专利名称：用于发热装置与电源的散热器的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及用于容纳发热装置，例如LED装置、电阻器和电容器等的互连设备。互连设备形成了发热装置和电源之间的连接。
背景技术：
在照明行业中LED灯正变得非常重要。LED灯不管是相对白炽灯还是荧光灯都具有显著的优势。LED灯比白炽灯泡具有更高的能效，并且LED灯不会有荧光灯管的冷温使用和水银问题。此外，由于LED灯的尺寸小，其能够以各种白炽灯和荧光灯不能使用的包装方式来包装。在电子行业，发热是一个相当大的问题。产品形式中的电器设备，诸如LED灯，会产生热量。这一能量提高了上述设备的温度以及上述设备所在系统的温度。这反过来会降低设备本身以及整个系统的性能和寿命。因此，全面商业化LED灯的一个主要的挑战就是找到以成本有效的方式对LED灯所产生的热量进行热量管理的解决方案。至今，大多供应商已经使用铝芯电路板，在这些铝芯电路板上表面安装焊接有LED装置。二维空间的铝芯板用来散热的表面积有限。另外，无论是替换失效的单元还是改变产品的颜色，LED灯都不能够被容易地互换。为了降低这一有害能量的影响，将散热器连接至在上述设备例如LED灯上。这些散热器通过将能量从设备上对流和辐射离开，为设备上的能量移除提供了一种手段。散热器的能量损耗通过自然对流、强制对流或辐射来产生。使能量脱离设备的散热器效力取决于散布或散逸热量的能力，即在较大的面积上散布或散逸通常是由较小的源产生的热量，从而可通过在该表面上的空气流动或通过向环境辐射来消除热量。实际上,只要被冷却的设备产生的热量能够在较大的表面上有效的散布，散热器的效力就主要取决于可利用的表面面积量。不管导体材料遍及其整个本体还是仅仅位于表面上都不影响其将热量传送到环境中的能力。在越变越小、越轻并且越紧凑的电气设备中的热量管理是一个不断增大的挑战。从历史观点上说，用来散逸能量的散热器已经由金属例如锌、铝或铜制成，并且可以被机械加工、浇铸或挤压成型。由于散热器由金属制成，它们通常很重。随着设备变得越来越小以及减少部件重量和成本的需求增加，必须找到控制热量的可供选择的方法。而且，由于设备是电导体，散热器到设备的连接需要对散热器进行修改，从而能够供应用来提供信号或电能的电路，而不缩短到金属散热器的这种电路。
不像白炽灯源和荧光灯源那样(它们在温暖/热时运行良好)，LED灯需要被保持冷却以达到最佳的使用期和性能。通过将LED的接点温度(Tj)保持在其最大温度界限下，LED的使用期可以延长到50，000个工作小时。由于在LED接点产生的热量以很小的量集中，如果热量没有被有效地消除，温度会快速地上升至超过150°C。大多通用于LED装置和散热器之间的LED接点处的热量管理的热模型由下列等式I提供Tj = Ta+PdXRja其中，Tj是接点温度；Ta是用于散热器的环境温度； Pd是通过LED散逸的能量(power)；以及Rja是接点温度和环境温度之间的热阻抗总量。影响接点温度Tj的主要因素是I. LED装置的环境温度Ta ；2. Tj和Ta之间的热阻抗总量；3.必须被散逸的能量；以及4.气流。假设必须通过LED散逸的能量数量由被使用的设备、其效率以及照明要求所决定，等式I中能被控制的唯一变量就是接点和环境之间的热阻抗Rja。Rja的数值可通过在发光的LED接点和周围环境之间添加各种不同的热阻抗来确定。包括在Rja内的阻抗数值的列表如下I. LED芯片的热阻抗；2.芯片和内散热器之间的芯片连接的热阻抗；3.内散热器的热阻抗；4.内散热器和焊接点之间的热阻抗；5.其上焊接LED件(package)的基板技术上的焊接垫的热阻抗；6.其上安装LED件的电介质板的热阻抗；7.电介质板和散热器之间的连接方法的热阻抗；以及8.关于周围环境的散热器的热阻抗。就这些热阻抗数值而言，1-4项相对由例如Lumileds公司、Cree公司、Osram公司和Nichia公司生产的LED来说是固有的(internal)。这些数值被预先确定,并且能够仅由LED的制造商改进或修正。这些阻抗的总量被定义为内部LED散热器的接点j和焊接点s之间的Rjs或热阻抗。5-6项形成了与基板技术相关联的热阻抗，基板技术被选择为将LED电互连且热互连至散热器，该散热器将热量散逸到周围环境。这一数值被定义为Rsb，其中s是LED上的焊接点，b是其上连接LED的电路板。7-8项组合产生Rba，其中b是其上安装LED的电路板，a是周围环境。实际上，Rba是散热器的热阻抗，该散热器被最优化为将热量散逸到周围环境。在设计高功率LED灯设备时，Cree (2)提供的一些指导方针如下
