JP5037683B2 - 発熱体及び電源用のヒートシンク - Google Patents
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Description
Tjは接合部温度であり、
Taはヒートシンクの周囲温度であり、
PdはLEDによって放散される電力であり、
Rjaは接合部と周囲との間の熱抵抗の和である。
1.LED装置の周囲温度Ta。
2.TjとTaとの間の熱抵抗の和。
3.放散しなければならない電力。
4.気流。
1.LEDダイの熱抵抗。
2.ダイと内部ヒートシンクとの間のダイ取付部の熱抵抗。
3.内部ヒートシンクの熱抵抗。
4.内部ヒートシンクとはんだ点との間の熱抵抗。
5.LEDパッケージがはんだ付される基板技術上のはんだパッドの熱抵抗。
6.LEDパッケージが取付けられる絶縁体基板の熱抵抗。
7.絶縁体基板とヒートシンクとの間の取付部の熱抵抗。
8.周囲環境に対するヒートシンクの熱抵抗。
これらの熱抵抗値のうち、項目1〜4は、Lumileds、Cree、Osram及びNichia等の会社によって製造されているLEDの内部のものである。これらの値は、既定であり、LEDの製造業者しか改善又は修正することができない。これらの抵抗値の和は、Rjs、すなわち、内部LEDヒートシンクの接合部jとはんだ点sとの間の熱抵抗として定義される。
1.動作中に接合温度に影響を及ぼさないようにLED駆動回路をLEDから十分遠ざけておくことによって、LED接合部近くで除去しなければならない熱の量を減らす。
2.効率的な熱パッケージによって、LEDを取囲む取付具内部の周囲温度を最低にする。放熱表面積を最適化し、また、良好な自然空気流又は強制空気流を確保することによって熱性能が著しく改善される。
3.LED接合部と周囲環境との間の熱抵抗を最小にすることは、接合部温度を低くしておくのに極めて重要である。LED接合部と周囲環境との間の経路の熱抵抗をなくすか又は減少させることによって、熱管理システムの性能を大幅に改善することができる。
4.LED/ヒートシンク組立体の向きは、姿勢によって放熱面上の自然対流が強化されたり空気の流れが抑制されたりするので重要である。
前述のガイドラインのうち、LED接合部と周囲環境との間の熱経路の設計は、不特定の製品の設計の場合、最も影響を受ける可能性があるものである。熱抵抗経路のいくつかをなくすか又はそれらを最小にすることによって、LED接合部の温度を下げることができる。
1.作用流体に曝(さら)される表面積。
2.表面の熱伝達係数。
3.露出面領域の向き。
4.伝達面の熱伝導率。
5.熱源に対する製品の縦横比。
1.相互接続装置620及び720の直径又は高さを大きくすることによって、様々な量の熱を放散するように相互接続装置620及び720の表面積を最適化することができる。フィン676及び767を変更して、表面積の量を大きくすることができる。
2.独立光源にするために、抵抗器、コンデンサ、ドライバ電子部品等の追加部品を相互接続装置620及び720に追加することができる。
3.相互接続装置620及び720上の境界線686a、686b及び786を色分けして、取付けたLED装置22b及び22cの色を区別しやすくすることができる。
4.相互接続装置620及び720を様々な厚さの銅、ニッケル及び/又は金でめっきして、熱が放散される面への熱の移動を最適化することができる。
5.脚628a、628b、728a及び728b並びに足部636a、636b、736a及び736bによって提供されるスナップ嵌め形状部を相互接続装置620及び720に組込み、それにより、相互接続装置620及び720を従来の回路部材24にスナップ嵌めして、電気及び/又は熱接続を作成することができる。
6.スナップ形状部は、必要に応じて、表面実装するためのはんだ付によって固定されてもよい。相互接続装置620及び720の製造で使用されるプラスチックは、無鉛リフロー温度に耐えることができる。
7.相互接続装置620及び720に様々なLED装置を収容するために、上部のインサートを交換することによって、相互接続装置620及び720上の熱接続及び電気接続の形状、サイズ及び位置を変更することができる。
