飛機LED燈單元的制作方法

飛機中基于LED的照明系統是已知的，所述照明系統包括一個或多個LED(發光二極管)，所述一個或多個LED與電源和一個或多個控制電路一起安裝在一個或多個印刷電路板(PCB)上，并且通過所述印刷電路板上的導電通路加以互連。LED技術提供多個優點。例如，除了極具成本效益并且具有長壽命之外，功耗比具有燈泡等的其他照明系統中(的功耗)顯著更低。

LED關于發光的性能對LED結溫度非常敏感。大體來說，可以說在大部分操作區域中，溫度越低，LED性能越好。典型地，高于特定閾值溫度，LED可能受到損害，因此在典型的應用中，LED結熱連接到PCB并且隨后熱連接到散熱器以便保持溫度盡可能低。

高溫問題尤其與高功率LED相關，所述高功率LED不具有(電絕緣的)熱襯墊(諸如由銅制成以獲得良好導熱性的襯墊)，即，僅具有負責從LED結到PCB的熱傳遞的陰極襯墊和陽極襯墊。如果在PCB上布置成陣列的多個LED非常接近彼此，這種情況就更壞。

圖1示出根據先前方法布置在PCB上的示例性LED陣列100，其中多個LED(諸如LED 101、102等)布置成陣列，所述多個LED的陽極和陰極(因為它們位于相應LED外殼下方，所以未示出)連接到導體通路(諸如在103和104處示出)。

在這種情況下，由于陣列的LED之間的有限間距，到相應陰極和陽極的導體通路的表面面積受到限制，這使得在PCB上的相對薄或窄的電導體或跡線成為必要。因此熱傳遞受到限制，這導致更高的LED結溫度，更高的LED結溫度于是導致減少的LED性能和效率，特別是減少的發光。

因此，提供展示出增加的LED效率的飛機LED燈單元將是有益的。

本發明的示例性實施方案包括飛機LED燈單元，所述飛機LED燈單元包括：至少一個印刷電路板，其包括至少一個金屬芯層和至少一個電介質層；以及至少一個LED，其設置在所述印刷電路板上并且包括用于電聯接到電源的陽極和陰極。至少一個LED的陽極和陰極中的一個連接到設置在電介質層上的電導體并且聯接到電源的第一終端，其中電介質層使電導體與金屬芯層電絕緣，并且至少一個LED的陽極和陰極中的另一個連接到至少一個印刷電路板的金屬芯層，其中金屬芯層聯接到電源的第二終端。因此，從LED結通過相應LED的陽極和陰極中的一個到金屬芯層的功率耗散所導致的熱量的熱傳遞有所增加，這由于較低的LED結溫度而導致較高的LED性能和效率。

電源可以是電源供應電路，所述電源供應電路從外部電網接收電力并且調節所述電力以用于供應到一個或多個LED。術語電源和電源供應在本文中可互換使用。

飛機LED燈單元可包括承載多個LED的印刷電路板(PCB)，或可具有互連的多個印刷電路板，諸如經由匹配輪廓和/或機械連接件來機械聯接，以及經由適合的電連接件來電聯接，其中多個LED分布在多個印刷電路板中。每個印刷電路板可承載相應的LED陣列。

根據一個實施方案，至少一個LED的陽極和陰極中的另一個通過布置在所述陽極和陰極中的另一個與金屬芯層之間的焊料連接到金屬芯層，并且焊料布置在電介質層的開口中，在所述開口中金屬芯層不被電介質層覆蓋。

特別地，根據一個實施方案，至少一個LED具有發射平面，所述LED從所述發射平面發射光輻射，并且焊料具有在印刷電路板與LED之間的延伸部，所述延伸部被設定尺寸以使得至少一個LED的發射平面大致上平行于印刷電路板。

根據一個實施方案，飛機LED燈單元還包括布置在至少一個LED的陽極和陰極中的一個與電導體之間的第一焊料，以及布置在至少一個LED的陽極和陰極中的另一個與金屬芯層之間的第二焊料，其中第二焊料與第一焊料相比具有更大的在印刷電路板與LED之間的延伸部。

特別地，根據一個實施方案，第一焊料具有在印刷電路板與LED之間的第一延伸部，并且第二焊料具有在印刷電路板與LED之間的第二延伸部。第二延伸部大致上等于第一延伸部與布置在至少一個LED的陽極和陰極中的一個與金屬芯層之間的層的厚度的總和。

