CN102742039A - Led发光模块 - Google Patents

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Abstract

揭示一种发光模块。该发光模块包括导线框架体、导线框架、散热器、中间散热片和至少一个发光元件(LED)。导线框架体界定精确套合散热器的腔室，并且包括围绕焊接在散热器的金属交线上的发光元件的光学壁或反射壁。导线框架体包围并支撑导线框架的部分。导线框架从该导线框架体外部延伸到腔室中，以与散热器的焊盘精确对准。所有预对准的机械接触、热接触和电接触接着在紧密的环境控制之下，借由回流焊接工艺焊接，以防止对发光元件的损坏。建立了结实耐用的三维的光-电-机械组件，该组件在从其发光元件到其中间散热片的热路径中，具有非常低的热阻。

Description

LED发光模块
相关申请的交叉引用：
本发明请求2010年2月8日提出申请的序列号为61/302,474的美国临时专利申请的优先权，其全部揭示内容在此并入作为参考。本发明请求2010年7月15日提出申请的序列号为61/364,567的美国临时专利申请的优先权，其全部揭示内容在此并入作为参考。申请人要求2010年2月8日作为最早优先权日。
技术领域
本发明涉及发光装置。更具体而言，本发明涉及发光装置模块和照明设备。
背景技术
发光二极管(LED)通常使用掺杂有杂质的半导体材料制作，以建立P-N结。当将电位(电压)施加到P-N结时，电流流过该P-N结。电荷载子(电子和空穴)在该P-N结中流动。当电子遇到空穴时，电子落入较低能阶并且以光(光子、辐射能)和热(声子、热能)的形式释放能量。
在大多数应用中，光是来自LED所期望的能量形式，而热不是所期望的。这是因为热会引起且经常引起对LED的永久损坏，由于造成减少的光输出而使LED性能降低，并且导致过早的装置故障。
然而，在当前现有技术中，无法避免所不期望的热的产生。典型的面积为1mm2且厚度为0.10mm的高功率LED晶片具有仅0.003mm厚的P-N结有源层。但它仍会将1-2瓦的电能转化成辐射能和热能两种。大于50%的电能实际上转化成可瞬间加热整个LED的热能。典型地，这种LED在120度摄氏的接合温度下工作。也就是，这些LED在大于沸水(在100℃沸腾的水)温度的温度下工作。在120度摄氏以上，LED的正向电压将增加，从而导致更高的功耗。而且，其光输出将对应地下降并且其可靠性和平均寿命也将受到不利的影响。
热的问题对于高功率LED甚至更明显。对逐渐变亮的LED的需求日益增加。为了使LED更亮，最显然的方案是增加对LED施加的电功率。然而这导致LED在更高温度下工作。随着工作温度增加，LED的效率降低，导致光输出小于所希望或期望的光输出。也就是，仅作为范例而言，使LED的电功率加倍不会导致产生两倍的光量。相反地，光输出比期望的两倍发光度少得多。
热的问题因其中将LED封装在发光装置(诸如电灯泡)内的方式而更加恶化。当前技术中的发光装置(使用LED作为装置核心)通常将热捕捉在装置本身内。这减少了LED和装置本身的期望寿命。例如，市场上在售的许多LED具有50,000小时的期望工作寿命(此时LED输出下降到其原始输出的70%)。然而，发光装置(具有这种LED作为装置的发光元件)典型地仅规定35,000小时的期望工作寿命。
因此，仍然需求一种改进的LED模块，其消除或缓解了这些与热相关联的问题。
发明内容
本发明满足了该需求。在本发明的第一实施方式中，揭示一种发光模块。该发光模块包括导线框架体、导线框架、散热器和置于散热器上的至少一个发光元件。导线框架体界定一腔室。导线框架的第一部分被包围在导线框架体内，其中导线框架体提供对导线框架的导线的结构支撑和分离。散热器至少部分地定位于导线框架体的腔室内。散热器连接到导线框架。至少一个发光元件置于散热器上，使得由发光元件产生的热借由散热器从发光元件引走。
在各种实施方式中，发光模块可以包括任何一或多个以下特征的任何组合：导线框架体界定围绕腔室的反射表面。导线框架包括至少两个电导体。导线框架电气连接到散热器上的发光元件。第一体卡扣接合导线框架的第二部分。导线框架体包括第一主表面，第一主表面界定第一平面，并且其中导线框架相对于第一平面而弯曲。
