用于制造具有冷卻體的led模塊的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于制造具有冷卻體的LED模塊的方法。
【背景技術】
[0002]幾十年以來已經公知并且使用了作為發光的半導體構件的LED(發光二極管)，并且現在也傳播得更廣。實際的半導體構件、所謂的芯片，按標準配有“封裝”(例如具有焊墊的陶瓷的、塑料的或金屬承載材料，用于將UV射線轉換為光的可能的發光材料層，和由聚碳酸酯或硅樹脂制成的透明的可能的透鏡或光學件)。半導體構件連同封裝被稱為LED 二極管，并且與作為承載材料的電路板相連。電路板例如能夠由FR4制成，一種環氧樹脂浸漬的玻璃纖維墊材料，或者電路板也能夠是金屬芯電路板。總電路板也能夠用于多于一個的LED 二極管。
[0003]此外在現有技術中，還公知了使用冷卻體，以用于從LED 二極管和電路板排出熱量。盡管LED實現了比較好的效率，其仍然產生廢熱。這種冷卻體能夠具有復雜的三維結構，以便特別好地導出并放出熱量。在現有技術中，電路板利用螺栓、鉚釘、雙面粘合膜或者粘合劑固定在冷卻體上。
[0004]下面稱為LED模塊的、由至少一個LED 二極管、電路板(或者多于一個電路板)和冷卻體組成的結構單元，此時能夠安裝在不同的設備中，例如也安裝在照明工具中、例如所謂的改型燈中，即基于LED的照明工具，其利用其大致的構造形狀及其燈座來與例如是白熾燈的傳統照明工具相對應。但是，LED模塊也能夠安裝在完整的發光裝置中。
【發明內容】
[0005]本發明基于以下問題，提供一種用于具有冷卻體的LED模塊的改良的制造方法。
[0006]該問題通過一種用于制造LED模塊的方法來實現，其中，借助激光焊接制造機械連接，以用于制造或改進在冷卻體和承載了至少一個LED的電路板之間的熱耦合，以及通過一種相應制造的LED模塊來實現。
[0007]發明人得出以下結論，S卩，已經公知的連接方法在將冷卻體和電路板相互裝配的方面成本耗費大，并且不是特別良好地適合機器自動化。此外他還確認了，通過利用激光的局部集中的能量耦合和相應地熔合材料部分，能夠在冷卻體和電路板之間制造非常好的機械連接。
[0008]因為不必手操作像鉚釘、螺栓、雙面粘合膜或粘合劑的單獨的構件，所以激光焊接能夠比較好地自動化，其中還能夠注意到，激光通過能移動的鏡面或其他的光學元件能夠簡單地偏轉，并且因此能夠簡單地且迅速地在位置上改變焊點。此外，能量耦合能夠很短地進行，使得對于LED模塊和特別是LED 二極管本身的能量輸入沒有問題。
[0009]此外，在激光焊接時，隨著制造多個機械連接點而導致的額外耗費比較少，即例如比在利用自動螺紋車床或用手放置多個螺栓時少得多，這出于還待闡述的原因同樣也對于機械連接而言具有優點。在此，機械連接的目的是制造在冷卻體和電路板之間的熱耦合，以便有效地排出從LED 二極管傳導到電路板的熱量。
[0010]最后避免了用于附加構件的采購及物流成本，并且該方法能夠完全無觸碰地并且特別迅速地執行。
[0011]在優選的設計方案中，冷卻體和電路板在激光焊接時直接相連，即沒有中間部件的中間連接。換句話說，在激光焊接時，冷卻體的材料部分和電路板的材料部分互相熔合。只要冷卻體的和電路板的材料部分也一同熔化并且相互混合了，并不是強制性地排除了焊接。當然優選地，也設置沒有附加焊點的直接焊接。
