JP2015505172A - Ｌｅｄモジュール、ｌｅｄユニット、及びｌｅｄモジュールを備える照明器具 - Google Patents

Abstract

【解決手段】熱界面材料とヒートシンクと一緒に使用されるためのＬＥＤモジュールであって、少なくとも１つのＬＥＤと、前記少なくとも１つのＬＥＤが上に実装され、前記熱界面材料を介して前記ヒートシンクへ熱を拡散するための熱伝導性平面基板と、を有しており、前記熱伝導性平面基板は、前記熱伝導性平面基板を前記ヒートシンクへ取り付ける締結具を受け止めるのに適用される複数の締結具用アイを備えており、前記熱伝導性平面基板は、前記複数の締結具用アイの周辺に一体的に形成された変形可能領域を備え、前記一体的に形成された変形可能領域は、前記熱伝導性平面基板と密接に結び付いている、ＬＥＤモジュール。〔選択図〕図２

Description

本発明は、ＬＥＤモジュール、特にＬＥＤモジュールをヒートシンクに固定するための締結具を受け止めるための締結具用アイを周辺に変形可能領域を備えるＬＥＤモジュール、ＬＥＤユニット、及びＬＥＤモジュールを備える照明器具に関する。

最近では、多くのＬＥＤ駆動の照明器具及びシステムが市販されている。これらのシステムの多くにはＬＥＤモジュールが搭載されている。

これらのほとんどの用途（アプリケーション）では、ＬＥＤモジュールは、システム又は照明器具の、金属実装面に対して固定されている。使用時に、ＬＥＤモジュールは、光に加えて熱を発生する。ＬＥＤモジュールの長寿命を確保するためには、発生した熱を取り去ることが重要である。一般的には、発生した熱は、システムや照明器具の金属実装面へ導かれた後、その周囲に導かれる。このように、金属実装面はヒートシンクとして機能する。

ＬＥＤモジュールとヒートシンクとの間の良好な熱接触を確保することが重要である。特許文献１において、パワー半導体モジュールをヒートシンクに熱的に接触させる放熱接触領域を含むパワー半導体モジュールが提案されている。熱接触をさらに向上するために、パワー半導体モジュールは、ハウジングとプレスオン要素も含んでいる。プレスオン要素は、アンカー領域（係留領域、Ａｎｃｈｏｒｉｎｇ Ｒｅｇｉｏｎ）を含み、つながってハウジング内にアンカー固定される。固定用アイ（小穴）が弾力的にアンカー領域に結合されている。

米国特開２００８／０１５８８２２号公報

前記特許文献１に開示された技術の改善の余地があるように思われる。一方が他方にアンカー固定される複数の要素を含むモジュールの製造は複雑化する。複数のプレスオン要素は射出成形されてプラスチック・ケーシングになるので、それらは問題につながる可能性にあるプラスチックのケーシングと比較して、異なる熱伝導特性を有する材料で形成されている。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、上記課題を解決した、熱伝導性平面基板上に実装された少なくとも１つのＬＥＤ含む改良されたＬＥＤモジュールを提供することが本発明の目的である。特に、熱が発生するＬＥＤからヒートシンクへの熱輸送を促進するＬＥＤモジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第一の態様において、この目的及び他の目的は、下記ＬＥＤモジュールを提供することによって達成される。ＬＥＤモジュールは、熱界面材料とヒートシンクと一緒に使用されるためのＬＥＤモジュールであって、少なくとも１つのＬＥＤと、前記少なくとも１つのＬＥＤが上に実装され、前記熱界面材料を介して前記ヒートシンクへ熱を拡散するための熱伝導性平面基板と、を有しており、前記熱伝導性平面基板は、前記熱伝導性平面基板を前記ヒートシンクへ取り付ける締結具（Ｆａｓｔｅｎｅｒ）を受け止めるのに適用される複数の締結具用アイ（小穴）を備えており、前記熱伝導性平面基板は、前記複数の締結具用アイの周辺に一体的に形成された変形可能領域を備え、前記一体的に形成された変形可能領域は、前記熱伝導性平面基板と密接に結び付いている。

「締結具」という用語は、例えばネジ又はリベットなどの任意の適切な締結具を含むことが意図している。同様に、「締結具用アイ」は、ネジ用アイだけでなく、リベット用アイを構成することを意図している。

ある実施形態では、前記熱伝導性平面基板はプリント回路基板であり、前記ＬＥＤモジュールはＬＥＤプリント回路基板であることができる。ＬＥＤモジュールにおける熱の発生量が低い場合、この実施形態は有利である。

別の実施形態では、前記熱伝導性平面基板は、プリント回路基板が接合されたヒートスプレッダであることができる。ヒートスプレッダは、典型的には、４ｍｍの最大厚さを有するシート状の金属ヒートスプレッダであると有利である。一般的に、ヒートスプレッダは、アルミニウム製である。

また、前記一体的に形成された変形可能領域は、前記熱伝導性平面基板の残りの部分よりも薄い、又は剛性が低いと有利である。さらに、一体的に形成された変形可能領域の厚さは、熱伝導性平面基板の残りの部分の厚さのほとんど半分であることが特に有利である。