根據一個實施方案，至少一個LED具有發射平面，所述LED從所述發射平面發射光輻射，并且至少一個LED的發射平面相對于印刷電路板傾斜。

根據一個實施方案，飛機LED燈單元包布置在印刷電路板上的多個LED，其中多個LED中的每一個具有發射平面，相應LED從所述發射平面發射光輻射，并且多個LED中的至少一個的發射平面相對于印刷電路板傾斜，并且多個LED中的至少另一個的發射平面大體上平行于印刷電路板。特別地，根據一個實施方案，多個LED中具有傾斜發射平面的至少一個布置在多個LED的外圍中，諸如在LED陣列的外圍中。多個LED的外圍可包括一個或多個LED行和/或列，所述一個或多個LED行和/或列布置在LED陣列的一個或多個邊緣處。

根據一個實施方案，飛機LED燈單元包括：串聯聯接到電源的至少第一LED和第二LED，其中第一LED和第二LED中的每一個具有第一終端和第二終端；以及聯接在第一LED與第二LED之間的開關。開關具有聯接到第一LED的第二終端并且聯接到第二LED的第一終端的控制通路。開關還具有聯接到第一LED的第一終端的控制終端。

特別地，根據一個實施方案，飛機LED燈單元包括串聯聯接到電源的至少4個LED，這導致較高的效率并且限制最大電流。

根據一個實施方案，飛機LED燈單元包括在印刷電路板上布置成LED陣列的多個LED，其中多個LED中的每一個的陽極和陰極中的一個聯接到電源的第一終端，并且多個LED中的每一個的陽極和陰極中的另一個連接到金屬芯層，所述金屬芯層聯接到電源的第二終端。

根據一個實施方案，飛機LED燈單元包括：多個LED，其至少布置成第一印刷電路板上的第一LED陣列以及第二印刷電路板上的第二LED陣列，其中第一陣列中的多個LED中的每一個的陽極和陰極中的一個聯接到電源的第一終端，并且第一陣列中的多個LED中的每一個的陽極和陰極中的另一個連接到第一印刷電路板的金屬芯層，并且第二陣列中的多個LED中的每一個的陽極和陰極中的一個聯接到第一印刷電路板的金屬芯層，并且第二陣列中的多個LED中的每一個的陽極和陰極中的另一個連接到第二印刷電路板的金屬芯層，所述金屬芯層聯接到電源的第二終端。

根據另外的實施方案，飛機LED燈單元包括多個開關，其中多個開關中的每一個聯接在第一印刷電路板的金屬芯層與第二陣列的相應LED之間。開關中的每一個具有控制通路，所述控制通路聯接到第一印刷電路板的金屬芯層并且連接到第二陣列的相應LED的陽極和陰極中的一個，并且開關中的每一個還具有聯接到電源的第一終端的控制終端。

根據示例性實施方案，印刷電路板，或第一印刷電路板和第二印刷電路板(以及任何另外的印刷電路板，如果存在的話)分別包括在投影儀模塊中。特別地，根據一個實施方案，投影儀模塊包括至少4個LED陣列，其中所述陣列中的每一個布置在印刷電路板中的相應一個上。

根據一個實施方案，飛機LED燈單元是外部LED燈單元。特別地，根據一個實施方案，飛機LED燈單元是以下中的至少一個：投影儀、泛光燈、滑行燈、著陸指示燈、跑道關閉燈、前燈、探照燈。

本發明的示例性實施方案還包括飛機，特別是固定翼飛機或直升機，其包括如本文所述的至少一個LED燈單元，所述至少一個LED燈單元在飛機上設置在內部或外部。在一個具體實現方式中，飛機LED燈單元在飛機上設置在外部，即為外部飛機LED燈單元。

