KR20230174288A - 돌출 핀들을 갖는 히트싱크 및 제조 방법 - Google Patents

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토르스텐 렌첸
마티아스 홀트룹
요셉 헨드릭 안나 마리아 야콥스
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루미레즈 엘엘씨
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Abstract

히트싱크(1), 발광 다이오드(LED) 모듈(200) 및 대응하는 제조 방법이 설명된다. 히트싱크(1)는 전기 전도성 히트싱크 코어(101) 및 전기 전도성 히트싱크 코어(101)의 적어도 제1 표면을 커버하는 전기 절연층(2)을 포함한다. 전기 전도성 히트싱크 코어(101)는 전기 전도성 히트싱크 코어(101)와 일체이고 히트싱크 코어(101)의 제1 표면으로부터 돌출하는 제1 핀(3)을 갖는다. 히트싱크 코어(101)의 적어도 제1 표면은 전기 절연층(2)에 의해 커버되고, 전기 절연층은 제1 핀(5)의 측면(5)의 적어도 일부들을 전기 절연층(2)으로부터 노출되도록 남겨둔다.

Description

돌출 핀들을 갖는 히트싱크 및 제조 방법
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2021년 5월 19일자로 출원된 미국 정규 특허 출원 제63/190,536호의 이익을 주장하며, 그 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.
배경기술
발광 다이오드(LED)들은 에너지 효율 및 수명과 같은 우수한 기술적 특성들로 인해 오래된 기술의 광원들을 점점 더 많이 대체하고 있다. 이것은 또한, (차량 전조등과 같이) 예를 들어, 휘도, 광도, 및/또는 빔 성형의 관점에서 까다로운 응용들에 대해 적용된다. 그러나, 그들의 에너지 효율에도 불구하고, LED들, 및 특히 고전력 LED들은 여전히 상당한 열을 발생시킬 수 있고, 이는 LED 접합 온도들을 낮게 유지하기 위해, 일반적으로 LED를 히트싱크에 연결함으로써 행해질 수 있는 냉각을 필요로 할 수 있다. 이러한 히트 싱크는 종종 많은 다른 고전력 반도체 컴포넌트들에서 사용된다.
히트싱크, 발광 다이오드(LED) 모듈 및 대응하는 제조 방법이 설명된다. 히트싱크는 전기 전도성 히트싱크 코어, 및 전기 전도성 히트싱크 코어의 적어도 제1 표면을 커버하는 전기 절연층을 포함한다. 전기 전도성 히트싱크 코어는 전기 전도성 히트싱크 코어와 일체이고 히트싱크 코어의 제1 표면으로부터 돌출하는 제1 핀을 갖는다. 히트싱크 코어의 적어도 제1 표면은 전기 절연층으로부터 노출된 제1 핀의 측면의 적어도 일부를 남기는 전기 절연층으로 커버된다.
첨부된 도면들과 함께 예로서 주어지는 다음의 설명으로부터 더 상세한 이해가 이루어질 수 있다.
도 1은 히트싱크를 갖는 LED 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 2는 반사기를 갖는 도 1의 LED 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 3은 제조 방법의 다양한 스테이지들에서의 히트싱크의 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 3의 예시적인 방법의 흐름도이다.
도 5는 예시적인 차량 헤드램프 시스템의 도면이다.
도 6은 다른 예시적인 차량 헤드램프 시스템의 도면이다.
상이한 광 조명 시스템들 및/또는 발광 다이오드("LED") 구현들의 예들이 첨부된 도면들을 참조하여 이하에서 더 완전히 설명될 것이다. 이러한 예들은 상호 배타적이지 않고, 하나의 예에서 발견되는 특징들은 추가적인 구현들을 달성하기 위해 하나 이상의 다른 예에서 발견되는 특징들과 조합될 수 있다. 따라서, 첨부 도면들에 도시된 예들은 단지 예시적인 목적들을 위해 제공되며, 이들은 어떠한 방식으로도 본 개시내용을 제한하도록 의도되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 유사한 번호들은 전체에 걸쳐 유사한 요소들을 지칭한다.
제1, 제2, 제3 등의 용어들이 다양한 요소들을 설명하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있지만, 이러한 요소들은 이러한 용어들에 의해 제한되지 않아야 한다는 점이 이해될 것이다. 이러한 용어들은 하나의 요소를 다른 요소와 구별하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 제1 요소는 제2 요소로 명명될 수 있고 제2 요소는 제1 요소로 명명될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "및/또는"이라는 용어는 연관된 열거된 항목들 중 하나 이상의 임의의 그리고 모든 조합들을 포함할 수 있다.
층, 영역, 또는 기판과 같은 요소가 다른 요소 "상에" 있거나 다른 요소 "상으로" 연장되는 것으로 언급될 때, 그것은 다른 요소 상에 직접 있거나 다른 요소 상으로 직접 연장될 수 있거나, 개재 요소들이 또한 존재할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 대조적으로, 한 요소가 다른 요소 "상에 직접" 있거나 다른 요소 "상으로 직접" 연장되는 것으로 언급될 때, 개재 요소들이 존재하지 않을 수 있다. 한 요소가 다른 요소에 "연결" 또는 "결합"되는 것으로 지칭될 때, 그것은 다른 요소에 직접 연결 또는 결합될 수 있고/있거나 하나 이상의 개재 요소를 통해 다른 요소에 연결 또는 결합될 수 있다는 것이 또한 이해될 것이다. 대조적으로, 한 요소가 다른 요소에 "직접 연결" 또는 "직접 결합"되는 것으로 지칭될 때, 그 요소와 다른 요소 사이에 개재 요소들이 존재하지 않는다. 이들 용어는 도면들에 도시된 임의의 배향에 추가하여 요소의 상이한 배향들을 포함하도록 의도된다는 것이 이해될 것이다.
