照明器件、电气组件、柔性电路及热传递方法与流程

本发明涉及一种用于优化电子元件热传递或散热的散热效率高的电气组件，其进一步优选地涉及一散热效率高的柔性电路，以及更优选地涉及包括这种散热效率高的柔性电路的照明组件。

背景技术：

通常，电子元件所产生的热量对它们的有效性可能具有负面影响，尤其是影响它们的功效和使用期限。尽管为了减少废热所研制的元件本质上就更有效率，允许这样改进的技术进步同样导致了更小但更强大的元件的开发。

发光二极管(light-emitting diode，LED)就是这样的一个例子。在LED开发初期，LED是低功率的，因而限制了其在许多情况下的使用。但是LED比同等明亮的白炽灯更加节能高效。不管怎样，所述LED的有关和相关技术已经发展到了在大功率应用中能够取代白炽灯或其他光源以作为强力照明及汽车前照灯簇的程度。然而，所述LED亮度的改进已经导致了较大废热的产生，所述废热必须被有效地驱散以改善所述元件的功效及寿命。

在许多应用中，LED与其他发热电子元件需要直接安装于电路板上。因此，在所述电路板上或电路板中提供与所述电路板直接接触的散热器是比较普遍的。然而，所述电路板的结构同样可能是散热性差的部分原因。尤其是，粘合剂通常被用来将电路板的多层粘合在一起。 所述粘合剂用于提供所述电路板的多层之间的电气绝缘。当所述电路板与所述散热片粘合时，所述粘合剂是非常必要的，这对于避免通过一般金属或散热器短路任何电气电路来说是非常重要的。不幸地是，相较于其他材料，所述粘合剂的热能传导性通常很差。因此，所述粘合剂可以作为局部的热绝缘体。

因此，需要开发一种散热效率更好的电路板，以驱散电子元件的废热，这样可以使得所述电子元件更加有效且寿命更长。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种优化热传递效率的电气组件、柔性电路及其方法的实现来预防或减轻现有技术中的上述问题。

依据本发明的第一方面，提供了一种优化热传递效率的电气组件，该电气组件包括：导电层；散热层；插入于所述导电层与所述散热层之间的电绝缘层；与所述导电层电气连接的电子元件；以及与所述电子元件热连接且与所述散热层直接接触的金属热电桥，其中，利用该金属热电桥绕过所述电绝缘层。

在优选的实施例中，所述电绝缘层可以是一电绝缘粘结层。这样的粘结层可以促进所述导电层与所述散热层之间的粘结。

优选地，所述散热层包括上层散热子层与下层散热子层，所述上层散热子层粘结于所述导电层。在这种情况下，由多个子层形成的散热层允许改变每一层的性能以优化热传递性。

有利地，所述上层散热子层可以包括铜。铜是一种好的导热体，并具有允许容易且牢固连接于其他金属(例如，焊料)的特性。

有利地，所述下层散热子层包括铝。铝除了是一个良导体，也是一个非常有效的散热体。因此，铝非常适合形成散热的一部分。另外，铝的重量轻，这样可以避免所述散热层的质量过大。

在一优选地实施例中，所述导电层可以附加地粘结于一衬底层。所述衬底层可以给予额外的力量及/或柔性为所述电气组件。所述衬底层也可以作为进一步的电绝缘层，以防止任何不良电传导经过所述电路板。

有利地，所述衬底层可以包括聚酰亚胺。所述聚酰亚胺具有很好的强度与弹性，且大多数具有阻燃性。此外，所述聚酰亚胺同样具有化学稳定性且具有电绝缘性。上述的每一个特性对一电路板组件来说是非常有好处的。

优选地，所述金属热电桥可以包括焊料。所述焊料非常容易涂，传热良好，以及能够很好地与其他金属物如铜粘结。因此，焊料同样适合作为金属热电桥使用。在其他实施例中，也可以根据需求使用其他任何适用的材料。

更优选地，所述金属热电桥可以是焊料铆钉。在这种情况下，用铆钉固定所述焊料可以通过增加所述接触面积来增加所述元件之间的热传递导。

在一个合适的布置中，所述电子元件可以包括一个导热片。以及所述金属热电桥优选地与所述导热片及所述散热层直接接触。所述导热片为所述电子元件提供一电绝缘部分以用于热传递。通过将该部分与所述散热层直接接触，可以使用一种更有效的热路线。

