CN106537024A - 半导体灯 - Google Patents

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Abstract

一种半导体灯(1)具有至少一个设置在基体(6)的正面(7)的半导体光源(8)和用于控制至少一个半导体光源(8)的驱动电路(11)，其中驱动电路(11)的至少一部分固定在基体(6)的远离至少一个半导体光源(8)的背面(10)上。本发明特别可以用于改装灯，特别是白炽灯的或卤素灯的改装灯。

Description

半导体灯
技术领域
本发明涉及一种半导体灯，该半导体灯具有至少一个设置在基体的一侧上的半导体光源和用于控制至少一个半导体光源的驱动电路，本发明特别可以用于改装灯，特别是白炽灯改装灯或卤素灯改装灯。
背景技术
已知一种改装灯，其中驱动电路板安放在壳体的正面开放的驱动空腔中。正面通过用作冷却体的金属盖封闭。装配有发光二极管(“LEDs”)的载体(“LED载体”)设置在冷却体的外侧。驱动电路板和LED载体成型为两个分开的部件，其通过不同的接触件(插头、焊料、电缆等等)穿过冷却体电连接。对于当前的连接方法而言，几乎不存在简单或廉价的用机器穿引电连接导体通过冷却体的方法。这个制造步骤大多用手进行。
另一缺点在于，从LEDs通过位于之间的载体到冷却体的热传递并不有效。为了改善热传递，将昂贵的金属芯电路板部分地用作LED载体。替换性地可以使用薄的(例如0.5mm厚)的FR4电路板，该电路板同样地导致成本提升并且只能有限地降低从LEDs到冷却体的热阻。
发明内容
本发明的目的在于，至少部分克服现有技术中的缺点。目的特别在于，提出一种能够简化半导体灯的驱动电路板与所属的半导体光源、特别是LEDs的电接触可能性。特别的目的还在于以结构简单和成本低廉的方式提出一种半导体灯，该半导体灯能够廉价地进行从半导体光源、特别是LEDs的热传导。
该目的根据独立权利要求的特征实现。优选的实施方式特别是在从属权利要求中给出。
该目的通过一种半导体灯实现，该半导体灯具有至少一个设置在基体的第一面(下文称为“正面”而不失去概括性)上的半导体光源和用于控制至少一个半导体光源的驱动电路，其中驱动电路的至少一部分固定在基体的远离至少一个半导体光源的第二面(下文称为“背面”而不失去概括性)上。
通过使驱动电路板不再固定在与半导体光源的基体分开的电路板上，消除了两个载体的电连接的必要性，这显著地简化了制造。也实现了用于接触件(插头、电缆等等)的部件的减少并因此在部件成本上的节省。此外，节省了一个载体。用于这个装配的基板的制造过程(例如结合波形焊接和SMD焊接)能够与用于所有常见的两面的电路板的制造过程相比较并且因此已知，能够使用和廉价。这又能够节省用于例如激光焊接的特殊机器的投资成本和/或节省手动加工的空间。除此之外，迄今的驱动电路板和LED载体的接触件常常是机械方面的薄弱点和制造技术的薄弱点并且因此常常成为对于质量保证和实现高的寿命的问题。因为这个接触件在本发明中不再必要，质量和使用寿命能够提高或者故障率能够最小化。
驱动电路能够具有多个电气的和/或电子的部件，以便于将输入到底座中的电气信号转换成适用于至少一个半导体光源的电气信号。驱动电路的所有的部件不需要都在背面上，而是其中几个部件能够在正面上，特别是小的和/或平面的部件，如电阻。例如厚层电阻。大的部件例如集成电路、电容、线圈、电子开关等等优选只固定在基体的背面上。
然而，对于正面的占位小和平面的设计而言有利的设计方案是，驱动电阻的所有部件在背面上。