"아래(below)", "위(above)", "상부(upper)", "하부(lower)", "수평(horizontal)" 또는 "수직(vertical)"과 같은 상대적인 용어들은 도면들에 예시된 바와 같이 하나의 요소, 층, 또는 영역과 다른 요소, 층, 또는 영역의 관계를 설명하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있다. 이들 용어는 도면들에 도시된 배향에 추가하여 디바이스의 상이한 배향들을 포함하도록 의도된다는 것이 이해될 것이다.
할로겐 램프들은 수년 동안 자동차 전조등을 위한 디폴트 광원이었다. 그러나, 새로운 설계 가능성들 및 에너지 효율을 수반하는 최근의 LED 기술의 진보들은 LED 기술, 소위 LED 개량물들에 기초한 할로겐에 대한 법적 대체물을 찾는 것에 대한 관심을 자극하였다. 이러한 LED 개량물들은 몇 년 동안 시장에 나와 왔으며 할로겐 헤드 램프들의 인기 있는 애프터마켓 대체품이다. 그러나, 이러한 개량물들의 거의 전부는 법적 요건들을 충족시키지 못하고, 따라서 도로 상에서 허용되지 않는다.
LED들, 또는 일반적으로 반도체 컴포넌트들은 기계적 손상에 대해서뿐만 아니라, 예를 들어, 강한 전기장들에 대해서, 그리고 더 구체적으로는, 그것들을 통해 또는 그것들의 근처에서 발생하는 정전기 방전들("ESD들")에 대해서도 보호를 필요로 하는 취약한 디바이스들이다. 따라서, 그러한 ESD 이벤트들은 회피되어야 하거나, 적어도, 예를 들어 LED들 근처의 접지된 요소들을 예측함으로써 완화되어야 한다.
LED 근처의 정전하는 다양한 이유들로 축적될 수 있다. 예를 들어, 전기적으로 비전도성인 재료들이 LED의 부근에 존재할 수 있다. 그러나, 전도성 요소들은 또한, 정전기 전하가 그들 상에 축적될 수 있는 경우에 문제를 제시할 수 있는데, 이는 예를 들어 그러한 전도성 요소들이 정의된 전위들로부터 그리고 특히 접지 전위로부터 절연되기 때문이다. LED들의 경우, 후자는 예를 들어, 동작 중인 LED에 의해 방출된 광을 처리하는 광학 컴포넌트들에 적용될 수 있다. 예를 들어, LED에 가까운 반사기에 부착될 필요가 있을 수 있는 LED 모듈들이 있다. 반사기는 LED를 향하는 반사 표면을 가질 수 있고, 반사 표면은 전형적으로 전기 비전도성 플라스틱 물체 상에 도포된 전기 전도성 금속 층으로 만들어지고, 따라서 금속 층을 정의된 전위로부터, 특히 접지 전위로부터 절연시킨다.
ESD 이벤트들은 또한 그들의 열 관리를 위해 LED들에 연결된 히트싱크들에 의해 유발될 수 있다. 이것은 금속 히트싱크가 양호한 열 전도성을 위해 사용되고, 금속이 물론 양호한 전기 전도체인 경우에도 발생할 수 있다. 알루미늄 히트싱크들은 양극 산화될 수 있는데, 이는 그들의 표면들이 산화되어 히트싱크로부터 환경으로의 증가된 복사 열 전달을 위해 그들의 표면 방사율을 증가시킨다는 것을 의미한다. 그러나, 산화물들과 같은 양극 산화 층들은 전기 절연체들일 수 있고, 따라서, 광학 컴포넌트들(예를 들어, 반사기) 또는 전기 컴포넌트들(예를 들어, LED들에 전력을 공급하는 인쇄 회로 보드(PCB))과 같은, 히트싱크에 장착된 컴포넌트들에 대한 히트싱크의 Al 코어의 전기적 접촉을 차단할 수 있다. 훨씬 더 유해하게는, 이러한 절연층들은 그들 자체로 정전하를 축적할 수 있다.
위에서 설명된 것과 같은 ESD 문제들을 완화시키는 하나의 방법은 금속 히트싱크 코어를 접지시키고, 금속 코어와 전기적으로 접촉하는 스크류들(screws)을 갖는 체결구들로서 금속 스크류들을 사용함으로써 히트싱크의 절연된 표면 층에서 그러한 접지 전위를 노출시키는 것일 수 있다. 이러한 방식은, 예를 들어 미국 특허 번호 7837354에 기재되어 있으며, 이는 본 명세서에 참조로 포함된다. 스크류 헤드들은 그 다음에 또한 접지되어, 근처의 정전하들을 방전시킬 수 있다. 그러나, 이러한 방식은 절연된 표면 층을 통해 금속 코어 내로 스크레이핑(scraping)하는 스크류 헤드들의 후방측에 치형부를 갖는 특수 스크류들을 필요로 하거나, 또는 절연층이 스크류 헤드들의 위치에서 제거될 필요가 있다.
