和16b之间的连接，可以形成顺穿过搀入导电物质的树脂基结构16a和16b的开口排列的软焊层23。一旦将LED器件14的导线21a和22a插入到孔中，通过采用例如焊接波纹工艺焊接导线21a和22a从而完成连接。如果采用软焊层23则其可以通过电镀或者通过涂覆形成。如果成型方法是电镀金属，那么搀入导电物质的树脂基材料的树脂基结构材料是可以进行金属电镀的。有很多种聚合体树脂可以用被金属层电镀。例如，GE塑料、SUPEC、VALOX、ULTEM、CYCOLAC、UGIKRAL、STYRON、CYCOLOY是几种树脂基材料其可以被电镀金属。软焊层23可以通过例如电镀或者物理蒸镀形成。
新颖的发光电路10具体表现出几个附加的特征，其提供了LED发光的独特优点。阻抗阻尼功能件(resistive damping function)可以很容易的形成在一个导电结构之中。在该实施例之中，被连接到阳极端子22的导电结构16b和16c是这样设置的，使得可以产生阻抗阻尼功能件24。也就是，在阳极端子22和未示出的连接到电源的连接部分19之间形成可预测的电阻值。该阻抗阻尼功能件的电阻值由在树脂基主体中的导电材料的相对掺杂以及导电结构16a和16c的横截面积和长度的实际设计参数来控制。在该实例中，搀入导电物质的树脂基可以通过延长阳极痕迹16b到16c，这是通过锯齿形技术实现的，从而产生可评估的电阻值，该电压值甚至具有低电阻率值的搀入导电物质的树脂基材料。可选择的，可以通过从被掺杂了较高电阻率的搀入导电物质的树脂基材料中模制阳极痕迹，以得到可评估的电阻值。图7说明了这种选择，并且在那进行讨论。再次参见图1将阻抗阻尼功能件24直接集成到阳极导电结构16b-16c之中的能力方便了LED电路10的制造，而不用分立的电阻元件。该技术减少了部件数量，工具和装置成本以及装配时间。
如上所述，来自有源二极管20的热的消除对于优化彩色性能和器件寿命是重要的。在第一优选实施例中的简单的LED14中，热主要经通过直接连接到器件20的底部侧的阴极端子21的热的传导来消除。该阴极端子21连接到一条痕迹16a上。搀入导电物质的树脂基结构16a-16c的卓越的导热性为热从LED器件14中转移送出去提供了一条通路。尽管第一优选实施例的电路10仅仅包含一个灯14，需要明白的是，可以很容易的将同样的方法扩展到在单个电路板上包括多个灯。进一步，信号痕迹16a、16b和16c可以这样设计，使得每个灯是独立可控的或者使得灯全部成组被控制(全亮或者全灭)。
现在参见图7，说明本发明的第二优选实施例100。示出了另一个发光电路100。在这种情况下，应用中的热需求，不论由于较高的温度环境或者由于较高的工作电流，使得有必要在连接到阴极端子110的导电结构118上增加进一步选定的散热功能。本发明的搀入导电物质的树脂基材料的卓越的导热性允许将卓越的散热功能件120集成到连接阴极端子110的导电结构118中。散热功能件120以一系列的肋片121来实现，所述肋片充分增加了可用对流面积占导电结构120的覆盖面积的比率。将充分散热的功能120模制到导电结构118中的能力为LED器件提供了所需的的热转移能力，且不需要分离的散热片。该能力节省了部件数量，工具和装置成本以及装配时间。
