专利名称：用于半导体发光元件的冷却体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于至少一个半导体发光元件、尤其发光二极管(LED)的冷却体和一种具有该冷却体的LED灯。
背景技术：
“LED灯”在下面应理解为一种发光机构，该发光机构借助标准灯头(E12，E14，E^， E27，GU10...)可直接用作用于例如白炽灯的替代物(也称为“改装”)。外部的形状和外观大多数情况下依据白炽灯并且满足标准，例如对于外部尺寸而言。对于LED灯，一定需要导出在LED上产生的热量。大多数情况下需要被动的冷却 (没有通风装置)，其中，但被动的冷却体是相对庞大的。此外在所谓的“改装”LED灯中，被动的冷却体应模仿白炽灯的外形，所述“改装” LED灯模仿传统的灯，尤其是白炽灯，并且在所述“改装”LED灯可插入标准灯头(E12，E14，E26，E27，⑶10等)。由此产生旋转对称性， 该旋转对称性迄今借助一体的大多数情况下由铝或铝合金制成的冷却体形成。问题在于， 用于使LED灯或LED工作的驱动线路由于位置原因必须被装入到冷却体内部中的装配凹部中。开口典型地在下端部(在灯头的区域中)敞开并且在LED的装配面上封闭，由此LED 能够尽可能没有气隙地连接在冷却体上，以避免热瓶颈。然而在制造冷却体时，该空腔的成形迄今局限于直的棱边；尤其在内部不能够效仿白炽灯形状，这导致由于实心的结构方式造成的增加的材料消耗。迄今也必须费劲地将电线通过小的孔从电驱动线路引导至LED，这造成高的制造费用。EP 1 047 903 Bl公开了一种具有柱、灯头和基底的LED灯，该灯头与柱的一端连接，该基底与柱的另一端连接并且设有多个LED，其中，该基底包括具有至少四个面的规则的多面体，其中，多面体的面设有至少一个LED，所述LED在灯工作时具有至少51m的光通量，并且其中，柱设有热量导出机构，这些热量导出机构将基底和灯头相互连接。EPl 503 139 A2公开了一种紧凑的LED光源，该LED光源提供连同导热的LED定位。该LED光源可用导热的板制成，该板承载大量的安装在板上的并且与板热接触的LED。 此外，该板承载电路，该电路提供与LED的电连接。热传导轴机械地承载该板并且提供远离 LED的导热路径。那么，LED能够以高的集中性简单地安装并且为了提高光学系统亮度在附近准备好，而为在热量集中性方面与此相关的增加提供热量导出路径。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于冷却电子控制装置的尤其简单的制造可能性和柔性的可能性，该电子控制装置用于借助尤其是LED的半导体发光元件工作的灯，尤其是改装灯。该目的借助根据相应的独立权利要求的冷却体和灯得以实现。优选的实施方式尤其可从从属权利要求中得出。该冷却体设计用于冷却至少一个半导体发光元件并且具有用于至少部分地容纳电子控制装置的装配凹部。该冷却体由多个冷却体部分组装而成，其中，这些冷却体部分分别具有装配凹部的壁的部分。也就是说该装配凹部被分配在冷却体部分上。此外，该冷却体具有的优点是，电子控制装置不需要被推入到装配凹部中，而是插入到装配凹部中，由此获得更简单的可装配性。也获得装配凹部和电子控制装置的更柔性的形状构型。不再局限于具有直棱的凹部。此外，这些冷却体部分可更简单地制造，尤其是以注塑方法制造。该装配凹部可成形为，使得材料消耗低，并且由此重量低。该装配凹部尤其也可具有白炽灯形状作为基本形状。冷却体芯(不具有位于外部的冷却肋片的冷却体)的壁厚度尤其可基本上或者确切恒定地构成。替代地，该壁厚度可构造为，使得它不低于最小厚度。 为了优化重量和导热之间的关系，壁厚随着与LED的距离的增加而减小。