추가적으로, 많은 응용들은 체결구들과 같은 스크류들을 사용하지 않거나, 플라스틱과 같은 전기적으로 비전도성인 스크류들이 사용된다. 표준 스크류들과 함께 금속 스크류들이 사용되는 응용들에서, 이러한 스크류들에 의해 매개되는 전기적 접촉은 통상적으로 스크류 결합시 응력을 회피하기 위해 점별로만 발생할 수도 있고, 제조 공차들로 인해, 스크류 직경들은 스크류 구멍 직경들보다 약간 작게 치수 설정될 수도 있다. 그러나, 점별 접촉은 제한된 전기 전도성을 가질 수 있고, 따라서 큰 정전위를 신뢰성 있게 방전시킬 수 없다. 추가적으로, 추가적인 제조 단계에서 절연된 표면 층을 제거하지 않고, 히트싱크의 금속 코어를 신뢰성 있게 접지하는 것은 그 자체로 문제가 될 수 있다. 본 명세서에 설명된 실시예들은, 히트싱크들과 관련하여, 히트싱크들에 전형적으로 존재하는 정렬 또는 다른 핀들과 같은 요소들을 사용함으로써, 특히 LED 모듈들에 대해서뿐만 아니라 일반적으로 다른 반도체 모듈들에 대해서도 ESD 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 히트싱크(1), 리본 본드들(12)을 통해 PCB(20)에 전기적으로 결합된 3개의 LED들(11), 및 PCB(20)를 통해 히트싱크(1)에 장착된 커넥터(30)를 포함하는 LED 모듈(200)의 개략적인 사시도이다. 히트싱크(1)는 히트싱크의 상부 표면(라벨링되지 않음)으로부터 돌출하는 돌출 핀들(3 및 4)을 포함할 수 있다. 핀들(3)은 PCB(20)를 히트싱크(1)에 체결하는 역할을 할 수 있고, 핀들(4)은 히트싱크(1)에 장착될 반사기(40)에 대한 정렬 요소들로서 역할을 할 수 있다(도 2 참조). 히트싱크(1)의 표면은 핀들(3, 4)의 상부 표면들을 또한 커버할 수 있는 전기 절연층(2)에 의해 커버될 수 있다. 그러나, 핀들(3, 4)의 측면(또는 측부) 표면들(5)은 절연층(2)에 의해 적어도 부분적으로 커버되지 않을 수 있어, 히트싱크 코어의 재료를 환경에 노출시킨다.
히트싱크 코어는 양호한 열적 특성들, 낮은 중량 및 비교적 낮은 가격을 위해 알루미늄(Al)과 같은 전기 전도성 재료로 제조될 수 있다. Al 코어를 갖는 절연층(2)은 Al 표면을 양극 산화(산화)하는 것으로부터 초래될 수 있으며, 이는 히트싱크의 환경으로의 복사 열 전달을 개선하기 위해 행해질 수 있다. 일부 실시예들에서, 히트싱크는 히트싱크(1)를 제조하기 위한 미가공 형상으로서 시트 금속으로 제조될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 핀들(3, 4)은 도 3 및 도 4와 관련하여 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 히트싱크의 미가공 형상으로부터 스탬핑(stamping)되거나 딥 드로잉(deep drawing)될 수 있다. 이러한 스탬핑/딥 드로잉 프로세스는, 실시예에 따라, 핀의 상부 표면에 절연층(2)을 유지하면서, 스탬핑/딥 드로잉에서 절연층(2)이 핀의 증가하는 측면적을 따르지 않는 방식으로 수행될 수 있다. 따라서, 어떤 의미에서, 절연층(2)은 스탬핑/딥 드로잉 시에 파열될 수 있다. 이것은 핀들(3, 4)의 측면들(5)이 절연층(2)에 의해 적어도 부분적으로 커버되지 않는 결과를 낳을 수 있다.
그러나, 본 개시내용은 시트 금속 미가공 형상으로부터 히트싱크를 제조하는 것을 요구하지 않고, 스탬핑 또는 딥 드로잉에 의해 핀들을 제조하는 것은 요건이 아니며, 본 명세서에 설명된 실시예들은 다이 캐스팅에 의한 것과 같이 돌출 핀들을 갖는 히트싱크를 제조하는 것을 포함하여, 모든 다른 제조 방법들을 또한 포함할 수도 있다. 이러한 다른 제조 방법들이 핀들의 측면들이 히트싱크의 절연층에 의해 커버되는 것을 초래하는 한, 핀들의 측면들에서의 절연층은, 단지 몇 가지 옵션들을 말하자면, 연삭, 밀링, 또는 레이저 절제와 같은, 이후의 기계가공에 의해 적어도 부분적으로 제거될 필요가 있을 수 있다. 대안적으로, 에칭(etching) 프로세스들에 의한 것과 같은 마스킹 및 층 제거는 히트싱크 코어 재료를 환경에 적어도 부분적으로 노출시키는 측방향 핀 표면들을 달성하기 위해 사용될 수 있다.
