专利名称：具有集成式冷却的led照明层压板的制作方法
技术领域：
本发明的实施例涉及照明系统，更具体地，涉及具有集成式冷却的发光二极管 (LED)照明系统。
背景技术：
可以出于功能上的目的和制造目的将诸如发光二极管(LED)的照明装置 安装在印刷电路板(PCB)上。然而，在PCB上容纳LED需要照相平板印刷布线图 (photolithogr即hical artwork)和焊接连接。另夕卜，由于PCB的不良导热性，冷却LED成 为具有挑战性的问题。从而，可能需要在PCB的另一侧在LED后面安装热沉(heat sink), 这带来了处理步骤和成本的增加。
发明内容
因此，第一个实施例公开了一种层压板(laminate)，包括具有上表面和下表面 的第一层，第一层的上表面适于接纳多个照明装置；具有上表面和下表面的第二层，第二层 的上表面耦接到第一层的下表面，其中第二层与第一层和其上的照明装置基本绝缘；具有 上表面和下表面的第三层，第三层的上表面耦接到第二层的下表面；以及延伸穿过这三个 层的一个或多个孔，所述孔被充分设计成将这三个层划分为一个或多个部分，从而可以在 这些部分和照明装置之间形成电触头。所述照明装置包括发光二极管。第一层和第三层可 由包括铝、金、铜和钨的金属材料中的至少一种制成，而第二层可由包括赤铁矿、聚合物和 金属氧化物的电绝缘材料中的至少一种制成。 所述电触头包括金属插头或通孔，并且可由包括金、钼、钨、铝和铜的金属材料中 的至少一种制成。该层压板还包括耦接到第一层的下表面的一个或多个散热片，所述散热 片可操作来便于来自照明装置的热消散。可以在散热片周围布置热介面材料，所述热介面 材料可操作来便于来自照明装置的热消散。还可以在所述孔内布置热介面材料，所述热介 面材料可操作来便于来自照明装置的热消散。 第二个实施例公开了一种层压板，包括具有上表面和下表面的第一层，第一层的 上表面适于接纳多个照明装置；具有上表面和下表面的第二层，第二层的上表面耦接到第 一层的下表面，其中第二层与第一层和其上的照明装置基本绝缘；具有上表面和下表面的 第三层，第三层的上表面耦接到第二层的下表面；延伸穿过这三个层的一个或多个孔，所述 孔被充分设计成将这三个层划分为一个或多个部分；以及布置在所述孔内的一个或多个金 属触头，所述金属触头可操作来电耦接所述部分和照明装置。所述照明装置包括发光二极 管。第一层和第三层可由包括铝、金、铜和钨的金属材料中的至少一种制成，而第二层可由 包括赤铁矿、聚合物和金属氧化物的电绝缘材料中的至少一种制成。 所述金属触头可由包括金、钼、钨、铝和铜的金属材料中的至少一种制成。所述孔 可被配置为暴露第一层的下表面。该层压板还包括耦接到第一层的下表面的一个或多个散 热片，所述散热片可操作来便于来自照明装置的热消散。可以在散热片周围布置热介面材
4料，所述热介面材料可操作来便于来自照明装置的热消散。还可以在所述孔内布置热介面 材料，所述热介面材料可操作来便于来自照明装置的热消散。 第三个实施例公开了一种层压板，包括具有上表面和下表面的顶层，顶层的上 表面适于接纳多个发光二极管；具有上表面和下表面的中间层，中间层的上表面耦接到 顶层的下表面，其中中间层将顶层和其上的发光二极管与电活动和环境因素(ambient element)基本绝缘；具有上表面和下表面的底层，底层的上表面耦接到中间层的下表面； 延伸穿过这三个层的一个或多个孔，所述孔被充分设计成将这三个层划分为一个或多个部 分，其中顶层的下表面的一部分保持暴露，并且与发光二极管接触；以及布置在所述孔内的 一个或多个金属触头，所述金属触头可操作来电耦接所述部分和发光二极管，并且其中所 述金属触头可由包括金、钼、钨、铝和铜的金属材料中的至少一种制成。 顶层、底层和所述触头可由包括铝、金、铜和钨的金属材料中的至少一种制成，而 中间层可由包括赤铁矿、聚合物和金属氧化物的电绝缘材料中的至少一种制成。该层压板 还包括耦接到顶层的暴露的下表面的一个或多个散热片，所述散热片可操作来便于来自发 光二极管的热消散。可以在散热片周围布置热介面材料，所述热介面材料可操作来便于来 自发光二极管的热消散。还可以在所述孔内布置热介面材料，所述热介面材料可操作来便 于来自发光二极管的热消散。 从下面的详细描述、附图和权利要求中，将明了本发明的其它变型、实施例和特 征。