散热器包括陶瓷基底和制作于基底上的金属交线层。该基底具有第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面。金属交线适于附接发光元件并且适于附接导线框架。
在散热器的替代实施方式中，散热器包括金属基底、在金属基底之上的第一介电层、在金属基底之下的第二介电层、在第一介电层上制作的金属交线层、在第二介电层之下制作的金属层和适于附接发光元件以及附接导线框架的金属交线。
发光元件可以包括包围在树脂内的发光结二极管。或者，发光元件可以包括发光二极管晶片。
在本发明的第二实施方式中，揭示一种发光模块。该模块包括导线框架、导线框架体和散热发光部件。导线框架包括电导体。导线框架体包围导线框架的第一部分，提供对导线框架的机械支撑。导线框架体界定一腔室。散热发光部件包括具有第一主表面的导热基底和在基底的第一主表面上的电交线。安装在基底上的发光元件电气连接到其金属电交线。导线框架电气连接到散热器的第一主表面的金属电交线。
在本发明的第三实施方式中，揭示一种散热器装置。该散热器装置包括金属基底、在金属基底之上的第一介电层、在金属基底之下的第二介电层、制作于第一介电层上的金属交线层、制作于第二介电层之下的金属层。金属交线适于附接发光元件以及适于附接导线框架。金属基底可以包括铝。第一介电层可以包括氧化铝。第二介电层可以包括氧化铝。
在本发明的第四实施方式中，揭示一种发光子组件。该子组件包括中间散热片和安装于中间散热片上的至少一个发光模块。发光模块包括：导线框架体，界定一腔室；导线框架，其中导线框架的第一部分被包围在导线框架体内；散热器，至少部分地定位于导线框架体的腔室内，散热器连接到导线框架；和至少一个发光元件，置于散热器上。借由覆盖散热器整个底表面区域的紧密焊点，散热器机械连接且热连接到中间散热片。
在该子组件中，中间散热片界定用于与发光模块接合的槽。中间散热片包括反射的顶表面。
附图说明
图1图示了根据本发明一个实施方式的发光模块的顶部透视图。
图2图示了图1的发光模块的底部透视图。
图3图示了图1和图2的发光模块的俯视图。
图4图示了图1至图3的发光模块的第一侧视图。
图5图示了图1至图3的发光模块的第二侧视图。
图6图示了图1和图2的发光模块的仰视图。
图7图示了沿着图3的A-A线所截取的图1至图3的发光模块的剖面侧视图。
图8图示了沿着图3的B-B线所截取的图1至图3的发光模块的剖面侧视图。
图9是标示出发光模块的部分的、图1和图2的发光模块的顶视图的另一图示。
图10是标示出发光模块的部分的、图1和图2的发光模块的仰视图的另一图示。
图11图示了根据本发明另一实施方式的发光模块的顶部透视图。
图12图示了图11的发光模块的局部分解的顶部透视图。
图13图示了图11的发光模块的局部分解的底部透视图。
图14图示了发光模块的部分的第一替代实施方式的分解侧视图。
图15图示了发光模块的部分的第二替代实施方式的分解侧视图。
图16图示了根据本发明另一实施方式的子组件的顶部透视图。
图17图示了图16的子组件的底部透视图。
图18图示了图16和图17的子组件的俯视图。
图19图示了图16和图17的子组件的仰视图。
图20图示了沿着C-C线所截取的图18的子组件的剖面侧视图。
图21图示了沿着D-D线所截取的图18的子组件的剖面侧视图。
图22图示了根据本发明又一实施方式的子组件的顶部透视图。
图23图示了根据本发明又一实施方式的子组件的顶部透视图。
图24图示了根据本发明又一实施方式的子组件的顶部透视图。
具体实施方式
现在将参照图示本发明的各个方面、实施方式或实现方案的附图描述本发明。在附图中，为说明性目的，结构、部分或元件的一些尺寸可能相对于其他结构、部分或元件的尺寸而扩大，从而用于帮助图示和揭示本发明。
本发明请求2010年2月8日提出申请的序列号为61/302,474的美国临时专利申请，以及2010年7月7日提出申请的序列号为61/364,567的美国临时专利申请的优先权，并且将其整体内容并入作为参考。并入的这些临时申请均包括附图和说明书，附图和说明书包括图号、元件符号和与图号和元件符号对应的描述。为了避免混淆以及为了更清楚地讨论本发明，在本文中不使用所并入的文件中使用的图号和元件符号。而在本文中使用新的图号、元件符号以及与图号对应的描述。