關于附圖來描述本發明的另外方面和示例性實施方案，其中：

圖1示出根據先前方法布置在PCB上的示例性LED陣列100；

圖2示出LED性能的兩個示例性特性的圖，所述LED性能取決于通過LED的電流；

圖3示出飛機LED燈單元的實施方案，所述飛機LED燈單元包括設置在印刷電路板上的LED；

圖4-6示出制造飛機LED燈單元的過程，所述飛機LED燈單元包括設置在印刷電路板上的LED；

圖7示出飛機LED燈單元的另外實施方案，所述飛機LED燈單元包括設置在印刷電路板上的多個LED；

圖8A示出包括多個印刷電路板的飛機LED燈單元的另外實施方案，每個印刷電路板包括在其上設置成相應LED陣列的多個LED；

圖8B示出根據圖8A的飛機LED燈單元的一部分的放大視圖。

圖2示出LED性能的兩個示例性特性的圖，所述LED性能取決于通過LED的電流。圖2所示的兩個特性應理解成僅是示例性的，用于示出LED在不同電流下操作時的典型行為。下部特性201示出在不同電流下操作時，在與LED相距特定距離處測量的由LED發射的光輻射的光照度(以勒克斯(Ix)為單位)。可以看出，隨著電流增加，LED的性能在向下曲線中降低，即，由于結溫度的增加，越努力操作LED，發射的光越少，所述結溫度增加導致熱過載以及減少的性能和效率。當在沒有熱襯墊的情況下操作LED，即，僅陽極襯墊和陰極襯墊負責從LED結到印刷電路板(PCB)的熱傳遞時，尤其如此。

另一個特征202示出在不同電流下操作時，但從LED結的熱量的熱傳遞有所改善(這例如是根據本發明的實施方案實現的)的情況下，在與LED相距特定距離處測量的由LED發射的光輻射的光照度(以勒克斯(Ix)為單位)。例如，在從LED結的最佳熱傳遞的情況下，光照度在操作電流變化時未展示出顯著降低。因此，尤其對于LED在較高電流下的高功率操作，光照度可相應地(例如成比例地)增加，以使得發光和性能可取決于所供應電流來相應地增加。

圖3示出飛機LED燈單元1的實施方案，所述飛機LED燈單元包括設置在印刷電路板2上的LED 3。印刷電路板(PCB) 2包括至少一個金屬芯層21和至少一個電介質層22。特別地，電介質層22設置在金屬芯層21上并且承載設置在電介質層22上的一個或多個電導體(諸如，導體通路和跡線)，例如圖1中在103和104處示出的電導體。例如，圖3的實施方案示出設置在電介質層22上的電導體4。電導體4可以是設置在電介質層22上的導體通路或跡線的一部分。電介質層22使電導體4(和PCB上的任何另外的導體通路或跡線)與金屬芯層21電絕緣。例如，金屬芯層21可由銅制成或可包括銅。

一般來說，根據一個實施方案，與本發明的實施方案結合使用的PCB的金屬芯層被布置成PCB內的金屬層(特別地，具有平面形狀)。特別地，金屬芯層是PCB的多個層中的一個，并且在PCB的二維延伸部(即二維平面)上延伸。

典型地，具有金屬芯層的PCB(諸如圖3所示的PCB 2)具有在導體通路或跡線與金屬芯層之間的電介質層，以便保持金屬芯層電絕緣。另一方面，電介質層使得設置在其上的LED在熱連接方面幾乎與金屬芯層隔離。這可導致關于LED性能和效率的不利效果，諸如根據圖2用曲線201示出。

如圖3另外示出，至少一個LED 3設置在PCB 2上。LED 3包括陽極31和陰極32以用于電聯接到在圖3中未示出的電源(在以下更詳細地解釋的圖8A中示出示例性電源12，所述示例性電源12也可與根據圖3的LED 3一起使用)。應理解，LED也可能以其他流動方向聯接到電源。即，在本文中關于LED的陽極所提到的全部也可能以相同方式關于LED的陰極來應用，并且反之亦然，即，在本文中可互換地提到陽極和陰極。

根據圖3所示的實施方案，LED 3的陽極31和陰極32中的一個(在當前情況下是陽極31)電連接到設置在電介質層22上的電導體4，并且LED 3的陽極31和陰極32中的另一個(在這里是陰極32)電連接到PCB 2的金屬芯層21。第一焊料41布置在LED 3的陽極31與電導體4之間，而第二焊料42布置在LED 3的陰極32與金屬芯層21之間。焊料42布置在電介質層22的開口中，在所述開口中金屬芯層21未被電介質層22覆蓋。電導體4和金屬芯層21可各自聯接到電源的相應的相對供應終端，如以下更詳細解釋的。