特别地，至少一个半导体光源包含至少一个发光二极管(“LEDs”)。在存在多个发光二极管的条件下，这些发光二极管可以以相同颜色或者不同颜色发光。一个颜色可以是单色的(例如，红、绿、蓝等等)或者多色的(例如白)。由至少一个发光二极管照射的光也可以是红外光(IR-LED)或者紫外线光(UV-LED)。多个发光二极管可以产生混合光；例如白色的混合光。至少一个发光二极管可以含有至少一个波长转换的发光材料(转换LED)。发光材料可以替换性地或额外地设置为与发光二极管远离(远程磷光体)。至少一个发光二极管可以移至少一个单个的封闭的发光二极管的形式或者以至少一个LED芯片的形式而存在。多个LED芯片可以安装在共同的基体(“基板(Submount)”)上。至少一个发光二极管可以装有至少一个独自的和/或共同的用于光束导向的光学元件，例如至少一个菲涅耳-透镜、准直仪和其他。对于无机的发光二极管而言代替地或额外地，例如基于InGaN或者AlInGaP，一般也可以使用有机的LEDs(OLEDs，例如聚合物OLEDs)。替换性地，至少一个半导体光源可以例如具有至少一个激光二极管。
特别地，半导体灯在其后面的末端上具有用于机械的和电气连接到灯座的底座。底座能够例如是爱迪生底座或引脚底座。特别地，基体的背面指向底座的方向(指向后)并且正面远离底座(指向前)。
一般而言，“后面”或“向后”可以理解为朝着底座的方向或者取向。类似地，“前面”或“向前”可以理解为远离底座的方向或取向。同样地，“正面”或者“向前”可以理解为朝向光射出区域的方向或取向。扩展方案在于，半导体灯具有纵轴，该纵轴从后面的底座区域延伸到前面的光照区域。于是，“前侧”或“向前”可以理解为在纵轴方向上设置或取向并且“后面”或者“向后”可以理解为与纵轴方向相反的设置或取向。
基体能够具有每种合适的电绝缘的基底材料，例如常规的用于电路板的基底材料，例如FR4、其他塑料或者陶瓷。也可以使用金属芯电路板。基体能在其正面和/或在其背面上具有一个导电结构(例如包含至少一个导电电路和/或至少一个接触区域)。替换性地或额外地，在基体上固定的部件能够通过通地线或诸如此类措施电连接。然而，也可以使用其他连接方式。
设计方案在于，冷却体或散热器平面地放置在基体的正面上。这因为冷却体不再需要设置作为驱动电路板和LED载体之间的隔壁是可能的。这个设计方案具有的优点在于，基体在半导体光源所处的一面上通过冷却体冷却，消除了穿过基体的热阻并且使冷却体特别有效地热学连接到半导体光源上。改善的冷却连接也能够减少灯中的材料(例如铝)并且由此优化成本。改善的冷却连接此外能够提高使用寿命，能够使用廉价的部件和/或轻易地免除灌注材料(参见下文)。然而，特别地在至少一个半导体光源的只有小的功率的条件下，也可以不用冷却体。
冷却体能够例如由陶瓷或者金属组成，例如由铝组成。
还有一个设计方案，即，冷却体具有至少一个用于至少一个半导体光源的空隙，从而半导体光源的光实际上能够无障碍地穿过。冷却体也可以具有例如用于其他部件、焊点和/或用于结构部件如支承腿等等的引线的其他的空隙。空隙一般而言允许冷却体直接覆层或者仅以非常小的缝隙的覆层并且因此允许特别小的热阻。
另一设计方案在于，冷却体是具有平板形的底部和从底部弯曲的侧面边缘的壳形的冷却体，其中为了至少一个半导体光源而设的至少一个空隙在该底部中引入。这种冷却体能够简单地制造。
还有一种其他的设计方案在于，冷却体借助于粘合性的、导热层固定在基体上，特别是能够粘合在其上。其中这允许了只具有非常少的热阻的固定的连接。粘附性的导热层能够例如是TIM(“热接口材料”)薄膜。导热层也能够由导热膏组成。
扩展方案在于，冷却体通过导热性良好的间隙填充物紧贴在基体的正面上。由此，可以免除在底部中的空隙(“例如用于焊点”)，因为通过间隙填充物能够在冷却体与基体的正面之间设置较大的间距。相比于通常的基体材料而言，间隙填充物具有显著较高的导热性能。其例如能够由导热膏组成。
此外，设计方案在于，基体安放在壳体中。这实现了接触安全性和相对于机械的和化学的应力的保护。
基体能够在壳体中力配合地(例如通过压力配合或者夹持配合)、形状配合地和/或材料接合地(例如通过粘合材料)固定。例如能够在壳体中在内侧上的保持接片上或者在壳体的阶梯上紧贴。