图1图示了根据本发明一个实施方式的发光模块1000的顶部透视图。图2图示了图1的发光模块1000的底部透视图。图3图示了图1和图2的发光模块1000的俯视图。图4图示了图1至图3的发光模块1000的第一侧视图。图5图示了图1至图3的发光模块1000的第二侧视图。图6图示了图1和图2的发光模块1000的仰视图。图7图示了沿着图3的A-A线所截取的图1至图3的发光模块1000的剖面侧视图。图8图示了沿着图3的B-B线所截取的图1至图3的发光模块1000的剖面侧视图。图9是标示出发光模块1000的部分的、图1和图2的发光模块1000的俯视图的另一图示。图10是标示出发光模块1000的部分的、图1和图2的发光模块1000的仰视图的另一图示。
图11图示了根据本发明另一实施方式的发光模块1100的顶部透视图。发光模块1100具有与图1至图10的发光模块1000相同的部件和元件，其中部分为不同配置。图12图示了图11的发光模块1100的局部分解的顶部透视图。图13图示了图11的发光模块1100的局部分解的底部透视图。图14图示了图12的发光模块1100的部分的第一替代实施方式的分解侧视图。图15图示了图12的发光模块1100的部分的第二替代实施方式的分解侧视图。
亦即，图1至图10图示了本发明的发光模块1000的不同视图。图11和图12图示了不同配置的称为发光模块1100的发光模块1000。为了避免重复和混淆，且为了更加清楚，在这些图中，并不是每一个涉及部分都在每一个图中标注。
参照图1至图13，在本发明的一个实施方式中，发光模块1000包括导线框架体1010、导线框架1020、至少一个散热器1050和置于散热器1050上的至少一个发光元件1080。
导线框架体
导线框架体1010典型地为模制塑胶，但可以是任何其他材料。导线框架体1010界定一腔室1012，散热器1050精确地定位于该腔室1012内。在图12和图13中最清楚地图示了该主体腔室1012。在所示实施方式中，散热器1050大部分或整个位于主体腔室1012内(在图12和图13中优选地图示)；然而，在其他实施方式中，散热器1050可以仅部分隐藏在主体腔室1012内部。导线框架体1010可从能够短时段忍耐超过200℃高温的热塑性塑胶或热固性塑胶做成。在任何情况下，主体腔室1012都大到足以露出发光元件1080同时提供对导线框架1020的机械支撑和结构支撑。
导线框架体1010界定围绕主体腔室1012的反射体表面1014。在所示实施方式中，主体腔室1012具有基本矩形的形状。因此，导线框架体1010界定四个反射体表面1014。然而，矩形表面的数目可以取决于主体腔室1012的形状而变化。反射体表面1014围绕其中放置发光元件1080的主体腔室1012。因此，反射体表面1014向所期望的方向反射并重新引导光(该光是从发光元件1080引导到该反射体表面的)。引导到反射体表面1014的光处于非常小的角度(如图8中的角度1015所示)并且在现有技术装置中丢失，该现有技术装置典型地为具有非反射平坦表面的MCPCB(金属芯印刷电路板)或PCB(印刷电路板)。因此，该模块的发光效率高于现有技术的发光效率。
在所示实施方式中，反射体表面1014的反射率大于85%。为了实现反射表面1014，导线框架体1010可以包括载入有反射材料诸如(仅作为范例)二氧化钛(TiO2)、硫酸钡(BaSO4)以及其他材料的高温热塑性或热固性塑胶。在一个实施方式中，用于导线框架体1010的材料为聚邻苯二甲酰胺(也称为PPA，高性能聚酰胺)，其商品名为Amodel，具有90%的反射率，散射百分比低。
导线框架
导线框架1020可以但不要求包括多个导线、部分或如所示的二者。在所示实施方式中，导线框架1020用于传导电功率，并且是诸如(仅作为范例)铜或其他金属合金的冲压金属。冲压金属例如可以为片状金属。
在所示实施方式中，导线框架1020包括四个导线，这四个导线从导线框架体1010外部、穿过导线框架体1010的本体延伸到主体腔室1012中。在主体腔室1012中，导线框架1020与散热器1050相接触。因此，在所示实施方式中，由于导线框架1020从导线框架体1010之外延伸到主体腔室1012中，所以导线框架体1010包围导线框架1020的位于导线框架体1010内的部分。这部分称为第一部分。在图9和图10中，为了更清楚地图示与导线框架体1010相关的导线框架1020，使用交叉影线标示出导线框架1020。这种包围配置通常称为二次成型(over molding)。