可选择地，所述电气组件还包括一个金属元件，其余所述电子元件电绝缘，且与所述电子元件热连接。所述金属热电桥与所述金属元件及所述散热层均直接接触。

一电绝缘金属元件可以在没有特定导热片的情况下为元件提供相同的热固定。因此这种金属元件可以提供良好的热路径。

优选地，所述金属元件可以使铜元素，同时所述金属热电桥可以与所述电子元件的负极进行直接连接。当对于所述散热器来说不需要完全绝缘时，后面的这种布置可以用于提供一种优化的或者最优化的 热路径。例如，如果所述散热器没有与其他任何元件接触，且也不能被用户接近的话，不绝缘可能是必要的。

优选地，所述电子元件可以是发光二极管。有利地，所述发光二极管基本上可以将其60％-95％的电能转化为热量。然而对于有效地调节温度，它们的散热属性是不够的。因此，它们通常需要依赖散热器来提供必备的热传递属性。

依据本发明的第二方面，提供了一种散热效率高的柔性电路，该柔性电路包括形成为包括柔性基板的柔性印刷电路板一部分的导电层，散热层，插入于所述导电层与所述散热层之间的电绝缘层，与所述导电层电气连接的电子元件，以及与所述电子元件热连接且与所述散热层直接接触的金属热电桥，其中，所述导电层利用该金属热电桥绕过所述电绝缘层。

依据本发明的第三方面，提供了一种照明组件，该照明组件包括依据本发明第二方面所述散热效率高的柔性电路。其中所述电子元件是一个发光二极管。

依据本发明的第四方面，提供了一种优化热传递效率的方法，应用于电子元件与散热层之间，该方法包括：设置所述电子元件与一导电层及一散热层电连接，并在所述电子电子元件与一导电层及一散热层电连接之间设置一电绝缘互联粘结层；以及使用一金属热电桥将所述电子元件与所述散热层热互联，其中，所述金属热电桥与所述电子元件热连接并与所述散热层直接接触，所述金属热电桥用于绕过所述电绝缘层。

相较于现有技术，本发明利用一种优化热传递效率的电气组件、柔性电路及其方法，提供了一种有效率的热路径，该热路径从所述电子元件开始，经过任意插入的材料到所述散热层。因此，优化了热传递效率，以允许电子元件能够更有效地运行更长时间。

附图说明

图1示意了依据本发明一方面的一种优化热传递效率的电气组件的第一实施例。

图2示意了依据本发明一方面的一种优化热传递效率的电气组件的第二实施例。

图3示意了依据本发明一方面的一种优化热传递效率的电气组件的第三实施例，其包括一金属元件与焊接铆钉。

图4示意了依据本发明一方面的一种优化热传递效率的电气组件的第四实施例，其中所述焊接铆钉连接于所述电子元件的负极。

主要元件符号说明

电气组件 100，200，300，400

电路板组件 102

电子元件 104，204，304，404

LED 106，206

散热层 108，208，308，408

电极 110

负极 410a

正极 410b

导电层 112，212，312，412

焊接连接器 114

柔性衬底层 116，316

粘结层 118a，118b，118c，118d，218a，218c，

218d，318a，318b，

上层散热子层 120a

下层散热子层 120b

导热片 122

金属热电桥 124，224，324，424

焊料柱 126

覆盖膜 128，228，328

硬化剂 130，230

焊料铆钉 334

热电偶 336

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

首先参阅图1，示意了本发明所述优化热传递效率的电气组件100(下述简称为“电气组件100”)的第一实施例。图中显示了电路板组件102的剖视图，其中详述了电子元件104与散热层108之间的关系。在一实施例中，所述电子元件104为一个发光二极管(light-emitting diode，LED)106(以下简称“LED”)。

在该实施例中，所述LED106经由两个电极110被安装至导电层112。所述导电层112可以是一条铜轨或任何其它能够传输电流的材料，如银。所述LED106的安装利用焊接连接器114来完成。所述导电层112自身安装至柔性衬底层116，如聚酰亚胺薄膜。通过使用电绝缘的粘结层118a可以很方便地完成上述这样的安装。所述粘结层118a优选地是一种电绝缘或高阻的粘合剂，以防止或限制从所述导电层112到所述柔性衬底层116的电传导。虽然优选地是一种电绝缘的粘结层，如电绝缘粘结层118a，其他任何电绝缘或电阻互连层也可以用来代替所述电绝缘的粘结层使用。所述柔性衬底层116在给予所述导电层112附加力量的同时，仍然允许整个电气组件100在必要时可以弯曲。因此，本发明所述实施例可以用在所述电气组件100需要弯曲以符合一个外壳的地方，例如，在一个汽车前照灯外罩中。

