循环LED的散热器制造技术

一种用于手持设备例如手机的照相机的闪光ＬＥＤ光源的石墨散热器。其能在增大功率的情况下极大地减少工作温度，因此能够提高光源的亮度以及提高电子元件的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种包括发光二极管(LED)光源的手持设备，例如包括例如作为照相机闪光灯的LED的手机或个人数字助理。其中，LED光源必须循环地开启和关闭。本专利技术提供一种用于减小光源的工作温度的循环光源的散热器，以致于能够加快循环时间，在开启时增长持续时间，提高亮度，和/或在使用时能提高LED光源的可靠性和亮度。背影技术手持设备例如通常结合有照相机的手机、个人数字助理等，典型地包括循环光源，例如作为照相机的闪光灯的LED。LED将与电路组件电连接。电路组件可以是工业上常用的“印刷电路板”或“柔性电路板”。在其它情况下，电路可设置在电介质材料的基板上。在柔性电路板的情况下，电路，例如铜电路，被设置在作为电介质层的聚合物材料例如聚酰亚胺或聚酯的表面上。顾名思义，这些基板材料是柔性的甚至是能够卷曲的材料。这样的柔性电路板也可以进一步被衬垫支撑，衬垫可以是金属，塑料或其它材料，例如玻璃纤维叠层材料，公知的是FR4材料，其能给组件提供更刚性的结构以有助于手持设备中的LED光源的支撑和设置。在印刷电路板的情况下，通常利用电介质材料制成，例如玻璃纤维叠层板(有时称为FR4板)，聚四氟乙烯，等材料。在这种板的一个表面上，或电介质材料层之间，通常是由铜形成的电路。电路通常由光刻法、喷镀、丝网印刷或类似的方法形成(对于设置在层之间的电路，在形成叠层前将电路形成在电介质材料上)。光源可设置在板的表面上，与表面上的电路接触。当应用“闪”光源时，光源在短时间内产生大量的热量，因此必须给设备散热以使设备能可靠地工作以及符合其性能指标。实际上，对于LED光源，公知LED结温得越低，LED的瞬时亮度越高，发光度的衰减越慢(换句话说，LED的结温升高时，LED在整个持续时间内具有更低的瞬时亮度和更快的发光度衰减)。用于手机或其它微型手持设备的照相机的循环光源在相当短的时间内(如小于1秒，更典型为小于500毫秒(ms))产生大量的热，其成为照相机和闪光工作的限制因素。由于过热的问题，使闪光之间存在极大的延迟(光源的复原时间与连续闪光之间的时间量相关)。实际上，复原时间大于5秒是罕见的，而复原时间尽可能短是工业上追求的目标。因此，在连续发光时，或称作“手电筒”工作模式，由于过热的原因又限制了照明度。而这种过热问题的解决方案又受到手持设备中非常有限的可用空间的限制。在较大的电子设备的广泛领域中，已经开发出各种散热器技术。如所谓的“导热板(thermal boards)”，其中在与电路和发热元件相对的表面上或层中，将散热材料例如铜或铝以及它们的合金与电介质材料层叠，作为用于电子元件所产生的热的散热器。由于散热材料典型地是导电的，如果与电路接触会干扰电路的工作，因此如此定位散热器以使至少一个电介质材料层将散热器和电路分隔开是非常重要的。有几种市场上有售的“导热板”，有时称作金属芯印刷电路板(MCPCB)，例如Bergquist公司的绝缘金属基板TM导热板，Thermagon的T-CladTM导热板，Denka的HITT板，以及TT电子的AnothermTM板。这些导热板利用导热电介质层，或是如在前三个情况下将导热微粒填充到电介质层中，或是在Anotherm方案的情况下，在铝散热器层的上面形成薄阳极化层。然而，导热微粒的使用是昂贵的，并且所形成的层必须足够厚以确保其细孔自由度，因此在设计中增加了热阻。这种方法的另外的限制是其缺乏柔性以制作弯曲或非平面电路结构，实际上电介质材料覆盖散热器层的整个表面。利用电介质层的阳极化试图解决这些问题，但是由于铜不能阳极化，因此只能用铝作为散热层。由于铝的热导率远小于铜的热导率，因此不利于导热。然而，前述的所有方法，都可能遇到焊接困难的问题，由于在印刷电路板和元件工作期间相同的散热性能是有益的，从而限制了需要热点源用于焊接的组装工序(例如热棒粘接)。为了克服其中的一些问题，而不是全部问题，传统的印刷电路板被通过单独的工序与单独的金属散热层结合。