CN109790973A - Led照明单元 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种热自承LED照明单元(1)，其包括：散热器(12)；安装在散热器(12)上的LED模块(13)，该LED模块(13)包括载体(130)、安装在载体(130)上的多个LED管芯(131)和形成在载体(130)上的LED电极触点(132)；包覆件(15,15’)，其形成为包封散热器(12)并暴露散热器(12)的安装表面区域(120)，LED模块(13)安装在该安装表面区域上；以及电接口(14)，其也包封在包覆件(15,15’)中，并且布置成将LED模块(12)电连接到电源。本发明还描述了一种制造这种LED照明单元(1)的方法。

Description

LED照明单元
技术领域
本发明描述了一种LED照明单元以及制造这种LED照明单元的方法。
背景技术
大功率LED(发光二极管)在许多应用中正被用作高效和长寿命的光源。大功率LED在使用中变得非常热，并且总是需要某种散热器来移除热量，以确保高可靠性和长寿命。在已知的现有技术照明应用中，包含一个或多个LED光源的完整LED模块通常利用热接口材料安装到单独的散热器部件上。散热器部件不是LED模块的一部分，相反，这两个元件通过热接口材料连接。为了安装替换的LED模块，有必要首先将现有的LED模块从散热器部件上拆下或卸下，移除旧的热接口，然后使用新的热接口将替换的LED模块附接或安装到散热器部件上。然而，热接口材料的处理和应用需要专家知识。还需要技术专长，以确保将LED模块非常精确地放置在散热器部件上，尤其是在前照明应用的情况中，在该应用中，即使微小的放置误差也可能导致光束形状不正确。这些考虑使得一般用户无法更换这种LED模块。
因此，本发明的目的是提供一种克服上述问题的改进的LED照明单元。
发明内容
本发明的目的通过权利要求1的热自承LED照明单元和权利要求9的制造这种LED照明单元的方法来实现。
根据本发明的热自承LED照明单元包括：散热器；安装在散热器上的LED模块，该LED模块包括载体、安装在载体上的多个LED管芯和形成在载体上的LED电极触点；以及包覆件，其形成为包封散热器并暴露其上安装有LED模块的散热器的安装表面区域。LED照明单元还包括电接口，该电接口也包封在包覆件中，并且被布置成将LED模块电连接到外部电源。
本发明的LED照明单元的一个优点是：它是完全自备的或“热自承的”，即它是已经包含了散热器的独立单元。因此，可以容易地安装或更换本发明的LED照明单元，并且用户不需要任何特殊的技术知识或技能来执行这些步骤。例如，任何人都可以将本发明的LED照明单元安装到合适照明应用的外壳中。用户只需将LED照明单元插入外壳，然后将其连接到电源。当需要更换LED照明单元时，这是特别有利的。如上所述，更换可比较的现有技术的LED照明装置的成本可能相当高，因为需要技术专长来确保替换的LED模块被正确地安装到散热部件。
根据本发明，制造LED照明单元的方法包括以下步骤：组装包括载体、安装在载体上的多个LED管芯以及形成在载体上的LED电极触点的LED模块；提供具有用于接收LED模块的安装表面区域的散热器；提供用于将LED模块电连接到电源的电接口；将散热器和电接口包封在包覆件中，从而在包覆件中留下开口以暴露散热器上的安装表面；将LED模块安装到暴露的安装表面上；以及在LED模块和电接口之间形成电连接。将理解，这些步骤不需要严格按照该给定顺序执行。
本发明的方法导致热自备照明单元，其不需要安装到任何另外的散热部件。相反，利用相对少的努力，可以获得自备且鲁棒的完整照明单元。
从属权利要求和以下描述公开了本发明的特别有利的实施例和特征。实施例的特征可以适当地组合。在一个权利要求类别的上下文中描述的特征可以同等地应用于另一个权利要求类别。
散热器优选地为诸如铝或铜的导热金属的实心件。例如，一块铝可以挤出成具有H形截面的形式。挤出块的适当厚的“切片”可以被切割以用作本发明的LED照明单元的散热器。散热器的表面可以根据需要进行表面处理，例如通过涂覆一层保形涂层或通过灌封来提供防腐蚀保护。
