DE202012000392U1

DE202012000392U1 - Thermoelektrisches LED-Lampenmodul

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Publication number: DE202012000392U1
Application number: DE201220000392
Authority: DE
Original assignee: HSIANG YU LUNG
Current assignee: HSIANG YU LUNG
Priority date: 2012-01-16
Filing date: 2012-01-16
Publication date: 2012-02-20
Anticipated expiration: 2022-01-17

Abstract

Ein thermoelektrisches LED-Lampenmodul, aufgebaut aus: einem hervorstehenden Wärmeleiter (10), der aus einem unteren Element (11), einer Säule (12) in der Mitte dieses unteren Elements (11) und aus zwei Schulterteilen (111) gebildet ist, wobei beide letztere auf einer oberen Fläche des unteren Elements (11) und auf beiden Seiten neben der Säule (12) geformt sind; und einer Leitungskreisschicht (20), die an den beiden Schulterteilen (111) des hervorstehenden Wärmeleiters (10) geschweißt ist und mit einer Öffnung (21) versehen ist, deren Durchmesser dem der Säule (12) entspricht; die Säule (12) durch diese Öffnung (21) ragt; ein oberes Ende der Säule (12) höher ist als eine obere Fläche der Leitungskreisschicht (20), und zum Befestigen einer Wärmeschweißunterlage (31) der thermoelektrischen LED (30) mit einem Lötmittel (121) beschichtet ist; auf beiden Seite der Säule (12) auf der oberen Fläche der Leitungskreisschicht (20) je ein Leitungskreis (22) montiert ist, die zum Befestigen einer elektrischen Schweißunterlage...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
a) Umfeld der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein thermoelektrisches LED-Lampenmodul (lichtemittierende Diode).
b) Beschreibung der herkömmlichen Ausführungsart
Wärmeströmungen werden generell auf drei Arten erzeugt: Wärmeleitung, Konvektion und Wärmeausstrahlung. Die Wärmeenergie wird von hohen auf niedrige Temperaturen übertragen, wobei die Wärme über ein Medium geleitet wird. Da die Wärme in einem Vakuum oder Vakuumkolben nicht geleitet wird, wird zur Verhinderung einer Wärmeableitung eine Vakuumisolierungsschicht verwendet. Andererseits kann die Wärme in eingeschlossener Luft ebenfalls nur schlecht geleitet werden. In einem offenen Raum wird jedoch eine Wärmekonvektion ermöglicht, um die Wärme schneller abzuleiten. Für die Wärmeableitung findet in einem üblichen Kühlkörper eine natürliche Konvektion statt. Die Wirksamkeit der Wärmeübertragung wird durch das Medium beeinflußt, wobei die Wirksamkeit des Mediums für die Wärmeübertragung allgemein als Wärmeleitfähigkeit bekannt ist. Das Gegenteil dieser Wärmeleitfähigkeit wird unter einer entsprechenden Bedingung als Wärmewiderstand bezeichnet. Ein totaler Wärmewiderstand von einer Hitzequelle zu einem Wärmeleiter muss so hoch wie möglich verstärkt werden.