作为本发明另一个重要的特征，连接到LED106的阳极端子112的导电结构126也由搀入导电物质的树脂基材料形成。然而，在这种情况中，利用比具有散热片功能120的阴极导电结构118高的电阻率的搀入导电物质的树脂基材料来形成阳极导电结构126。通过减少掺杂或者减少导电材料相对于基本树脂的比率制造较高电阻率的导电搀入材料126。减少导电材料含量将增加电阻率。结果，阻抗阻尼功能件124在将阳极端子112连接到未示出的电源上的所模制的导电结构126中形成。作为示例性的制造工艺，具有散热片功能120的阴极导电结构118可以用较低电阻率的搀入导电物质的树脂基材料被注入模制，阳极导电结构126可以用较高电阻率的搀入导电物质的树脂基材料126被注入模制，之后可将绝缘层114过度模压到阴极导电结构118和120以及阳极导电结构126的次级装置上以完成组合的电路板104。可选择的，电路100可以被被形成不具有绝缘材料。尽管第二优选实施例的电路100仅仅包含一个灯106，需要明白的是，可以很容易的将同样的方法扩展到在单个电路板104上包括多个灯。进一步，导电结构118和126可以这样设计，使得每个灯是独立可控的或者使得灯全部成组被控制(全亮或者全灭)。相比较于金属基体系，搀入导电物质的树脂基材料的导电结构118和126的形成减少了材料和制造成本和重量。
现在参见图8a和8b，说明本发明的第三优选实施例150。在该实施例150中，灯152优选包括高亮度LED器件。高亮度LED器件152相比较于如图1和7所示的简单的LED提供了基本上更多的光。高亮度LED器件152可以是任意二极管色彩，但是更优选的是能够产生“白色”光，这是通过利用内置的棱镜或者磷层来将从发光二极管154所发出的光的波长转化为对于发光应用有用的多波长(白色)光。为了实现高亮度(流明)LED器件以几种方式被改变。对于本发明最为重要的是，电和热通路是被分离的。发光二极管154通过将镀金导线164焊接到阳极端子166和阴极端子167上来仅仅连接到顶部表面。其时，发光二极管154的底部表面利用导热环氧或者焊接层，热连接到金属芯156。之后隔离封装外壳成为不透明塑料结构160和透明透镜162。在应用电路中，电端子166和167连接到电路痕迹而同时金属芯156可以不被连接的留下或者可以热连接到散热片。金属芯显著的增强了LED器件152将热从发光二极管154传导出去的能力。依次的，该能力允许发光二极管154在较高电流下工作。
在本发明中，高亮度LED器件152连接到由根据本发明的搀入导电物质的树脂基材料形成的导电结构172和176。在这种情况中，搀入导电物质的树脂基结构172和176通过覆盖绝缘层168而形成。导电结构172和176提供了将阳极和阴极端子166和167连接到未示出的电源的电通路。正如在前面的实施例中，或者通过正如所示布线技术，或者通过形成由相比较于用在阴极导电结构176中的那些材料具有较高的电阻率的搀入导电物质的树脂基材料所构成的阳极导电结构172，阻抗阻尼功能件180可以在阳极导电结构172内被实现。
高亮度LED器件152采用表面安装导线166和167。为了改善在搀入导电物质的树脂基材料和LED导线166和167之间的连接，软焊结构174和178可以被形成在本发明的搀入导电物质的树脂基材料172和176上。为了形成软焊结构174和178，或者通过将开口模制成痕迹，或者通过在模制之后钻孔、模压或者冲孔操作，在导电结构172和176内形成开口。之后在孔中通过电镀和/或者焊接波纹操作形成软焊层174和178。例如，尽管其它的金属也可以采用，但软焊层174和178可以包括锡或者锡合金。通过利用波纹焊接或者焊接回流操作将导线166和167焊接到软焊层174和178，从而连接LED器件152。
该实施例的另一个重要的特征是在电路板168的底部侧上的平面散热片结构170。该散热片结构170是由根据本发明的搀入导电物质的树脂基材料形成。例如，导热环氧的分界面层158可以用于将LED152的金属芯156热耦接到散热片170上。在绝缘层168上制造开口以促进这种耦接。搀入导电物质的树脂基散热片170的高导热率允许将在有源二极管(activediode)154中所产生的热通过金属芯156被转移到底部平面的散热片170内，之后扩散到外部环境中。当与金属基体系比较时，由搀入导电物质的树脂基材料制得的导电结构172和176以及散热片170的形成减少了材料和制造成本和重量。