特别地，壳体由电绝缘材料，特别是塑料组成。壳体能够一件式或者多件式成型。
特别地，壳体具有后面的底座区域，底座区域能与至少一个电接触件构成半导体灯的底座。底座能够例如是爱迪生底座或者引脚底座。
另外，设计方案在于，壳体在正面是打开的。这允许了半导体灯的部件的使用。此外，确定了接合方向，这将制造复杂性保持在了低的水平上。
设计方案也还在于，冷却体的侧面边缘平面地紧贴在壳体的内侧面上。这允许了有效的散热到壳体和散热穿过壳体以及例如以夹持配合的方式可靠地放置到壳体中。为此，侧面边缘特别地插入，例如夹紧在保持接片和固定的壳体壁之间。保持接片能够在上侧支承基体。侧面边缘特别地向后延伸。其能够具有一个或多个中断，以便于能提供弹性的变形性能。
此外，设计方案在于，驱动电路在壳体中由灌注材料包围。这改善了到壳体上的热传导，因为灌注材料具有比空气更小的热阻。此外，特别地保护驱动电路(并且如有必要，从其出发的导体，例如朝向底座)例如免受机械的应力。灌注材料能够例如在已装配的基体引入之后填充到壳体中。优选地，填充最大直到基体的高度上，以便于避免损坏或者盖住LED芯片。
还有一个设计方案在于，基体只在一个面上具有导电结构并且在基体另一面上固定的部件与导电结构通过穿过基体的导电引线电连接。这种基体特别廉价。替换性地，可以使用两侧都设有导电结构的基体。
导电的引线能够是独立的引线，例如成型为至少一个穿孔接触件或者至少一个通孔(垂直互连接入)。替换性或额外地，导电的引线能够成型为用于通孔插装(也称为“通孔技术”，THT或者“销孔技术”，PIH)成型的部件的连接销，例如驱动电路的电气或者电子部件的连接销。驱动电路的部件特别地能够是THT部件，其连接销或者连接腿例如穿过基体并且在正面上电连接到，例如在那里焊接。替换性地或额外地，例如至少一个的部件能够在背面上与通孔(Via)电连接，例如SMD部件在通孔上焊接。
还有一个设计方案在于，在冷却体下游连接至少一个光学部件，该光学部件具有向后突出的支承腿或足，支承腿穿过冷却体的底部中的相应空隙空隙到达基体。支承腿能够以简单的方式相对于至少一个半导体光源准确地定位光学部件。其能够例如用作距离保持件。空隙能够用作定向辅助件和侧向的引导件。
此外，设计方案在于，半导体灯是改装灯。这种改装灯能够代替传统的不使用半导体光源的灯并且因此特别是具有用于连接到传统的灯座上的底座。改装灯例如能够是例如具有爱迪生底座(例如E14或者E27型)的白炽灯-改装灯。其也能够是例如具有引脚底座(GU型、例如GU10或GU5.3)的卤素灯-改装灯。
附图说明
本发明的上述特性、特征和优点以及其实施的类型和方式连同实施例的下面示意性的描述中将会理解得更清楚且更明白，实施例连同附图详细阐述。在此，为了一目了然，相同的和相同作用的部件用相同的附图标记。
图1以斜视角度示出了根据第一实施例的半导体灯的分解图；
图2以斜视角度示出了根据第一实施例的半导体灯的选择的部分的分解图；
图3以斜视角度示出了根据第一实施例的、已组合的半导体灯的部分剖面图；
图4以斜视角度示出了根据第一实施例的半导体灯的剖面的部分剖面图。
具体实施方式
图1以斜视角度示出了成型为卤素灯改装灯的半导体灯1的分解图；半导体灯1具有带杯斗形的基本形状的壳体2，壳体在其后面的末端上具有底座区域3。壳体2在此部分切开地示出。半导体灯1具有从后(底座区域3)向前(光照区域)延伸的纵轴A。
底座区域3用于将半导体灯1的机械固定在例如卤素灯的常规的引脚灯座(未示出)中。为了进一步机械固定和电连接半导体灯1，两个金属的连接销4从底座区域3的后端面向后突出，这两个连接销与底座区域3共同构成了半导体灯1的例如“GU”型的，如GU10的引脚底座。
壳体2从前面打开，其中能够通过前面的开口5插入基体6。如图2更详细示出的，基体6在此成型为圆盘形的FR4或CEM基体。在基体6的正面7上设置以LED芯片8形式的的多个半导体光源。LED芯片8通过在正面7上的接触弹簧9互相连接。接触弹簧9由例如铜的金属层构成并且共同构成了导体结构。