Die 1 zeigt eine schematische Ansicht eines vorhandenen thermoelektrischen LED-Packungsaufbaus, wobei innen in einem Packungskolloid 101 einer LED 100 ein Chip 102 und ein Eutektikum 103 eingebaut sind. Unter dem Eutektikum 103 ist eine Wärmeschweißunterlage 104 angeordnet, wobei zwei Seiten dieser Wärmeschweißunterlage 104 als elektrische Schweißunterlagen 105 gebildet sind. Wie in der 2 gezeigt, wird für einen Wärmeleiter in einem LED-Lampenmodul 200 eine Metallschicht 201, die aus einem stark leitungsfähigen Kupfer oder Aluminium besteht, als einen primären Aufbau für die Wärmeübertragung verwendet. Die Metallschicht 201 ist mit einem Isolierfilm 202 bedeckt, während über diesem Isolierfilm 202 ein Leitungskreis 203 montiert ist. Die LED 100 ist mit der Wärmeschweißunterlage 104 und den elektrischen Schweißunterlagen 105 an bestimmten Schweißpunkten auf dem Leitungskreis 203 geschweißt. Diese Technik weist jedoch mehrere Nachteile auf. Wenn die Wärmeenergie der LED 100, die von der Wärmeschweißunterlage 104 übertragen wird, über die Lötmittel 204, den Leitungskreis 203 und über den Isolierfilm 202 die stark leitfähige Metallschicht 201 erreicht, wird ein höherer Wärmewiderstand erzeugt. Wenn beispielsweise unter den gegebenen Bedingungen ein Lötmittel aus einer Zinnlegierung mit einer Wärmeleitfähigkeit von 50 W/m°K und mit einer Dicke von 100 m verwendet wird und ein Leitungskreis aus Kupfer mit einer Wärmeleitfähigkeit von 400 W/m°K und mit einer Dicke von 36 m, ein Isolierfilm mit einer Wärmeleitfähigkeit von 1,8 W/m°K und mit einer Dicke von 60 m und eine Aluminium-/Kupferschicht mit einer Wärmeleitfähigkeit von 235 (400) W/m°K und mit einer Dicke von 1,5 mm vorhanden sind, während eine Wärmeleitfläche 1 cm² beträgt, dann wird der totale Wärmewiderstand wie folgt berechnet: Wärmewiderstand(°C/W) = L (Weglänge)/(K(Wärmeleitfähigkeit)·A(Querschnittsbereich des Wärmeleiters) = 0,418 (0,392)°C/W.
Des weiteren wird diese Technik von wenigen Herstellern beachtet und angewendet, was zu einem größeren Kostenaufwand pro Einheit führt. Der anzufertigende Isolierfilm 202 in Einheiten ist ein Hauptmaterial und kann durch nur eine geringfügige und versehentliche Unachtsamkeit während dem Herstellen und Verarbeiten leicht zerrissen werden. Durch einen zerrissenen Isolierfilm 202 werden die Funktionen des LED-Lampenmoduls unter ungünstigeren Betriebsbedingungen beeinträchtigt, was eine höhere Wahrscheinlichkeit eines Risikos zur Folge hat. Da das Verarbeiten des Isolierfilms 202 eher schwierig ist, dürfen keine zu hohe Anzahl von und zu komplizierte geometrische Designformen für die Produkte der Metallschicht 201 vorhanden sein, was den Umfang der Designformen stark einschränkt.
Mit Bezugnahme auf die 3 kann der Wärmeleiter im LED-Lampenmodul ebenfalls mit einer Keramikschicht 201' versehen sein, so dass diese stark wärmeleitfähige Keramikschicht 201' als den primären Aufbau für die Wärmeübertragung verwendet wird. Über dieser Keramikschicht 201' ist ein Leitungskreis 203 angeordnet, wobei die LED 100' an bestimmten Schweißpunkten auf diesem Leitungskreis 203 geschweißt ist. Die Nachteile dieser in der 3 gezeigten Ausführungsart sind ebenfalls der größere Kostenaufwand pro Einheit, ein höheres potentielles Risiko und die Schwierigkeit beim Herstellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Aufbaus eines thermoelektrischen LED-Lampenmoduls mit einem hervorstehenden Wärmeleiter an einem unteren Element, einer Säule in der Mitte dieses unteren Elements und mit zwei Schulterteilen auf einer oberen Fläche des unteren Elements auf zwei Seiten neben der Säule, und mit einer Leitungskreisschicht, die an die beiden Schulterteilen angeschweißt ist, welche mit einer Öffnung versehen sind, deren Durchmesser dem der Säule entspricht. Die Säule ragt durch die Öffnung, während ein oberes Ende der Säule höher ist als eine obere Fläche der Leitungskreisschicht. Das obere Ende der Säule ist mit einem Lötmittel beschichtet, mit dem eine Wärmeschweißunterlage der thermoelektrischen LED befestigt wird. An der oberen Fläche der Leitungskreisschicht ist je ein Leitungskreis auf eine der beiden Seiten der Säule montiert, wobei dieser Leitungskreis zum Befestigen einer elektrischen Schweißunterlage der LED mit einem Lötmittel beschichtet ist.
