专利名称：发光二极管热管理系统的制作方法
技术领域：
一般而言，本发明涉及发光二极管(“LED”)光源。更具体而言，本发明涉及LED系统的热管理。
背景技术：
利用LED光源产生的人工光，也产生出大量热。电路板由于其实际性质，不具有适当的热传递速率，从而在LED内以及靠近LED的其他部件中发生热积累。LED光源内的热积累对于LED光源的使用寿命是有害的。
为了解决热积累问题，传统的LED光源组件通常包括具有孔的电路板，LED安装在该孔内。LED穿过电路板中的孔延伸，使LED的发光部分或透镜部分从电路板的一个表面延伸，且散热部分从相对表面延伸。LED的散热部分附着于散热片。本发明在发光二极管热管理领域取得了进展。
发明内容
本发明的一种形式包括用于LED热管理的装置，该装置包括散热装置，位于散热装置上的基板，以及位于基板上的轨迹层。该装置还包括穿过基板的通孔，该通孔与轨迹层和散热器热连通，将LED施加给轨迹层的任何热量传递到散热装置。
本发明的第二种形式包括用于LED热管理的装置，该装置包括散热装置，位于散热装置上的柔性基板，以及位于柔性基板上的轨迹层。柔性基板与轨迹层和散热器热连通，将LED施加给轨迹层的任何热量传递给散热装置。
由下面结合附图对目前优选实施例的详细描述，本发明的上述形式和其他形式、特征和优点将是显而易见的。详细描述和附图仅说明而非限制本发明，本发明的范围由所附权利要求及其等效范围限定。
图1表示根据本发明一个实施例，利用柔性基板的LED光源组件的侧剖图；图2表示根据本发明另一实施例，利用标准基板和热通孔的LED光源组件的侧剖图；图3为详细说明根据本发明一个实施例的图2的LED光源组件的热通孔部分的侧剖图；图4为根据本发明的一个实施例利用包括热通孔的柔性基板的LED光源组件的侧剖图；图5表示根据本发明一个实施例，利用包括热通孔的多层基板的LED光源组件的侧剖图；图6为详细说明根据本发明的一个实施例，图5的LED光源组件的热通孔部分的侧剖图；图7说明根据本发明的一个实施例，用于LED热管理的装置的制造方法；图8说明根据本发明的另一实施例，用于LED热管理的装置的制造方法；和图9说明根据本发明的另一实施例，用于LED热管理的装置的制造方法。
具体实施例方式
图1表示LED光源组件100的侧剖图。LED光源组件100包括柔性基板110，发光二极管120-122，轨迹层130-133，衬垫140-142，绝缘层150和散热装置160。LED光源组件100可包括与现在的讨论无关的附加部件。
在图1中，柔性基板110包括两个表面，顶表面和底表面。柔性基板110的顶表面包括位于该顶表面上的轨迹层130-133以及位于该顶表面上的绝缘层150。轨迹层130-132提供衬垫140-142和LED120-122的安装点。轨迹层133提供使电流在柔性基板110内流动的一个或多个路径。绝缘层150限制电流流到柔性基板110的特定区域，如轨迹层130-132以及相关的衬垫140-142。绝缘层150使诸如LED 120-122的部件与柔性基板110热耦合用于传热。可由任何适当绝缘材料，例如焊料掩模(solder mask)和空气，实现绝缘层150。柔性基板110的底表面与散热装置160可操作地耦合。
柔性基板110是柔性安装平台，其设计为用于使部件可操作地与柔性基板110耦合，以便按照设计来工作。在一个实施例中，将柔性基板110制造成包括位于柔性基板110上的一个或多个轨迹层130-133，和位于轨迹层130-133上的一个或多个衬垫140-142。在一个示例中，将柔性基板110制造成厚度小于50微米(μm)的弯曲带，在柔性基板110上具有一个或多个轨迹层130-133，且在轨迹层130-133上具有一个或多个衬垫140-142。可由任何适当的柔性基板，例如可从香港Shatin的COMPASS技术有限公司获得的单层弯曲柔性基板，来实现柔性基板110。