图1示出了发光二极管(LED)层压板的第一实施例的截面图；
图2示出了具有串联配置的层压板的顶部透视图；
图3示出了层压板的底部透视图；
图4示出了层压板的近视图； 图5示出了具有并联配置的层压板的顶部透视图；
图6示出了层压板的底部透视图；禾口
图7示出了层压板的近视图。
具体实施例方式
本领域的普通技术人员将会理解，可以用其它特定形式实现本发明而不脱离本发 明的精神或基本特征。因此当前公开的实施例在所有方面都被认为是说明性的而不是限制 性的。 图1示出了根据本发明的第一实施例的层压板10的截面图。层压板10具有耦接 在两个导电层14、18之间的电绝缘中间层16。电绝缘层16可由赤铁矿、聚合物和金属氧化 物中的至少一种制成，而导电层14、18可由铝、金、钼、钨、铜和其它金属材料中的至少一种 制成。在其它实施例中，层14、16、18还可以结合有复合材料。在这个实施例中，电绝缘层 16绑定上部铝层14和下部铝层18，以形成多层层压板10。在其它实施例中，可以使用机械 紧固件和粘合剂耦接三层层压板10。如图所示，可以在顶部铝层14的上表面周围布置包括 发光二极管(LED)的多个照明装置12。在一个例子中，绝缘层16能够保护层压板10中的层14、18和照明装置12不受热、冷、噪音或电的影响。在另一个例子中，绝缘层16便于从 层压板10内的其它物体分离、拆卸或隔离导电层14、18和照明装置12。在其它实施例中， 照明装置可以包括能够发出可见光或不可见红外辐射的半导体和固态设备。
层压板10还包括在中间层16和底层18内形成的、将上部铝层14的底面暴露出 来的一个或多个开口或孔24。在层压板10的某些部分中，孔24可以延伸穿过顶层14，以 允许与其上的照明装置12形成直接的电和热接触。在一个例子中，孔24是不限于任意形 状或大小的、形成在层14、16、18中的开口或孔。可以通过钻孔、挖孔、碾磨、冲孔、打孔和其 它机械或化学蚀刻处理来形成开口 24。 一旦被形成，孔24将层14、16、18划分为分离的片 30 (在图3和6中被最佳地示出)，每个片30彼此电隔离，并且与上部导电层14电隔离。这 些孔30的形状和大小可以是任意的。例如，孔24可以定义分别如图3和图6所示的矩形片 和正方形片30。在其它例子中，孔24可以定义具有六边形和多边形形状的片(未示出)。
现在返回图l，片30可通过包括焊接(solder)、熔接(weld)和使用其它机械紧固 件的已知键合工艺键合工艺(bonding technology)电连接到LED 12。在这个例子中，片 30通过延伸穿过三个层14、 16、 18的孔24内的多个通孔或触头28而电耦接和热耦接到LED 12。在这个实施例中，触头或通孔28可由包括金、钼、鸨、铝和铜的金属材料中的至少一种 制成。在一个例子中，触头28是能够导电和/或导热的金属插头或通孔。还可以在通孔或 触头28中结合可由包括电镀和其它沉积技术的已知制造方法形成的其它导电材料。尽管 有金属触头28，片30仍然彼此电隔离并且与上部铝层14电隔离。 在一个实施例中，层压板10的上层14可以通过支撑其上的多个照明装置12而提 供机械支持(mechanical backing)。另夕卜，由于其金属属性，铝层14可以起反射面的作用。 另外，通过便于由于LED 12的操作产生或积累的热的消散，上部铝层14可以作为照明装置 12的热沉(heat sink)。 在其它实施例中，散热片20可被附接到上部铝层14的背面，以便进一步便于LED 12的热消散。散热片20可由包括铝、金、钨或铜的金属材料制成，并且使用类似于上述那 些技术的已知沉积技术而被布置在上部层14的背面周围。在这个实施例中，散热片20耦 接到形成孔24时未被蚀刻或去除的顶层14的底面。另外，可以在散热片20周围布置热介 面材料(TIM)22，以便进一步便于LED 12的热消散。换言之，可以使用TIM 22填充围绕散 热片20和孔24的任意间隙或间隔，以便提供与LED 12的更密切的直接的接触。