Bei der vorliegenden Erfindung ist die LED-Wärmeschweißunterlage direkt auf dem Wärmeleiter geschweißt, mit dem die Wärme ungehindert dieser Richtung entlang übertragen wird, um den totalen Wärmewiderstand zu reduzieren und um die Wirksamkeit der Wärmeübertragung zu erhöhen, um so den Zweck der unterbrochenen Beleuchtung und des Abkühlens in einem offenen oder geschlossenen Raum über eine längere Zeit zu erfüllen.
Für ein besseres Verständnis der oben genannten Ziele und der technischen Methoden der vorliegenden Erfindung soll der kurzen Beschreibung der beigelegten Zeichnungen eine detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsarten folgen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt eine schematische Ansicht der Funktionsweisen einer herkömmlichen Ausführungsart dar.
2 zeigt eine schematische Ansicht einer herkömmlichen Ausführungsart.
3 zeigt eine weitere schematische Ansicht einer herkömmlichen Ausführungsart.
4 zeigt eine schematische Ansicht zum Darstellen der Funktionweise der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine schematische Ansicht der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine weitere schematische Ansicht der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSARTEN
Wie in der 4 und in der 5 gezeigt, ist die vorliegende Erfindung aus einem hervorstehenden Wärmeleiter 10 und aus einer Leitungskreisschicht 20 aufgebaut. Der hervorstehende Wärmeleiter 10 besteht aus einem unteren Element 11 und aus einer Säule 12, die in der Mitte dieses unteren Elements 11 gebildet ist. Eine obere Fläche des unteren Elements 11 ist mit zwei Schulterteilen 111 des hervorstehenden Wärmeleiters 10 auf beiden Seiten neben der Säule 12 gebildet, wobei beide Schulterteile 111 auf einer Unterseite der Leitungskreisschicht 20 geschweißt sind. Die Leitungskreisschicht 20 weist eine Öffnung 21 auf, deren Durchmesser dem der Säule 12 entspricht. Die Säule 12 ragt durch die Öffnung 21, wobei ein oberes Ende der Säule 12 höher ist als eine obere Fläche der Leitungskreisschicht 20. Ein oberes Ende der Säule 12 ist mit einem Lötmittel 121 beschichtet, mit dem eine Wärmeschweißunterlage 31 der thermoelektrischen LED 30 befestigt wird, während auf der oberen Fläche der Leitungskreisschicht 20 auf beiden Seiten der Säule 12 je ein Leitungskreis 22 montiert ist. Der Leitungskreis 22 ist mit einem Lötmittel 23 beschichtet, mit dem eine elektrische Schweißunterlage 32 der LED 30 befestigt wird.
Wie in der 5 gezeigt, ist die Öffnung 21 der Leitungskreisschicht 20 nach der Säule 12 auf dem hervorstehenden Wärmeleiter 10 ausgerichtet, wobei die Leitungskreisschicht 20 mit diesem hervorstehenden Wärmeleiter 10 ummantelt ist. Die LED 30 wird danach durch Anschweißen der Wärmeschweißunterlage 31 und der elektrischen Schweißunterlagen 32 mit dem Lötmittel 121 oben auf der Säule 12 bzw. mit den Schweißmitteln 23 auf den Leitungskreisen 22 befestigt.
Wenn die Wärmeenergie der LED 30 aus der Wämeschweißunterlage 31 übertragen wird und über das Lötmittel 121 und über ein entsprechendes Schweißmaterial den hervorstehenden Wärmeleiter 10 erreicht, kann wie nachfolgend ein Wärmewiderstand erzielt werden, falls eine herkömmliche Leitungskreisschicht zusammen mit einem stark leitfähigen Metall verwendet wird.
Im Vergleich mit der in der 2 gezeigten Metallschicht beträgt der Wärmewiderstand unter denselben Bedingungen nur 1/7.27 (I/6.81) des in der 2 gezeigten Wärmewiderstands. Andererseits beträgt der Wärmewiderstand im Vergleich mit einer in der 3 gezeigten Keramikschicht 1/3.27 des in der 3 dargestellten Wärmewiderstands.