이러한 추가적인 제조 단계들의 경우에도, 본 명세서에 설명된 실시예들은 ESD 보호를 위해 (예를 들어, 체결 및/또는 정렬 이유들을 위해) 히트싱크에 이미 존재하는 핀들에만 의존하는 이점을 제공할 수 있고, 따라서 전기 전도성 스크류들과 같은 추가적인 또는 특수한 요소들을 요구하지 않을 수 있다.
핀들(3)은 예를 들어 리벳팅(riveting)과 유사한 방식으로 PCB(20)를 히트싱크(1)에 체결하는 데 사용될 수 있다. 이를 위해, 핀들(3)은 직립 실린더의 형상을 가질 수 있고, PCB(20)는 핀들(3)에 대응하는 관통 홀들(도시되지 않음)을 가질 수 있다. PCB(20)를 히트싱크(1)에 장착하기 위해, PCB(20)는 핀들(3)이 관통 홀들을 관통하는 상태로 히트싱크(1) 상에 배치될 수 있다. 핀들(3)의 헤드들은 PCB(20)의 상부 표면을 터치하도록 변형될 수 있고, 그에 의해 PCB(20)를 히트싱크(1)에 고정할 수 있다. 헤드들을 변형할 때, 핀들(3)의 측면들(5)의 커버되지 않은 부분들로부터의 전기 전도성 재료는 PCB(20)의 상부 표면을 터치할 수 있다. 핀들(3)의 변형된 헤드들 아래의 PCB의 상부 표면 상의 전기 전도성 트랙(21)(개략적으로만 표시됨)은 그에 의해 히트싱크의 전기 전도성 코어 재료에 전기적 접촉을 하고 히트싱크 코어를 외부 접지 전위에 연결될 수 있는 커넥터(30) 내의 접촉부에 연결할 수 있다. 이러한 방식으로, 히트싱크 코어는 전기 전도성 스크류들과 같은 추가적인 또는 특수한 구성 요소들 없이 접지될 수 있다.
커넥터(30), 전기 전도성 트랙(21), 및 핀들(3)의 변형된 헤드들을 통해 히트싱크 코어를 접지시키는 것은 핀들(3, 4)의 코팅되지 않은 측면들(5)에서도 그러한 접지 전위를 노출시킬 수 있고, 이에 의해 핀들(3, 4)의 측면들(5)을 통해 근처의 정전하가 방전될 수 있다. 따라서, 이러한 방식으로 이미 존재하는 핀들(3, 4)을 수정함으로써, 어떠한 추가적인 또는 심지어 특별한 요소들 없이 핀들(3, 4)의 측면들(5)에 의해 히트싱크의 표면으로 전달되는 그러한 접지 전위를 갖는 히트싱크 코어의 용이한 접지를 허용할 수 있다.
도 2는 히트싱크(1)에 장착된 반사기(40)를 갖는 도 1의 LED 모듈의 다른 사시도이다(히트싱크 평면에 수직이고 그 중심에 있는 축을 중심으로 대략 90°회전됨). 반사기(40)는 PCB(20) 및 히트싱크(1) 내의 관통 홀(6)을 관통하는 체결구(도시되지 않음)에 의해 장착될 수 있고(도 1과 비교), 형태 맞춤 방식(form-fit manner)으로 반사기(40)의 카브 아웃들(carve outs)(41)은 핀들(4)의 측면들(5)을 터치할 수 있고, 그에 의해 반사기(40)를 3개의 LED들(11)에 대해 정렬시킬 수 있다. 2개의 리본 본드들(12)은 LED들(11)을 PCB(20)의 전도성 트랙들(도시되지 않음)에 전기적으로 결합할 수 있다(커넥터(30) 내의 접촉부들에 추가로 연결함).
반사기(40)의 반사표면(42)을 이러한 금속과 같은 전기 전도성 재료로 제조하고, 이러한 반사표면(42)을 카브 아웃들(41)까지 연장하고 카브 아웃들(41)을 커버하는 것은 핀들(4)의 측면들(5)과 카브 아웃들(41)의 전체 접촉 영역에 걸쳐 전기 전도성 접촉을 발생시킬 수 있다. 이에 의해, 반사표면(41)은 히트싱크 코어에 높은 전기 전도성으로 결합될 수 있다. 도 1과 관련하여 위에서 설명된 요소들과 함께, 반사 표면(41)은, 카브 아웃들(41), 핀들(4)의 측면들(5), 히트싱크 코어, 핀들(3)의 변형된 헤드들의 하부 측들, PCB(20)의 전도성 트랙(21), 및 커넥터(30)를 외부 접지 리드에 결합함으로써 접지될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 연마 반사기(40)에 의해 생성된, 반사 표면(41) 상의 정전하의 축적, 및 그러한 정전하의 LED들(11)로의 점프오버를 완화할 수 있으며, 이는 그렇지 않으면 LED들에 해를 끼칠 수 있다.
도 3은 제조 방법의 다양한 스테이지들에서의 히트싱크의 개략적인 단면도이다. 도 4는 도 3의 예시적인 방법의 흐름도이다.