在圖3的目前實施方案中，LED 3相對于PCB 2傾斜。特別地，LED 3具有發射平面35，所述LED 3從所述發射平面35發射光輻射，所述發射平面35相對于PCB 2傾斜。例如，發射平面35形成LED的外殼的下部分。例如，發射平面35中包括LED結，從所述LED結輻射光。可在相對于發射平面的垂直方向上從發射平面35發射光。也可能在其他方向上從發射平面發射光。LED 3的傾斜基本上是由于移除在陰極32下方的電介質層22而不相對于焊料41增加焊料42的量所導致。因此，在陽極和陰極下方的層的總高度的差異導致LED 3的傾斜。

圖4-6示出根據另一個實施方案的制造飛機LED燈單元1的過程，所述飛機LED燈單元1包括設置在PCB上的LED 3。在圖4中，焊料42被填充在電介質層22的開口23中，在所述開口23中金屬芯層21未被電介質層22覆蓋。同樣地，焊料41設置在電導體4的頂部上。在圖4的實施方案中，焊料41和42具有大致上相同的材料量，即，具有大致上相同的高度或厚度。如圖3所示，如果LED 3附接在焊料41和42上，這可導致LED 3的傾斜。

根據圖5的實施方案，在電介質層22的開口23中填充的焊料42的量與焊料41相比有所增加。一旦焊料42已經硬化，其延伸部如圖6所示輕微改變。

例如，根據圖6的實施方案，焊料42具有在PCB 2與LED 3之間(即在垂直方向上)的延伸部，所述延伸部被設定尺寸以使得LED 3的發射平面35大致上平行于PCB 2。即，焊料42相對于焊料41的量被選擇，以使得LED 3(特別是其發射平面35)平行于PCB 2，即，不傾斜。這可通過焊料42與焊料41相比具有更大的在PCB 2與LED 3之間的延伸部來實現。

為了使LED 3布置成平行于PCB 2，焊料42具有在PCB 2與LED 3之間的延伸部(即垂直延伸部)，所述延伸部大致上等于焊料41的(垂直)延伸部與布置在陽極31與金屬芯層21之間的層4和22的厚度的總和。

例如，在第一步驟中移除在陽極襯墊或陰極襯墊中的一個下方的電介質層22的材料并且隨后用焊料42來填充，并且隨后在第二步驟中將LED 3焊接到PCB上。結果是，對于從LED 3的LED結到金屬芯層21的熱傳遞(熱流)不存在障礙。然而，由于金屬芯層21電連接到LED 3和電源，PCB 2(特別是其金屬芯層21)應與任何散熱器(諸如連接到PCB的冷卻體)電絕緣。基本上，根據目前實施方案，不像先前方法那樣在LED與PCB之間進行電絕緣，而在PCB與連接至PCB的任何散熱器之間進行電絕緣。這也減少了單獨給LED供電所需的PCB上導線和跡線的數目。

根據圖3和6的實施方案的布置，存在從LED結通過相應LED的陽極和陰極中的一個(在這里是陰極32)到金屬芯層的熱傳遞，這由于較低的LED結溫度而導致較高的LED性能和效率。例如，根據實施方案，LED結溫度可減少140 K。

圖7示出飛機燈單元1的另外實施方案，所述飛機燈單元1包括設置在PCB上的多個LED。例如，三個LED 3-1、3-2、3-3在PCB 2上彼此靠近地布置成一行，或三個LED列彼此靠近布置，從而形成LED陣列，其中LED 3-1、3-2、3-3是相應列的一部分。如圖7所示，LED 3-1和3-3相對于PCB 2傾斜，而LED 3-2大致上平行于PCB 2。更具體地說，LED 3-1和3-3的發射平面35相對于PCB 2傾斜，并且LED 3-2的發射平面35大致上平行于PCB 2，這種布置可用于改善側向LED 3-1和3-3的有用通量。

例如，具有傾斜發射平面35的LED 3-1和3-3布置在多個LED的外圍中，例如是側向的或形成LED陣列的相應邊緣的一部分。例如，LED 3-1形成LED陣列的第一(在這里是左)邊緣的一部分，并且LED 3-3形成LED陣列的相對(在這里是右)邊緣的一部分。

