LED照明模块制造技术

技术编号:18610813 阅读:13 留言:0更新日期:2018-08-04 23:07
本发明专利技术涉及一种LED照明模块,在所述LED照明模块中将一系列LED元件(1)设置次级冷却元件(2)上的基座(16)上。所述次级冷却元件(2)能够包括由铜制成的第一材料层(16、17)和由铝制成的第二材料层(18)。在这种材料组合中,基于声子折射发生热量的良好的横向分配,由此改善热流并且降低温度梯度。备选地或者附加地,可为次级冷却元件(2)配备有热管。LED元件(1)的电接通经由与基座(16)间隔开的供电元件(21)实现。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】LED照明模块
本专利技术涉及按照独立权利要求的前序部分所述的一种LED照明模块以及一种具有至少一个这样的LED照明模块的LED照明体。尤其是本专利技术涉及一种在几瓦特至数千瓦的范围内的高功率LED光源,所述高功率LED光源例如、但非决定性地用于一般的照明、街道照明、镜头照明、工作场所照明、医学并且用作技术照明装置。
技术介绍
由于高功率LED的半导体材料(典型地GaN、InGaN、AIN、AlGaN等)缺乏充分良好的导热能力,所以必须通过将各个LED芯片拼合成阵列实现高的光功率。构建这样的阵列的常见的技术在于,具有0.5瓦特至5瓦特的功率的LED芯片(具有或者没有副载体或者载体)以SMD结构形式作为光栅(典型地在等距的栅格布置结构中)焊接或者粘接在铝芯板上。由于铝的受限的导热能力(典型地λAl=75-235Wm-1K-1),即使将铝芯板直接耦合到性能高的冷却系统上,在芯片之间也必须保持典型地20mm-30mm的间距。所以这样的解决方案的优势和功率密度是受限的。如果例如在1dm2(100cm2)的面积上构建具有5×5个5W的LED的典型的现代的LED阵列,则得出平均功率密度为S=1.25W/cm2的125W的功率。对于许多应用来说,这简直太低了。此外,仅能相当困难地实现具有符合要求的导光质量的非平面的LED阵列。在EP2665092中示出一种基于纯铜的具有薄的高导热的电介质的LED基座,该LED基座相对于铝基座能实现大约四倍的功率密度(λCu999=401Wm-1K-1)。因此,可实现的功率密度提升到约S=5W/cm2,并且可以利用高达四个直接并排的4W-LED芯片构建紧密包装的LED簇。因此,例如具有3×4×4W=48W的LED点(具有四个LED的三簇并且4瓦特/LED)变得可能,所述LED点利用TIR透镜成束地具有类似于MR16-50W卤素灯的照射特性和电功率数据,但是当然发出更多光。不过,称为COC(铜芯片)的系统在成簇的4W-LED多于四个时很快达到该系统的极限,因为铜是很差的导热体。然而,低闪光高功率的LED路灯(所述LED路灯具有与高压钠蒸汽灯(HPS)可相比拟的限定的光分布曲线)需要100瓦特-400瓦特的系统功率,即具有线性LED阵列(线性照射簇),所述线性LED阵列具有每50W-模块大约2.5×38mm的辐射器尺寸(在100W模块时4.5×38mm)和Lambert射束特性。这相当于约S=52W/cm2或者58W/cm2的功率密度,即高于目前能实现的功率密度的十倍,另外,这大致相当于屋顶工焊接灯的功率密度。此外,所述阵列也应可非平面地(即以三维的几何结构)构建,以便能将所述阵列安装到商业上通用的、对称抛物线形的并且半椭球形的纯铝反射器中,以便确保所需的低闪光。
技术实现思路
因此,提出如下任务:提供一种LED照明模块以及一种LED照明体,利用所述LED照明模块以及所述LED照明体可以实现高的功率密度。该任务由按照独立权利要求的主题解决。据此,LED照明模块具有多个LED元件,这些LED元件中的每个LED元件具有LED半导体芯片。LED元件装配在基座上。为了导出LED元件的热量,设置有至少一个次级冷却元件。为了向LED元件供应电流,设置有供电元件。所述供电元件与基座间隔开地设置并且具有用于LED元件的供电导线,这些供电导线与LED元件连接。通过这种方式可以将热量导出与电流供应分离,从而可以分别针对次级冷却元件以及供电元件的任务优化这两个元件。所提到基座可以由次级冷却元件形成,或者该基座可以是除了次级冷却元件以外的构件,该构件与次级冷却元件热接触。有利的是,次级冷却元件具有第一材料层,其中,LED元件直接或间接地设置在所述第一材料层的第一侧上。次级冷却元件还具有第二材料层,所述第二材料层连接到第一材料层的第二侧上,其中,所述第二侧与所述第一侧相对置。在此,第一材料层的声子折射率nδ1小于第二材料层的声子折射率nδ2。在此,介质的声子折射率通过如下公式得出:其中,CMedium是介质的热容,ρMedium是介质的密度,并且nδc=1s2kg2K/m5。如在下面还将详细探讨的那样,该选择材料允许将热量在平行于第一侧的平面中有效地除去,由此可以降低沿该方向的温度梯度和与之相关联的材料应力。附加地或者备选于此地,次级冷却元件具有多个热管,以便运走LED元件的热量。本专利技术也涉及一种LED照明体,所述LED照明体具有至少一个这样的LED照明模块以及具有至少一个三级冷却元件,该三级冷却元件为了带走热量而与次级冷却元件热连接。附图说明本专利技术的其它构造方案、优点和应用由从属权利要求和借助于附图的后续说明得出。