该至少一个半导体发光元件可具有一个发光二极管或者多个发光二极管。因此能够提供相对便宜的和可靠的光源。该至少一个发光二极管尤其包括例如具有2瓦的功率的高功率发光二极管。“发光二极管”理解为每个可装配在冷却体上的LED单元，例如LED芯片、被封装的发光二极管、LED封装体(借助接合(线接合，倒装芯片接合等)与一个或者多个LED芯片连接的壳体或者衬底)或者LED模块(通过传统的连接方法(焊接等)与一个或多个LED芯片或LED封装体连接的壳体或衬底)，也就是说具有或者不具有光学元件。尤其用于至少一个LED的电子控制装置可构造为驱动器或者另一控制装置，例如基于电压或者功率调节的控制装置。冷却体部分中的每个尤其能够具有基本上相同的基本形状。由此获得用于电子控制装置的简单的可制造性和良好的应用可能性。具有基本上相同的、尤其是相同的基本形状，例如部分地白炽灯形的冷却体部分可以在细节上不同，然而该基本形状原则上不使冷却体部分的造型彼此不同。因此冷却体部分中的一个具有一个以上的冷却肋片或者具有槽或者脊部，另一冷却体部分不具有槽或者脊部。这些冷却体部分尤其能够具有相同的形状。由此获得尤其简单的制造和仓储，这实现了有利的单件成本。虽然包括三个或者多个冷却体部分，然而该冷却体优选由两个冷却体部分组装而成，因为由此获得尤其有利的制造和装配。两个冷却体部分的连接面可优选平行于冷却体的对称轴线或者位于冷却体的对称轴线上。两个冷却体部分的连接面尤其平行于冷却体的纵轴线或者位于冷却体的纵轴线上，由此产生竖直的连接面。换句话说，那么该冷却体沿着纵轴线或者平行于纵轴线竖直地分成这些冷却体部分。为了尤其简单地装配电子控制装置，该凹部或者冷却体部分中的至少一个，尤其是冷却体部分中的每个，具有用于固定电子控制装置的固定机构，例如具有通过插入到缝隙中来固定电子控制装置的电路板的缝隙。为了尤其有效地将热量从电子控制装置通过较小的距离传递到冷却体，装配凹部的壁具有用于容纳电子控制装置的电子结构元件、尤其是变压器的至少一个凹处。附加地或者替代地，该壁为了相同的目的具有指向装配凹部的凸起。为了尤其简单地组装，(两个或者多个中的)两个待接合的冷却体部分能够具有合适的连接元件和对接元件，如由插接元件(例如销钉)/插接配对元件(例如盲孔)或者闭锁元件(例如闭锁突起)/闭锁配对元件(例如卡口)。这些连接(对接)元件能够尤其设置在LED的区域中(“上部”)。该冷却体可具有在装配凹部和通过上部的顶壁与装配凹部分开的用于安装至少一个半导体发光元件的安装面之间的至少一个缆线穿通部，其中，该缆线穿通部被分配在冷却体部分上。由此在组装这些冷却体部分时，能够将例如缆线的电连接导线被置入到这些冷却体部分之间，这获得简化的装配。为了确保在至少一个半导体发光元件和冷却体之间的良好的导热能力，用于安装至少一个半导体发光元件的固定面可被分配在冷却体部分上。尤其构造为LED改装灯的灯配备有这种冷却体。在该装配凹部中至少部分地容纳有至少一个电子控制装置。装配凹部的形状和电子控制装置的形状能够相互匹配，例如通过在该装配凹部中设有凹处和/或凸起，使得也能无问题地放置大的电子元器件，尤其是变压器。装配凹部的形状和电子控制装置的形状能够尤其相互匹配，使得装配凹部的至少一个壁区域平面平行于电子构件的对置的表面地成形。因此尤其能够获得用于将热量有效地传递到冷却体上的、在平面平行的面之间的良好限定的尽可能小的距离。由此变热的或者就过热而言重要的电子结构元件，如变压器和可能的功率晶体管，也能够再次热有效地连接到冷却体上。为了最优地热连接和充分利用结构空间，装配凹部的至少一个壁区域为装配凹部的凸起的或凹处的一部分，所述至少一个壁区域平面平行于电子构件的对置的表面地成形。在电子控制装置的至少一个电子构件和冷却体之间可装入至少一个热传输材料 (优选TIM，“热界面材料”)，尤其是具有导热垫的形式的热传输材料。