为了便于讨论，可以使用在导线框架元件符号1020之后的字母来表示导线框架1020的各个部分。例如，延伸到主体腔室1012中的导线框架1020的部分称为导线框架1020的内端1020A。通常，元件符号1020指示作为整体或整体的导线框架1020。
导线框架1020的内端1020A与散热器1050的金属交线1052接合。在所示实施方式中，导线框架1020的内端1020A焊接到散热器1050的金属交线1052上。焊接方法可以是任意合适的方法，例如回流焊接工艺，其中将一小撮焊料膏剂加热到其熔化温度；从而内端1020A和交线1052通过紧密的焊点结合在一起。
此处，导线框架体1010用作在所有导线框架1020与对应的金属电路交线1052之间的对准装置，所有发光元件1080到散热器1050的焊接可以同时完成。这简化了工艺时间并减少LED多于一次地暴露于热。此外，导线框架体1010提供导线框架1020的多个导线之间的电气隔离和对准。
导线框架的外端1020B适于连接到外部电源。导线框架1020可以弯曲成各种形状或者形成为各种形状，以适合安装要求。类似地，其他部分1020C可以在体外延伸用于其他目的，仅作为范例，诸如安装本文未图示的附加部件或者与本文未图示的附加部件接合。
图1和图2的重新配置的发光模块1000的一个实施方式在图11至图13中图示为发光模块1100。发光模块1100具有与图1和图2的发光模块1000相同的元件或部件；然而，其导线框架1020弯曲90度(正交)，以便与位于该模块的光学前面之后的其电部件的焊接连接；并且提供容易与热部件或机械部件的接合(仅作为范例)该热部件或机械部件，诸如图示于图16至图24且在下面更详细的讨论的中间散热片1090。正交弯曲是相对于由导线框架体1010界定的第一主表面1016所界定的平面为90度。然而，在本发明中，弯曲角度不限于90度。
该弯曲配置允许发光模块1100利用图中所示和下面讨论的其体卡扣(snap in body)结构卡扣入另一组件。这有助于产生较低制造成本和时间的制造工艺。
一旦与中间散热片1090组装，整个组件可以成为一般照明应用的核心部件，仅作为范例并且不作为限制，该一般照明应用诸如电灯泡、照明灯具、路灯或停车灯模块。
体卡扣
体卡扣1030可以用于提供对导线框架1020的附加结构支撑以及导线框架1020的导线之间的电隔离。如图示，体卡扣1030接合或者围绕与导线框架1020的外端1020B最接近的导线框架1020的第二部分。体卡扣1030可以包括诸如指状卡扣1030A之类的部分，以与下面将讨论的诸如中间散热片之类的其他部件牢固地接合。体卡扣1030的止动件1030B部分允许体卡扣1030与诸如图16至图24所示的中间散热片之类的配套部件扣紧。
散热器
如图所示并且更清楚地在图9和图10中所示，散热器1050连接到导线框架1020。下面更详细地讨论与散热器1050相关联的层及其与导线框架1020的连接。
在散热器1050上放置至少一个发光元件1080。在所示实施方式中，发光模块1000包括六个发光二极管封装体(LED)。每个二极管封装体包括包封在例如硅酮或环氧树脂的密封剂中的至少一个发光晶片。在替代实施方式中，每个发光元件1080可以具有至少一个原始(raw)发光晶片。每个发光元件1080可以具有任何颜色或者不同颜色或尺寸的混合的几个LED晶片。而且，可以放置在散热器1050上的不同颜色和尺寸的发光元件1080仅受其物理限制和电限制，并且根据应用可以为非常大。
如果发光晶片用作发光元件1080，则在散热器1050上制作晶片的裸片粘附之后进行导线键合，并且最终进行包封工艺。在该配置中，散热器1050也用作多个发光晶片的基底。而且，由于其大的光学透镜可以放置在整个主体腔室1012之上并且接着利用硅酮凝胶填充以将其光学地耦合到它下方的所有发光元件，所以包封工艺可以是简单的。密封剂可以填充磷光剂，以改变安装在散热器上的LED晶片的波长。或者，密封剂可以载入一些精细颗粒的反射材料，仅作为范例，该反射材料诸如二氧化钛(TiO2)、硫酸钡(BaSO4)和其他材料。