在附图中:图1示出在次级冷却元件上的LED元件,图2以俯视图示出单行的LED模块,图3以侧视图示出图2的模块,图4示出用于LED模块的供电元件,图5以俯视图示出两行的LED模块,图6以侧视图示出图3的模块,图7以侧视图示出具有图2和图3的模块的LED照明体的第一实施方式,图8示出具有图2和图3的模块与反射器的LED照明体,并且图9示出具有图5和图6的模块与反射器的LED照明体。具体实施方式LED元件的废热的分配原则上已知的是,LED元件(其包括LED芯片并且可选地包括电绝缘的载体)设置在次级冷却元件上,该次级冷却元件导出LED元件的热量。次级冷却元件本身与三级冷却元件、例如冷却体连接。一方面,本专利技术的目的在于,寻求比在传统的解决方案中可能的导热几何结构更好的导热几何结构,因为仅是在成簇的(即密封包装的)LED芯片之间的温度梯度就可以轻易为几K/mm,这可导致在芯片焊接部位中的大的材料应力、裂纹和疲劳折断。另一方面,必须要寻求一种材料或者说一种材料连接方式,所述材料具有尽可能高的导热能力、优选至少是铜十倍高的导热能力。于是,必须要研发一种接口系统,该接口系统可以将LED簇的热量以小的温度梯度传输至冷却体、即传输至三级冷却元件,以便避免在焊接部位中的应力裂纹。此外,为了实现例如100000h的LED使用寿命,隔离层温度不允许超出50℃-80℃的范围。LED元件被直接或间接地设置在次级冷却元件上并且与所述次级冷却元件处于热接触。如下面更详细描述的那样,将LED芯片的电接头有利地焊接到供电元件、例如传统的FR4电路板上,在该供电元件中在所述接头之间铣入狭缝。换言之,供电元件具有多个指向基座的、相互间隔开的舌片,其中,LED元件的每个焊接部位与其中一个所述舌片连接。以这种方式可以承受基于次级冷却元件的、LED元件的和供电元件的不同的膨胀系数的剪切力。在次级冷却元件上可以直接以一排或两排成簇地(即无显著间距地)焊上LED元件。这抑制纵向的(即沿基座方向延伸的)热量传输,并且进而抑制可损坏焊接部位的局部的温度梯度。还可以使用功率匹配的冷却接口(即一种机械的装配方法连同到具有热量分配的冷却系统上的耦合,所述热量分配的突出之处在于小的温度梯度)。为此,两种技术被证实为能特别简单实现的并且经济的。下面描述这两种技术“散热器”技术这种技术尤其适用于较低的功率,即适用于在平面的几何结构中用于形成具有50W至150W总功率的LED照明模块的一至三排的LED元件的阵列。在此,使用“散热器”(热分配器),所述散热器在平行于LED本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.LED照明模块,包括‑多个LED元件(1),这些LED元件中的每个LED元件具有LED半导体芯片(13),‑用于容纳LED元件(1)的基座(16),和‑次级冷却元件(2),以便导出LED元件(1)的废热,其特征在于,设有供电元件(21),所述供电元件与基座(16)间隔开地设置并且具有用于LED元件(1)的供电导线(22),所述供电导线(22)与LED元件(1)连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.LED照明模块,包括-多个LED元件(1),这些LED元件中的每个LED元件具有LED半导体芯片(13),-用于容纳LED元件(1)的基座(16),和-次级冷却元件(2),以便导出LED元件(1)的废热,其特征在于,设有供电元件(21),所述供电元件与基座(16)间隔开地设置并且具有用于LED元件(1)的供电导线(22),所述供电导线(22)与LED元件(1)连接。2.根据权利要求1所述的LED照明模块,其中,所述次级冷却元件(2)具有:-第一材料层(3),其中,LED元件(1)设置在第一材料层(3)的第一侧上,以及-第二材料层,所述第二材料层连接到第一材料层的第二侧上,其中,所述第二侧与所述第一侧相对置,并且第一材料层的声子折射率nδ1小于第二材料层的声子折射率nδ2,其中,介质的声子折射率通过如下公式得出:其中,CMedium是介质的热容,ρMedium是介质的密度并且nδc=1s2kg2/K/m5,并且第一材料层的导热系数λ1大于第二材料层的导热系数λ2。3.根据权利要求2所述的LED照明模块,其中,所述第一材料层是金属层,并且尤其是所述第一材料层至少99.9重量百分比由铜、银和金的组中的一种材料组成。4.根据权利要求2或3所述的LED照明模块,其中,所述第二材料层是金属层,并且尤其是所述第二材料层至少90重量百分比由铝和镁的组中的至少一种材料组成。5.根据权利要求2或3所述的LED照明模块,其中,所述第二材料层至少90重量百分比由碳组成。6.根据权利要求2至5之一所述的LED照明模块,其中,沿垂直于所述第一侧的方向,所述第一材料层具有在0.4mm至3mm之间的厚度和/或所述第二材料层具有在0.5mm至12mm的厚度。7.根据权利要求2至6之一所述的LED照明模块,其中,沿垂直于所述第一侧的方向,所述第一材料层具有最高等于在LED元件(1)中使用的LED芯片(12)的横向伸长的厚度。8.根据权利要求2至7之一所述的LED照明模块,其中,所述次级冷却元件(2)具有由第一材料制成的主体,在所述主体中设置有狭缝,在所述狭缝中设置有由第二材料制成的主体(38)。9.根据上述权利要求之一所述的LED照明模块,其中,所述供电元件(21)平行于基座(...

【专利技术属性】
技术研发人员:A·多姆比
申请(专利权)人:ADE弗托恩埃克萨有限公司
类型:发明
国别省市:瑞士,CH

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