시트 금속의 단편이 제공될 수 있다(402). 일부 실시예들에서, 시트 금속은 AL 시트일 수 있다. 이 방법의 이 스테이지에서의 시트 금속은 시트 금속(100)으로서 도 3a에 도시되어 있다. 도 3에서, 도트들은 2개의 길이(좌측 및 우측) 및 두께(수직) 방향들에서 시트의 연속적인 연장을 나타낼 수 있다.
전기 절연층이 시트 금속 위에 형성될 수 있다(404). 도 3b는 히트싱크 코어(101)로도 지칭될 수 있는, 시트 금속 위에 절연층(2)이 형성된 후의 시트 금속을 도시한다. 일부 실시예들에서, 위에서 설명된 바와 같이, 이것은 시트 금속(100)의 표면을 양극 산화함으로써 행해질 수 있다. 그러나, 이는 전술한 바와 같이 다양한 방식들로 형성될 수 있다.
제1 핀은 제1 핀의 측면의 적어도 일부들이 전기 절연층(406)으로부터 노출되도록 형성될 수 있다. 이는, 예를 들어, 제1 핀을 딥 드로잉 및/또는 스탬핑함으로써 이루어질 수 있다. 도 3c는 스탬핑 또는 딥 드로잉에 의해 최종적으로 돌출 핀(3)을 만들기 위해 방향(120)으로 이동하는 스탬프(도시되지 않음)를 적용하는 제1 스테이지들을 도시한다. 도 3c는 핀(3)의 시작 형상(103)을 도시한다. 핀 헤드 및 바닥 상의 절연층(2)은 스탬핑/딥 드로잉 프로세스를 따를(follow) 수 있다는 것을 알 수 있다. 그러나, 본 명세서에 설명된 실시예들에 따라 적절한 프로세스 파라미터들을 선택하면, 시작 돌출 핀(103)의 측면들(도면에서 수직 표면들) 상에서, 절연층(2)은, 시간이 지남에 따라, 스탬핑/딥 드로잉을 점점 더 따르지 않을 수 있고, 따라서, 얇아지기 시작할 수 있다. 이는 절연층(2)이 삼각형들(102)을 형성함에 따라 도 3c에 개략적으로 표시되어 있다. 방향(120)으로의 스탬핑/깊이 드로잉을 계속하는 것은 최종적으로 절연층(2)이 없는 측면들(5)의 큰 부분들을 남길 수도 있다. 이는 도 3d에서 볼 수 있고, 여기서 점선 수직선들은 중괄호들에 의해 표시된 측면들(5)의 커버되지 않은 부분들이 절연층(2)의 잔여부(102)에 의해 커버된 나머지 부분들보다 훨씬 더 큰 연장을 갖는다는 것을 나타낸다.
양극 산화, 그리고 특히 딥 드로잉이 Al 시트 금속으로부터 히트싱크를 형성하는 전형적으로 바람직한 공정 단계들이기 때문에, 이러한 제조 방법은 임의의 추가적인 공정 단계들 또는 임의의 추가적인 또는 특수화된 구성요소들의 사용 없이 ESD 문제를 완화시킬 수 있다.
히트싱크(1)에 대한 LED들(11)의 열 접촉을 개선하기 위해(도 2와 비교), 절연층(2)이 히트싱크 코어보다 낮은 열 전도율을 가질 수 있기 때문에, 절연층(2)은 LED들(11)에 대한 장착 영역으로서 역할을 하는 히트싱크(1)의 부분에서와 같이, LED들(11) 아래에서 제거될 수 있다. LED 장착 영역에서의 절연층(2)의 이러한 제거는 연삭, 밀링, 또는 레이저 절제와 같은 임의의 적합한 방법에 의해 수행될 수 있다.
이러한 방법은 또한 제2 핀 및/또는 하나 이상의 추가적인 제1 또는 제2 핀들에 사용될 수 있다. 이러한 핀들은, 예를 들어, 회로 보드 및 반사기를 히트싱크에 정렬 및 부착하기 위해 사용될 수 있다(예를 들어, 제1 핀들은 회로 보드 또는 반사기 중 하나를 위해 사용될 수 있고, 다른 핀은 회로 보드 또는 반사기 중 다른 하나를 히트싱크에 정렬 및 부착하기 위해 사용될 수 있음). 방법은 반사기 및/또는 회로 보드를 히트싱크에 장착하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 5는 본 명세서에 설명된 실시예들 및 예들 중 하나 이상을 포함할 수 있는 예시적인 차량 헤드램프 시스템(500)의 도면이다. 도 5에 도시된 예시적인 차량 헤드램프 시스템(500)은 전력 라인들(502), 데이터 버스(504), 입력 필터 및 보호 모듈(506), 버스 송수신기(508), 센서 모듈(510), LED DC/DC(direct current to direct current) 모듈(512), 로직 LDO(low-dropout) 모듈(514), 마이크로-제어기(516) 및 능동 헤드 램프(518)를 포함한다.