散热器1050可以由例如涂覆有介电的铝或陶瓷的任何导热材料制成。用于散热器1050的其他合适材料的例子包括但不限于诸如氧化铝、氮化铝或阳极氧化铝的陶瓷。
散热器1050的尺寸可以很大地变化。例如，散热器1050可以具有范围从亚毫米(mm)到若干厘米(cm)的厚度。在所示实施方式中，散热器1050的厚度范围根据大小和要求，从1mm以下到几mm。
图14图示了散热器1050的第一替代实施方式的分解侧视图，并且此处称为散热器1050A。参照图1至图14但主要是图14，散热器1050A包括用陶瓷制成的基底1054A。基底1054A具有第一主表面1056和与第一主表面1056相对的第二主表面1058。金属交线层1052制作在第一主表面1056上。金属交线1052适于附接发光元件1080。
另外，金属交线1052适于附接导线框架1020的内端1020A。由于基底1054A是陶瓷的(由此电气绝缘)，所以不需要绝缘材料来将基底1054A与交线1052隔离。金属层1060制作在第二主表面1058上。金属层1060允许散热器1050焊料附接到如图16至图24所示且在下面更详细讨论的中间散热片1090。接着，使用焊料层1062来将散热器1050与中间散热片1090结合在一起。该焊料层1062可以是但不要求是无铅的。无铅焊料具有约57瓦/米-开氏度(watts per meter degrees Kevin)的典型导热率。这明显高于其他热接触方法。焊料层1062用于将散热器1050A焊接到如图16至图24所示且在下面更详细讨论的中间散热片1090上。与当前使用的螺钉附接的技术相比，焊接散热器1050A建立更佳的热接触(散热器1050A与中间散热片1090之间)。
图15图示了散热器1050的第二替代实施方式的分解侧视图，并且此处称为散热器1050B。参照图1至图15但主要是图15，散热器1050B包括用铝制成的基底1054B。介电层1064和1066包括诸如氧化铝的绝缘材料。绝缘层可以使用阳极氧化工艺制作。这防止交线1052短路。同样，基底1054B具有第一主表面1056和与第一主表面1056相对的第二主表面1058，在第一主表面1056和第二主表面1058上分别具有其介电层1064和1066。金属交线层1052使用薄膜和镀覆工艺的组合制作于第一主表面1056的介电层1064上。仅作为范例，金属交线1052可以包括钛、镍、铜、镍和金，并且适于焊接到发光元件1080。另外，金属交线1052适于焊接到导线框架1020的内端1020A。
在阳极氧化铝上不需要粘合剂来将交线1052结合到介电层1064。在所示实施方式中，阳极氧化层的厚度大致在33-55微米的范围中。由于氧化铝层1064和1066具有约为18瓦/米-开氏度的高导热率，所以与现有技术的照明模块中通常使用的MCPCB(金属芯印刷电路板)的导热率相比，阳极氧化铝的导热率高得多。使用MCPCB的现有设计典型地具有少于2瓦/米-开氏度的较低导热率。因此，与现有技术相比，本发明提供较高导热率来从发光元件1080移走热。
阳极氧化铝散热器1050B使用其氧化铝层1064和1066作为自然介电层。相比之下，现有技术的MCPCB使用有机介电层作为电介质。
在所示实施方式中，阳极氧化铝介电层1064和1066大致为33微米至55微米厚且它们的导热率大致为18瓦/米-开氏度。相比之下，MCPCB的有机介电层典型地为75微米至125微米厚且它们的导热率在大约2瓦/米-开氏度的范围中。因此，本发明的阳极氧化铝散热器1050具有更优越的导热性能。
金属层1060制作在第二主表面1058的介电层1066上。同样，金属层1060允许将散热器1050焊料附接到中间散热片1090。焊料层1062用于将散热器1050B焊接到如图16至图24所示且在下面更详细讨论的中间散热片1090。与当前使用的具有较少接触表面且具有高介面电阻的螺钉附接技术相比，焊接散热器1050建立更佳的热接触(散热器1050与中间散热片1090之间)。
在一个范例性实施方式中，散热器1050由铝制成，具有174mm2的顶表面面积和0.63mm的厚度。在具有六个发光元件1080焊接在金属交线1052上且每个发光元件需要约1mm2的面积的情况下，散热器1050与发光元件1080的表面面积比为174:6，或者大致为29:1。如此，其散热电阻几乎为零。
组合的散热器1050和发光元件1080此处称为散热照明部件。
