CN101278603A - 将发光二极管固定到金属散热元件的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及发光设备。为了提供照明设备的良好的热逸散和容易的调节，提供将具有金属灯座(10)的发光二极管(12)固定到金属散热元件(18)，这种固定包括将这种二极管的底座物－物接合到金属套管(14)、将这种套管定位于该散热元件上以使套管覆盖散热元件以及将套管与散热元件连接。
Description
技术领域
本申请涉及将具有金属底座的发光二极管固定到金属散热元件的方法。本申请还涉及一种照明设备以及这种照明设备的使用。
背景技术
包括发光二极管(LED)的照明设备可用在汽车用途中。例如，前和后照明设备可将LED用作照明元件。现已发现，后组合灯(RCL)和日间行驶灯(DRL)可配有LED模块。
不过，LED对环境中的热灵敏。首先，LED模块的最大接合温度受限。而且，LED模块尤其是AlInGaP LED的光输出随着接合温度的升高而大大地降低。不过，在汽车用途中，运行期间的环境温度可达85℃(对于后照明而言)和105℃(对于前照明而言)。
因此，具有良好的热管理对于LED模块的性能至关重要。已知可通过机械接触、导热胶水或导热带将散热器热连接到LED。不过，所有的这些解决方法的缺点在于热流动要么受限于界面材料的热导率和厚度，要么受限于小的气隙。
在本领域中已提出了一种在LED的金属底座与金属散热元件之间的直接铜焊接合。例如，US 2004/0190294 A1描述了一种通过激光点焊将LED固定到散热元件的方法。该专利申请描述了可通过激光点焊将散热元件固定到LED的金属底座。为了提供良好的接触，可用金属层涂覆散热元件，这种金属如镍，金属层能够良好地吸收激光的能量。这种镍层的存在有助于确立有效焊点，从而有助于良好的物-物接合(substance-substance bonding)。
除了良好的散热之外，还需将LED模块对齐以提供良好的照明。这就意味着需要将所有的LED模块以一个方向引导以提供良好的照明。在LED的照明方向不同的情况下，就没有良好地使用整个照明。
为了确保LED在辐射元件上的正确的几何定位，US 2004/0190294A1提出对二极管在散热器的表面上的定位提供帮助。该专利申请提出通过切割工具产生一种物理定心装置，这种物理定心装置以散热器的表面上的一个或多个突出件的形式。这些突出件可与LED的轮廓相配合以提供正确的的几何定位。不过，并不能够根据这种已知的设备校正这些二极管的主要照明方向。
发明内容
因此，本申请的目的在于提供一种固定具有改进的照明能力的LED的方法。本申请的另一个目的在于提供一种照明设备，这种照明设备使用所有的二极管所发出的光。本申请的再一个目的在于提供容易地制造散热元件上的照明二极管。
为了实现这些目的中的一个或多个，本申请提供一种将具有金属底座的发光二极管固定到金属散热元件的方法，这种方法包括将二极管的底座物-物接合到金属套管、将这种套管定位于散热元件上以使套管覆盖散热元件以及将套管与散热元件连接。
优选发光二极管是功率发光二极管，这种功率发光二极管的要逸散的热能要求专用金属底座。功率二极管通常设有金属底座，例如，这种底座用铜制成。这种金属底座能够使确立与金属套管的物-物接合成为可能。这种金属套管是一种元件，这种元件设在二极管的金属底座与散热元件之间。形成这种金属套管以使其能够覆盖散热元件。优选将散热元件形成为螺杆状，且这种套管能够覆盖这种螺杆。
为了使二极管在散热元件上能够良好地对齐，首先将二极管物-物接合到套管，然后将套管在散热元件上对齐，之后将套管连接到散热元件。这样就可在二极管与套管之间提供良好的接合，而且也提供二极管在散热元件上的良好对齐。
用主动和被动方式均可将套管在散热元件上定位和、或对齐。在主动和被动调节和、或定位期间，以散热元件的内部基准元件受限的方式将散热元件安装在支架内。这些基准元件(如基准销或卡口延长部)用在与灯壳的接触面中，以在应用期间确立这种模块到灯壳的精确定位。在主动定位过程的情形中，使LED电气接触并打开。所希望的光分布通过套管在散热元件上的至少3轴定位进行调节。光分布由如图像***监测。在被动定位的情形中，图像***以三个方向监测LED的位置以及LED在前向方向方面的倾斜。在LED的正确定位之后，将套管连接并固定到散热元件。
实施例提供了将二极管的底座焊接到金属套管。这种焊接可以是如激光尖峰焊接过程(laser spike welding process)。在这种过程期间，激光束将金属套管的材料熔化到LED的块状材料如金属套管上。这样就实现了直接金属材料结合，且这种结合具有优化的热导性和高的机械强度。散热元件可以是被动冷却散热器，这种被动冷却散热器通过足够大的表面将产生的热传递到周围的环境。这种散热元件还可以是热管，且这种套管可直接与这种热管的热端连接。
为了提供具有良好焊接性能的金属套管，实施例提供用铜、镍或它们的合金制成的套管。不过，可用具有高热导性的任何可激光焊接的材料制成这种套管材料。
根据这些实施例，套管的厚度通常介于0.1mm与1cm之间。可通过在二极管的金属灯座与套管的材料之间形成一种金属间相薄层来将套管结合到二极管的金属灯座。可通过紧密接触的两种材料的快速局部加热形成这种金属间相。
在已将二极管连接到套管之后，需要将套管定位于散热元件上。为了提供良好的定位和对齐，实施例提供了套管绕着散热元件的纵向轴旋转，以使发光二极管在散热元件上对齐。这样，可通过在散热元件上移动套管来将二极管对齐。这样就可对光的发射方向进行调节。
为了提供良好的调节能力，将套管形成为杯状。可将这种杯状物置于散热元件上并使其绕着散热元件的纵向轴旋转。还优选将散热元件形成为使其与套管相配合。这可以是一种螺杆状形式。
为了使套管能够绕着散热元件的纵向轴旋转，实施例提供朝向其端面逐渐变细形成散热元件。还优选散热元件的端面呈半圆形。
