CN109155349A - 照明组件及用于制造照明组件的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种照明组件(100)，其包括引线框架(110)以及布置在所述引线框架(110)上的至少一个发光二极管(LED)元件(120)。所述引线框架(110)的至少一部分覆盖有聚氨酯涂层(130)，所述聚氨酯涂层(130)被布置来使所述引线框架(110)的所述部分电绝缘，并且所述引线框架(110)的所述聚氨酯覆盖部分的至少一部分进一步覆盖有导热材料(140)。还公开了一种用于制造所述照明组件(100)的方法。

Description

照明组件及用于制造照明组件的方法
技术领域
本发明总体涉及照明设备的领域，并且具体地，涉及一种具有具备电绝缘涂层和导热材料的引线框架的照明组件以及一种用于制造这种组件的方法。
背景技术
包括发光二极管(LED)元件的照明组件在例如汽车灯中具有广泛应用。在汽车灯中，尤其是在像头灯的高通量应用中，散热能力非常重要。
WO 2014/115064 A1公开了一种照明组件，其中LED元件布置在引线框架上。引线框架具备任选地反射性的且电绝缘的材料，所述材料被布置来反射从LED元件发射的光并使引线框架电绝缘。
WO 2013/091462 A1公开了一种LED灯泡，其包括引线框架以及模制在引线框架周围的高导热率塑料。引线框架在塑料将接触引线框架的地方涂覆有介电层，诸如Teflon、硅树脂、氧化物或氮化物。使用电绝缘材料允许在引线框架之上模制通常也导电的高导热材料以用于封装和散热。
尽管这种LED灯泡可提供高操作性能，但仍需要具有改进功能性的照明组件以及用于促进这类照明组件的制造的方法。
发明内容
已经发现，常见电绝缘或介电材料(诸如Teflon)不易在具有复杂三维结构的引线框架上形成均匀涂层。在一些情况下，电绝缘材料甚至将不能完全覆盖引线框架的尖锐区域(诸如拐角和浮凸)，这可能然后引起所不希望的后果，诸如短路。
发明人通过实验已经认识到，尤其因为聚氨酯的电绝缘特性和粘附特性，聚氨酯是适用于引线框架的电绝缘材料。特别地，通过使用等离子体增强的多循环涂覆过程，改进的在引线框架上的均匀聚氨酯涂层覆盖成为可能。
因此，实现一种具有具备聚氨酯涂层的引线框架的照明组件将是有利的。还将希望提供一种用于制造这种组件的方法。
根据本发明的第一方面，提供了一种照明组件，其包括引线框架以及布置在所述引线框架上的至少一个发光二极管(LED)元件。所述至少一个LED元件被配置来在借助于所述引线框架被供应电功率时发射光。所述引线框架的至少一部分覆盖有聚氨酯涂层，所述聚氨酯涂层被布置来使所述引线框架的所述部分电绝缘，并且所述引线框架的所述聚氨酯覆盖部分的至少一部分进一步覆盖有导热材料。
所述聚氨酯涂层在可接受程度的覆盖均匀性和完整性下为所述引线框架提供所希望的电绝缘，对于复杂引线框架结构来说也是如此。这允许使用既导热又导电的材料来覆盖引线框架，以便改进所述照明组件的散热。在一些实施方案中，所述导热材料可具有大于或等于1 W/mK的面内(in-plane)导热率。
与“穿面(through-panel)导热率”相反，本文使用术语“面内导热率”来指代材料能够在材料的平面内的方向(即，面内方向)上导热的特性。
在一些实施方案中，所述聚氨酯涂层可覆盖所述引线框架的除了其中所述引线框架通过其接收所述电功率的区域之外的整个表面。所述引线框架的这个区域连接到电连接器或者形成电连接器以用于从电源接收所述电功率。这为所述引线框架提供基本上完全的电绝缘以及必需的电连接性。