另外，虽 然提供了散热片20，它们不是必需的，并且可以在孔24内形成金属触头28之后，以热介面 材料(TIM)填充环绕槽或孔24的任意剩余间隙或间隔。TIM能够防止照明装置12受到包 括诸如电、水、热、湿气和无意中的物理触摸或损坏之类的环境因素的影响。在某些例子中， TIM还便于由多个LED 12产生的热的消散。 如图1所示，LED 12安装在层压板10的顶部表面14上，从而LED 12的背面桥接 在槽或孔24或以槽或孔24为中心。这样做允许LED 12的阳极被电连接到孔24的一侧上 的铝片30，而LED 12的阴极可被电连接到孔24的另一侧上的另一铝片30。换言之，使用图 中的中心LED 12作为例子，这个LED 12的阳极可被耦接到LED 12的右侧上的片30，而这 个LED 12的阴极可被耦接到LED 12的左侧上的片30。因此，可以通过适当地桥接片30， 提供LED的任意串联和并联布置。 现在参考示出了具有串联配置的层压板10的顶部透视图和底部透视图的图2-3，以及示出了层压板10的特写透视图的图4。在这些图中，LED照明装置12可被耦接到顶 部导电铝层14，而如前面讨论的并且在图4中最佳地示出的，多个散热片20可被耦接到以 LED12为中心的上部层14的背面。层压板10还包括中间电绝缘层16和底部铝层18。在 这些图中，可以沿着层压板10的长度形成多个矩形片30。这些片30可被配置为提供阴极 和阳极的交替条，并且被耦接到外部设备。如图所示，可以在片30的端部附近提供插座26， 以便在给多个LED 12供电时便于到诸如电池或墙壁插座的电源的电连接。
现在参考示出了具有并联配置的层压板10的顶部透视图和底部透视图的图5-6， 以及示出了层压板10的特写透视图的图7。与上面类似，LED照明装置12可被耦接到上部 导电层14，而如前面讨论的并且在图7中最佳地示出的，多个散热片20可被耦接到以LED 12为中心的上部层14的背面。层压板10还包括中心电绝缘层16和下部导电层18。然而 与上面不同，形成的多个正方形片30提供用于耦接到外部设备的阴极和阳极的交替块。换 言之，需要附加的插座26，以便桥接交替的或平行的电连接。在这个实施例中，可能需要多 个插座26，并且如图7最佳示出的，多个插座26可被嵌入层压板IO的中间层16或底层18 中。与上面类似，可以用TIM填充层压板10的孔24以便增强热消散。
在这些实施例中，LED 12被连接到更加导热的衬底，即，由诸如铝和金的金属材料 中的至少一种制成的导电顶层14。与传统PCB相比，该导热层14可以更好地从LED 12消 散或散开热。另外，可将冷却叶片20比以前技术近得多地附着LED 12，S卩，在背面上。最后 但并不是最不重要的，开槽的层压板10能够提供大量布局，而不需改变层压板材料10，并 且仍然允许LED 12的有效冷却。层压板10可被形成为具有非平面的轮廓，并且LED 12可 被安装在该轮廓上，并且仍然提供所需的冷却效果。从而在这样做时，消除了将LED 12安 装到PCB上所需的布线图和照相平板印刷。在某些例子中，可能也不再需要PCB。另外，由 于可以在比传统PCB大得多的片中提供层压板10，可以消除由于照相平板印刷带来的任何 大小限制。 虽然已经参考若干实施例详细描述了本发明，在下面的权利要求所描述和定义的 本发明的精神和范围内存在附加的变型和修改。
权利要求
一种层压板，包括具有上表面和下表面的第一层，所述第一层的上表面适于接纳多个照明装置；具有上表面和下表面的第二层，所述第二层的上表面被耦接到所述第一层的下表面，其中所述第二层与所述第一层及其上的所述照明装置基本绝缘；具有上表面和下表面的第三层，所述第三层的上表面被耦接到所述第二层的下表面；以及延伸穿过所述三个层的一个或多个孔，所述孔被充分设计成将所述三个层划分为一个或多个部分，从而能够在所述部分和所述照明装置之间形成电触头。
2. 如权利要求1所述的层压板，其中所述照明装置包括发光二极管。
3. 如权利要求1所述的层压板，其中所述第一层和所述第三层由包括铝、金、铜和钨的 金属材料中的至少一种制成，而所述第二层由包括赤铁矿、聚合物和金属氧化物的电绝缘 材料中的至少一种制成。