전력 라인들(502)은 차량으로부터 전력을 수신하는 입력들을 가질 수 있고, 데이터 버스(504)는 그를 통해 차량과 차량 헤드램프 시스템(500) 사이에서 데이터가 교환될 수 있는 입력들/출력들을 가질 수 있다. 예를 들어, 차량 헤드램프 시스템(500)은 차량 내의 다른 위치들로부터, 방향 지시등을 켜거나 헤드램프들을 켜기 위한 명령어들과 같은 명령어들을 수신할 수 있고, 원하는 경우 차량 내의 다른 위치들에 피드백을 전송할 수 있다. 센서 모듈(510)은 데이터 버스(504)에 통신가능하게 결합될 수 있고, 예를 들어, 환경 조건들(예를 들어, 시각, 비, 안개, 또는 주변 광 레벨들), 차량 상태(예를 들어, 주차됨, 이동 중, 이동의 속도, 또는 이동의 방향), 및 다른 물체들(예를 들어, 차량들 또는 보행자들)의 존재/위치와 관련된 추가적인 데이터를 차량 헤드램프 시스템(500) 또는 차량 내의 다른 위치들에 제공할 수 있다. 차량 데이터 버스에 통신가능하게 결합된 임의의 차량 제어기와 별개인 헤드램프 제어기가 또한 차량 헤드램프 시스템(500)에 포함될 수 있다. 도 5에서, 헤드램프 제어기는 마이크로-제어기(μc)(516)와 같은 마이크로-제어기일 수 있다. 마이크로-제어기(516)는 데이터 버스(504)에 통신가능하게 결합될 수 있다.
입력 필터 및 보호 모듈(506)은 전력 라인들(502)에 전기적으로 결합될 수 있고, 예를 들어, 전도된 방출들을 감소시키고 전력 내성을 제공하기 위해 다양한 필터들을 지원할 수 있다. 추가적으로, 입력 필터 및 보호 모듈(506)은 정전기 방전(ESD) 보호, 로드-덤프 보호, 교류 발전기 필드 감쇠 보호, 및/또는 역 극성 보호를 제공할 수 있다.
LED DC/DC 모듈(512)은 필터링된 전력을 수신하고 능동 헤드램프(518) 내의 LED 어레이 내의 LED들에 전력을 공급하기 위한 구동 전류를 제공하기 위해 입력 필터 및 보호 모듈(506)과 능동 헤드램프(518) 사이에 결합될 수 있다. LED DC/DC 모듈(512)은 대략 13.2 볼트의 공칭 전압을 갖는 7 내지 18 볼트의 입력 전압, 및 (예를 들어, 부하, 온도 또는 다른 인자들로 인한 인자 또는 로컬 교정 및 동작 조건 조정들에 의해 결정되는 바와 같이) LED 어레이에 대한 최대 전압보다 약간 더 높을 수 있는(예를 들어, 0.3 볼트) 출력 전압을 가질 수 있다.
로직 LDO 모듈(514)은 필터링된 전력을 수신하기 위해 입력 필터 및 보호 모듈(506)에 결합될 수 있다. 로직 LDO 모듈(514)은 또한 마이크로-제어기(516) 및 능동 헤드램프(518)에 결합되어 마이크로-제어기(516), 및/또는 CMOS 로직과 같은 능동 헤드램프(518) 내의 전자 장치들에 전력을 제공할 수 있다.
버스 송수신기(508)는, 예를 들어, UART(universal asynchronous receiver transmitter) 또는 SPI(serial peripheral interface) 인터페이스를 가질 수 있고 마이크로-제어기(516)에 결합될 수 있다. 마이크로-제어기(516)는 센서 모듈(510)로부터의 데이터에 기초하여 또는 이를 포함하여 차량 입력을 변환할 수 있다. 변환된 차량 입력은 능동 헤드램프(518) 내의 이미지 버퍼로 전송가능한 비디오 신호를 포함할 수 있다. 또한, 마이크로-제어기(516)는 시동 동안 디폴트 이미지 프레임들을 로딩하고 개방/단락 픽셀들에 대해 테스트할 수 있다. 실시예들에서, SPI 인터페이스는 CMOS에 이미지 버퍼를 로딩할 수 있다. 이미지 프레임들은 전체 프레임, 차동 또는 부분 프레임들일 수 있다. 마이크로-제어기(516)의 다른 특징들은 로직 LDO 출력뿐만 아니라 다이 온도를 포함하는 CMOS 상태의 제어 인터페이스 모니터링을 포함할 수 있다. 실시예들에서, LED DC/DC 출력은 헤드룸을 최소화하도록 동적으로 제어될 수 있다. 이미지 프레임 데이터를 제공하는 것에 더하여, 사이드 마커 또는 방향 지시등들과 연동되는 상보적 사용, 및/또는 주간 주행등들의 활성화와 같은 다른 헤드램프 기능들이 또한 제어될 수 있다.
도 6은 다른 예시적인 차량 헤드램프 시스템(600)의 도면이다. 도 6에 도시된 예시적인 차량 헤드램프 시스템(600)은 적용 플랫폼(602), 2개의 LED 조명 시스템들(606 및 608), 및 보조 광학계들(610 및 612)을 포함한다.
LED 조명 시스템(608)은 광 빔들(614)(도 6에서 화살표들(614a 및 614b) 사이에 도시됨)을 방출할 수 있다. LED 조명 시스템(606)은 광 빔들(616)(도 6에서 화살표들(616a 및 616b) 사이에 도시됨)을 방출할 수 있다. 도 6에 도시된 실시예에서, 보조 광학계(610)는 LED 조명 시스템(608)에 인접하고, LED 조명 시스템(608)으로부터 방출된 광은 보조 광학계(610)를 통과한다. 유사하게, 보조 광학계(612)는 LED 조명 시스템(606)에 인접하고, LED 조명 시스템(606)으로부터 방출된 광은 보조 광학계(612)를 통과한다. 대안적인 실시예들에서, 보조 광학계들(610/612)은 차량 헤드램프 시스템에 제공되지 않는다.