在这种设置中，可在印刷电路板上设计热通道(典型在所钻孔中镀铜)以更好地通过印刷电路板的未填充电介质层导热，但这仅仅能在元件和元件之间不需要电绝缘的情况下应用。此外，传统散热材料像铜或铝也给板增加了较大的重量，而这并不是所希望的，并且这些材料的热膨胀系数(CTE)与玻璃纤维叠层的热膨胀系数不匹配，导致受热的印刷电路板上的物理应力，并潜在起层或开裂的危险。另外，由于这些板上的散热层是由各向同性，薄(相对于其长和宽)的金属材料构成，热容易从散热器的厚度方向通过，从而导致在与热源直接相对的区域上产生热点。另一种类型的电路组件，工业上称为“柔性电路板”，其具有相似的热处理问题。柔性电路板是由在作为电介质层的聚合物材料表面，例如聚酰亚胺或聚酯上，设置电路，例如上述的铜电路，形成的。顾名思义，这样的电路材料是柔软的甚至可以作为卷曲的电路材料然后结合到散热器层像铜或铝上。虽然非常薄，电介质层仍然给设计增加了可观的热阻，从而产生与上述印刷电路板相同的问题。热通道的使用仍然会限制如上述的电绝缘的应用。显然，相对厚和刚性的金属层的使用，例如铜或铝，就不能充分利用柔性电路板的柔软性优点，而这对于最终应用是很重要的特性。使用由片状石墨的压缩微粒薄片或石墨化聚合物膜(例如美国专利No.5,091,025中所描述的，在此引入作为参考)能够消除使用铜或铝散热器所产生的许多缺点，因为这样的石墨材料的重量与铜相比减少了80％，而在印刷电路板表面散热的面内方向具有等于甚至优于铜的热导率。包括一个或多个由石墨薄片构成的叠层在本领域是公知的。这样的结构被应用于，例如，在衬垫的制造中。参见Howard的美国专利No.4,961,991。Howard公开了包含粘接在片状石墨的压缩微粒薄片之间的金属或塑料薄片的各种叠层结构。Howard公开这样的结构能够通过在金属网的两边上对石墨薄片进行冷加工将石墨压接到金属网上而制备。Howard同时公开在两石墨薄片之间设置聚合物树脂涂层布然后加热到足够的温度软化聚合物树脂，从而将聚合物树脂涂层布粘接到两石墨薄片之间以制作石墨叠层。同样地，Hirschvogel的美国专利No.5,509,993，公开了通过将表面活性剂施加到被粘接表面的一个上作为第一步骤以制作石墨/金属叠层的方法。Mercuri的美国专利No.5,192,605公开了通过将片状石墨的压缩微粒薄片粘接到可以是金属、玻璃纤维或碳的芯骨金属以形成叠层的方法。Mercuri在通过压延机辊筒传送芯骨金属和石墨之前在芯骨金属上沉积并固化环氧树脂和热塑剂的微粒而形成叠层。除应用到衬垫材料之外，石墨叠层也被应用于传热或冷却装置。各种固体结构被应用于热传输装置在本领域是公知的。例如，Banks的美国专利5,316,080和5,224,030公开了利用金刚石和气体-衍生石墨纤维，加入适当的粘接剂，成为热传导装置。这样的装置被应用于从热源被动地传热，例如对于半导体，作为散热片。应注意，优选作为本专利技术的散热材料的石墨材料是片状石墨的压缩微粒薄片，或由聚合物材料的石墨化形成的石墨膜。天然石墨，在显微镜尺度下，是由六边形阵列的层面或网状碳原子构成。在这些六边形的层面中碳原子基本在一个平面上并且是取向排列的或规则的，以致于彼此基本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种手持电子设备，包括：外壳；设置在外壳内的光源组件，该光源包括：包括能够循环开启和关闭光源的电路的基板，该基板具有第一和第二主面；发光二极管光源，邻近该基板的第一主面设置并与该电路连接；以及散热器， 包括石墨薄片，该散热器与该基板的第二主面热传导地连接，其中该光源能在１０秒内循环开启和关闭至少两个周期，而不会在循环过程中使最大温度明显升高。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：BE雷斯，MD斯马，BJ拉塞，GS科斯亚克，P斯坎达库马兰，MG格茨，M法拉斯蒂斯，
申请(专利权)人：先进能源科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]