在一些实施方案中，所述导热材料可覆盖所述聚氨酯涂层的除了其中布置所述至少一个LED元件的区域之外的整个表面。以此方式，所述照明组件具备最大散热能力而不影响由所述LED元件输出的光。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于制造照明组件的方法，其中提供引线框架，并且在所述引线框架上布置至少一个发光二极管(LED)元件。所述至少一个LED元件被配置来在借助于所述引线框架被供应电功率时发射光。此外，所述引线框架的至少一部分覆盖有聚氨酯涂层，所述聚氨酯涂层被布置来使所述引线框架的所述部分电绝缘，并且所述引线框架的所述聚氨酯覆盖部分的至少一部分覆盖有导热材料。
在一些实施方案中，所述聚氨酯涂层可通过应用包括多个循环的涂覆过程来在所述引线框架上形成。所述涂覆过程可选自由浸泡、喷涂和刷拭组成的组。所述多循环涂覆的有利之处在于：即使当引线框架具有具备例如数个凸缘或拐角的复杂三维结构时，所述多循环涂覆也使得能够在所述引线框架上形成相对均匀的聚氨酯涂层。
在一些实施方案中，在所述多循环浸泡的每个循环中，在室温下将所述引线框架浸泡至聚氨酯溶液达第一时间段，然后在室温下空气干燥达第二时间段，并且然后例如在烤箱中在恒定温度下固化达第三时间段。在所述固化步骤之后，可例如在固化所述引线框架的烤箱中而不是在开放的空气中、在逐步降低的温度下冷却所述引线框架。
与一次涂覆相比，所述多循环涂覆过程允许在多个阶段中逐步地形成所述聚氨酯涂层并因此产生所述涂层的相对均匀的厚度。
在一些实施方案中，所述方法还可包括以下步骤：在应用所述多循环涂覆过程之前，对所述引线框架执行等离子体预处理，使得可将所不希望的物质从所述引线框架的表面移除。有利地，所述等离子体预处理是在大气压力下执行的(称为开放空气（open-air）等离子体)，并且这可具有处理所选择区域的能力。利用大气等离子体进行预处理使得有可能立即继续涂覆所述引线框架，而无需使用专用真空室以用于等离子体清洁。
参考下文所描述的实施方案，本发明的这些和其他方面将清楚明白且得到阐述。
附图说明
在以下对示例性实施方案的描述中结合附图公开了本发明的其他细节、特征和优点，在附图中：
图1a-1d 图示了根据本发明实施方案的用于制造照明组件的方法的概要；并且
图2 是根据本发明实施方案的用于制造照明组件的方法的多循环涂覆过程的流程图。
具体实施方式
现在将通过参考其中示出本发明的示例性实施方案的附图而在下文更全面地描述本发明。然而，本发明可以许多不同形式来体现，并且不应被解释为局限于本文所阐述的实施方案。相反，提供这些实施方案以使得本公开将是透彻且完整的，并且将会将本发明的范围全面地传达给本领域的技术人员。自始至终，相似的附图标记指代相似的元件。
在本申请的上下文中，术语“LED元件”用于指示在（例如通过跨装置或元件施加电势差或使电流穿过其）激活时能够在电磁光谱的任何区域或区域组合(例如，可见光区域、红外光区域、和/或紫外光区域)内发射辐射的任何装置或元件。因此，LED元件可具有单色、准单色、多色或宽带光谱发射特性。每个LED元件具有至少一个光源。光源的实例包括半导体、有机或聚合物/聚合LED、蓝光LED、光泵浦涂磷LED、光泵浦纳米晶体LED、或本领域的技术人员将容易理解的任何其他类似装置。此外，术语LED元件可用于限定发射辐射的特定光源结合一个或多个特定光源放置在其内的壳体或包装的组合。例如，术语LED元件可以是指布置在可称为LED包装的壳体中的裸LED管芯。LED元件也可以是穹顶形状的(即具备例如漫射和/或透镜形状的)光引导材料。
图1a-1d图示了根据本发明实施方案的用于制造照明组件100的方法的概要。
所述方法包括提供引线框架110。引线框架110可例如包括并不直接电连接的片装材料的第一部分112和第二部分114 (图la)。引线框架110用于为将要布置在其上的LED元件提供机械安装、电连接和散热。为此目的，片状材料可例如包括金属(诸如铜或包括铜的合金)以及施加在其上的镀层，所述镀层例如可由锡、镍、金、银或铝或者包含这些金属中的至少一种的合金制成。
尽管未示出，但是引线框架110可被弯曲或成形成使得它符合任何所希望的形状(包括复杂三维形状)，以满足实际需要。