中间散热片
图16图示了根据本发明另一实施方式的发光子组件1200的顶部透视图。图17图示了图16的发光子组件1200的底部透视图。图18图示了图16和图17的发光子组件1200的俯视图。图19图示了图16和图17的发光子组件1200的仰视图。图20图示了沿着C-C线所截取的图18的发光子组件1200的剖面侧视图。图21图示了沿着D-D线所截取的图18的发光子组件1200的剖面侧视图。
参照图16至图21，子组件1200包括中间散热片1090和安装在中间散热片1090上的至少一个发光模块1100。发光模块1100是上面更详细讨论的图11至图13的相同发光模块。
中间散热片1090焊接(结构连接且热连接)到散热器1050。散热器1050又焊接(结构连接且热连接)到发光元件1080。这在图20和图21中更清楚地图示。因此，由发光元件1080产生的热，借由散热器1050从发光元件1080引走。然后通过中间散热片1090将热从散热器1050引走。
中间散热片1090根据最终产品设计要求可以具有任何形状和大小。在所示实施方式中，中间散热片1090由诸如铜合金或铝合金(仅作为范例)的金属制成并且可以镀覆有镍。这种镀覆允许散热器1050更容易地焊接到中间散热片1090。中间散热片1090界定槽1094，以允许发光模块1100的部分通过该槽并由此与中间散热片1090接合。此外，槽1094有助于中间散热片1090对准到发光模块1100。使用该对准技术，该制造工艺与现有产品的制造工艺相比具有较少劳力密集度。这带来组件的更高产量和更低成本。
中间散热片1090由光学反射元件覆盖或者其本身在顶侧1092上涂覆有反射材料以形成反射碗，从而反射和回收光，由此使光损耗最小化。反射材料或反射部件可以具有表面贴有几埃(angstroms)厚的银镀层或者铝镜。
在所示实施方式中，由发光元件1080产生的热通过散热器1050从发光元件1080引走，该散热器1050将热散播到其自身体内，其自身具有比发光元件1080大得多的热质量。沿着热路径进一步向下，热传导到中间散热片1090，该中间散热片1090的尺寸和表面面积是散热器1050的尺寸和表面面积的很多倍。因此，由发光元件1080产生的热有效地从发光元件1080移走，由此减少了热对发光元件1080的不利影响，诸如光输出的下降、对LED晶片的损坏以及最终缩短的使用寿命。
图22图示了根据本发明另一实施方式的发光子组件1300的顶部透视图。参照图22，子组件1300包括中间散热片1310和安装在中间散热片1310上的至少一个发光模块1100。发光模块1100是在上面更详细讨论的图11至图13的相同发光模块。
与碗状中间散热片1090(图16至图21)相反，在所示实施方式中，中间散热片1310为基本上平坦的。此外，中间散热片1310一般具有平坦的圆柱形状。然而，中间散热片1310在组分和功能上类似于中间散热片1090(图16至图21)。例如，中间散热片1310由诸如金属合金的导热材料制成。此外，中间散热片1310具有涂覆有反射材料的顶表面1312。而且，中间散热片1310界定槽1314，用于帮助中间散热片1310与一个发光模块1100的接合和对准。
图23图示了根据本发明又一实施方式的发光子组件1400的顶部透视图。参照图23，子组件1400包括中间散热片1410和安装在中间散热片1410上的至少一个发光模块1100。发光模块1100是在上面更详细讨论的图11至图13的相同发光模块。
与碗状中间散热片1090(图16至图21)相反，在所示实施方式中，中间散热片1410为基本上平坦的。此外，中间散热片1410一般具有矩形棱柱形状。然而，中间散热片1410在组分和功能上类似于中间散热片1090(图16至图21)。例如，中间散热片1410由诸如金属合金的导热材料制成。此外，中间散热片1410具有覆盖有光学反射元件或其本身涂覆有反射材料的顶表面1412。而且，中间散热片1410界定槽1414，用于帮助中间散热片1410与一发光模块1100的接合和对准。
图24图示了根据本发明又一实施方式的发光子组件1500的顶部透视图。参照图24，子组件1500包括中间散热片1510和安装在中间散热片1510上的至少一个发光模块1100。实际上，在所示实施方式中，发光子组件1500包括两个发光模块1100。发光模块1100是在上面更详细讨论的图11至图13的相同发光模块。