LED中的每一個從發射平面35發射光輻射。LED 3-1發射光5-1，并且LED 3-2發射光5-2，所述光各自被示出為具有在垂直方向上從發射平面35發射的相應光線。LED可從發射平面35在多個方向上在以不同角度發射的一束光線中發射光，如圖7中以角度α示出。所述一束發射光線可通過透鏡13來聚焦。在圖7的具有相對于LED陣列或LED 3-2向內傾斜的側向LED 3-1、3-3的情況下，由于側向LED 3-1、3-3的更多光線可被透鏡13捕獲，或在從PCB 2發射的一束較窄的光中引導/成束，發光效率可進一步增加。

圖8A示出包括多個PCB的飛機LED燈單元的另外實施方案，其中PCB中的每一個包括在其上設置成相應LED陣列的多個LED。在這方面，圖8B示出根據圖8A的飛機LED燈單元的一部分A的放大視圖。

根據實施方案，如圖8A所示，飛機LED燈單元10具有多個PCB，在這里是四個PCB 2-1、2-2、2-3和2-4，所述PCB各自已在其上設置有LED陣列。例如，PCB 2-1包括在第一行中的LED 3-111、3-121、3-131，以及在第n行中的LED 3-11n、3-12n、3-13n(其中n原則上為任何自然數)。PCB 2-2包括在第一行中的LED 3-211、3-221、3-231，并且PCB 2-4包括在第一行中的LED 3-411、3-421、3-431，以及第n行中的LED 3-41 n、3-42n、3-43n。因此，PCB 2-1至2-4中的每一個包括布置成三列和n行的LED陣列。當然，三列僅是示例性的，其中原則上可使用任何數目的列。另外，原則上飛機LED燈單元10可包括任何數目的PCB。

飛機LED燈單元10還包括電源12和控制電路11，所述控制電路11被配置來給相應的LED供應來自電源12的電力，并且通過開/關切換和/或調整分別供應到相應LED的電流來控制例如多個LED的發射照明。以這種方式，多個LED的亮度是可調整的。在一些實施方案中，控制電路也可以是電源12的一部分，例如混合電源電路的一部分。因此，無論它在本文中何時提到電源，這也可以理解成提到電源12和控制電路11的組合。

更具體地說，控制電路11聯接到電源12的供應終端以用于從電源12接收電力，并且作為輸出提供到PCB 2-1的LED中的每一個的相應電力線，諸如用于LED 3-111的電力線7-11、用于LED 3-121的電力線7-21、用于LED 3-131的電力線7-31、用于LED 3-1的電力線7-1n、用于LED 3-12n的電力線7-2n以及用于LED 3-13n的電力線7-3n。電力線7-11至7-3n中的每一個可以是電導體4或形成電導體4的一部分，如圖3至7所示(關于線14、15、16，類似地也用于PCB 2-2至2-4)。PCB 2-1的LED通過其陽極或陰極的其另一些連接到PCB 2-1的金屬芯層，例如類似如圖3至7所示的金屬芯層21。

相應PCB的所有LED在單個陣列水平上具有公共接地。這在圖8B中由陰影區域示出，所述陰影區域示出根據圖3、6連接到金屬芯層的焊料42。例如，根據圖8B，焊料42可形成LED3-11n、3-12n、3-13n的所有陰極32的公共區域。其陽極31具備焊料41。

PCB 2-1的金屬芯層連接到芯終端6-1。電力線14作為公共供應線聯接到芯終端6-1并且連接到PCB 2-2的LED。電力線14隨后通過相應開關9聯接到PCB 2-2上的相應LED的陽極和陰極中的一個，陽極和陰極中的另一個連接到PCB 2-2的金屬芯層。PCB 2-2的金屬芯層連接到芯終端6-2，PCB 2-3的金屬芯層連接到芯終端6-3，并且PCB 2-4的金屬芯層連接到芯終端6-4。PCB 2-3和2-4類似地分別聯接到電力線15和16，所述電力線15和16連接到核心終端6-2和6-3。芯終端6-4聯接到電源12的另一個供應終端。

為了單獨解決PCB 2-2、2-3和2-4的每個LED，提供由相應控制線(諸如，8-1n、8-2n、8-3n)控制的開關9。在圖8的實施方案中，控制線是延長的電力線，即，聯接到相應電力線以用于驅動相應開關的控制終端。例如，控制線8-1n聯接到電力線7-1n，控制線8-2n聯接到電力線7-2n，并且控制線8-3n聯接到電力線7-3n。