参考图1b，在下一步骤，将至少一个LED元件120布置在引线框架110上。如图所示，分别在引线框架110的第一部分112和第二部分114与LED元件120的第一部分和第二部分之间提供电连接件116。在一个实施方案中，通过例如钎焊、导电胶合、焊接或铆接将LED元件120机械固定到引线框架110。
在图1b的实例中，可将引线框架110的第一部分112电连接到电源(未示出)的接地端子，并且可将引线框架110的第二部分114电连接到电源的正极端子。这样，借助于引线框架110从电源向LED元件120供应电功率，并且因此使其能够发射光。
现在参考图1c，在布置LED元件120之后，以聚氨酯涂层130覆盖引线框架110的至少一部分。在一些实施方案中，可应用多循环涂覆过程来形成聚氨酯涂层130，如稍后将描述的。
聚氨酯涂层130为引线框架110提供电绝缘，引线框架110现在具有布置在其上的LED元件120。这是有利的，因为聚氨酯涂层130可封装引线框架110与LED元件120之间的电连接116 (诸如钎焊接头)并因此对其进行保护。此外，由于聚氨酯材料的光透射特性，聚氨酯材料有利地将不会减小LED元件120的光输出效率。
因此，可能希望以聚氨酯涂层130覆盖整个引线框架110。实际上，引线框架110的除了引线框架110通过其从电源接收电功率的区域118之外的整个表面都可覆盖有聚氨酯涂层130。区域118通常是引线框架110的端部部分，所述端部部分是为电连接到电源而保留的，并且因此不应由聚氨酯涂层130绝缘。将理解，尽管图1c中仅示出一个区域118，但是可存在为电连接而保留的两个或更多个这样的区域。
在一个实施方案中，引线框架110的区域118（例如通过电线）电连接到电连接器以用于耦合到电源。可替代地，区域118本身可形成电连接器。在任一情况下，引线框架110都具备基本上完全的电绝缘以及必需的电连接性。
然后，参考图1d，进一步以导热材料140覆盖引线框架110的聚氨酯涂覆部分的至少一部分。这可通过在高压(例如高达600巴)和高温(例如高达320℃)下在聚氨酯涂层130的顶部上模制导热材料140来完成。这个过程一般称为“包覆成型（overmolding）”。包覆成型材料140为引线框架110提供另外的封装，并尤其将由引线框架110传导的热量传递至环境空气。此外，包覆成型材料140还为照明组件提供可配合到特定应用(诸如汽车灯)中的一定形状。图1d中示出所得的照明组件100。
以电绝缘聚氨酯涂层130覆盖引线框架110允许使用更加导热的材料、而非只是具有低导热率的介电材料来进行包覆成型。导热材料140可以是例如可负载有用于增大导热率的导电材料(诸如金属颗粒)的热塑性材料（像聚己内酰胺或尼龙6）。在一个实施方案中，导热材料140可具有大于或等于1 W/mK的面内导热率。
为了更好的散热，导热材料140可覆盖聚氨酯涂层130的除了其中布置至少一个LED元件120的区域之外的整个表面，如图1d所示。以此方式，所得的照明组件100具备最大散热能力而不影响由LED元件120输出的光。
前述是用于制造照明组件的方法的概要。现在将在下文结合图2描述所述方法中所使用的聚氨酯材料的涂覆过程的细节。
图2示出根据本发明实施方案的用于制造照明组件100的方法的等离子体增强的多循环涂覆过程200的流程图。
在步骤210处，对引线框架110进行等离子体预处理，其中用等离子体清洁引线框架110的表面以获得较低表面张力。在一个实例中，引线框架表面的水接触角可从> 30°降低到< 10°。由此，可使得更均匀附接的涂层成为可能。
优选地，在等离子体清洁之前，可使用有机溶剂(诸如丙酮或异丙醇)来清洁引线框架表面上的有机污染物。然后，在大气压力下执行等离子体清洁而无需使用专用真空室。这提供快速且成本有效的预处理。
在等离子体处理之后，可借助于目测检验和I-V测量两者来检查引线框架110，以确保等离子体处理没有引起损坏或变色。