第二の態様によれば、この目的及び他の目的は、下記ＬＥＤユニットを提供することによって達成される。ＬＥＤユニットは、前記請求項１から７のいずれか一項記載のＬＥＤモジュールと、ヒートシンクと、を有しており、前記締結具を、前記締結具用アイ（例えばネジ用アイやリベット用アイ）を通って前記ヒートシンクの締結具用穴（例えばネジ穴やリベット穴）内に適用（配置）することで、前記ＬＥＤモジュールが前記ヒートシンクに取り付けられる。

また、前記熱界面材料は、前記ＬＥＤモジュールの前記熱伝導性平面基板と、前記ヒートシンクとの間に配置されていることが有利である。さらに、前記熱界面材料は、熱パッド、熱パテ及び熱ペーストの群から選択されことが特に有利である。

第三の態様によれば、本発明の目的は、本発明の第一の態様に係るＬＥＤモジュール又は本発明の第二の態様に係るＬＥＤユニット備える照明器具を提供することによって達成される。

なお、本発明は、特許請求の範囲に記載の特徴の全ての可能な組合せに関している。

ＬＥＤモジュールにおいて、熱が発生するＬＥＤからヒートシンクへの熱輸送を促進する。

ＬＥＤモジュールがヒートシンクに接合されている最中の断面図である。 ＬＥＤモジュールがヒートシンクに接合された断面図である。 締結具用アイを備えるヒートスプレッダであって、複数の締結具用アイの周辺に一体的に形成された変形可能領域がある図である。

特許請求の範囲に定義される本発明は、ＬＥＤモジュールと、熱界面材料等の熱パッド又高粘性のパテと組み合わせた照明器具のケーシングなどのヒートシンクとの間の熱的接続等の信頼できる機械（接続）を提供する。機械的な観点から、熱界面材料（ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｍａｔｅｒｉａｌ：ＴＩＭ）のような熱パッドまたは熱パテを使用するとき、高い信頼性が達成される。時間とともにトルクが減少する結果として、取り付けネジ（締結具）は、特別な措置又は特別なトルク制限なしに、及びネジを失うリスクなしに、締め付けることができる。熱的観点から、ヒートスプレッダが平坦に留まることを確実にする熱界面において圧縮力が制御され限定されるので、ＬＥＤモジュールとヒートシンクとの間の良好な熱接触が達成される（熱が発生するＬＥＤからヒートシンクへの熱輸送を促進する）。

図面、特に図１を参照すると、ヒートシンク１１８として機能する実装面に接合されようとしているＬＥＤモジュール１００の断面図が示されている。ＬＥＤモジュール１００は、ＬＥＤプリント回路基板（ＬＥＤ基板、Ｐｒｉｎｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ：ＰＣＢ）上に実装された複数のＬＥＤ１０２から構成されている。図に示す実施形態では、プリント回路基板１０４は、典型的にアルミニウム等の金属で製造されたヒートスプレッダ１０６に接合されている。プリント回路基板１０４及びヒートスプレッダ１０６は熱伝導性平面基板を構成し、熱を発散する。
しかし、ＬＥＤプリント回路基板のＬＥＤの発熱容量が制限されている場合、このような別個のヒートスプレッダを含まないことも可能である。この場合、プリント回路基板が熱伝導性平面基板を構成し、ＬＥＤとプリント回路基板からなるＬＥＤプリント回路基板がＬＥＤモジュールとなる。ヒートスプレッダ１０６をヒートシンク１１８に固定するため、以下に特殊な適応を説明する。この特殊な適応は、ＬＥＤモジュールがＬＥＤプリント回路基板である場合にも含まれている。この実施形態は、その構成は図面に示されていない。

ヒートスプレッダ１０６は、ネジ１１４を受け止めるためのネジ用アイ（Ｓｃｒｅｗ ｅｙｅ、ネジ用小穴）１０８を備える。各ネジ用アイ１０８は、ヒートシンク１１８の対応する螺刻されたネジ穴１２０の上方に位置している。
このネジ用アイ１０８の周辺には、ヒートスプレッダ１０６に一体的に形成された変形可能領域１１２がある。この変形可能領域１１２は、それらが一定の限界の力を超えると変形し始めるような方法で設計されている。ヒートスプレッダ１０６とヒートシンク１１８との間に、熱界面材料（ＴＩＭ）１１６がある。

図２を参照すると、ヒートシンク２１８として機能する実装面に接合されたＬＥＤモジュール２００の断面図が示されている。ＬＥＤモジュール２００は、図１と同様のタイプであって、ＬＥＤのためのプリント回路基板（ＬＥＤ基板）２０４上に実装された複数のＬＥＤ２０２から構成されている。ヒートスプレッダ２２０は、ネジ２１０を受け止める複数のネジ用アイ２０８を備えている。各ネジ用アイ２０８は、ヒートシンク２１８の対応する螺刻されたネジ穴２１６の上方に位置している。
このネジ用アイ２０８の周辺には、ヒートスプレッダ２２０（１０６）に一体的に形成された変形可能領域２０６がある。ヒートスプレッダ２０６とヒートシンク２１８との間に、熱界面材料（ＴＩＭ）２１４がある。図２に示されたネジ２１０はヒートシンク２１８の螺刻されたネジ穴２１６に既に締め付けられている。結果として、ネジ用アイ２０８の近傍にある変形可能領域２０６が変形されており、熱界面材料２１４を介した、ヒートスプレッダ２２０とヒートシンク２１８との間の良好な熱接触が確立される（熱が発生するＬＥＤからヒートシンクへの熱輸送を促進する）。