例如，開關9是半導體開關，諸如晶體管，例如場效應晶體管(FET)。它們僅被視為圖8中的符號。通過開關9，可避免使用將導致大且無效率的驅動器的不合需要的低電壓高電流電路。

例如，拿PCB 2-1的LED 3-11n和PCB 2-2的LED 3-21n來說，這些分別串聯聯接到電源12和控制電路11。開關9-1聯接在LED 3-11n(和PCB 2-1的其他LED)與LED 3-21n之間。開關9-1具有通過電力線14聯接到芯終端6-1并且連接到LED 3-21n的第一終端(例如，陽極)的控制通路(諸如在晶體管的柵極S與漏極D之間的通路，通過開關9-1示出)。LED 3-21n的第二終端(例如，陰極)連接到PCB 2-2的金屬芯層。開關9-1還具有控制終端G(諸如晶體管的柵極終端)，所述控制終端G聯接到控制線8-1n，即連接到LED 3-11n的終端，所述終端聯接到來自控制電路11的電力線7-1n。開關9-2和9-3相對于LED 3-12n、3- 13n、3-22n、3-23n類似地連接。

以這種方式，四個LED在相應串S中串聯連接到電源12。特別地，在PCB 2-1上的LED中的每一個的陽極和陰極中的一個聯接到電源12的第一終端，并且在PCB 2-1上的LED中的每一個的陽極和陰極中的另一個連接到PCB 2-1的金屬芯層。另外，在PCB 2-2上的LED中的每一個的陽極和陰極中的一個聯接到PCB 2-1的金屬芯層，并且在PCB 2-2上的LED中的每一個的陽極和陰極中的另一個連接到PCB 2-2的金屬芯層，所述金屬芯層聯接(通過其他PCB 2-3、2-4)到電源12的第二終端。

開關9中的每一個聯接(通過其控制通路)在PCB 2-1的金屬芯層與PCB 2-2的相應LED之間，特別是連接到相應LED的陽極和陰極中的一個。開關9中的每一個還具有相應的控制終端G，所述相應控制終端G通過相應電力線7-11至7-3n聯接到電源。

應注意，聯接成串S的4個LED僅是一個適合的實施方案。在某些實施方案中，4個或更多個LED的串是合乎需要的，以便保持效率高并且限制由電源12通過電力線7-11至7-3n供應的最大電流。

根據一個實施方案，PCB 2-1和2-4包括在由LED燈單元10形成的投影儀模塊中。例如，投影儀模塊包括至少4個LED陣列，其中陣列中的每一個布置在相應PCB上，如圖8A所示。由投影儀模塊提供的照明可由控制電路11適當調整，例如通過調整供應到LED的電流和/或通過調整(例如，通過切換開/關)通過電力線7-11至7-3n來給哪些LED串供電。

根據本發明的實施方案，不具有用于常規熱襯墊的空間或具有用于常規熱襯墊的有限空間的高功率緊湊型LED仍然可有效地操作。可減少在PCB上的導線和導體跡線的數目。可能以最大功率來驅動密集型LED而無過熱。因此，可使得包括這種LED燈單元的光學系統比在常規陣列中更有效。通過使用側向LED或LED行/列的傾斜特征，可進一步增加效率，例如圖7所示。

根據示例性實施方案，如圖8A所示的飛機LED燈單元10是外部LED燈單元。由于LED結的較低熱負荷所導致的LED高效率和性能使得將LED燈單元用作外部飛機LED燈單元是可行的，所述外部LED飛機燈單元諸如投影儀、泛光燈、滑行燈、著陸指示燈、跑道關閉燈、前燈、和/或探照燈。

盡管已參閱示例性實施方案描述本發明，但是本領域技術人員將了解，在不脫離權利要求范圍的情況下，可以做出各種改變，并且等效物可替代本發明的各要素。此外，在不脫離本發明的基本范圍的情況下，可以做出許多修改來使具體情況或材料適應本發明的教導。因此，旨在使得本發明不限于所公開的具體實施方案，而是本發明包括落在權利要求書的范圍內的所有實施方案。