作为示例性的制造次序，可以通过挤压模制搀入导电物质的树脂基材料来形成散热片平面170。之后，树脂基绝缘层168可以被上模制(over-molding)到散热片170之上。最后，可以将由搀入导电物质的树脂基材料制得的阳极和阴极导电结构172和176上模制(over-molding)到绝缘层168之上。尽管第三优选实施例的电路150仅仅包含一个灯152，但需要明白的是，可以很容易的将同样的方法扩展到在单个电路板上包括多个灯。进一步，导电结构172和176可以这样设计，使得每个灯是独立可控的或者使得灯全部成组被控制(全亮或者全灭)。
现在参见图9，说明本发明的第四优选实施例200。在该实施例中，将第三实施例中的平面散热片结构替代为包括本发明的搀入导电物质的树脂基材料的更复杂的散热片结构228。该散热片结构228包括一系列肋片230或者插脚或者其它的结构特征，该特征增加了对流表面面积占部覆盖面积的比率。散热片228可以由注入模制或者挤压搀入导电物质的树脂基材料形成。尽管第四优选实施例的电路200仅仅包含一个灯152，但需要明白的是，可以很容易的将同样的方法扩展到在单个电路板上包括多个灯。此外，导电结构172和176可以这样设计，使得每个灯是独立可控的或者使得灯全部成组被控制(全亮或者全灭)。
现在参见图10，说明本发明的第五优选实施例250。在该实施例250中，说明一种新颖的LED器件204，其中将金属芯和散热片结构相结合以形成由本发明的搀入导电物质的树脂基材料形成的单块散热片结构230。单块散热片结构230可以通过例如挤压模制或者注入模制搀入导电物质的树脂基材料来形成。那么，单块散热片次级装置可以被插入到LED次级装置中，或者LED次级装置可以模制到散热片230上。当与分离的金属芯和金属散热片体系比较时，搀入导电物质的树脂基散热片230减少了复合LED器件204的重量和材料成本，而提供了内置的散热结构230对于完成的发光电路250可以减少材料和装置成本。为了实现更大的散热片结构250，集成连接到有源二极管208的阳极和阴极端子224和228时被这样倒置使得当灯204穿过电路板的开口伸出的时候它们可以连接到电路板221的底部。电路板221再次优选包括具有绝缘体层216的搀入导电物质的的导电结构220和218。该新颖的LED器件204非常适合单个灯应用，其中散热片的附加成本是值得考虑的成本，或者应用于成排的灯。
搀入导电物质的树脂基材料典型的包括由导体微粒和/或均匀分部在基本树脂主体中的微米级纤维的化合物组成的微米级粉末。图2示出了搀入了树脂基的导体32的实例的横截面图，该材料具有由在基本树脂主体30中导体微粒34构成的粉末。在该实例中，粉末中的导体微粒34的直径D是在大约3和12微米之间。
图3示出了搀入导体的树脂基材料36的实例的横截面图，该材料具有在基本树脂主体30中导体纤维38。导体纤维38具有在大约3和12微米之间的直径，典型的在10微米的范围内或者在大约8-12微米之间，且具有在大约2和14毫米之间的长度。用作该导体微粒34或者导体纤维38的导体可以是不锈钢、镍、铜、银或者其它合适的金属或者导电纤维、或者它们的混合物。这些导体微粒和或纤维均匀分布到基本树脂之中。正如前面提到的，搀入导电物质的树脂基材料具有在每平方大约5和25欧姆之间的电阻率，通过改变掺杂参数和/或树脂的选择可以实现其他电阻率。在导体微粒34或导体纤维38的实例中，为了实现该电阻率，导体材料的重量与基本树脂主体30的重量的比率在大约0.20和0.40之间，并且优选大约0.30。具有0.30的纤维质量与基本树脂质量的比率和8-11微米直径和4-6mm长度的不锈钢纤维将产生很高的导电参数，在任何EMF光谱中有效。现在参照图4。说明了本发明的另一个优选实施例，其中导电材料包括在模制加工期间一起均匀分布到树脂基体30中的导电粉末34和微米极导电纤维38的组合。