8.スナップ形状部によって、組立後に、相互接続装置620及び720を回路部材24から取外すことが可能になる。これにより、故障したLED装置22b及び22cを交換し、また、LED装置の色を変更することができる。
9.相互接続装置620及び720は、同等の従来技術の部品より軽量である。これは、LEDの数が多い用途には重要である。
1.相互接続装置820の直径又は高さを大きくすることによって、様々な量の熱を放散するように相互接続装置820の表面積を最適化することができる。フィン848を変更して表面積の量を大きくすることができる。
2.抵抗器、コンデンサ、ドライバ電子部品等の追加部品を相互接続装置820に追加することができる。
3.相互接続装置820上の第1のショットを色分けして、取付けられたLED装置22dの色を区別しやすくすることができる。
4.相互接続装置820を、様々な厚さの銅、ニッケル及び/又は金でめっきして、熱が放散される面への熱の移動を最適化することができる。
プロセス1
1.第1のショットで、クロム酸エッチング可能なパラジウム添加材料(例えば、シンジオタクチックポリスチレン(SPS)材料)をモールド成形する。
2.第2のショットで、パラジウム添加材料に、苛性エッチング液(例えば、液晶高分子(LCP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT))でエッチング可能なレーザ直接構成可能(laser direct structureable)(LDS)材料をオーバーモールドして製品を形成する。
3.製品をクロム酸エッチング液でエッチングする。
4.LDS材料に電気回路パターン等の所望のマーキングを用いてレーザ刻印する。
5.製品を所望の金属でめっきする。典型的な金属には、銅、ニッケル、パラジウム及び金がある。
プロセス2
1.第1のショットで、苛性エッチング液(例えば、液晶ポリマ(LCP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT))でしかエッチングすることができないLDS材料をモールド成形する。
2.第2のショットで、LDS材料をパラジウム添加材料でオーバーモールドして製品を形成する。パラジウム添加材料は、クロム酸エッチング液(例えば、シンジオタクチックポリスチレン(SPS)材料)でしかエッチングすることができない。
3.製品をクロム酸エッチング液中でエッチングする。
4.LDS材料に電気回路パターン等の所望のマーキングを用いてレーザ刻印する。
5.製品を所望の金属でめっきする。典型的な金属には、銅、ニッケル、パラジウム及び金がある。
プロセス3
1.第1のショットで、パラジウム添加材料をモールド成形する。パラジウム添加材料は、苛性の酸性エッチング液(例えば、液晶ポリマ(LCP))中でエッチング可能である。
2.第2のショットで、パラジウム添加材料をLDS材料でオーバーモールドして製品を形成する。LDS材料は、クロム酸エッチング液でエッチングすることができ、苛性の酸性エッチング液(例えば、ULTRAMID(登録商標)TKR4380LSとして販売されているナイロン)ではエッチングすることができない。
3.製品を苛性の酸性エッチング液中でエッチングする。
4.LDS材料に電気回路パターン等の所望のマーキングを用いてレーザ刻印する。
5.製品を所望の金属でめっきする。典型的な金属には、銅、ニッケル、パラジウム及び金がある。
プロセス4
1.第1のショットで、LDS材料をモールド成形する。LDS材料は、苛性の酸性エッチング液(例えば、ポリカーボネイトとアクリロニトリルブタジエンスチレンとの混合物(PC/ABS)、ナイロン)によってエッチングすることができない。
2.第2のショットで、LDS材料をパラジウム添加材料でオーバーモールドして製品を形成する。パラジウム添加材料は、苛性の酸性エッチング液(例えば、液晶ポリマ(LCP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT))によってエッチング可能である。
3.製品を苛性の酸性エッチング液中でエッチングする。
4.LDS材料に電気回路パターン等の所望のマーキングを用いてレーザ刻印する。