在基体6的背面10上固定用于控制LED芯片8的驱动电路的部件11。这样基体6是既用于LED芯片8又用于驱动电路的部件11的共同的基体。基体6的正面6和背面10原则上互相电绝缘。驱动电路的部件11和LED芯片8的电连接通过在基体6的正面6和背面10之间的至少一个导电的引线(未示出)实现。
一种变体为，基体6在双面各设有相应的导电结构，这些导电结构能够分别具有一个或多个导体电路和/或接触弹簧。导电结构在此具有四个接触弹簧9，其将空间上环形地设置的LED芯片8串联电连接。特别廉价的变体在于，基体6只在一面，例如在此是正面上设有一个相应的导电结构。背面10的部件11的电连接于是可以例如通过(一根或多根)导电的引线与正面7的导电结构互换。这可以例如这样实现，即部件11是用于插装的部件，例如通过使部件具有引导通过基体6的连接销(未示出)。
在基体6的正面7上平面地放置一个具有壳形的基本形状的冷却体12，附图2中更详细的示出了该冷却体。冷却体12具有盘形的底部13和从底部在边缘侧向后向下倾斜的、多次穿孔的侧边缘14。底部13具有用于LED芯片8的空隙15以及例如用于在基体6的正面7上为了由导电的引线产生的凸起而设的其他空隙16。此外，在底部13中存在用于支承腿22的空隙23，下面还要详细阐述。
冷却体12通过粘附性的导热层17粘贴到基体16上。由此，在小的热阻的同时允许牢固的固定。图2中更详细的示出了，导热层17具有类似于底部13的空隙15，16和23的孔或者空隙15a,16a或23a。导热层17能够例如是导热膜。除了TIM材料也可以替换性地使用所谓的“Gap Filler(间隙填充物)”，例如所谓的“Gap-Pad(导热绝缘片)”，从而能够免除为了通过导电的引线所产生的凸起而设的空隙16a，而不会由此导致热阻上升过高。
为了改善部件11与壳体2的机械和热的连接，用灌注材料20填充壳体2直到基体2，这样该材料包围了部件11。
冷却体12在正面由成型为透镜部件21的光学部件盖住。透镜部件21是用于LED芯片8的共同的光学元件并且在背面上具有多个(在这里是三个)成型为销状的足或者支承腿22的突出的支承区域，这在图2中更详细地示出了。支承腿22穿过冷却体12的底部13的空隙23和在导热层17中的类似的空隙23a。支承腿接触基体6正面7并且用作定位辅助件，特别是距离保持件。
透镜部件21通过保持环24在向后的方向上受挤压，从而不能从基体16脱离。保持环24为此设置在透镜部件21之前并且能够与壳体的内侧通过卡钩25卡合。
图3示出了具有侧向剖开的壳体2的已组合的半导体灯1。图4示出了组合的半导体灯1的穿过在基体6的高度上的前面区域的剖视图。灌注材料20在这两幅图中没有示出。
冷却体12的侧面边缘14以其外侧平面地紧贴在壳体2上并且允许有效的热传递到壳体2上。此外，冷却体12能够以夹持的方式保持在壳体2中。
基体6以其背面10的边缘区域放置在保持板26上，保持板从壳体2的内侧向前突出。
保持环24实际上在正面与壳体2平面对齐地封闭。
透镜部件21在每个LED芯片8之上具有向后突出的、透镜状的聚光区域27。聚光区域27能够例如通过相应的LED芯片8具有带有成型为凸出的底部的回突。由此实际上聚集了全部由LED芯片8射出的光并且在透镜部件21中大范围地向前引导。在其基本为平面的正面上，透镜部件21具有显微透镜的区域28，该区域进一步均衡了光的照射。显微透镜能够特别是成型为凸出的，例如球形、非球形或者枕形的。
这个半导体灯1只具有一个接合方向，这使得整个平板的制造复杂性保持在低的水平。