虽然一个柔性组件以此方式公开，本发明同样可能用于与一个非柔性电路板的结合。这种非柔性电路板可以包括硅基(silicon-based)衬底层，玻璃增强环氧树脂层压板层(glass-reinforced epoxy laminate layers)(例如FR4)，或其他有限定的或无弹性的层。这样的特征并不影响以此方式要求的本发明概念。

在所述柔性衬底层116与所述散热层108之间进一步地设置粘结层118b。所述散热层108自身包括上层散热子层120a与下层散热子层120b。本发明中，所述上层散热子层120a优选地由铜构成。铜能够很方便地与焊料粘合，其好处将在下文详述。所述下层散热子层120b可以由铝构成，铝的重量很轻且是一个良好的热能导体。此外，铝的成本通常比铜的成本更低。举例来说，通过热轧的方式可以将所述上层散热子层120a与所述下层散热子层120b一起制造。

应说明的是，其他组合的材料可用于代替本实施例所描述的上述材料。同样地，也可以提供只有一层形成的散热层，该散热层的材料可以是铜，铝，或其他任何具有适当热传递性的材料。

所述LED106包括导热片122，其保持与所述LED106的所述电极110电气绝缘。在本实施例中，所述导热片122通过金属热电桥124连接于所述散热层108，特别是连接于所述上层散热子层120a。该金属热电桥124是一个焊料柱126。正因如此，为从所述电子元件104到所述散热层108直接地热传递或热传导提供了一条直接的金属热路径。

所述导热片122同样由铜有利地构成。由于铜是一个非常好的热导体且能够与焊料形成很强的粘结，因此铜对于结构来说是非常有利的。正因如此，不需要中间材料使所述金属热电桥124与所述导热片122及所述散热层108互相连接。

在本实施例中，所述电绝缘的导热片122的使用保证了所述散热层108保持与所述LED106电气绝缘。正因如此，所述散热层108不需要与周围的壳体或其他装配绝缘，且显著地减少了所述接触散热器而出现触电的风险。此外，所述导热片122被特定地放置在远离所述LED106的地方且为了最大热传递导性而设计，以保证所述布置的功效。

所述导电层112的部分上可以优选地包括一覆盖膜128，其为一个保护性的覆盖层并为放在该覆盖膜之下的层提供一定程度的保护。这种覆盖膜128可以由聚酰亚胺，聚酯或其它任何合适的材料构成，且可以利用粘合剂附着于所述导电层112。有利地，所述覆盖膜128提供对其他层的柔性保护，这样可以允许所述电路板组件102根据需求而弯曲。例如，所述覆盖膜128与粘结层118c可以被加压在所需表面上。可选择地，可以使用一阻焊膜来代替所述覆盖膜128。

通过一硬化剂130的应用来局部地固定部分的所述柔性的电路板组件102也是可能的。所述硬化剂130可以由如FR4，聚酰亚胺，或聚酯的材料构成，且其厚度通常在0.050mm-2.4000mm的范围之间。再者，可以使用粘结层118d来粘合所述硬化剂130与所述电路板组件102的其他层。必要时，特别是在相对恶劣的作业环境中，硬化部分的电路板组件102可以增强所述强度性能，提高所述结构的寿命，

与所述硬化剂130相比，所述柔性衬底层116与所述覆盖膜128一般可以制造为厚度在0.012mm-0.125mm的范围之间。同样地，所述粘结层118a-d的厚度可以在0.012mm-0.050mm的范围之间。上述的厚度范围仅供参考，以在这种电路中典型的使用，其并不用于限制本发明使用这些厚度的层的范围。

综上所述，所述优化热传递效率的电气组件100的上述布置为从所述电气组件100到所述散热层108的热传递或热传导提供了一条路径。在已知的布置中，从所述穿过每一个插入层的电子元件104到所述散热层108的热量一般反而会被释放。许多这些层，例如那些用来作为粘结层118a-118d或者被用于柔性衬底层116的层，易于在一个材料的平面内更快地传导热量，而不是通过该层到底层来传导热量。正因如此，通过利用一种绕过这些层且更有效率的金属热电桥124来取代这种无效率的热量路径，可以加速远离所述电子元件104的热传递，这样有利于所述电子元件104和其所在电路的工作。

图2描述了优化热传递效率的电气组件200的第二实施例，其中所述电气组件200已经被简化。为简洁起见，本实施例中与进一步地实施 例中省略了与第一实施例中相似或相同特征的详细描述。