[0012]原則上，通過激光焊接能夠焊接可熔化的材料、即也例如熱塑性的塑料，或者具有可熔化的成分的材料、即例如具有熱塑性的膠合劑或熱塑性的基體的強化塑料。例如，能夠使具有塑料涂層的金屬芯電路板與塑料冷卻體焊接，塑料冷卻體的導熱能力例如得益于如玻璃纖維或者碳添加物的能導熱的填充材料。然而，優選地使金屬的材料部分相互熔合。其能夠是金屬涂層，但也能夠是“實心的”組分或金屬芯。
[0013]特別地并且還與此關地，金屬芯電路板是優選的。一方面，例如通過使相應部位處的非金屬涂層足夠薄、不存在或者去除，金屬芯也能夠用于焊接。另一方面，金屬芯使得電路板具有良好的導熱能力，電路板在LED 二極管和冷卻體之間具備熱傳輸功能。金屬芯的優選材料是鋁和銅，包括鋁合金并包括銅合金。
[0014]此外，還與金屬焊接無關地，具有金屬芯的或者完全由金屬制成的冷卻體是優選的。當然，這在此也涉及導熱能力。在金屬芯冷卻體中在金屬焊接方面，按其意義適用對于金屬芯電路板及其涂層的前述實施方案。
[0015]此外優選地，冷卻體具有針對其功能的三維形狀，也就是說不是簡單地僅僅是平坦的板。例如，冷卻體能夠具有肋，或者以有助于改進熱傳輸和/或改進熱放射的其他形式來三維地結構化。
[0016]如所述，電路板又與LED 二極管直接地熱耦合。優選地，在電路板和LED 二極管之間僅僅存在為固定和/或為熱傳遞所設置的材料，例如焊料、粘合劑或導熱物。LED 二極管和電路板也能夠直接地相互抵靠。
[0017]在一種優選的設計方案中，激光束從在電路板上安裝了 LED的一側出發指向電路板。在此，激光束指向到沒有LED的區域中，即例如在裝配了兩個LED 二極管時在這些二極管之間。激光束然后射到電路板自身，并且LED 二極管沒有受損或者受損可忽略。在此，根據電路板的強度和材料構造，激光束能夠從這一側出發在深度方面完全熔化電路板(當然在面積上沒有，也就是說垂直于厚度方向的延伸部沒有熔化)，并且然后在電路板下方也熔化了冷卻體的一部分，以便建立焊接連接。
[0018]在這種情況下，能夠選擇電路板的變薄的或者說甚至為此目的而特意變薄的部位(例如薄20 %至80 %，優選地30 %到70 %或者40 %到60 %的厚度)。由此簡化了從電路板直至相對于冷卻體的邊界面的穿透。
[0019]此外，在本發明的該變體中，也能夠使用電路板的邊緣，例如冷卻體在其處齊平或者從側方略微伸出的外邊緣，又或者是在電路板中為此目的或者出于其他原因而設置的孔的邊緣。此時，在該邊緣處能夠熔化電路板，并且(通過激光束自身又或者通過熔化的電路板材料)熔化冷卻體的一部分。
[0020]在其他的設計方案中，激光束從相反的一側出發指向冷卻體。在此，原則上也能夠完全穿透冷卻體，其中，冷卻體在許多情況下如此之厚，使得其此時特別適合于選擇或者制造變薄的部位。此外還能夠從這一側出發使激光指向冷卻體的以下邊緣，電路板在該處齊平或伸出。
[0021]詳述參考實施例。
[0022]最后，在電路板和冷卻體之間的聯結方面，根據本發明的激光焊接還能夠與其他的措施組合。特別是能夠在電路板和冷卻體之間設置在形狀上適配的接觸材料，該材料薄(與其平面延伸部相比)并且在兩者之間平坦地放置。在此能夠涉及粘合劑或者導熱性良好的材料(“導熱界面材料thermal interface material”)。
[0023]當然，附加于直接的機械聯結(其確實在實踐中產生了不可避免的氣隙)，能導熱的材料改善了熱傳遞。
[0024]在粘合劑的情況下，附加地或者代替地，能夠實現機械聯結的改進。例如由此能夠減少激光焊點或激光焊接段的數量。特別對于所擔憂的其它可能在激光焊接固定部位之間的拱起，例如當這些固定部位僅設置在邊緣處時，適用有上述。通過粘合劑(或者填充能導熱的材料)的附加連接此時能夠避免由于在電路板和