Außerdem ist die herkömmliche Leitungskreisschicht kostenmäßig günstig, während ein stark leitfähiges Metall leicht verarbeitbar ist, so dass der Gesamtkostenaufwand deutlich reduziert wird. Während Jahrzehnten der Anwendungen in der Industrie hat sich die herkömmliche Leitungskreisschicht weiter als sicher und bedenkenlos erwiesen, alle Arten der Verarbeitungstechniken wurden ausgereift, wobei die Designformen nicht eingeschränkt sind und die Verarbeitung einfach ist.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Wärmeschweißunterlage 31 der LED 30 direkt auf dem hervorstehenden Wärmeleiter 10 geschweißt, so dass die Wärmeenergie ungehindert der Richtung entlang übertragen werden kann, um den totalen Wärmewiderstand zu reduzieren und um die Wirksamkeit der Wärmeübertragung zu erhöhen, um so den Zweck der unterbrochenen Beleuchtung und der Abkühlung in einem offenen und geschlossenen Raum über eine längere Zeit zu erfüllen.
Wie in der 6 gezeigt, wird die Säule 12 auf dem hervorstehenden Wärmeleiter 10 nach dem Schweißen der LED 30 mit der entsprechenden Wärmeschweißunterlage 31 auf der Leitungskreisschicht 20 in die Öffnung 21 – der Leitungskreisschicht 20 eingeführt. Für eine bestimmte Betätigungsweise können zum Kombinieren der Wärmeschweißunterlage 31 auf der LED 30 mit dem hervorstehenden Wärmeleiter 10 alle Arten der physikalischen und chemischen Methoden angewendet werden.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die LED-Wärmeschweißunterlage 31 durch Anschweißen oder unter Anwendung aller Arten von physikalischen oder chemischen Methoden mit dem hervorstehenden Wärmeleiter 10 kombiniert. Weiter Werden mit der vorliegenden Erfindung ebenfalls alle Arten von bereits bekannten Techniken zum elektrischen Verbinden der LED mit der herkömmlichen Leitungskreisschicht verwendet. Außerdem wird bei allen Ausführungsarten das untere Element 11 vorzugsweise integral mit der Säule 12 geformt.
Es ist jedoch selbstverständlich, dass die hier beschriebenen Ausführungsarten lediglich die Prinzipien der vorliegenden Erfindung darstellen sollen und dass eine Vielzahl von Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne dabei vom Geist und Umfang der in den nachstehenden Ansprüchen dargestellten Erfindung abzuweichen.

Claims

Ein thermoelektrisches LED-Lampenmodul, aufgebaut aus: einem hervorstehenden Wärmeleiter (10), der aus einem unteren Element (11), einer Säule (12) in der Mitte dieses unteren Elements (11) und aus zwei Schulterteilen (111) gebildet ist, wobei beide letztere auf einer oberen Fläche des unteren Elements (11) und auf beiden Seiten neben der Säule (12) geformt sind; und einer Leitungskreisschicht (20), die an den beiden Schulterteilen (111) des hervorstehenden Wärmeleiters (10) geschweißt ist und mit einer Öffnung (21) versehen ist, deren Durchmesser dem der Säule (12) entspricht; die Säule (12) durch diese Öffnung (21) ragt; ein oberes Ende der Säule (12) höher ist als eine obere Fläche der Leitungskreisschicht (20), und zum Befestigen einer Wärmeschweißunterlage (31) der thermoelektrischen LED (30) mit einem Lötmittel (121) beschichtet ist; auf beiden Seite der Säule (12) auf der oberen Fläche der Leitungskreisschicht (20) je ein Leitungskreis (22) montiert ist, die zum Befestigen einer elektrischen Schweißunterlage (32) der LED mit einem Lötmittel (23) beschichtet ist.
Das thermoelektrische LED-Lampenmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hervorstehende Wärmeleiter (10) aus einem wärmeleitfähigen Metall besteht.
Das thermoelektrische LED-Lampenmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der hervorstehende Wärmeleiter (10) mit einer Kupferschicht beschichtet ist.
Das thermoelektrische LED-Lampenmodul nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das untere Element (11) des hervorstehenden Wärmeleiters (10) integral mit der Säule (12) geformt ist.