在已将LED与散热元件上的套管对齐之后，需要将这种组件固定。因此，实施例提供了通过使套管与散热元件贴合来将套管与散热元件连接。这既可以通过物-物接合进行，也可以通过套管的电磁成形进行。这就在套管与散热元件之间提供机械强度高的连接。
本申请的另一个方面是一种照明设备，这种照明设备包括具有金属灯座的发光二极管、套管和散热元件，其中，将底座物-物接合到套管，且将套管固定到散热元件。
本申请的再一个方面是这种照明设备用于汽车照明，尤其是用于后组合灯或日间行驶灯。
附图说明
从下面的附图就会明白本申请的这些和其它方面，并且参考这些附图对本发明的这些和其它方面进行描述。在这些图中：
图1是根据本申请的方法的流程图；
图2是根据本申请的照明设备的侧视图。
具体实施方式
图1示出了用于组装照明设备的方法2，这种照明设备在图2中示出。在第一步骤4中，LED 12的底座10接合到金属套管14。
如图2所示，LED 12包括电极16和该金属灯座10。优选用铜制成这种金属灯座10。在接合步骤4中，将金属灯座10接合到套管14。这可通过金属灯座10和套管14的材料的快速局部加热来进行，以在这些元件之间提供金属间相。优选这种加热可通过焊接进行，优选这种焊接由激光焊接过程进行，如激光尖峰焊接。
优选用CuNi制成套管14，且套管的厚度介于0.1mm与10mm之间。
在已将金属灯座10接合到套管14之后，在步骤6中将套管14定位于散热元件18上。
这种定位可通过使套管14绕着散热元件18的纵向轴X旋转来进行。将散热元件18形成为螺杆状。将散热元件18的端面20形成为半圆形。这样就可容易地旋转套管14以在其它LED上对齐该LED，并控制光的发射方向。
散热元件18可以是被动散热器，也可以是热管。端面20可以是这种热管的热端。
正如可以看出的那样，散热元件12的端面20与套管14紧密配合。
在将套管14定位在散热元件18的端面20上之后，在步骤8中将套管14连接到散热元件18。
可通过物-物接合以及电磁成形进行这种连接。在电磁成形期间，形成套管14以与散热元件18的端面20紧密配合。
金属灯座10与端面20之间的接触面的热传导可由套管材料、套管材料的厚度以及LED 12的底座10与套管14之间的焊点数量和直径进行调节。这些焊点可按照金属灯座10的直径位于平行线上，也可以同轴布置在金属灯座10的中心周围。
优选可将这些焊点布置成优化套管与散热元件之间的接触区域，以减少套管与散热元件之间的热阻。
所描述的方法使组装照明设备成为可能，这些照明设备具有良好的热逸散性能和良好的对齐性能。此外，这些照明设备可用于汽车用途，而且还可用于普通照明用途和信号等。
Claims (15)
1.一种将具有金属底座(10)的发光二极管固定到金属散热元件(18)的方法，所述方法包括：
将所述二极管的所述底座(10)物-物接合到金属套管(14)，
将所述套管(14)定位于所述散热元件(18)上以使所述套管(14)覆盖所述散热元件(18)，以及
将所述套管(14)与所述散热元件(18)连接。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：物-物接合包括将所述二极管的所述底座(10)焊接到所述金属套管(14)。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：将所述二极管的所述底座(10)焊接到所述金属套管(14)包括激光尖峰焊接。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括用铜、镍或它们的合金形成所述套管(14)。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括形成厚度介于0.1mm与10mm之间的所述套管(14)。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：将所述套管(14)定位于所述散热元件上包括使所述套管(14)绕着所述散热元件(18)的纵向轴(X)旋转，以使所述二极管在所述散热元件(18)上对齐。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括将所述套管(14)形成为杯状。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括形成所述散热元件(18)以至少部分地与所述套管(14)的内部相配合。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括形成朝向端面(20)逐渐变细的所述散热元件(18)。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括形成带有半圆形端面(20)的所述散热元件(18)
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于：将所述套管(14)与所述散热元件(18)连接包括使所述套管(14)与所述散热元件(18)贴合。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于：将所述套管(14)与所述散热元件(18)连接包括物-物接合。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于：将所述套管(14)与所述散热元件(18)连接包括电磁成形。
14.一种照明设备，所述照明设备包括具有金属底座(10)的发光二极管、套管(14)和散热元件(18)，其中，将所述底座(10)物-物接合到所述套管(14)，且将所述套管(14)固定到所述散热元件(18)。
15.将如权利要求14所述的照明设备用于汽车照明的用途，尤其是用于后组合灯或日间行驶灯的用途。
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