由此实现热量尤其有效地从电子构件(变压器、晶体管、微处理器等)传递到冷却体上。在此，冷却体的可分性实现尤其简单的并且多侧的装入能导热的过渡材料。为了尤其有效地冷却电子构件，至少一个热传输材料具有至少IW/ (m · K)，优选大于3W/(m · K)并且尤其优选大于5W/(m · K)的导热率。为了有效地冷却电子控制装置，装配凹部能够完全填充有至少一种热传输材料。 因此，在重要的结构元件的平行平面的面和冷却体之间的狭窄的空间尤其可填充有具有相对高的导热率(例如至少5W/(m · K))的热传输材料并且装配凹部的剩余的空间填充有具有相对低的导热率(例如小于5W/(m· )的热传输材料。在凹部敞开(冷却体部分还没有接合)的情况下尤其可装入具有相对高的导热率(例如至少5W/(m*K))的热传输材料， 而具有相对低的导热率的能流动的热传输材料在冷却体组装之后才装入到凹部的开口中， 以便完全地填充该凹部。“能流动的材料”既理解为能独自流动的材料也理解为仅在外部影响下才能流动的材料。此外，胶、泡沫和膏属于能流动的材料。为了简单地装配灯，尤其由塑料，必要时由陶瓷等制成的绝缘件连接在装配凹部的开口上，其中，该绝缘件至少部分地由连接底座覆盖。在此，这些冷却体部分借助绝缘件和/或连接底座连接，例如通过插接装置和/或卡接装置。由此为了组装冷却体，冷却体首先在半导体结构元件的区域中且在上方借助连接(对接)元件至少部分地接合，并且然后在装配凹部的开口区域中且在下方最终接合和固定。一种用于制造这种灯的方法可例如至少具有如下步骤
-将电子控制装置至少部分地装入到凹部中；-用至少一种能流动的热传输材料至少部分地填充凹部；-将至少一个发光二极管固定在冷却体上。将电子控制装置装入到凹部中的步骤可包括将电子控制装置装入到冷却体部分的凹部部分中的步骤。通过装入到这些“敞开的”凹部部分中实现尤其简单的制造和在几何结构上灵活的构型。因此例如不需要将电子控制装置推入到凹部中，而是可在侧向通过敞开侧插入。在电子控制装置的至少一个结构元件上安装不能流动的(固定的)热传输材料， 尤其是TIM垫的步骤是在装入电子控制装置的步骤之前进行。该安装优选发生在结构元件的区域上，该区域设计用于相对于装配凹部的与该区域平面平行的面定位，也就是说应优选热跨接在电子控制装置和冷却体部分之间的狭窄的缝隙。该安装可例如借助涂盖或粘接固定的TIM材料来进行。在如下步骤中，各个冷却体部分能够接合成完整的冷却体。该完整的接合的冷却体的凹部可填充有至少一种或另一种热传输材料，尤其是能流动的TIM材料。以这种方式在装入TIM材料时实现改善的空气排挤。
在下面的附图中根据实施例示意性地准确地描述本发明。在此，为了更清楚，相同的或起相同作用的元件设有相同的附图标记。图1示出具有冷却体的LED灯的结构的实施形式的斜视分解图，该冷却体由两个冷却体部分组装而成；图2示出图1中的根据第一实施方式的冷却体的冷却体部分的斜视图；图3示出图1中的根据第二实施方式的冷却体的冷却体部分的斜视图；图4示出图2中的冷却体的更详细的横截面剖视图；图5示出根据其他实施方式的另一 LED灯的侧视图。
具体实施例方式图1示出具有冷却体2的LED灯1的结构的实施形式的斜视分解图。该冷却体2 由两个相同的冷却体部分3、4组装而成，这些冷却体部分具有竖直的连接面，其中，连接面包括冷却体2的纵轴线L。换句话说，该冷却体2被竖直地分成两个冷却体部分3、4。在冷却体2的上侧5上(相对于ζ方向)安装LED模块6，在该视图中从该LED模块可看到LED 电路板7。在该LED电路板7上，在背离冷却体2的一侧上装配有一个或多个高功率发光二极管，确切地说具有白色的LED芯片形式的高功率发光二极管，这些LED芯片固定在次载体 (Submoimt)上。因此发光二极管的主发光方向沿着纵轴线L。该LED灯1并且尤其是冷却体2基本上围绕纵轴线L角度对称地构造。在冷却体的底侧9上敞开的、分布在冷却体部分3、4上的装配凹部8中插入电子控制装置10，该电子控制装置具有电路板11和安装在其上的电子结构元件12，如变压器、功率晶体管等。在已组装的冷却体2中，电子控制装置10 完全容纳在装配凹部8中。