4. 如权利要求1所述的层压板，其中所述电触头包括金属插头或通孔，并且由包括金、 钼、钨、铝和铜的金属材料中的至少一种制成。
5. 如权利要求4所述的层压板，还包括耦接到所述第一层的下表面的一个或多个散 热片，所述散热片可操作来便于消散来自所述照明装置的热。
6. 如权利要求5所述的层压板，还包括布置在所述散热片周围的热介面材料，所述热 介面材料可操作来便于消散来自所述照明装置的热。
7. 如权利要求l所述的层压板，还包括布置在所述孔内的热介面材料，所述热介面材 料可操作来便于消散来自所述照明装置的热。
8. —种层压板，包括具有上表面和下表面的第一层，所述第一层的上表面适于接纳多个照明装置； 具有上表面和下表面的第二层，所述第二层的上表面耦接到所述第一层的下表面，其中所述第二层与所述第一层及其上的照明装置基本绝缘；具有上表面和下表面的第三层，所述第三层的上表面耦接到所述第二层的下表面； 延伸穿过所述三个层的一个或多个孔，所述孔被充分设计成将所述三个层划分为一个或多个部分；以及布置在所述孔内的一个或多个金属触头，所述金属触头可操作来电耦接所述部分和所 述照明装置。
9. 如权利要求8所述的层压板，其中所述照明装置包括发光二极管。
10. 如权利要求8所述的层压板，其中所述第一层和所述第三层由包括铝、金、铜和钨 的金属材料中的至少一种制成，而所述第二层由包括赤铁矿、聚合物和金属氧化物的电绝 缘材料中的至少一种制成。
11. 如权利要求8所述的层压板，其中所述金属触头由包括金、钼、钨、铝和铜的金属材 料中的至少一种制成。
12. 如权利要求8所述的层压板，其中所述孔被配置为暴露所述第一层的下表面。
13. 如权利要求12所述的层压板，还包括耦接到所述第一层的下表面的一个或多个 散热片，所述散热片可操作来便于消散来自所述照明装置的热。
14. 如权利要求13所述的层压板，还包括布置在所述散热片周围的热介面材料，所述热介面材料可操作来便于消散来自所述照明装置的热。
15. 如权利要求8所述的层压板，还包括布置在所述孔内的热介面材料，所述热介面 材料可操作来便于消散来自所述照明装置的热。
16. —种层压板，包括具有上表面和下表面的顶层，所述顶层的上表面适于接收多个发光二极管； 具有上表面和下表面的中间层，所述中间层的上表面耦接到所述顶层的下表面，其中所述中间层将所述顶层及其上的发光二极管与电活动和环境因素基本绝缘；具有上表面和下表面的底层，所述底层的上表面耦接到所述中间层的下表面； 延伸穿过所述三个层的一个或多个孔，所述孔被充分设计成将所述三个层划分为一个或多个部分，其中所述顶层的下表面的一部分保持暴露，并且与所述发光二极管接触；以及 布置在所述孔内的一个或多个金属触头，所述金属触头可操作来电耦接所述部分和所述发光二极管，并且其中，所述金属触头由包括金、钼、钨、铝和铜的金属材料中的至少一种制成。
17. 如权利要求16所述的层压板，其中所述顶层、所述底层和所述触头由包括铝、金、 铜和钨的金属材料中的至少一种制成，而所述中间层由包括赤铁矿、聚合物和金属氧化物 的电绝缘材料中的至少一种制成。
18. 如权利要求16所述的层压板，还包括耦接到所述顶层的暴露的下表面的一个或 多个散热片，所述散热片可操作来便于消散来自所述发光二极管的热。
19. 如权利要求18所述的层压板，还包括布置在所述散热片周围的热介面材料，所述热介面材料可操作来便于消散来自所述发光二极管的热。
20. 如权利要求16所述的层压板，还包括布置在所述孔内的热介面材料，所述热介面材料可操作来便于消散来自所述发光二极管的热。
全文摘要
本发明涉及一种具有集成式冷却的LED照明层压板。公开了安装在具有夹在两个金属铝层中间的电绝缘中间层的三层层压板上的发光二极管。通过便于比传统印刷电路板更快地消散来自发光二极管的热，上部铝层用作为热沉。另外，可以在层压板的背面上安装散热片和热界面材料以便提供附加冷却。
文档编号F21V23/06GK101769513SQ20091025415
公开日2010年7月7日 申请日期2009年12月10日 优先权日2008年12月17日
发明者J·弗里蒂, R·比哈塔查亚, T·乔纳塔斯 申请人:美铝公司