포함되는 경우, 보조 광학계들(610/612)는 하나 이상의 광 가이드이거나 이를 포함할 수 있다. 하나 이상의 광 가이드는 에지(edge) 조명될 수 있거나, 광 가이드의 내부 에지를 정의하는 내부 개구를 가질 수 있다. LED 조명 시스템들(608 및 606)은 그것들이 하나 이상의 광 가이드의 내부 에지(내부 개구 광 가이드) 또는 외부 에지(에지 조명 광 가이드) 내로 광을 주입하도록 하나 이상의 광 가이드의 내부 개구들에 삽입될 수 있다. 실시예들에서, 하나 이상의 광 가이드는 LED 조명 시스템들(608 및 606)에 의해 방출된 광을 원하는 방식으로, 예를 들어, 구배(gradient), 모따기된(chamfered) 분포, 좁은 분포, 넓은 분포, 또는 각도 분포 등으로 성형할 수 있다.
적용 플랫폼(602)은 도 5의 전력 라인들(502) 및 데이터 버스(504) 중 하나 이상 또는 일부를 포함할 수 있는 라인들(604)을 통해 LED 조명 시스템들(606 및/또는 608)에 전력 및/또는 데이터를 제공할 수 있다. 하나 이상의 센서(차량 헤드램프 시스템(600) 내의 센서들 또는 다른 추가적인 센서들일 수 있음)는 적용 플랫폼(602)의 하우징의 내부 또는 외부에 있을 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 도 5의 예시적인 차량 헤드램프 시스템(500)에 도시된 바와 같이, 각각의 LED 조명 시스템(608 및 606)은 그 자신의 센서 모듈, 연결 및 제어 모듈, 전력 모듈, 및/또는 LED 어레이를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 차량 헤드램프 시스템(600)은 조향가능한 광 빔들을 갖는 자동차를 나타낼 수 있으며, 여기서 LED들은 조향가능한 광을 제공하기 위해 선택적으로 활성화될 수 있다. 예를 들어, LED들 또는 방출기들의 어레이는 형상 또는 패턴을 정의 또는 투영하거나 도로의 선택된 섹션들만을 조명하기 위해 사용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, LED 조명 시스템들(606 및 608) 내의 적외선 카메라들 또는 검출기 픽셀들은 조명을 요구하는 장면(예를 들어, 도로 또는 보행자 횡단)의 부분들을 식별하는 센서들(예를 들어, 도 5의 센서 모듈(510) 내의 센서들과 유사함)일 수 있다.
실시예들을 상세히 설명하였지만, 본 기술분야의 통상의 기술자는, 본 설명이 주어지면, 본 발명의 개념의 사상으로부터 벗어나지 않고 본 명세서에 설명된 실시예들에 대해 수정들이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 예시되고 설명된 특정 실시예들로 제한되는 것으로 의도되지 않는다.

Claims (17)

  1. 히트싱크(heatsink)로서,
    전기 전도성 히트싱크 코어와 일체이고 상기 히트싱크 코어의 제1 표면으로부터 돌출하는 제1 핀을 포함하는 전기 전도성 히트싱크 코어; 및
    전기 절연층을 포함하고, 상기 전기 절연층은 상기 전기 전도성 히트싱크 코어의 적어도 상기 제1 표면을 커버하고 상기 제1 핀의 측면의 적어도 일부들을 상기 전기 절연층으로부터 노출되도록 남겨두는, 히트싱크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 핀은 회로 보드 또는 적어도 하나의 광학 요소와의 기계적 결합 중 하나를 위해 구성되는, 히트싱크.
  3. 제2항에 있어서, 상기 회로 보드 또는 상기 적어도 하나의 광학 요소와의 상기 기계적 결합 중 다른 하나를 위해 구성된 제2 핀
    을 더 포함하는, 히트싱크.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 핀은 상기 전기 전도성 히트싱크 코어와 일체이고, 상기 히트싱크 코어의 상기 표면으로부터 돌출하고, 그 측면의 적어도 일부들을 상기 전기 절연층으부터 노출시킨, 히트싱크.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전기 절연층으로부터 또한 노출되는 발광 다이오드(LED) 장착 영역
    을 더 포함하는, 히트싱크.