发光二极管120-122为安装于衬垫140-142且与一个或多个轨迹层130-133可操作地耦合的发光部件，以便例如通过利用一个或多个连接器125与轨迹层进行电连通。利用任何适当的安装材料，例如焊料或导热粘接剂，将每个发光二极管120-122安装到相关的衬垫140-142。导热粘接剂可实现为导电或不导电材料。LED 120-122为发光电光装置，当提供能量使其正向偏置时产生光。所产生的光可以位于光谱的蓝、绿、红、淡黄色或其他部分之内，这取决于制造LED时所用的材料或制造方法，如转换颜色的LED。在一个实施例中，将一个或多个LED 120-122安装到一个或多个相关的衬垫140-142上，从而将每个LED安装到相关衬垫上。在示例中，LED 120-122实现为适当的发光二极管，如从美国加州圣何塞的Lumiled购得的封装LEDLuxeonTM发射器。
散热装置160用于导热和散热，以及为柔性基板110提供支撑。散热装置160由导热材料制造而成，如铝和铜。散热装置160可以由任何适当的散热装置来实现，例如散热器。在一个实施例中，通过层压处理使柔性基板110的底表面可操作地与散热装置160耦合。
在操作中，柔性基板110提供用于使热从衬垫140-142传递到散热装置160的路径。积累于衬垫140-142内的热由于在这两个部件之间的物理接触而被传递到柔性基板110。然后，积累于柔性基板110内的热由于在这两个部件之间的物理接触被传递到散热装置160。
图2表示LED光源组件101的侧剖图。LED光源组件101包括标准基板111，一个或多个通孔180，发光二极管120-122，轨迹层130-133，衬垫140-142，绝缘层150，散热装置160和接合层170。在图2中，与图1中所示编号相同的同样元件起到与上面图1中所述相同的作用。LED光源组件101可包括与此处的讨论无关的附加部件。
在图2中，基板111包括两个表面，顶表面和底表面。设置一个或多个通孔180穿过基板111的顶表面到达基板111的底表面。基板111的顶表面包括位于该顶表面上的轨迹层130-133，以及位于顶表面上的绝缘层150。基板111的顶表面还包括位于轨迹层130-133上的衬垫140-142，和可操作地与衬垫140-142耦合的发光二极管120-122。
基板111是安装平台，其设计用于使可操作地与基板111耦合的部件按照设计工作。可将基板111制造成任何适当的基板，例如印刷电路板(PCB)。在示例中，基板111为实现可从多个制造商处获得的FR-4PCB。在一个实施例中，将基板111制造成包括位于基板111上的一个或多个轨迹层130-133，和位于轨迹层130-133上的一个或多个衬垫140-142。
通孔180是导热路径，其设计成使热从衬垫140-142流动到散热装置160。将通孔180定位为使得衬垫140-142接近通孔的一端设置。下面在图3中更详细地说明通孔180。在一个实施例中，将通孔180构造成基本垂直于基板111的顶表面和底表面。
散热装置160用于导热和散热，以及为多层基板112提供支撑。接合层170用于将散热装置160附着于基板111的底表面。在一个实施例中，接合层170实现为导热接合层，如导热粘接剂或者导热带。
在操作中，通孔180为热量从衬垫140-142传递到散热装置160提供了路径。由于衬垫140-142设置为接近通孔180的一端，衬垫140-142内积累的热量被传递到通孔180。在一个实施例中，由于通孔180与散热装置160之间的物理接触，通孔180内积累的热量被传递到散热装置160。在另一实施例中，通孔180内积累的热量被传递到接合层170，并且由于接合层170与散热装置160之间的物理接触，热量进而被传递到散热装置160。
图3为详细说明图2的LED光源组件101的通孔180的侧剖图。通孔180包括通道181，侧壁182，散热界面183和衬垫界面184。出于说明目的，提供了基板111和绝缘层150，用于限定通孔180。在图3中，与图2中所示编号相同的同样元件，起到与上面图2中所述相同的功能。通孔180可包括与此处的讨论无关的附加部件。
由基板111内设置为穿过基板111的顶表面到达基板111的底表面的通道181来限定通孔180。在一个实施例中，在基板制造过程中通过任何适当的方法制造通道181。在另一实施例中，在基板制造之后制造通道181。在示例中，由基板111内设置为穿过基板111的顶表面到达基板111的底表面、直径为50-600微米(μm)的通道181来限定通孔180。