在步骤220处，在室温下将引线框架110浸泡至聚氨酯溶液中达第一时间段。第一时间段可以是在1秒与10秒之间，例如在一个实施方案中是1秒。
聚氨酯溶液可使用可商购的聚氨酯涂层(诸如由HumiSeal®提供的HumiSeal型号1A27)来获得。取决于引线框架110的复杂性和配置，可能必须用稀释剂(诸如HumiSeal稀释剂521)来减小HumiSeal型号1A27的粘度以获得均匀膜。
如先前所描述的，引线框架110的通过其接收电功率的区域将为电连接到电源而保留，并且因此将不以聚氨酯涂层130来涂覆。这可通过用夹持器具夹持这个保留区域并然后将引线框架110的其余部分浸泡至聚氨酯溶液中来完成。
在步骤230处，在室温下空气干燥所浸泡的引线框架110达第二时间段。第二时间段可以是在10分钟与120分钟之间，例如在一个实施方案中是10分钟。
在步骤240处，在恒定温度下固化所空气干燥的引线框架110达第三时间段。通常，固化是在提供所要求的恒定温度的烤箱中执行的。第三时间段可以是在30分钟与240分钟之间，例如在一个实施方案中是30分钟，并且恒定温度可以是在60℃至150℃的范围内，例如在一个实施方案中是100℃。
在步骤250处，在固化之后，例如在固化引线框架110的烤箱中，在逐步降低的温度下冷却引线框架110。在一个实施方案中，可控制烤箱的温度，使得达到每分钟0.5℃至10℃的冷却速率。
在步骤260处，如果已经执行了预定次数的涂覆循环，那么涂覆过程结束；否则，规程返回至步骤220，并且然后重复另一个涂覆循环。涂覆循环的预定次数可设定为所得涂层的所要求厚度的函数。所得涂层可具有微米级或甚至更小的平均厚度，诸如0.1 μm。
除了改进的均匀性之外，多循环涂覆过程的另一个附带结果是可减少针孔。有利地，通过改进的均匀性和减少的针孔，聚氨酯涂层在引线框架上的基本上100%的覆盖(除了为电连接到电源而保留的区域)成为可能，因为引线框架的甚至拐角或尖锐边缘现在都可覆盖有聚氨酯层。
尽管已经相对于浸泡-涂覆步骤(即，步骤220)描述了涂覆过程200，但在其他实施方案中，可通过喷涂或刷拭来执行涂覆过程200。
在其中应用喷涂过程的实施方案中，以HumiSeal型号1A27的实例继续，可通过使用常规喷涂设备来将1A27溶液喷涂到引线框架110的表面上来执行步骤220。一般来说，添加稀释剂(诸如稀释剂521)是必须的，以确保均匀喷涂图案产生无针孔膜。稀释剂的量和喷涂压力将取决于所使用的喷涂设备的特定类型。
在其中应用刷拭过程的实施方案中，可通过在添加少量稀释剂521的情况下将HumiSeal型号1A27刷拭在引线框架110的表面上来执行步骤220。然而，涂层的均匀性将受操作者的技术影响。
总之，公开了一种照明组件，其包括引线框架以及布置在所述引线框架上的至少一个发光二极管(LED)元件。所述引线框架的至少一部分覆盖有聚氨酯涂层，所述聚氨酯涂层被布置来使所述引线框架的所述部分电绝缘，并且所述引线框架的所述聚氨酯覆盖部分的至少一部分进一步覆盖有导热材料。还公开了一种用于制造该照明组件的方法。
根据本发明的实施方案，所述引线框架可以用均匀的、μm级的兆欧绝缘聚氨酯层来密封，这允许通过使用高导热材料替代介电低导热塑料来获得快速散热。有利地，聚氨酯涂层的均匀性允许增加电绝缘的覆盖并因此提高照明组件的可靠性。
这些实施方案的另外的优点是：所得的聚氨酯涂层能够在以高压(高达600巴)和高温(高达320℃)为特征的后续的包覆成型过程中保持其形状和特性。这通过在包覆成型过程中提供设计灵活性而促进照明组件的制造。
虽然已经在附图和前述描述中详细图示并描述了本发明，但是这类图示和描述应被认为是说明性的或例示性的而不是限制性的；本发明不限于所公开实施方案。根据对附图、公开内容和所附权利要求的学习，本领域的技术人员可在实践所要求保护的发明时理解并实现所公开实施方案的其他变型。互不相同的从属权利要求中引用某些措施的纯粹事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应解释为限制范围。