现在参照图5a和5b，说明了搀入导电物质的树脂基材料的优选组成。搀入导电物质的树脂基材料可以被形成为纤维或者织物，其之后被织成或者丝网般密布成为导电纤维。搀入导电物质的树脂基材料以股线形成，该股线可以如图所示的被机织。图5a示出了导电纤维42，其中纤维以由纤维或者纺织品组成的两维编织46和50被机织在一起。图5b示出了导电纤维42’，其中纤维以丝网般密布的排列而形成。在丝网般密布的排列中，一根或者多根由连续的纤维组成的股线以随意的形式被嵌套。参见图5a，得到最终的导电纤维或者织物42以及参见图5b，得到42’，其可以做成很细的、很粗的、很硬的、很软的或者固体形式的。
相似的，导电的但是布状的材料可以利用机织的或者丝网般密布形成的微米级不锈钢纤维或者其它微米级导电纤维来形成。这些机织的或者丝网般密布形成的导电布料也可以被夹层层压成由材料比如聚酯、特氟纶、纤维B、或者任何其它想要的树脂基材料组成的一层或者多层。该导电纤维之后可以被切成想要的形状和尺寸。
由搀入导电物质的树脂基材料形成的发光电路可以以一定数量的不同方法被形成或者模制，所述方法包括注入模制、挤压或者化学导入模制或者成型。图6a示出了注入模制的简化的示意图，示出了模具50的下部54和上部58。搀入导电物质的混合的树脂基材料通过注入孔60被注入到模具腔64之中，并且之后通过热反应固化均匀分布的导电材料。之后分离或者分开模具的上部58和下部54，并移走发光电路。
图6b示出了采用挤压形成发光电路的挤压机的简化的示意图。搀入导电物质的树脂基材料被放入到挤压单元74的送料斗80之中。之后用活塞、螺杆、压床或者其它装置78来通过挤压开口82给热熔或者化学导入固化的搀入导电物质的树脂基材料施加压力，所述开口限定了热熔固化或者化学导入固化的搀入导电物质的树脂基材料的形状为想要的形状。之后通过化学反应或者热反应充分固化搀入导电物质的树脂基材料以成为坚硬或者柔韧的状态并且准备被使用。
现在概述本发明的有益效果。实现了有效的发光电路。实现了形成发光电路的方法。发光电路是由搀入导电物质的树脂基材料模制而成。导体、电阻和/或散热片也是由搀入导电物质的树脂基材料模制而成。由搀入导电物质的树脂基材料组成的发光电路的制造方法合并了这些材料的多种形式。发光电路由搀入导电物质的树脂基材料模制形成，所述材料具有通过选择基本树脂可以改变的工作特性或者可以改变的可视化特性。为LED光源最优化发光电路。实现了具有内置的散热片的LED光源，其包括搀入导电物质的树脂基材料。实现了在搀入导电物质的树脂基痕迹内具有集成电阻的LED发光电路。
正如在优选实施例中所示出的，本发明新颖的方法和器件提供了相对于现有技术有效并且可制造的选择。
尽管本发明参考其优选实施例被特定的示出并描述，对于那些本领域的技术人员来说需要明白的是，在不脱离本发明的精神和范围的条件下可以得出对于形式和细节的不同变形。
权利要求
1.一种发光器件，包括具有电端子的灯；以及连接到所述电端子从而向所述灯供电的导电结构，其中所述导电结构包括在基本树脂主体中含有导电材料的搀入导电物质的树脂基材料。
2.如权利要求1所述的器件，其中所述导电材料的重量与所述树脂主体的重量的比率在大约0.20到大约0.40之间。
3.如权利要求1所述的器件，其中所述导电材料包括金属粉末。
4.如权利要求3所述的器件，其中所述的金属粉末是镍、铜或者银。
5.如权利要求3所述的器件，其中所述的金属粉末是有金属覆层的非导电材料。
6.如权利要求5所述的器件，其中所述的电镀金属是镍、铜或者银。
7.如权利要求3所述的器件，其中所述的金属粉末包括在大约3微米和大约12微米之间的直径。