在另一实施例中，通孔180还包括设置为穿过基板111的顶表面到达基板111的底表面的侧壁182，并进一步限定通孔180。在该实施例中，通孔180还包括散热界面183和衬垫界面184。散热界面183可操作地与接合层耦合，并且与散热器热连通。衬垫界面184可操作地与轨迹层耦合，并且与衬垫热连通。在一个实施例中，侧壁182限定通道181。在该实施例中，散热界面183可操作地与侧壁182耦合，并且散热界面183基本垂直于侧壁。衬垫界面184可操作地与侧壁182耦合，并且衬垫界面184基本垂直于侧壁。
侧壁182、散热界面183和衬垫界面184提供了附加的导热路径，用于从衬垫中去除热量，并将所去除的热量传递到散热装置。可由适当的导热材料如铜，来制造侧壁182、散热界面183和衬垫界面184。在示例中，侧壁182是由具有10-80微米(μm)厚度的导热材料制成的导热侧壁，散热界面183是由导热材料制造的，厚度为10-100微米(μm)，衬垫界面184由导热材料制造，厚度为10-100微米(μm)，通道181设置成穿过基板111，直径为50-600微米(μm)。在示例中，利用与制造轨迹层和衬垫层相类似的方法来制造散热界面183和衬垫界面184。在该示例中，在衬垫界面184上制造轨迹层，在轨迹层上制造衬垫层。
在另一实施例中，通道181还包括高传导材料，如焊料掩模。通道181内的高传导材料提供了增强的导热路径，用于从衬垫去除热量，并将所去除的热量传递到散热装置。在示例中，通道181还包括与高传导过程兼容的材料，如商业上可购得的焊料。
图4表示LED光源组件102的侧剖图。LED光源组件102包括柔性基板110，一个或多个通孔180，发光二极管120-122，轨迹层130-133，衬垫140-142以及散热装置160。在图4中，与图1中所示编号相同的同样元件，起到与上面图1中所述相同的功能。LED光源组件102可包括与此处的讨论无关的附加部件。
在图4中，柔性基板110包括两个表面，顶表面和底表面。一个或多个通孔180设置为穿过基板110的顶表面到达板110的底表面。基板111的顶表面包括位于该顶表面上的轨迹层130-133，以及位于该顶表面上的绝缘层150。柔性基板110的顶表面还包括位于轨迹层130-133上的衬垫140-142，和可操作地与衬垫140-142耦合的发光二极管120-122。柔性基板110的底表面可操作地与散热装置160耦合。
柔性基板110是柔性安装平台，其设计成使得与柔性基板110可操作地耦合的部件按照设计工作。在一个实施例中，将柔性基板110制造成包括位于柔性基板110上的一个或多个轨迹层130-133，安装在轨迹层130-133上的一个或多个衬垫140-142，以及一个或多个通孔180。在示例中，将柔性基板110制造成厚度小于50微米(μm)的弯曲带，在柔性基板110上具有一个或多个轨迹层130-133，安装在轨迹层130-133上的一个或多个衬垫140-142，以及直径为50-600微米(μm)的一个或多个通孔180。在另一示例中，在制造过程中的稍后时刻，将一个或多个直径为50-600微米(μm)的通孔180添加到柔性基板110中。柔性基板110可以为任何适当的柔性基板，如可从香港Shatin的COMPASS技术有限公司购得的双层弯曲柔性基板。
通孔180为导热路径，其设计成使热量从衬垫140-142流动到散热装置160。通孔180定位于使得衬垫140-142接近通孔的一端设置。上面在图3中进一步详细表示出通孔180。在一个实施例中，将通孔180构造成基本垂直于基板110的顶表面和底表面。
散热装置160用于导热和散热，以及为柔性基板110提供支撑。在一个实施例中，通过层压处理使柔性基板110的底表面可操作地与散热装置160耦合。
在操作时，柔性基板110和通孔180提供用于使热量从衬垫140-142传递到散热装置160的路径。衬垫140-142内积累的热量传递到柔性基板110和通孔180。衬垫140-142内积累的热量由于这两个部件之间的物理接触而传递到柔性基板110。由于衬垫140-142接近通孔180的一端设置，衬垫140-142内积累的热量被传递到通孔180。柔性基板110和通孔180内积累的热量由于这两个部件之间的物理接触被传递到散热装置160。
图5表示LED光源组件103的侧剖图。LED光源组件103包括多层基板112，一个或多个通孔180，发光二极管120-122，轨迹层130-133，衬垫140-142，散热装置160，接合层170以及次级轨迹层190。在图5中，与图2中所示编号相同的同样元件起到与上面图2中所述相同的功能。LED光源组件103可包括与此处的讨论无关的附加部件。