図３を参照すると、ヒートスプレッダ３００又はＬＥＤプリント回路基板（ＰＣＢ）（ＰＣＢがヒートスプレッダとしても機能する場合）は、ネジ穴３０４及び変形可能領域３０６を含む３つの別個のネジ用アイ３０２を備えるものが、示されている。

ヒートスプレッダを、ヒートスプレッダとヒートシンクとが熱パッド（熱界面材料）によって分離されたヒートシンクへ、接合させるネジの締め付けに関する実験を行った。これらの実験では、図３に示すヒートスプレッダと、通常のネジ穴とネジ用アイにも変形可能領域を含まない同じサイズの従来のヒートスプレッダとを比較した。そこで、本発明に係るヒートスプレッダは平坦のままであり、熱パットの変形はネジ用アイの周辺のみに留まることが判明した。対照的に、従来のヒートスプレッダ同様の量ネジ接合の締め付けを行った後では、ヒートスプレッダは曲がり、熱パッドは両端部で押し出され、一般的に変形する。

当業者は、本発明は、上述した好適な実施形態に限定される訳ではないことを理解しうる。逆に、多くの修正及び変更が、添付の特許請求の範囲内で可能である。

１００，２００ ＬＥＤモジュール
１０２，２０２ ＬＥＤ
１０４，２０４ プリント回路基板（ｐｃｂ）
１０６，２２０，３００ ヒートスプレッダ
１０８，２０８，３０２ ネジ用アイ（締結具用アイ）
１１２，２０６，３０６ 変形可能領域
１１４，２１０ ネジ（締結具）
１１６，２１４ 熱界面材料（ＴＩＭ）
１１８，２１８ ヒートシンク
１２０，２１６，３０４ ネジ穴（螺刻されたネジ穴、締結具用穴）

Claims (12)

1. 熱界面材料とヒートシンクと一緒に使用されるためのＬＥＤモジュールであって、
   少なくとも１つのＬＥＤと、
   該少なくとも１つのＬＥＤが上に実装され、前記熱界面材料を介して前記ヒートシンクへ熱を発散するための熱伝導性平面基板と、を有しており、
   該熱伝導性平面基板には、前記熱伝導性平面基板を前記ヒートシンクへ取り付ける締結具を受け止めるのに適用される複数の締結具用アイがあり、
   前記熱伝導性平面基板は、前記複数の締結具用アイの周辺に一体的に形成された変形可能領域を備え、該一体的に形成された変形可能領域は、前記熱伝導性平面基板と密接に結び付いている、
   ＬＥＤモジュール。
2. 前記熱伝導性平面基板はプリント回路基板であり、前記ＬＥＤモジュールはＬＥＤプリント回路基板である、
   請求項１記載のＬＥＤモジュール。
3. 前記熱伝導性平面基板は、プリント回路基板が接合されたヒートスプレッダである、
   請求項１記載のＬＥＤモジュール。
4. 前記ヒートスプレッダは、最大厚みが４ｍｍのシート状金属ヒートスプレッダである、
   請求項３記載のＬＥＤモジュール。
5. 前記一体的に形成された変形可能領域は、前記熱伝導性平面基板の残りの部分よりも薄い、又は剛性が低い、
   請求項１から４のいずれか１項記載のＬＥＤモジュール。
6. 前記一体的に形成された変形可能領域の厚さは、前記熱伝導性平面基板の残りの部分の多くとも半分である、
   請求項５記載のＬＥＤモジュール。
7. 前記締結具は、ネジ又はリベットである
   請求項１記載のＬＥＤモジュール。
8. 前記請求項１から７のいずれか一項記載のＬＥＤモジュールと、
   ヒートシンクと、を有しており、
   前記締結具を、前記締結具用アイを通って前記ヒートシンクの締結具用穴内に配置することで、前記ＬＥＤモジュールが前記ヒートシンクに取り付けられる、
   ＬＥＤユニット。
9. 前記熱界面材料は、前記ＬＥＤモジュールの前記熱伝導性平面基板と、前記ヒートシンクとの間に配置されている、
   請求項８記載のＬＥＤユニット。
10. 前記熱界面材料は、熱パッド、熱パテ及び熱ペーストの群から選択される、
    請求項９記載のＬＥＤユニット。
11. 前記締結具は、ネジ又はリベットである
    請求項８記載のＬＥＤユニット。
12. 請求項１から７のいずれの一項記載のＬＥＤモジュール又は請求項８から１１のいずれか一項の記載のＬＥＤユニットを備える、照明器具。

Images