该LED模块6借助透光的保护覆盖件13覆盖，该保护覆盖件安装并且固定在上侧 5上以及冷却体2的相应的导向容纳部中。在冷却体2的底侧9上，由塑料制成的绝缘件 15的较宽的区段14插入到装配凹部8中。绝缘件15的较窄的区段17套有用于供电的灯头16。该灯头16构成为标准灯头(例如E12，E14，E26，E27，⑶10等)，使得该LED灯可直接作为用于例如白炽灯的替代物来使用(也称为“改装”)。外部的形状(例如包括围绕纵轴线的旋转对称性)和外观依据传统的白炽灯并且满足它们的要求。因此LED灯1可容易地作为用于传统的白炽灯的替代物来使用(“改装”)。图2示出根据第一实施方式的冷却体部分3或4的在其敞开侧的斜视图，该敞开侧与相应其他的冷却体部分4或3接合。该冷却体部分3、4具有冷却体芯18，在该芯中形成凹部8并且该芯在其外侧上具有径向(在r方向)凸出的和竖直(在ζ方向)定向的冷却肋片19。因此该凹部8和冷却肋片19均勻地分布在两个冷却体部分3、4上。冷却肋片 19围绕纵轴线19角度对称地设置。凹部8在其底侧9上具有开口 20。该冷却体芯18以铝壁21的形式构造有环绕的侧壁23和上部的顶壁M，其中，内部的壁面22限定该凹部8 的界限。顶壁M的外侧用作为用于平坦地安装LED模块的固定面25 ；因此固定面25为了有效地将热量从LED模块传递到冷却体6上也分布在两个冷却体部分3、4上。在上部的顶壁M上的上部区域上，凹部8具有加宽部26，以便获得小的壁厚。冷却体部分3、4由于仅类似于壁地构造的冷却体芯18和因此大的装配凹部8而尤其地轻并且可提供用于简单地容纳复杂地构造的电子控制装置的尤其大的空间。图3示出根据第二实施方式的冷却体部分27、28的斜视图。在此，上部的加宽部 29的轮廓不再是直的，而是为了更简单的制造具有朝外弯曲的侧面。由此冷却体芯30的壁厚在那里不再一致。在图2中没有示出但这里示出了用于引导电连接导线在LED模块和电子控制装置之间穿过的缆线穿通部31的一半以及在凹部8的侧壁23中的、用于固定电子控制装置的电路板的缝隙32。在根据图2的冷却体部分3、4和根据图4的冷却体部分27、28中，在侧壁23中能够存在一个或者多个凹处(未示出)，以便容纳电子控制装置的电子结构元件，尤其是大体积的结构元件，特别是变压器。图4示出图2中的冷却体3、4的更详细的横截面剖视图。在该容纳部8中完全装入了在两侧配备的电子控制装置10。侧壁23具有平的表面区域33，该表面区域与电子控制装置10的电子结构元件12的相邻的平的表面34相匹配。确切地说，壁21的表面区域 33平面平行于紧邻的电子结构元件12的相关的表面34。因此可获得在电子控制装置10 或者电子结构元件12和冷却体部分3、4之间的小的、恒定的距离d。然而不是所有的电子结构元件需要定位在冷却体2或者冷却体部分3、4附近，而是仅这样设置重要的，例如尤其是易过热的结构元件35。对于其他(尤其不重要的)结构元件36，例如对温度不灵敏的电阻，相反要设有更大的距离。为了实现用于所有重要的结构元件35的小的距离d，该凹部8 现在不再具有平坦的侧壁23，而是也具有朝内突出的凸起37，该凸起与相应平的表面33朝向电子结构元件35的相关的平的表面34突出并且因此即使在不同高度的结构元件35的情况下也获得小的距离d。