多层基板112包括基板层111，在每个基板层之间插入次级轨迹层190，以形成多层基板112。在一个实施例中，用铜来实现次级轨迹层190。多层基板112还包括两个外表面，第一外表面和第二外表面。一个或多个通孔180设置为穿过多层基板112的第一外表面到达多层基板112的第二外表面。基板111的顶表面包括设置在该顶表面上的轨迹层130-133，以及设置在该顶表面上的绝缘层150。基板111的顶表面还包括位于轨迹层130-133上的衬垫140-142，和与衬垫140-142可操作地耦合的发光二极管120-122。多层基板111的第二外表面通过接合层170可操作地与散热装置160耦合。
多层基板112是安装平台，其设计为使得可操作地与多层基板112耦合的部件按照设计工作。可由任何适当的基板材料层，例如多个印刷电路板(PCB)层来制造多层基板112。在一个实施例中，多层基板112由多层基板材料制成，其利用每个基板层111之间的次级轨迹层190可操作地耦合在垂直叠层中。在示例中，多层基板112实现为可从多个制造商，例如日本大阪的SHARP商业购得的多层基板。在一个实施例中，将多层基板112制造成包括位于基板112的第一外表面上的一个或多个轨迹层130-133，和安装在轨迹层130-133上的一个或多个衬垫140-142。在另一实施例中，导热材料层(未示出)附着于多层基板112的第二外表面。
通孔180是导热路径，其被设计成使热量从衬垫140-142流向散热装置160。通孔180定位于使得衬垫140-142接近通孔的一端设置。下面在图6中更详细描述通孔180。将通孔180构造成穿过多层基板112的每一个基板层111。在一个实施例中，将通孔180构造成基本垂直于多层基板112的第一外表面和第二外表面。在另一实施例中，次级轨迹层可以与通孔180物理接触或者不接触。
散热装置160用于导热和散热，以及为多层基板112提供支撑。接合层170用于将散热装置160附着于多层基板112的第二外表面。在一个实施例中，接合层170实现为导热接合层，例如导热粘接剂或导热带。
在操作中，通孔180提供用于使热量从衬垫140-142传递到散热装置160的路径。由于衬垫140-142接近通孔180的一端设置，衬垫140-142内积累的热量被传递到通孔180。在一个实施例中，通孔180内积累的热量通过多层基板112内基板层之间的通孔和一个或多个接合层171传递。由于通孔180与接合层170之间的物理接触，接近散热装置160的通孔180内积累的热量传递到散热装置160。通孔180内积累的热量传递到接合层170，并且由于接合层170与散热装置160之间的物理接触，被进一步传递到散热装置160。
图6为详细说明图5的LED光源组件103的通孔180的侧剖图。通孔180包括通道181，侧壁182，散热界面183和衬垫界面184。出于说明目的而设置基板111，以限定通孔180。在图6中，与图5中所示元件编号相同的同样元件起到与上面图5中所述相同的作用。通孔180可包括与此处的讨论无关的附加部件。
由位于基板111内设置为穿过多层基板112的顶表面到达多层基板112的底表面的通道181，来限定通孔180。在一个实施例中，在基板制造过程中由任何适当方法制造通道181。在另一实施例中，在基板制造后再制造通道181。在示例中，由位于多层基板112内设置为穿过多层基板112的顶表面到达多层基板112的底表面、直径为50-600微米(μm)的通道181，来限定通孔180。
在另一实施例中，通孔180还包括穿过多层基板112的顶表面、穿过基板层111和次级轨迹层190并到达多层基板112的底表面设置的侧壁182。侧壁182进一步限定通孔180。在该实施例中，通孔180还包括散热界面183和衬垫界面184。散热界面183可操作地与接合层耦合，并且与散热器热连通。衬垫界面184可操作地与轨迹层耦合，并与衬垫热连通。在一个实施例中，侧壁182限定通道181。在该实施例中，散热界面183可操作地与侧壁182耦合，并且散热界面183基本垂直于侧壁。衬垫界面184可操作地与侧壁182耦合，并且衬垫界面184基本垂直于侧壁。