Claims (15)

1. 一种照明组件(100)，其包括：
- 引线框架(110)；以及
- 至少一个发光二极管LED元件(120)，其布置在所述引线框架(110)上，其中所述至少一个LED元件(120)被配置来在借助于所述引线框架(110)被供应电功率时发射光，
其中所述引线框架(110)的至少一部分覆盖有聚氨酯涂层(130)，所述聚氨酯涂层(130)被布置来使所述引线框架(110)的所述部分电绝缘，并且
其中所述引线框架(110)的所述聚氨酯覆盖部分的至少一部分进一步覆盖有导热材料(140)。
2.如权利要求1所述的照明组件(100)，其中所述聚氨酯涂层(130)覆盖所述引线框架(110)的除了其中所述引线框架(110)通过其接收所述电功率的区域(118)之外的整个表面。
3.如权利要求2所述的照明组件(100)，其中所述导热材料(140)覆盖所述聚氨酯涂层(130)的除了其中布置所述至少一个LED元件(120)的区域之外的整个表面。
4. 如权利要求1所述的照明组件(100)，其中所述导热材料(140)具有大于或等于1 W/mK的面内导热率。
5. 如权利要求1至4中任一项所述的灯组件(100)，其中所述聚氨酯涂层(130)具有大于或等于0.1 μm的厚度。
6.一种用于制造照明组件(100)的方法，其包括：
- 提供引线框架(110)；
- 将至少一个发光二极管LED元件(120)布置在所述引线框架(110)上，其中所述至少一个LED元件(120)被配置来在借助于所述引线框架(110)被供应电功率时发射光；
- 以聚氨酯涂层(130)覆盖所述引线框架(110)的至少一部分，所述聚氨酯涂层(130)被布置来使所述引线框架(110)的所述部分电绝缘；以及
- 以导热材料(140)覆盖所述引线框架(110)的所述聚氨酯覆盖部分的至少一部分。
7.如权利要求6所述的方法，其中以所述聚氨酯涂层(130)覆盖所述引线框架的所述部分包括：通过应用包括多个循环的涂覆过程来以聚氨酯涂覆所述引线框架(110)。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述涂覆过程选自由浸泡、喷涂和刷拭组成的组。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述浸泡的所述多个循环中的每一个包括以下步骤：
- 在室温下将所述引线框架浸泡(220)至聚氨酯溶液中达第一时间段；
- 在室温下空气干燥(230)所浸泡的引线框架达第二时间段；以及
- 在恒定温度下固化(240)所空气干燥的引线框架达第三时间段。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述第一时间段在1秒与10秒之间。
11.如权利要求9所述的方法，其中所述第二时间段在10分钟与120分钟之间。
12.如权利要求9所述的方法，其中所述第三时间段在30分钟与240分钟之间，并且其中所述恒定温度在60℃至150℃的范围内。
13.如权利要求9至12中任一项所述的方法，其中所述浸泡的所述多个循环中的每一个包括：在所述固化所述引线框架的步骤之后，在逐步降低的温度下冷却(250)所述引线框架。
14.如权利要求7至12中任一项所述的方法，其还包括：
在应用包括多个循环的所述涂覆过程之前，对所述引线框架执行(210)等离子体预处理。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述等离子体预处理是在大气压力下执行的。
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