  6. LED 모듈로서,
    히트싱크를 포함하고, 상기 히트싱크는:
    전기 전도성 히트싱크 코어와 일체이고 상기 히트싱크 코어의 제1 표면으로부터 돌출하는 제1 핀을 포함하는 전기 전도성 히트싱크 코어,
    전기 절연층 - 상기 전기 절연층은 상기 전기 전도성 히트싱크 코어의 적어도 상기 제1 표면을 커버하고 상기 제1 핀의 측면의 적어도 일부들을 상기 전기 절연층으로부터 노출되도록 남겨둠 - , 및
    상기 전기 절연층으로부터 또한 노출되는 발광 다이오드(LED) 장착 영역; 및
    상기 히트싱크의 상기 LED 장착 영역 상에 장착된 LED
    를 포함하는, LED 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    적어도 제1 표면 및 상기 제1 표면의 반대쪽의 제2 표면을 갖는 인쇄 회로 보드(PCB)를 더 포함하고, 상기 PCB는:
    상기 PCB의 적어도 상기 제1 표면 상의 전기 전도성 트레이스들,
    상기 PCB의 상기 제1 표면 상에 있고 전기 전도성 트레이스들에 전기적으로 결합된 전기 커넥터, 및
    관통 홀
    을 포함하고, 상기 PCB는 상기 히트싱크의 상기 제1 핀이 상기 PCB 내의 상기 관통 홀을 관통하도록 상기 PCB의 상기 제1 표면 상에 장착되고, 상기 제1 핀의 헤드는 변형되고, 상기 제1 핀의 변형된 헤드는 상기 PCB의 적어도 상기 제1 표면 상의 상기 전기 전도성 트레이스들 중 하나 및 상기 전기적 절연층으로부터 노출되는 상기 제1 핀의 상기 측면의 상기 적어도 일부를 통해 상기 히트싱크 코어를 접지에 전기적으로 결합하는, LED 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 전기 전도성 히트싱크 코어와 일체이고, 상기 히트싱크 코어의 상기 표면으로부터 돌출하고, 그 측면의 적어도 일부들을 상기 전기 절연층으로부터 노출시킨 제2 핀; 및
    상기 제2 핀을 통해 상기 히트싱크의 상기 제1 표면 상에 장착된 반사기
    를 더 포함하는, LED 모듈.
  9. 제8항에 있어서, 상기 반사기는 상기 전기 절연층으로부터 노출되는 상기 제1 핀의 상기 측면의 상기 적어도 일부들 중 적어도 하나를 터치하는 카브 아웃(carve out)을 포함하는, LED 모듈.
  10. 제9항에 있어서, 상기 반사기는 상기 반사기의 상기 카브 아웃까지 연장되고 상기 카브 아웃을 커버하며 상기 전기 절연층으로부터 노출되는 상기 제1 핀의 상기 측면의 상기 적어도 일부들 중 상기 적어도 하나를 통해 상기 히트싱크 코어에 전기적으로 결합되는 전기 전도성 반사 표면을 포함하는, LED 모듈.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 전기 전도성 히트싱크 코어와 일체이고, 상기 히트싱크 코어의 상기 표면으로부터 돌출하고, 그 측면의 적어도 일부들을 상기 전기 절연층으로부터 노출시킨 제2 핀; 및
    상기 제2 핀을 통해 상기 히트싱크의 상기 제1 표면 상에 장착된 반사기 - 상기 반사기는 카브 아웃, 및 상기 카브 아웃까지 연장되고 상기 카브 아웃을 커버하는 전기 전도성 반사 표면을 포함함 -
    를 더 포함하고, 상기 반사기의 상기 카브 아웃은 상기 전기 절연층으로부터 노출되는 상기 제1 핀의 상기 측면의 상기 적어도 일부를 터치함으로써, 상기 전기 절연층으로부터 노출되는 상기 제1 핀의 상기 측면의 상기 적어도 일부, 상기 히트싱크 코어, 제1 돌출 핀의 변형된 헤드, 및 상기 PCB의 상기 전기 전도성 트레이스들 중 상기 하나를 통해 상기 반사기의 상기 반사 표면을 전기적으로 결합하는, LED 모듈.
  12. 디바이스를 제조하는 방법으로서,
    시트 금속을 제공하는 단계,
    상기 시트 금속의 표면을 양극 산화하여, 상기 표면을 커버하는 전기 절연층을 형성하는 단계; 및
    상기 시트 금속의 상기 양극 산화된 표면으로부터 돌출하는 제1 핀을 형성하는 단계 - 돌출부의 형성은 상기 핀의 측면의 적어도 일부들이 상기 전기 절연층으로부터 노출되게 함 -
    를 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 핀을 형성하는 단계는 상기 시트 금속의 양극 산화된 표면으로부터 상기 제1 핀을 스탬핑하는 것 또는 딥 드로잉하는 것 중 하나를 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 시트 금속의 상기 양극 산화된 표면으로부터 돌출하는 제2 핀을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 돌출부의 형성은 상기 핀의 측면의 적어도 일부들이 상기 전기 절연층으로부터 노출되게 하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 핀 또는 상기 제2 핀 중 하나를 반사기 내의 관통 홀 내로 적어도 부분적으로 삽입함으로써 상기 시트 금속의 상기 양극 산화된 표면에 상기 반사기를 장착하는 단계; 및
    상기 제1 핀 또는 상기 제2 핀 중 다른 하나를 회로 보드 내의 관통 홀 내로 적어도 부분적으로 삽입함으로써 상기 시트 금속의 상기 양극 산화된 표면에 상기 회로 보드를 장착하는 단계
    를 더 포함하는, 방법.
  16. 제12항에 있어서, 연삭(grinding), 밀링(milling), 또는 레이저 절제(laser ablating)에 의해 상기 히트싱크의 발광 다이오드(LED) 장착 영역에서 상기 전기 절연층을 제거하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 LED 장착 영역에 LED를 장착하는 단계를 더 포함하는, 방법.








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