侧壁182、散热界面183和衬垫界面184提供附加的导热路径，用于从衬垫去除热量，并将所去除热量传递到散热装置。由任意适当的导热材料，例如铜，制造侧壁182、散热界面183和衬垫界面184。在示例中，侧壁182是由铜制成的、厚度为5-50微米(μm)的导热侧壁，散热界面183由导热材料制造而成的，厚度为10-100微米(μm)，衬垫界面184由导热材料制造而成，厚度为10-100微米(μm)，穿过基板111设置直径为50-600微米(μm)的通道181。在示例中，利用与轨迹和衬垫层相类似的制造方法来制造散热界面183和衬垫界面184。在该示例中，在衬垫界面184上制造轨迹层，在轨迹层上制造衬垫层。
在另一实施例中，通道181还包括高传导材料。通道181内的高传导材料提供了增强的导热路径，用于从衬垫去除热量，并将所去除的热量传递到散热器。在示例中，通道181还包括与高传导处理兼容的材料，如商业上可获得的焊料。
图7说明用于LED热管理的装置的制造方法700。该方法700可利用上面图1-6中所描述的一个或多个原理。方法700开始于方框710。
在方框720处，提供柔性基板。在一个实施例中，柔性基板包括一个或多个轨迹和绝缘层，并且还包括附着到轨迹层的一个或多个衬垫。在示例中，参照上面的图1，提供包括轨迹层130-133、衬垫140-142以及绝缘层150的柔性基板110。在另一示例中，参照上面的图4，提供包括轨迹层130-133、衬垫140-142、绝缘层150和通孔180的柔性基板110。
在方框730处，将柔性基板附着到散热装置。柔性基板通过任何商业上可用的方法，例如通过层压而附着到散热装置上。在示例中，参照上面的图1，利用层压方法将柔性基板110附着到散热装置160上。
在方框740处，将LED附着到柔性基板上。在一个实施例中，通过任何商业上可用的方法，例如上面图1中所述的方法，将LED附着到柔性基板上。在方框750处，方法700结束。
图8表示用于LED热管理的装置的制造方法800。方法800可利用上面图1-6中详细描述的一个或多个原理。方法800开始于方框810。
在方框820处，提供包括通孔的基板。在一个实施例中，基板包括一个或多个轨迹和绝缘层，并且还包括附着到轨迹层的一个或多个衬垫。在示例中，参照上面的图2，提供包括轨迹层130-133、衬垫140-142、绝缘层150和通孔180的基板111。在另一示例中，参照上面的图5，提供包括轨迹层130-133、衬垫140-142、绝缘层150和通孔180的多层基板112。
在方框830处，将LED附着到基板上。在一个实施例中，通过任何商业上可用的方法，例如上面图2中所述的方法，将LED附着到基板上。
在方框840处，将基板附着到散热装置上。可通过任何商业上可用的方法，例如通过利用接合层，将基板附着到散热装置上。在示例中，参照图2，利用接合层170将基板111附着到散热装置160上。在方框850处，方法800结束。
图9表示用于LED热管理的装置的制造方法900。方法900可利用上面图1-6中详细描述的一个或多个原理。方法900开始于方框910。
在方框920处，提供包括通孔的基板。在一个实施例中，基板包括一个或多个轨迹和绝缘层，并且还包括附着到轨迹层的一个或多个衬垫。在示例中，参照上面的图2，提供包括轨迹层130-133、衬垫140-142、绝缘层150以及通孔180的基板111。在另一示例中，参照上面的图5，提供包括轨迹层130-133、衬垫140-142、绝缘层150以及通孔180的多层基板112。
在方框930处，将基板附着到散热装置上。通过任何商业上可用的方法，例如通过利用接合层，将基板附着到散热装置上。在示例中，参照图2，利用接合层170将基板111附着到散热装置160上。
在方框940处，将LED附着到基板上。在一个实施例中，通过任何商业上可用的方法，例如上面图2中所述的方法，将LED附着到基板上。在方框950处，方法900结束。
上述为LED光源提供热管理的装置和方法为示例性装置和实施方式。这些方法和实施例说明对LED光源提供热管理的一种可能的方法。实际的实施可能与所述方法不同。此外，本领域技术人员易于想到本发明的多种其他改进和变型，并且这些改进和变型位于下述权利要求中设定的本发明的范围之内。
在不偏离本发明主要特征的条件下可由其他具体形式来实现本发明。在所有方面都应将所述实施例视作说明性而非限定性的。