所述电子元件204，再次以LED206展示，同样地通过金属热电桥224连接于所述散热层208。然而，由于省略了所述柔性衬底层，所述金属热电桥224的长度小于所述第一实施例中所述金属热电桥的长度。因此，在该第二实施例中，所述电气组件200的多个层受到所述导电层212的限制，该导电层212由粘结层218c和覆盖膜228覆盖，并使用粘结层218a来将所述导电层212粘结至所述散热层208。当有必要的适合，所述硬化剂230同样可以应用于粘结层218d。

在不需要提供额外强度的地方，可以省略所述柔性衬底层。所述导电层212和所述覆盖膜228可以充分地对所述电气组件200同时提供强度和弹性。

然而，由于所述电气组件200减少的厚度，以及所述金属热电桥224相应减少的高度，可能会增加所述LED206与所述散热层208之间的热传递，进一步地超过所述第一实施例中的热传递。

在图3中，显示了优化热传递效率的电气组件300的第三实施例，以一个不包括导热片的电子元件304为特征。所述电气组件300包括导电层312，在该导电层312上附着有电子元件304。在本实施例中，一个由铜构成的绝缘金属元件332在相邻的所述导电层312的地方形成，但与所述导电层312隔开。再者，本实施例中与上述第一与第二实施例中类似的引用涉及相同或相似的元件，且本实施例中省略了进一步地详细描述。

所述金属元件332在被绝缘的同时，是热耦合于所述导电层312的因而热耦合于所述电子元件304。在此情况下作为一个焊料铆钉334形成的一金属热电桥324在所述金属元件332与所述散热层308之间提供了一条直接的金属连接。正因如此，所述金属热电桥324穿过所述插入的柔性衬底层316以及粘结层318a，318b，提供了一条热分路到所述散热层308。

所述金属元件332通过一个热电偶336热耦合于所述导电层312。因此，所述热电偶336由一部分的所述覆盖膜328构成，但是也可以由其 它任何提供热传递导性及电绝缘性的材料构成。随着所述热电偶336在所述电气组件300中跨越的所述距离小于所述电子元件304与所述散热层308之间的距离，限制了对所述散热效率供的热传递地抵抗。正因如此，所述第三实施例的所述电气组件300在先前已知的布置上仍然有一定改进。

图4中所示第四实施例的优化热传递效率的电气组件400和图3中的大体相似，但其中没有金属元件或热电偶，因此，所述金属热电桥424与所述散热层408之间没有绝缘。正因如此，本实施例中对热传递导的抵抗小于第三实施例。如前所述，再者，本实施例中与上述第一与第二实施例中类似的引用涉及相同或相似的元件，且本实施例省略了进一步地详细描述。

所述金属热电桥424优选地附着于所述电子元件404的负极410a，这样相比在所述正极410b处可以受制于较低的电压。然而，当所述金属热电桥424这样连接时，所述散热层408可能因此而受制于增加的电压。

有利的是，由于缺少所述热电偶336，这样的布置比第三实施例具有好的散热效率。然而，当所述散热层408与所述金属热电桥424电性连接于所述导电层412时，在使用中时，它们需要优选地与所述电气组件400的其它部分电绝缘。例如，在一辆汽车中，它们需要与所述前照灯外壳电绝缘，以防止任何人来接触所述外壳而引起的触电事故。

虽然上述实施例中已经讨论了关于LED的问题，但是，任何其它电子元件可以用于与所述电气组件结合。当所述电气组件与所述具有高热量输出的电子元件(例如，LED，变压器或其它这种类型的元件)一起使用时，所述电气组件是最有利的，但其同样对任何输出热量至一个电路的电子元件具有有利的影响。

此外，所揭露的发明没有理由一定要仅用于柔性电路。非柔性电路同样可以从上述布置中受益。两者唯一的区别是，所述电路板所组成的多个层，例如，所述柔性衬底层与所述非柔性衬底层的置换。所述绕过电路板中间或之间的多个层的金属热电桥的基本概念保持不 变。有利地，任何衬底层可以是绝缘体以提供增强的电绝缘特性。

因此，有可能提供一种优化热传递效率的电气组件，具有一金属热电桥在一个电子元件与一个散热层之间以提供良好的热传递导性，所述金属热电桥绕过任何中间层。

本发明还可按照其它特定形式实现，而不脱离其精神和必要特征。应当理解上述实施方式仅仅是示例性的并且不限制本发明的原理。各种和其它修改和变型可由采用本发明的原理的本领域技术人员做出，并且落入本发明的精神和范围中，并且所有变化将落入权利要求的等同物的含义和范围内，并意图将其包括在本文的范围内。