8.如权利要求1所述的器件，其中所述的导电材料包括非金属粉末。
9.如权利要求8所述的器件，其中所述的非金属粉末是碳、石墨或者胺基材料。
10.如权利要求1所述的器件，其中所述的导电材料包括金属粉末和非金属粉末的混合物。
11.如权利要求1所述的器件，其中所述的导电材料包括微米级导电纤维。
12.如权利要求11所述的器件，其中所述的微米级导电纤维是镀镍碳纤维、不锈钢纤维、铜纤维、银纤维或者它们的混合。
13.如权利要求11所述的器件，其中所述的微米级导电纤维具有在大约3微米和大约12微米之间的直径和在大约2毫米和14毫米之间的长度。
14.如权利要求1所述的器件，其中所述的导电材料包括导电粉末和导电纤维的混合。
15.如权利要求1所述的器件，其中至少一种所述的导电结构附加提供了阻抗电流阻尼。
16.如权利要求15所述的器件，其中在所述的阻抗电流阻尼导电结构中的所述的搀入导电物质的树脂基材料之中的所述导电材料的掺杂水平是不同于在非阻抗电流阻尼导电结构中的所述的搀入导电物质的树脂基材料之中的所述导电材料的掺杂水平。
17.如权利要求1所述的器件，其中至少一个所述的导电结构附加提供了散热片功能以扩散来自所述的灯的热。
18.如权利要求17所述的器件，其中所述的具有散热功能的导电结构进一步包括肋片或者针结构以增加对流表面面积。
19.如权利要求1所述的器件，其中，进一步包括所述的搀入导电物质的树脂基材料的散热片，其中所述的肋片与所述的灯热耦接。
20.如权利要求19所述的器件，其中所述的散热片包括肋片或者针结构以增加对流表面面积。
21.如权利要求19所述的器件，其中所述的散热片模制到所述的灯中。
22.如权利要求1所述的器件，其中所述的灯是发光二极管。
23.如权利要求1所述的器件，其中，进一步包括在所述的导电结构中的软焊层，其中所述的电端子在所述软焊层上处被焊接到所述的导电结构。
24.如权利要求1所述的器件，其中，进一步包括覆盖所述导电结构的绝缘层。
25.一种发光器件，包括具有阴极和阳极端子的发光二极管；以及连接到所述的阴极和阳极端子以向所述的灯供电的导电结构，其中所述的导电结构包括在基本树脂主体中含有导电材料的搀入导电物质的树脂基材料，其中至少一个所述的导电结构附加地为发光二极管提供阻抗电流阻尼，并且其中至少一种导电结构附加地提供散热功能以扩散来自所述的发光二极管的热。
26.如权利要求25所述的器件，其中所述导电材料的重量与所述树脂主体的重量的比率在大约0.20到大约0.40之间。
27.如权利要求25所述的器件，其中所述导电材料包括金属粉末。
28.如权利要求27所述的器件，其中所述的金属粉末是有金属覆层的非导电材料。
29如权利要求25所述的器件，其中所述的导电材料包括非金属粉末。
30.如权利要求25所述的器件，其中所述的导电材料包括金属粉末和非金属粉末的混合。
31.如权利要求25所述的器件，其中所述的导电材料包括微米级导电纤维。
32.如权利要求25所述的器件，其中所述的导电材料包括导电粉末和导电纤维的混合。
33.如权利要求25所述的器件，其中在所述的阻抗电流阻尼导电结构中的所述的搀入导电物质的树脂基材料之中的所述导电材料的掺杂水平是不同于在非阻抗电流阻尼导电结构中的所述的搀入导电物质的树脂基材料之中的所述导电材料的掺杂水平。
34.如权利要求25所述的器件，其中所述的具有散热功能的导电结构进一步包括肋片或者针结构以增加对流表面面积。
35.如权利要求25所述的器件，其中，进一步包括在所述的导电结构中的软焊层，其中所述的电端子在所述软焊层上处被焊接到所述的导电结构。
36.如权利要求25所述的器件，其中，进一步包括覆盖所述导电结构的绝缘层。
37.一种形成发光器件的方法，所述的方法包括提供具有电端子的灯；提供在基本树脂主体中含有导电材料的搀入导电物质的树脂基材料；将搀入导电物质的树脂基材料模制成为所述导电结构；以及将所述的灯电端子连接到所述导电结构以向所述的灯供电。