5.製品を所望の金属でめっきする。典型的な金属には、銅、ニッケル、パラジウム及び金がある。
Claims (56)
- 発熱装置に接続しかつ電源に接続するための相互接続装置であって、
ベース部材であって、上面及び下面並びに上面から下面に延在する開口を有するベース部材と、
該ベース部材上に設けられた第1及び第2のめっき部分であって、発熱装置が相互接続装置に接続されたときに発熱装置にヒートシンク機能を提供する第1のめっき部分と、上面に隣接する開口内に位置するとともに該開口内を下面に向って延在して発熱装置と電源との間に電気経路を提供する第2のめっき部分と、
前記ベース部材上の前記第1のめっき部分と前記第2のめっき部分との間にあり、前記第1のめっき部分から前記第2のめっき部分の少なくとも一部分を電気的に絶縁する絶縁性材料とを有する相互接続装置。 - 前記第2のめっき部品が、前記絶縁性材料によって前記第1のめっき部品から完全に絶縁されている、請求項1に記載の相互接続装置。
- 請求項1に記載の相互接続装置とLED装置との組合せ。
- 前記LED装置が相互接続装置に永久的に取付けられ、前記LED装置の接点が前記第2のめっき部分に接続されている、請求項3に記載の組合せ。
- 前記ベース部材内に設けられた熱拡散部材を更に有し、該熱拡散部材が前記LED装置の下に取付けられている、請求項3に記載の組合せ。
- 前記熱拡散部材が銅スラグである、請求項5に記載の組合せ。
- 熱拡散部材が基体と該基体から下方に延在する複数の脚とを有し、該脚が前記第1のめっき部分と係合している、請求項5に記載の組合せ。
- 請求項1に記載の相互接続装置と、LED装置と、電源を提供する回路部材との組合せ。
- 前記LED装置が相互接続装置に永久的に取付けられ、前記LED装置の接点が前記第2のめっき部分に結合されている、請求項8に記載の組合せ。
- 更に基体が上に設けられており、該基体が電球ソケットと結合することができる、請求項1に記載の相互接続装置。
- 請求項10に記載の相互接続装置とLED装置との組合せ。
- 前記LED装置がレンズカバーを有する、請求項11に記載の組合せ。
- 前記ベース部材が反射板を更に有し、該反射板がめっきされている、請求項1に記載の相互接続装置。
- 前記反射板がボール形状である、請求項13に記載の相互接続装置。
- 前記反射板が前記第1のめっき部分から電気的に絶縁されている、請求項13に記載の相互接続装置。
- 前記ベース部材に取付けられたサーマルパッドを更に有する、請求項1に記載の相互接続装置。
- 前記ベース部材内に設けられた熱拡散部材を更に有し、該熱拡散部材が前記サーマルパッドの下に取付けられている、請求項16に記載の相互接続装置。
- 前記ベース部材が基体と該基体から延在する少なくとも1本の脚とを有し、前記基体上に前記第1のめっき部分が設けられ、前記少なくとも1本の脚上に前記第2のめっき部分が設けられている、請求項1に記載の相互接続装置。
- 請求項18に記載の相互接続装置とLED装置との組合せ。
- 前記LED装置が相互接続装置に永久的に取付けられ、前記LED装置の接点が前記第2のめっき部分に接続されている、請求項19に記載の組合せ。
- 請求項18に記載の相互接続装置と、LED装置と、電源を提供する回路部材との組合せ。
- 前記LED装置が相互接続装置に永久的に取付けられ、前記LED装置の接点が前記第2のめっき部分に接続されている、請求項21に記載の組合せ。
- 前記基体が発熱装置のねじ形状部と嵌合うためのねじ形状部を有する、請求項18に記載の相互接続装置。
- 前記基体に設けられたフィンを更に有し、該フィンが前記基体から延出している、請求項18に記載の相互接続装置。
- 前記基体が該基体を貫通する複数のビアを有する、請求項24に記載の相互接続装置。
- 前記基体に設けられた熱拡散部材を更に有する、請求項25に記載の相互接続装置。
- 前記熱拡散部材が銅スラグである、請求項26に記載の相互接続装置。
- 請求項24に記載の相互接続装置とLED装置との組合せ。
- 前記LED装置が相互接続装置に永久的に取付けられ、前記LED装置の接点が前記第2のめっき部分と結合されている、請求項28に記載の組合せ。