该距离优选小于1mm，尤其小于0. 5mm。为了改善从电子控制装置10到冷却体2的热量传递，在电子控制装置和冷却体之间的空间尽可能完全填充有至少一种能导热的材料38、39。替代地，例如仅重要的材料35通过能导热的材料38热铰接在冷却体2上。这里在重要的结构元件35和壁21、23之间的相应的距离d借助插入具有至少5W/ (m ·Κ)的导热率的导热垫38热跨接，例如借助具有6W/ (m ·Κ)或 IlW/(m ·Κ)的 Fujipoly 公司的 Sarcon GR-m 或 XR_e 导热垫或者具有 5W/(m ·Κ) 的贝格斯(Berquist)间隙垫5000S35。相反，对于剩余空间使用可简单填充的尤其能流动的具有更低导热系数的填料39，例如贝格斯间隙填料3500S3，其具有在3. 6ff/(m · K)下尤其能流动的、类似膏/胶的稠度。因此在已知电子控制装置10的装配布局的情况下，冷却体2能够以简单的方式适配尤其待冷却的电子结构元件35的位置和几何结构。由此在同时紧凑的结构方式和简单的制造性的情况下达到最优地冷却电子控制装置10。替代地或附加地，在电子控制装置10 的电路板设计中，重要的电子构件35的布置基本上尽可能与可实现的凹部8匹配。在设计凹部8和电子控制装置10时不用考虑电子控制装置10是否能被推入到凹部8中。为了将绝缘件15插入到凹部8中，该凹部在其开口上具有扩宽部40。该LED模块6安装在顶壁M的外侧上的固定面25上，该LED模块具有高功率 LED41，该高功率LED固定在电路板7上。图5示出根据第二实施方式的另一 LED灯42的侧视图，在该实施方式中，具有冷却肋片19的侧壁43现在形成为超过LED固定面。该LED灯42具有五个LED41，这些LED 分别具有朝前的用于增加光强度的反射器44。本发明自然不局限于所示出的实施例。因此本发明也可应用在具有一个或多个低功率LED的LED灯上，或者也应用在具有例如激光二极管或者紧凑式荧光灯管的其他种类的光源的灯上。LED灯可具有一个或多个发光二极管。这些发光二极管能够作为单个二极管和/ 或作为LED模块存在，其中，具有多个LED芯片的LED模块装配在共同的次载体上。这些发光二极管能够发出单色的或者不同颜色的光。这些发光二极管尤其能够分别发出白色的光或者不同颜色的光并且产生白色的混色光。发出不同颜色的光的发光二极管能够尤其作为 RGB、RGBA、RGBW、RGBAW等组合存在，其中，颜色的发光强度也可通过设有确定的数量的该颜色的发光二极管来调节。这些单个发光二极管和/或模块能够装配有合适的用于光线导向的光学系统，例如菲涅耳(Fresnel)透镜、准直光管等。替代地或除了例如基于InGaN或者 AlInGaP的无机发光二极管，也通常使用有机LED (OLED)。也能够例如使用二极管激光器。附图标记列表1 LED 灯2 冷却体3 冷却体部分4 冷却体部分5 冷却体的上侧6 LED 模块7 LED 电路板8 装配凹部9 冷却体的下侧10 电子控制装置
11电子控制装置的电路板12电子控制装置的电子结构元件13保护覆盖件14绝缘件的较宽的区段15绝缘件16灯头17绝缘件的较窄的区段18冷却体芯19冷却肋片20装配凹部的开口21冷却体芯的壁22内部的壁面23环绕的侧壁24上部的顶壁25固定面26凹部的加宽部27冷却体部分28冷却体部分29宽部30冷却体芯31缆线穿通部32缝隙33侧壁的平的表面区域34电子结构元件的平的表面区域35重要的电子构件36不重要的电子构件37凸起38第一导热材料39第二导热材料40凹部的扩宽部41LED42LED 灯43侧壁44反射器
权利要求