在下文中，在不以任何方式限制本发明的情况下，可以假设LED照明单元旨在用于需要非常强的亮光的照明应用，例如在汽车前照明应用中。这种照明应用中的发光二极管变得非常热，很容易达到超过135℃的结温，并且热量从LED管芯向外的传输必须高效和有效。LED照明单元内的温度可以取决于各种参数，例如环境温度、散热器尺寸等。通常，系统应设计成考虑任何此类参数，并确保不超过最大LED结温(由LED制造商指定)。
同样由于这个原因，LED模块优选地使用诸如热膏的导热材料安装在散热器的暴露表面区域上。或者，可以使用热垫，或者热胶，或者可以将LED模块软钎焊到位。
包覆件可以由任何合适的材料制成。在本发明的一个优选实施例中，包覆件包括合适的塑料材料。例如，可以使用导热塑料。替代地或附加地，塑料材料可以是电隔离的。塑料材料可以通过相对小的努力而被模制成所需的包覆件形状。当模制过程完成时，包覆件在散热器周围呈现有利的坚硬和鲁棒的罩壳，仅留下暴露的LED模块。
包覆件可以在单个步骤中形成，即本发明的LED照明单元可以包括单个包覆件。然而，在本发明的替代实施例中，两件式包覆件可能是优选的。在这种情况下，可以形成内包覆件，以至少包封引线框架和插座连接器。这种内包覆件优选地成形为与散热器牢固接合，使得包覆成型的部分和散热器可以作为单个单元来处理。然后可以形成外包覆件，以包封内包覆件(具有引线框架和插座连接器)和散热器。
将LED模块安装到散热器的暴露安装表面上的步骤可以在包覆成型步骤之前执行。这可能对包覆成型设备造成一定的限制，因为载体上的LED管芯必须被保护免受高温。此外，在包覆成型步骤中产生的机械力可能会对LED模块施加应力。因此，在本发明的优选实施例中，包覆件形成为包围散热器和电接口，并且留下暴露安装表面区域的“窗口”，并且在包覆成型步骤之后，LED模块被放置在暴露的安装表面区域上。
优选地，包覆件包括窗口，该窗口成形为确保包覆件不会影响或干扰从LED模块发出的光。例如，窗口的侧壁中的一个或多个可以倾斜，使得窗口的外周长(在包覆件的外表面)大于窗口的内周长(在散热器的水平)。这样，由LED发出的光不会以任何方式受到包覆件的影响。
本发明的LED照明单元优选地将连接器包含到电源上，例如插座连接器，其成形为与对应的插头连接器配合。合适的插座连接器部件优选地嵌入在包覆件中，使得只有凹入的插座对用户可见。LED模块和插座连接器之间的电接口优选地包括引线框架，该引线框架被布置成从散热器的安装表面区域延伸到包覆件中，在包覆件中，该引线框架被焊接或以其他方式连接到终止于包覆件中形成的插座连接器中的引线。引线框架可以形成为嵌入在包覆件中的单个部件，或者在本发明的优选实施例中，它可以包括用于到LED模块的阳极和阴极连接的物理分离部段。在任一种情况下，电接口基本上完全嵌入包覆件中，仅留下暴露的引线框架接触区域。电接口的引线框架部分可以包括两个单独的元件，每个元件连接到终止于插座连接器中的对应连接器(在包覆件内)。此外，引线框架可以支撑LED驱动电路的多个电气部件。例如，瞬态电压抑制二极管可以作为LED驱动电路的一部分安装在引线框架上。如果为包覆件选择的材料是导电的，引线框架和电接口的任何其他相关部分优选地与包覆件电隔离，例如通过将它们包围在合适的绝缘涂层中。
载体可以由任何合适的材料制成，该材料可以支撑LED管芯并且可以承受照明单元操作期间产生的高温。例如，LED管芯可以安装在印刷电路板(PCB)上，使得在这种情况下LED模块包括PCB、LED管芯和用于接触（多个）LED管芯的阳极和阴极的电极触点。在本发明的优选实施例中，LED模块包括陶瓷载体。陶瓷材料是受欢迎的选择，因为它们是电隔离的，并且也是非常高效的导热体。
在本发明的优选实施例中，散热器和包覆件预先准备好，并且LED模块也预先准备好。这种方法有几个优点：可以测试包覆成型的散热器部件以确保嵌入的电接口功能正确，还可以测试LED模块以确保功能正确，等等。这允许预先识别有缺陷的部件，防止它们被用于照明单元。这种制造方法的另一个显著优点是，可以非常高的精度将LED模块放置到包覆件窗口中。为此，包覆件优选地形成为包括有助于放置LED模块的参考特征。例如，窗口本身可以是参考特征。还可以形成任何数量的另外的参考特征，并且这些特征可以具有任何形状(凹部、缺口、脊、突出部等)。如本领域技术人员所知，这种参考特征的位置和形状由包覆成型工具精确确定。放置工具可以使用一个或多个参考特征来非常精确地将整个LED模块放置在暴露的散热器区域上。以这种方式可以达到几十微米以内的非常好的精度。因此，本发明的LED照明单元特别适用于需要非常精确地放置（多个）LED光源的照明应用，例如在汽车前光束应用中。