- 前記ベース部材に設けられた熱拡散部材を更に有し、前記熱拡散部材が前記LED装置の下に取付けられている、請求項28に記載の組合せ。
- 請求項24に記載の相互接続装置と、LED装置と、電源を提供する回路部材との組合せ。
- 前記LED装置が相互接続装置に永久的に取付けられ、前記LED装置の接点が前記第2のめっき部分に結合されている、請求項31に記載の組合せ。
- 前記基体上に設けられたカバーを更に有し、使用する際に、発熱装置が前記基体と前記カバーとの間に捕捉される、請求項18に記載の相互接続装置。
- 前記カバーが少なくとも2個のばねビームを有し、該ばねビームが少なくとも前記電気経路の一部分を形成する、請求項33に記載の相互接続装置。
- 前記カバーが前記基体にヒンジ接続されている、請求項33に記載の相互接続装置。
- 前記基体がロック部材を有し、前記カバーが前記基体上の前記ロック部材と結合するロック部材を有する、請求項35に記載の相互接続装置。
- 前記カバーがスナップ嵌め接続によって前記基体に取付けられている、請求項33に記載の相互接続装置。
- 前記基体がロック部材を有し、前記カバーが前記基体上の前記ロック部材と結合するロック部材を有する、請求項37に記載の相互接続装置。
- 前記カバーを前記基体に取付けるためのクリップを更に有する、請求項33に記載の相互接続装置。
- 前記カバーが前記基体と一体的に形成されている、請求項33に記載の相互接続装置。
- 少なくとも3本の脚が設けられ、さらに、該脚のうちの2本に接続された一対のめっきばねビームを有し、該めっきばねビームが、前記発熱装置に接続し、かつ、前記第2のめっき部分の少なくとも一部分を形成することができる、請求項18に記載の相互接続装置。
- 前記基体が通路を有し、発熱装置が前記通路内に装着可能である、請求項41に記載の相互接続装置。
- 前記脚がその自由端に幅広足部を更に有する、請求項18に記載の相互接続装置。
- 前記幅広足部は、電源に表面実装のためのはんだ付によって固定することができるか、あるいは、電源にスナップ嵌めによって取付けることができる、請求項43に記載の相互接続装置。
- 請求項43に記載の相互接続装置と、LED装置と、電源を提供する回路部材との組合せ。
- 前記LED装置が相互接続装置に永久的に取付けられ、前記LED装置の接点が前記第2のめっき部分に結合されている、請求項45に記載の組合せ。
- 前記基体は該基体を貫通する複数のビアを有する、請求項1に記載の相互接続装置。
- 前記基体内に設けられた熱拡散部材を更に有する、請求項47に記載の相互接続装置。
- 前記熱拡散部材が銅スラグである、請求項48に記載の相互接続装置。
- 発熱装置を電源に相互接続するための相互接続装置であって、
上面及び下面並びに上面及び下面の間に延在する外側面を備えるベース部材であって、外側面に位置し、そこから半径方向に延在するフィンを備えるベース部材と、
該ベース部材上に配置され、発熱装置と電源との間に電気経路を提供するめっき材料の第1のパターンと、
前記ベース部材上に配置され、前記発熱装置のための放熱面を提供し、前記第1のパターンと分離しためっき材料の第2のパターンであって、主に熱的に機能し、一般に電気的に機能せず、複数のフィンを実質的に覆う第2のパターンとを有する相互接続装置。 - 前記めっき材料の第2のパターンが前記めっき材料の第1のパターンから延在し、かつ、前記めっき材料の第1のパターンに電気的に接続されている、請求項50に記載の相互接続装置。
- 前記めっき材料の第2のパターンが前記めっき材料の第1のパターンと電気的に分離している、請求項50に記載の相互接続装置。
- 前記ベース部材上に配置され、発熱装置と回路部材との間に追加の電気経路を提供するめっき材料の第3のパターンを更に有する、請求項50に記載の相互接続装置。
- 前記第2及び第3のパターンが電気的に相互接続されている、請求項53に記載の相互接続装置。
- 前記第2及び第3のパターンが電気的に分離している、請求項53に記載の相互接続装置。
- 前記めっき材料の第1のパターンと前記めっき材料の第2のパターンとが同じ材料から形成されている、請求項50に記載の相互接続装置。
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