38.如权利要求37所述的方法，其中所述导电材料的重量与所述树脂主体的重量的比率在大约0.20到大约0.40之间。
39.如权利要求37所述的方法，其中导电材料包括导电粉末。
40.如权利要求37所述的方法，其中所述的导电材料包括微米级导电纤维。
41.如权利要求37所述的方法，其中所述的导电材料包括导电粉末和导电纤维的混合。
42.如权利要求37所述的方法，其中，进一步包括形成覆盖所述导电结构的电绝缘层。
43.如权利要求42所述的方法，其中所述的形成电绝缘层的步骤包括浸渍、溅射或者涂覆。
44.如权利要求37所述的方法，其中所述的模制包括注入所述的搀入导电物质的树脂基材料到所述的模具中；模制所述的搀入导电物质的树脂基材料到所述的安装表面之上以形成导电结构；固化所述的搀入导电物质的树脂基材料；以及将所述的导电结构从所述的模具移走。
45.如权利要求37所述的方法，其中所述的模制包括在模具内设置安装表面；注入所述的搀入导电物质的树脂基材料到所述的模具中；上模制(over-molding)所述的搀入导电物质的树脂基材料到所述的安装表面之上以形成导电结构；固化所述的搀入导电物质的树脂基材料；以及将所述的导电结构和所述的安装表面从所述的模具中移走。
46.如权利要求37所述的方法，其中所述的模制包括添加所述的搀入导电物质的树脂基材料到一个腔中；通过塑性开口将所述的搀入导电物质的树脂基材料从所述的腔中挤压出来；以及固化所述的搀入导电物质的树脂基材料以形成所述的导电结构。
47.如权利要求37所述的方法，其中，进一步包括模压或者碾磨所述的模制的搀入导电物质的树脂基材料。
48.一种复合发光二极管器件，包括发光二极管；封装外壳；以及散热片，其中所述的发光二极管热连接到所述的散热片，其中所述的散热片包括在基本树脂主体中含有导电材料的搀入导电物质的树脂基材料，其中所述的发光二极管容纳在所述的封装外壳和所述的散热片中，以及其中所述的散热片从所述的封装外壳中凸出。
49.如权利要求48所述的器件，其中所述导电材料的重量与所述树脂主体的重量的比率在大约0.20到大约0.40之间。
50.如权利要求48所述的器件，其中所述导电材料包括金属粉末。
51.如权利要求48所述的器件， 其中所述的金属粉末是有金属覆层的非导电材料。
52.如权利要求48所述的器件，其中所述的导电材料包括非金属粉末。
53.如权利要求48所述的器件，其中所述的导电材料包括金属粉末和非金属粉末的混合。
54.如权利要求48所述的器件，其中所述的导电材料包括微米级导电纤维。
55.如权利要求48所述的器件，其中所述的导电材料包括导电粉末和导电纤维的混合。
56.如权利要求48所述的器件，其中所述的散热片包括肋片或者针结构以增加对流表面面积。
全文摘要
由搀入导电物质的树脂基材料形成的发光器件，该材料包括在基本树脂主体中的微米级导电粉末、导电纤维或者导电粉末和导电纤维的混合物，其重量与基本树脂主体的重量的比率在大约0.20和0.40之间。微米级导电粉末由非金属形成，或是由金属形成，其也可以被有金属覆层的，等等，或者是由电镀的非金属的混合物，或者金属粉末的混合物形成。微米级导电纤维优选镀镍碳纤维、不锈钢纤维、铜纤维、银纤维、等等。搀入导电物质的树脂基发光器件可利用如下方法形成，比如注入模制、压模或者挤压。用于形成发光电路的搀入导电物质的树脂基材料也可以是柔韧的机织薄织物的形式，该形式适于被切成想要的形状。
文档编号C09K11/08GK1612366SQ20041001195
公开日2005年5月4日 申请日期2004年4月14日 优先权日2003年4月14日
发明者托马斯·艾森布雷 申请人:整体技术公司