权利要求
1.一种用于LED 120热管理的装置101，所述装置包括散热装置160；位于所述散热装置160上的基板111；位于所述基板110上的轨迹层130；以及穿过所述基板111延伸的通孔180，其中所述通孔180与所述轨迹层130和所述散热装置160热连通，以便将所述LED 120施加给所述轨迹层130的任何热量中的至少一部分传递到所述散热装置160。
2.如权利要求1所述的装置，还包括位于所述基板110与所述通孔180之间的接合层170。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述接合层170是导热粘接剂。
4.如权利要求2所述的装置，其中所述接合层170是导热带。
5.如权利要求1所述的装置，其中所述基板111为多层基板112。
6.如权利要求1所述的装置，其中所述基板111为印刷电路板。
7.如权利要求1所述的装置，其中所述基板111为柔性基板。
8.如权利要求1所述的装置，其中所述通孔180包括限定穿过所述基板的通道181的侧壁182，所述通道181与所述轨迹层130接合，从而在所述通孔180与所述轨迹层130之间建立热连通。
9.如权利要求8所述的装置，还包括填充所述通道181的至少一部分的导热材料。
10.如权利要求1所述的装置，其中所述通孔180包括限定穿过所述基板110的通道181的侧壁182，所述通道181与所述散热装置180接合，从而在所述通孔180与所述散热装置180之间建立热连通。
11.如权利要求10所述的装置，还包括填充所述通道181的至少一部分的导热材料。
12.一种用于LED 120热管理的装置101，所述装置包括散热装置160；轨迹层130；和与所述轨迹层130和所述散热装置160热连通的柔性基板111，以便将所述LED 120施加给所述轨迹层130的任何热量传递给所述散热装置160。
13.如权利要求12所述的装置，还包括穿过所述基板111延伸的通孔180，其中所述通孔180与所述轨迹层130和所述散热装置160热连通，以便增强由所述LED 120施加给所述轨迹层130的任何热量传递到所述散热装置160。
14.如权利要求13所述的装置，其中所述通孔180包括限定穿过所述基板110的通道181的侧壁182，所述通道181与所述轨迹层130接合，从而在所述通孔180与所述轨迹层130之间建立热连通。
15.如权利要求14所述的装置，还包括填充所述通道181的至少一部分的导热材料。
16.如权利要求13所述的装置，其中所述通孔180包括限定穿过所述基板110的通道181的侧壁182，所述通道181与所述散热装置180接合，从而在所述通孔180与所述散热装置180之间建立热连通。
17.如权利要求16所述的装置，还包括填充所述通道181的至少一部分的导热材料。
18.一种用于LED 120热管理的装置101，所述装置包括散热装置160；位于所述散热装置160上的基板111；位于所述基板110上的轨迹层130；以及通孔180，包括限定穿过所述基板110延伸的通道181的侧壁182，其中所述通道181位于所述轨迹层130下方且位于所述散热装置160上方，以便将所述LED 120施加给所述轨迹层130的任何热量传递给所述散热装置160。
19.如权利要求18所述的装置，还包括填充所述通道181的至少一部分的导热材料。
20.如权利要求18所述的装置，还包括位于所述基板110与所述通孔180之间的接合层170。
全文摘要
一种用于LED(120)热管理的装置(101)，采用散热装置(160)，基板(111)，轨迹层(130)和通孔(180)。通孔(180)包括侧壁(182)，用于限定穿过基板(110)延伸的通道(181)。通道(181)位于轨迹层(130)下方，且位于散热器(160)上方，将LED(120)施加给轨迹层(130)的任何热量传递给散热装置(160)。
文档编号H01L23/367GK1816918SQ200480018753
公开日2006年8月9日 申请日期2004年6月21日 优先权日2003年6月30日
发明者X·-J·范, P·许 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司