如上所述，本发明的LED照明单元可以通过将其放置在合适的外壳中而安装到照明应用中，并且为了便于这一步骤，本发明的LED照明单元优选地包括形成在包覆件中的多个参考特征，以匹配其将插入其中的外壳的对应参考特征。这些参考特征可以是在将LED模块安装到散热器上期间使用的相同参考特征，和/或专用参考特征，视情况而定。
根据下面结合附图考虑的详细描述，本发明的其他目的和特征将变得显而易见。然而，应当理解，附图仅仅是为了说明的目的而设计的，而不是作为对本发明的限制的定义。
附图说明
图1示出了本发明的LED照明单元的实施例的透视图；
图2示出了本发明的LED照明单元的另一个实施例的透视图；
图3示出了在照明应用的外壳中就位的图2的LED照明单元；
图4示出了本发明的LED照明单元的另一个实施例的平面图；
图5示出了穿过图4的LED照明单元截取的剖视图；
图6示出了对本发明的LED照明单元的实施例的引线框架进行包覆成型的替代方式；
图7示出了图6的包覆成型引线框架的前视图；
图8示出了相对于散热器的图6的包覆成型引线框架；
图9示出了包封图8的内包覆件和散热器的外包覆件。
在附图中，相同的数字始终指代相同的对象。图中的对象不一定按比例绘制。
具体实施方式
图1示出了本发明的LED照明单元1的实施例的透明透视图，示出了围绕散热器12就位的罩壳15或包覆件15(由虚线表示)。在该实施例中，散热器12呈现镜像对称。电连接表示在包覆件15的一端处的插座152和安装在散热器12的暴露表面区域120上的LED模块13之间。包覆件15具有暴露散热器12的表面区域120和LED模块13的开口或窗口150。在该实施例中，散热器12基本上是U形的，并且由诸如铝或铜的实心金属块制成。散热器12因此可以在操作期间有效地消散来自LED模块13的热量。此外，包覆件15由诸如塑料的合适的材料制成，其可以是导热的、电隔离的等。导热包覆件15可以有助于热量从LED模块13和散热器12向外的高效传输。电隔离的包覆件15可以简化整体结构。
本发明的LED照明单元1的自备结构允许它作为单个单元容易地被更换，即使是由非技术人员更换，因为不需要在替换的LED单元和永久散热器之间重新进行热接触。本发明的LED照明单元1不需要任何其他散热器或散热元件。相反，单个散热器12是本发明的自备LED照明单元1的内置元件。在使用本发明的LED照明单元1的照明应用中，非技术人员可以容易地用替换的LED照明单元更换现有的LED照明单元。
图2示出了看向LED照明单元1的前面的本发明的LED照明单元1的另一个实施例的透视图。该图清楚地示出了凹入包覆件15中的窗口150内并附接到散热器12的LED模块13。散热器12的暴露表面区域120的一部分可以在LED模块13的外边缘和窗口150的内侧之间看到。可以部分地看到用于连接到电源的插座152。该图还示出了在塑料包覆件15的主体中形成的参考特征151或键接特征151。这些特征将有助于正确放置LED照明单元1。
图3示出了在诸如汽车前照明单元的照明应用的外壳2中就位的图2的LED照明单元1。外壳2还具有与LED照明单元1的参考特征151或键接特征151相匹配的参考特征21或键接特征21。参考特征151、21确保用户将自动地将LED照明单元1正确地插入外壳2中。该图还示出了插入插座连接器152的插头连接器22。插头连接器22和插座连接器152可以例如以卡扣配合连接。