1.用于至少一个半导体发光元件(41)，尤其是LED的冷却体0;27，观)，具有用于至少部分地容纳电子控制装置(10)的装配凹部(8)，其中，所述冷却体0;27二8)由多个冷却体部分(3，4;27，28)组装而成，其中，所述冷却体部分(3，4;27，28)分别具有所述装配凹部(8)的壁的部分。
2.根据权利要求1的冷却体O;27二8)，其中，所述冷却体部分(3，4 ;27，28)的每个具有基本上相同的基本形状，尤其是相同的形状。
3.根据权利要求1或2的冷却体O；27二8)，其中，所述冷却体由两个冷却体部分(3， 4 ； 27，28)组装而成。
4.根据上述权利要求之一的冷却体(2;27，观)，其中，两个冷却体部分(3,4；27,28) 的连接面平行于或者位于所述冷却体(2;27二8)的对称轴线上，尤其是纵轴线(L)上。
5.根据上述权利要求之一的冷却体O；27二8)，其中，所述凹部(8)具有用于固定所述电子控制装置(10)的至少一个固定机构(32)。
6.根据上述权利要求之一的冷却体O;27二8)，其中，所述装配凹部(8)的所述壁 (21)具有用于容纳所述电子控制装置(10)的电子结构元件、尤其是变压器的至少一个凹处。
7.根据上述权利要求之一的冷却体O;27二8)，其中，两个待接合的所述冷却体部分 (3,4 ；27，28)具有合适的连接元件和对接元件。
8.根据上述权利要求之一的冷却体O;27二8)，其中，所述冷却体具有至少一个缆线穿通部(31)，所述缆线穿通部在所述装配凹部(8)和通过上部的顶壁04)与所述装配凹部分开的固定面05)之间，所述固定面用于安装所述至少一个半导体发光元件(41)，其中， 所述缆线穿通部(31)被分配在所述冷却体部分(3，4;27，28)上。
9.根据上述权利要求之一的冷却体O;27二8)，其中，用于安装所述至少一个半导体发光元件Gl)的固定面0 被分配在所述冷却体部分(3，4;27，28)上。
10.灯(1；42)，尤其是LED改装灯，具有根据上述权利要求之一的冷却体，其中，在所述装配凹部中至少部分地容纳有至少一个电子控制装置。
11.根据权利要求10的灯(1；42)，其中，所述装配凹部(8)的形状和所述电子控制装置(10)的形状相互匹配，使得所述装配凹部(8)的至少一个壁区域(3 平面平行于所述电子构件(35)的对置的表面(34)地成形。
12.根据权利要求11的灯(1；42)，其中，所述装配凹部(8)的至少一个壁区域(33)为所述装配凹部(8)的凸起(37)的或凹处的一部分，其中所述至少一个壁区域平面平行于所述电子构件(35)的对置的表面(34)地成形。
13.根据权利要求10至12之一的灯(1；42)，其中，在所述电子控制装置(10)的至少一个电子构件(12，35，36)和冷却体O ；27，28)之间装入热传输材料(38，39)，尤其是具有导热垫(38)的形式的热传输材料。
14.根据权利要求10至13之一的灯(1；42)，其中，尤其由塑料制成的绝缘件(15)连接在所述装配凹部(8)的开口 00)上，并且所述绝缘件(15)至少部分地由灯头(16)覆盖， 其中，所述冷却体部分(3，4;27，28)借助所述绝缘件(1 和/或连接底座(16)连接。
全文摘要
冷却体设计成用于冷却至少一个半导体发光元件，尤其LED，并且具有用于至少部分地容纳电子控制装置的装配凹部。该冷却体由多个冷却体部分组装而成，其中，这些冷却体部分分别具有装配凹部的壁的部分。灯，尤其LED改装灯，配备有这种冷却体，其中，在该装配凹部中至少部分地容纳有至少一个电子控制装置。
文档编号F21V29/00GK102460007SQ201080026654
公开日2012年5月16日 申请日期2010年5月26日 优先权日2009年6月15日
发明者克劳斯·布卡德, 妮科尔·布赖德纳塞尔, 弗洛里安·宙斯, 拉尔夫·贝尔特拉姆 申请人:欧司朗股份有限公司