同样，与碗状中间散热片1090(图16至图21)相反，在所示实施方式中，中间散热片1510为基本上平坦的。此外，中间散热片1510一般具有矩形棱柱形状。然而，中间散热片1510在组分和功能上类似于中间散热片1090(图16至图21)。例如，中间散热片1510由诸如金属合金的导热材料制成。此外，中间散热片1510具有覆盖有光学反射元件或其本身涂覆有反射材料的顶表面1512。而且，中间散热片1510界定槽1514，用于帮助中间散热片1510与一发光模块1100的接合和对准。
中间散热片1090、1310、1410、1510将热从散热器1050传送到最终散热片。最终散热片在许多应用中为包括发光子组件1200、1300、1400和1500的诸如电灯泡之类的照明设备的本体。在该照明设备的本体处，热通常通过转换到周围的空气或者甚至转换到诸如外部散热片的其他散热机制而散发。
热路径
参照图1至图24，且更具体地参照图16至图24，如图示，由发光元件1080产生的热的热路径借由散热器1050从发光元件1080引走，该散热器1050将热散播到它自己体内，它自己具有比发光元件1080大得多的热质量。同时，热接着被传导到中间散热片1090，中间散热片1090具有比散热器1050的尺寸甚至更大的尺寸以及大得多的表面面积。因此，由发光元件1080产生的热有效地从发光元件1080移走，由此减少了热对发光元件1080的不利影响，诸如光输出的降低、对发光元件1080的损坏以及最终缩短的使用寿命。
对于其包括的散热器1050A具有图14所示配置的子组件1200、1300、1400、1500，从发光元件1080到中间散热片1090、1310、1410、1510的热路径如下：热通量从发光元件1080按以下顺序流到焊料、金属交线1052、陶瓷基底1054A、金属层1060、焊料1062、最终流到中间散热片1090、1310、1410、1510。
对于其包括的散热器1050B具有图15所示配置的子组件1200、1300、1400、1500，从发光元件1080到中间散热片1090、1310、1410、1510的热路径如下：发光元件1080到焊料到金属交线1052到介电层1064到基底1054B到介电层1066到金属层1060到焊料1062到中间散热片1090、1310、1410、1510。
例如，在试验和测试中已经证实，具有大约150mm2的顶部表面面积和0.63mm的厚度的氧化铝散热器1050可以为六个发光元件(每个元件包括1-2瓦的LED封装体)有效地提供可忽略的散热电阻。仅在LED晶片非常紧密地集中在一起的情况下，使用诸如AlN或阳极氧化铝的导热更好的陶瓷。
组件、构造和附加优势
参照图1至图24，并且更具体地参照图14、图15、图20和图21，已经讨论了将发光元件1080焊接到发光模块1000和1100的金属交线1052上，以及将散热器1050焊接到中间散热片1090、1310、1410、1510上。
在本发明中，所示设计允许使用回流焊接技术来同时将所有发光元件1080焊接到金属交线1052并且同时将所有导线框架1020和散热器1050焊接到中间散热片1090、1310、1410、1510。也就是，仅需要一个或者最多两个焊接循环来焊接所有发光元件1080以形成热有效子组件。这相对于其中需要热压焊接技术来焊接从电源到MCPCB(金属芯印刷电路板)的松散接线的现有技术而言是明显优势的，其中在MCPCB中首先焊接发光二极管封装体。此外，在本发明中，在一个或两个回流焊接循环期间，发光元件1080仅暴露于其可允许的峰值温度和持续时间，因此受保护而免于过热或过暴露。这些因素减少了在制造工艺期间损坏发光元件1080的风险。
而且，在制造中，可以执行第一回流焊接工艺来将所有发光元件1080焊接到散热器1050，然后执行第二回流焊接工艺来将散热器1050一次都焊接到导线框架1020和中间散热片。对于这两个回流工艺可以使用相同的焊料合金，因为来自第一回流焊接的焊料已经吸收其他金属作为杂质，并且将不会在第二回流焊接期间熔化。因而，发光元件1080将不会由于再次相同的共晶焊接温度而在第二回流期间被拆焊。