在半导体灯1的运行中，具有驱动部件11的驱动电路通过电连接销4用(例如电源的)供电信号供应。驱动电路将供电信号转换为适用于驱动串联的LED芯片8的电驱动信号。这个可以例如是脉冲式的的和/或能够相对于其电流大小而言进行设置。驱动信号能够允许LED芯片8的模糊化的运行。驱动电路的驱动部件11的连接销的至少一个穿过基体6并且与在那里的接触弹簧9电连接，驱动信号可以顺利地供给到LED芯片8中。接着从LED芯片8离开的光通过冷却体12的底部13的空隙15并且进入透镜部件21的相应聚光区域27中。向后耦合入透镜部件21的光接下来在正面通过显微透镜的区域28从半导体灯1照射出。从LED芯片8产生的余热传递到冷却体12的底部13并且随后主要是从其侧壁14转移到壳体2上并且通过壳体2向外排出。
尽管本发明详细地通过所示实施例展示和阐述了细节，本发明并不限于此并且专业人员可以由此推导出其他变体，而不会离开本发明的保护范围。
一般而言，“一个”可以理解为单数或者复数,特别是“至少一个”或“一个或多个”等等的意思，只要这个意思不是明确地排除掉的，例如通过“恰好一个”等来表达。
数字说明既可以准确地包括给出的数字也可以包括通常的公差范围，只要这不是明确地排除的。
附图标记说明
1 半导体灯
2 壳体
3 底座区域
4 连接销
5 前面的开口
6 基体
7 正面
8 LED芯片
9 接触区域
10 背面
11 部件
12 冷却体
13 底部
14 侧面边缘
15 空隙
15a 空隙
16 空隙
16a 空隙
17 导热层
20 灌注材料
21 透镜部件
22 支承腿
23 空隙
23a 空隙
24 保持环
25 卡钩
26 保持板
27 聚光区域
28 显微透镜的区域
A 纵轴

Claims (12)

1.一种半导体灯(1)，所述半导体灯具有
至少一个设置在基体(6)的正面(7)上的半导体光源(8)和
用于控制至少一个半导体光源(8)的驱动电路(11)，
其中
驱动电路(11)的至少一部分固定在基体(6)的远离至少一个半导体光源(8)的背面(10)上。
2.根据权利要求1所述的半导体灯(1)，其中冷却体(12)平面地放置在基体(6)的正面(7)上。
3.根据权利要求2所述的半导体灯(1)，其中冷却体(12)具有至少一个用于至少一个半导体光源(8)的空隙(15)。
4.根据权利要求2到3中任一项所述的半导体灯(1)，其中冷却体(12)是具有平板形的底部(13)和从底部向下弯折的侧面边缘(14)的壳形的冷却体(12)，其中在底部(13)中设置至少一个用于至少一个半导体光源(8)的空隙(15)。
5.根据权利要求2到4中任一项所述的半导体灯(1)，其中冷却体(12)通过粘附性的导热层(17)固定在基体(6)上。
6.根据前述权利要求中任一项所述的半导体灯(1)，其中基体(6)安放在壳体(2)中。
7.根据权利要求6所述的半导体灯(1)，其中壳体(2)具有后面的底座区域(3)并且在正面是开放的。
8.根据权利要求4到5中任一项结合权利要求6或7中任一项所述的半导体灯(1)，其中冷却体(12)的侧面边缘(14)平面地放置在壳体(2)的内侧上。
9.根据权利要求6到8中任一项所述的半导体灯(1)，其中驱动电路(11)在壳体(2)中由灌注材料(20)包围。
10.根据前述权利要求中任一项所述的半导体灯(1)，其中基体只在一个面(7)上具有导电结构(9)并且在基体(6)的另一面(10)上固定的部件(11)与导电结构(9)通过穿过基体(6)的导电引线电连接。
11.根据权利要求4到10中任一项所述的半导体灯(1)，其中在冷却体(12)下游连接至少一个光学部件(21)，所述光学部件具有向后突出的支承腿(22)，所述支承腿穿过冷却体(12)的底部(13)中的相应空隙(23)到达基体(6)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的半导体灯(1)，其中半导体灯(1)是改装灯。
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