1.通过将LED驱动电路保持得足够远离LED以在运行过程中不会影响接点温度来降低LED接点附近必须消除的热量。2.通过有效的热包装来使包围LED的灯具内的环境温度最小化。使热散逸表面面积最优化以及确保有良好的自然气流或强制气流将会大大地提高热性能。3.对于成功保持接点温度下降而言，使LED接点和周围环境之间的热阻抗最小化是关键的。通过消除或降低上述两者之间的路径上的热阻抗，可以显著地提高热量管理系统的性能。4. LED/散热器组件的定向的重要性在于某些位置将会增强热散逸表面上的自然对流，而另一些位置将会阻碍空气的流动。就上述提供的指导方针而言，LED接点和周围环境之间的热路径的设计是可最大影响非特定产品设计的设计。通过消除一些热阻抗路径或将它们最小化，LED接点处的温度能够被降低。下面的等式2是将上述三个成组的热阻抗一起相加来确定Rja数值的计算结果Rja = Rjs+Rsb+Rba用于当前市场上一些更普通的LED的Rjs数值的例子在下表中给出
权利要求
1.ー种包括电气线路和热散逸结构的设备的制造方法，包括如下步骤 (a)由非传导材料形成底座元件； (b)确定待施加到底座元件上的电气线路的预定第一图案； (C)确定待施加到底座元件上的热散逸结构的预定第二图案；以及 (d)用传导材料对所述底座元件同时镀层以形成所述第一和第二图案。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，所述镀层步骤采用ー种既具有电传导又具有热传导的材料。
3.根据权利要求I所述的方法，进ー步包括在所述镀层步骤之前沿着所述第一和第二图案预处理所述底座元件的步骤。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述预处理步骤包括化学蚀刻所述底座元件。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述预处理步骤包括激光标识所述底座元件。
6.一种设备的制造方法，包括如下步骤 (a)由不可镀层的材料成型底座元件； (b)用可镀层的材料对所述不可镀层的底座元件进行过模来形成产品； (C)用蚀刻剂蚀刻所述产品； (d)激光标识所述产品获得预期标记；以及 (e)对所述产品进行镀层。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，步骤(a)包括在第一次注塑中成型钯填充材料，所述钯填充材料是铬酸可蚀刻的，步骤(b)包括在第二次注塑中用激光直写成型材料过模所述钯填充材料以形成所述产品，所述激光直写成型材料是用腐蚀性蚀刻剂可蚀刻的，步骤(C)包括用铬酸蚀刻剂蚀刻所述产品，以及步骤(d)包括激光标识所述激光直写成型材料获得预期标记。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述预期标记是电路图案。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，步骤(a)包括在第一次注塑中成型只能在腐蚀性蚀刻剂中被蚀刻的激光直写成型材料，步骤(b)包括在第二次注塑中用钯填充材料过模所述激光直写成型材料由此形成所述产品，所述钯填充材料只在铬酸蚀刻剂中是可蚀刻的，步骤(C)包括用铬酸蚀刻剂蚀刻所述产品，以及步骤(d)包括激光标识所述激光直写成型材料获得预期标记。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，步骤(a)包括在第一次注塑中成型钯填充材料，所述钯填充材料是在腐蚀性酸蚀刻剂中可蚀刻的，步骤(b)包括在第二次注塑中用激光直写成型材料过模所述钯填充材料从而形成所述产品，所述激光直写成型材料用铬酸蚀刻剂是可蚀刻的而用腐蚀性酸蚀刻剂是不可蚀刻的，步骤(C)包括用腐蚀性酸蚀刻剂蚀刻所述产品，以及步骤(d)包括激光标识所述激光直写成型材料获得预期标记。
11.根据权利要求6所述的方法，其中，步骤(a)包括在第一次注塑中成型激光直写成型材料，所述激光直写成型材料在腐蚀性酸蚀刻剂中是不可蚀刻的，步骤(b)包括在第二次注塑中用钯填充材料过模所述激光直写成型材料由此形成所述产品，所述钯填充材料用腐蚀性酸蚀刻剂可蚀刻，步骤(c)包括在腐蚀性酸蚀刻剂中蚀刻所述产品，以及步骤(d)包括激光标识所述激光直写成型材料获得预期标记。
12.—种设备的制造方法，包括如下步骤(a)由激光直写成型材料模制底座元件； (b)激光标识所述产品获得预期标记；以及(C)对所述产品镀层。
全文摘要
一种用于将发热装置对接到电源上的互连设备。在互连设备上设置被覆镀层的部件，以便在将发热装置连接到互连设备上时为发热装置提供散热器功能，并且在发热装置和电源之间提供电路径。还披露了一种制造互连设备的方法。
文档编号F21Y101/02GK102638943SQ20121009869
公开日2012年8月15日 申请日期2008年5月23日 优先权日2007年5月25日
发明者凯文·奥康纳, 塞缪尔·C·雷米, 查利·曼拉帕兹, 维克托·萨德雷, 蒂莫西·黑根 申请人:莫列斯公司