本发明具有很多潜在应用，包括任何瓦数的照明产品以及各种发光性能和物理大小及连接的照明产品，诸如电灯泡。这种设备可以比具有相同发光性能的现有技术更便宜地构建。其三维模块化设计可以用作任何可想到的照明产品的光引擎，该照明产品诸如路灯、体育场灯、工厂灯、安全灯或任何照明产品。
结论
根据上述内容将理解到，本发明是新颖的并且提供相对于现有技术的优势。尽管上面描述和图示了本发明的特定实施方式，但本发明不限于此处描述和图示的部件的特定形式或布置。例如，可以使用不同的配置、大小或材料来实施本发明。

Claims (21)

1.一种发光模块，该模块包括：
一导线框架体，该导线框架体界定一腔室；
导线框架，其中该导线框架的第一部分被包围在该导线框架体内；
一散热器，至少部分地定位于该导线框架体的该腔室内，该散热器连接到该导线框架；及
至少一个发光元件，置于该散热器上。
2.根据权利要求1所述的模块，其中该导线框架体界定围绕该腔室的一反射表面。
3.根据权利要求1所述的模块，其中该导线框架包括至少两个电导体。
4.根据权利要求3所述的模块，其中该导线框架电气连接到该散热器上的该发光元件。
5.根据权利要求1所述的模块，进一步包括与该导线框架的第二部分接合的一第一体卡扣。
6.根据权利要求5所述的模块，其中该导线框架体包括一第一主表面，该第一主表面界定一第一平面，且其中该导线框架相对于该第一平面而弯曲。
7.根据权利要求1所述的模块，其中该散热器包括：
一陶瓷基底，具有一第一主表面和与该第一主表面相对的一第二主表面；
一金属交线层，制作在该第一主表面上；
该金属交线适于附接发光元件；及
该金属交线适于附接该导线框架。
8.根据权利要求1所述的模块，其中该散热器包括：
一金属基底；
在该金属基底之上的一第一介电层；
在该金属基底之下的一第二介电层；
在该第一介电层上制作的一金属交线层；
在该第二介电层之下制作的一金属层；
该金属交线适于附接发光元件；及
该金属交线适于附接该导线框架。
9.根据权利要求1所述的模块，其中该发光元件包括被包围在树脂内的发光二极管(LED)。
10.根据权利要求9所述的模块，进一步包括发出具有一第一颜色的光的一第一LED和发出具有一第二颜色的光的一第二LED。
11.根据权利要求1所述的模块，其中该发光元件包括发光二极管(LED)晶片。
12.根据权利要求11所述的模块，进一步包括发出具有一第一颜色的光的一第一LED晶片和发出具有一第二颜色的光的一第二LED晶片。
13.根据权利要求11所述的模块，进一步包括包围该LED晶片的密封剂。
14.根据权利要求13所述的模块，其中该密封剂包括磷光剂，以修改由该LED晶片发出的光的波长。
15.根据权利要求13所述的模块，其中该密封剂包括扩散剂，以扩散由该LED晶片发出的光。
16.一种发光模块，该发光模块包括：
导线框架，包括电导体；
导线框架体，包围该导线框架的第一部分，对该导线框架提供机械支撑，该导线框架体界定一腔室；
一散热发光部件，该部件包括：
一导热基底，其具有一第一主表面；
电交线，其在该基底的该第一主表面上；
发光元件，安装在该基底上且电气连接到该电交线；及
其中该导线框架电气连接到该散热发光部件的该第一主表面的该等电交线。
17.一种散热器装置，该装置包括：
一金属基底；
在该金属基底之上的一第一介电层；
在该金属基底之下的一第二介电层；
制作于该第一介电层上的一金属交线层；
制作于该第二介电层之下的一金属层；
该金属交线适于附接发光元件；及
该金属交线适于附接该导线框架。
18.根据权利要求17所述的散热器装置，其中该金属基底包括铝，该第一介电层包括氧化铝，并且该第二介电层包括氧化铝。
19.一种发光子组件，所述子组件包括：
一中间散热片；
至少一个发光模块，安装于该中间散热片上；
其中该发光模块包括：
一导线框架体，界定一腔室；
导线框架，其中该导线框架的第一部分被包围在该导线框架体内；
一散热器，至少部分地定位于该导线框架体的该腔室内，该散热器连接到该导线框架；
至少一个发光元件，置于该散热器上；及
其中该散热器热连接到该中间散热片。
20.根据权利要求19所述的子组件，其中该中间散热片界定用于与该发光模块接合的槽。
21.根据权利要求19所述的子组件，其中该中间散热片包括一反射顶表面。
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