图4示出了LED照明单元1的实施例，该LED照明单元1具有散热器12，其中LED模块13在区域120中安装到散热器的表面，该区域120由塑料包覆件15中的窗口或开口(由虚线表示)包围。在该实施例中，散热器12基本上是H形的，具有尽可能多地利用最终LED照明单元中可用体积的形式。其他合适的形状可以是X形、M形等。散热器12可以是诸如铝或铜的金属的挤出的H形主体的切片。散热器12在“H”的直立部分之间的“空闲空间”121将容纳电接口14(仅部分示出)，该电接口14用作LED模块13和形成在包覆件15的主体中的电源连接器152之间的电连接。电接口14被示出为包括引线框架部分140，引线框架部分140终止于接触区域142，用于连接到LED模块13。引线框架140还可以承载一个或多个电气部件，例如瞬态电压抑制二极管。在该实施例中，每个引线框架部分140被结合到延伸到插座连接器152中的连接器杆143，用于与插头连接器(未示出)的引脚进行电连接。在该实施例中，LED模块13包括陶瓷载体130，陶瓷载体130具有就位的三个LED管芯131的串联布置(或“串”)。暴露区域120将由塑料包覆件15中的窗口限定，该窗口将在随后的步骤中形成以几乎完全包围散热器12。陶瓷载体130的特征还在于两个电极接触区域132，用于到LED串联布置的阳极和阴极连接。这些接触区域132可以通过带状连接器16或引线键合连接到嵌入塑料包覆件中的电接口14的引线框架的对应接触区域142。引线框架被定位成使得其接触区域142在包覆成型步骤中保持暴露。
图5示出了通过图4的LED照明单元1截取的截面A-A'，示出了通过热膏层17安装到散热器12并通过带状连接器16连接到电接口14的引线框架的LED模块13。电接口14几乎完全被包覆件15包围，并且已被放置成只有引线框架的外部接触区域142暴露，以便与LED模块13的接触区域进行电连接。
图6示出了替代实施例，其中内包覆件15’形成为包封引线框架14和插座连接器152。该内包覆件15’形成为使得其形状将与散热器12接合。该图还示出了电接口的引线框架140(其可以以与前述附图中解释的相同方式形成)，在其它方式包覆成型的引线框架140的一端具有暴露的接触区域142，并且在引线框架140的另一端具有连接器引脚143。该图还示出了包围在包覆件15’中的LED驱动电路的电气部件144。
图7是图6的实施例的另一视图，并示出了内包覆件15’的前视图，其指示电接口的连接器引脚143突出到插座连接器152中。
图8示出了图6和7的内包覆件15’可以如何与散热器12接合。在该示例性实施例中，内包覆件15’已经形成为包括与散热器12中的对应沟槽匹配的翅片153。当内包覆件部分被压入散热器12中时(如箭头所示)，其通过翅片153和沟槽的形状配合而以固定方式保持，并且具有接触区域142的平坦前部将与散热器12的接触区域120对齐。
在图9中，内包覆件15’和散热器12已经被包封在外包覆件15中，留下如上所述的窗口150，以暴露散热器12的接触区域120。在随后的步骤中，可以将LED模块13放置在接触区域120上，如上文图2中所述，以获得本发明的LED照明单元的实施例。该图还指示参考特征151，以便于将LED照明单元正确放置到外壳中。
尽管本发明已经以优选实施例及其变型的形式被公开，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行许多附加的修改和变型。
为了清楚起见，应当理解，在整个申请中使用“一个”或“一种”并不排除多个，并且“包括”并不排除其他步骤或元件。提到一个“单元”或一个“模块”并不排除使用一个以上的单元或模块。
附图标记：
LED 照明单元 1
散热器 12
安装区域 120
切口 121
LED模块 13
陶瓷载体 130
LED管芯 131
接触区域 132
电接口 14
引线框架 140
插座 141
接触区域 142
连接器引脚 143
部件 144
包覆件 15，15’
窗口 150
参考特征 151，153
插座连接器 152
带状连接器 16
热接口 17
外壳 2
参考特征 21
插头连接器 22

Claims (17)

1.一种热自承LED照明单元(1)，包括：
散热器(12)；
LED模块(13)，其安装到所述散热器(12)的安装表面区域(120)上，所述LED模块(13)包括载体(130)、安装在所述载体(130)上的多个LED管芯(131)和形成在所述载体(130)上的LED电极触点(132)；
包覆件(15, 15')，其形成为包封所述散热器(12)并暴露所述散热器(12)的所述安装表面区域(120)，所述LED模块(13)安装在所述安装表面区域上；
电接口(14)，其也包封在所述包覆件(15, 15')中并布置成将所述LED模块(13)电连接到电源。
2. 根据权利要求1所述的LED照明单元，其中，所述电接口(14)包括引线框架(14)，所述引线框架(14)成形为穿过所述包覆件(15, 15’)延伸到形成在所述包覆件(15, 15’)中的插座连接器(152)。
3. 根据权利要求1或权利要求2所述的LED照明单元，其中，所述电接口(14)包括用于连接到所述LED模块(13)的电极接触区域(132)的接触区域(142)，并且其中，所述接触区域(142)布置成从所述包覆件(15, 15’)突出。
4.根据前述权利要求中任一项所述的LED照明单元，其中，所述电接口(14)布置成支撑LED驱动电路的多个电气部件。
5.根据前述权利要求中任一项所述的LED照明单元，其中，所述LED模块(13)的所述载体(130)包括陶瓷载体(130)。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的LED照明单元，其中，所述LED照明单元(1)包括形成在所述包覆件(15, 15’)中的多个参考特征(151)。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的LED照明单元，其中，包覆件(15, 15’)由导热和/或电隔离的塑料材料制成。
8.根据前述权利要求中任一项所述的LED照明单元，包括形成为至少包封所述引线框架(14)的内包覆件(15’)和包封所述内包覆件(15’)的外包覆件(15)，所述内包覆件(15’)成形为与所述散热器(12)接合。
9.根据前述权利要求中任一项所述的LED照明单元，其实现为用于汽车前照明应用中。
10.一种制造LED照明单元(1)的方法，所述方法包括以下步骤：
组装LED模块(13)，所述LED模块(13)包括载体(130)、安装在所述载体(130)上的多个LED管芯(131)、以及形成在所述载体(130)上的LED电极触点(132)；
提供散热器(12)，所述散热器(12)具有用于接收所述LED模块(13)的安装表面区域(120)；
提供电接口(14)，所述电接口(14)用于将所述LED模块(13)电连接到电源；
将所述散热器(12)和所述电接口(14)包封在包覆件(15, 15’)中，从而在所述包覆件(15, 15’)中留下开口(150)，以暴露所述散热器(12)上的所述安装表面(120)；
将所述LED模块(13)安装在暴露的安装表面(120)上；和
在所述LED模块(13)和所述电接口(14)之间形成电连接(16)。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，将所述LED模块(13)安装到所述散热器(12)的所述暴露的安装表面(120)上的步骤在所述包覆成型步骤之后执行。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的方法，其中，使用热膏、热垫或粘合剂中的任何一种将所述LED模块(13)安装到所述暴露的表面区域(120)上。
13. 根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中，所述电接口(14)被包封在所述包覆件(15, 15’)中，使得用于连接到所述LED模块(13)的电触点(142)保持暴露。
14. 根据权利要求10至13中任一项所述的方法，其中，所述包覆件(15, 15’)形成为包括参考特征(151)，以在将所述LED模块(13)安装到所述散热器(12)的所述安装表面(120)上期间提供帮助。
15. 根据权利要求14所述的方法，包括在所述安装步骤期间将所述LED模块(13)对准所述包覆件(15, 15’)的所述参考特征(151)的步骤。
16. 根据权利要求10至15中任一项所述的方法，其中，将所述散热器(12)和所述电接口(14)包封在所述包覆件(15, 15’)中的所述步骤包括将至少所述引线框架(14)和所述插座连接器(152)包封在成形为与所述散热器(12)接合的内包覆件(15’)中。
17.根据权利要求10至16中任一项所述的方法，包括将所述电接口(14)与所述包覆件(15)电隔离的步骤。
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