CN108432351B - 组件和包括组件的照明设备 - Google Patents
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Abstract
公开一种组件（1），其包括至少一个电气设备（5）和被安排成支撑至少一个电气设备（5）的至少一个载体衬底（2）。至少一个载体衬底（2）被安排有至少一个管状结构（6），其是至少部分中空的并被安排以便允许流体例如在载体衬底（2）的第一侧面（3）与载体衬底（2）的第二侧面（4）之间通过至少一个载体衬底（2），以及其中至少一个管状结构（6）被安排，以使其具有延伸部分，以致其从第一侧面（3）和第二侧面（4）之中的至少一个侧面伸出预定义距离。也公开包括该组件（1）的照明设备以及用于制造该组件（1）的方法（30）。
Description
技术领域
本发明涉及包括至少一个电气设备和被安排成支撑至少一个电气设备的至少一个载体衬底(substrate)的组件(assembly)。
背景技术
诸如大功率半导体器件、高功率激光器、微处理器和/或发光二极管(LED)之类的电气设备的操作时常与热量的生成相关联。热量是对电气设备的性能和寿命可能具有有害影响的副产品。有效冷却因此在许多应用中是有用的和所期望的。作为示例，能够提供高的光通量(luminuous flux)的照明器或照明设备可能要求在照明器或照明设备中包括的光源的有效冷却，如果由光源生成的热量将对照明器或照明设备的寿命没有不利影响或只有轻微的不利影响的话。基于LED光源的高顶棚(high-bay)照明器（即，在诸如工业和仓储应用之类的高天花板环境中使用的照明器）可以生成具有的光通量高达大约25klm（千流明）或更高的光。在其中采用高顶棚照明器的环境中的环境温度可能高达50℃（摄氏度）或更高，而最大可容许的LED焊接温度通常在大约80℃和100℃之间，诸如例如85℃或95℃。为了冷却高顶棚照明器，可以例如采用由Al（铝）制成的（多个）换热零件(component)。然而，这样的（多个）铝换热零件由于其相对高的重量（铝具有相对高的每公斤成本）以及因为（多个）铝换热零件典型地通过染料铸造(dye-casting)制成而是相对昂贵的，其中染料铸造是相对昂贵的工艺。US 2014/0292192 A1公开一种LED灯泡，其包括通过将平板印刷电路板(PCB)折叠成三维多面体形状而形成的结构壳体(shell)和用于将灯泡可移除耦合到灯座的配件(fitting)。PCB包括：多个LED，至少一个LED被电子安装在多面体的多个面上；以及用于驱动每一个LED的驱动器电路。PCB的周长被整形(shape)来接合相邻面。每一个LED产生最小过热，其利用金属散热桥而被部分传导至PCB并且通过PCB和通过壳体中的多个空间而被消散到空气中。US 2014/0292192 A1公开在PCB中钻凿的通气孔，以促进从折叠式LED灯泡的内部到外部的空气循环。根据US 2014/0292192 A1，这些孔有助于消散由LED生成的热量并且可以进一步增加LED灯泡的寿命。然而，在本领域中对于在电气设备中或由电气设备生成的热量的消散中增加的效率和/或容量仍然具有需要。
GB-2515409公开一种散热结构，其包括衬底、表面安装的LED，其中衬底具有被铜箔覆盖的上下端面。该结构也具有延伸通过这些箔和衬底的孔，其中由导热金属制成的啮合构件被放置在孔中。在操作中，由LED生成的热量经由啮合构件而被直接传递至铜箔。
发明内容
鉴于上面的讨论，本发明的关注点(concern)是提供一种包括至少一个电气设备的组件，并且该组件促进或虑及在由至少一个电气设备在***作时生成的热量的消散中实现相对高的效率。
本发明的进一步关注点是提供一种包括至少一个电气设备的组件，该组件促进或虑及在由至少一个电气设备在***作时生成的热量的消散中实现相对高的效率，并且该组件进一步具有相对低的重量。
本发明的进一步关注点是提供一种包括至少一个电气设备的组件，该组件促进或虑及在由至少一个电气设备在***作时生成的热量的消散中实现相对高的效率，并且该组件进一步是制造相对便宜的。
为了解决这些关注点以及其他关注点之中的至少一个，提供根据独立权利要求的组件、照明设备或照明器以及用于制造组件的方法。优选实施例利用从属权利要求来定义。
根据本发明的第一方面，提供一种包括至少一个电气设备和被安排成支撑至少一个电气设备的至少一个载体衬底的组件。至少一个载体衬底包括金属芯印刷电路板，并且它可以例如被安排成在至少一个载体衬底的至少一个侧面(side)上支撑至少一个电气设备。至少一个载体衬底被安排有至少一个管状结构。至少一个管状结构是至少部分中空的并且被安排，以便允许流体在至少一个载体衬底的第一侧面与至少一个载体衬底的第二侧面之间通过至少一个载体衬底。至少一个管状结构被安排，以使其具有延伸部分(extension)，以致其从第一侧面和第二侧面之中的至少一个侧面伸出预定义距离。至少一个载体衬底可以例如被安排成在至少一个载体衬底的第一侧面和第二侧面之中的至少一个侧面上支撑至少一个电气设备。至少一个管状结构由至少一个载体衬底的整体安排部分构成并且包括至少一个载体衬底的深拉、冲压或穿通部分或由至少一个载体衬底的深拉、冲压或穿通部分构成。
至少一个载体衬底优选地是至少部分导热的，其中由至少一个电气设备在使用时生成的（至少）热量能够借助于(by way of)热量被传递至通过或流过至少一个管状结构的流体而被传递远离至少一个电气设备。流体可以例如包括（环境）空气。因而，借助于至少一个载体衬底被安排有至少一个管状结构，其中至少一个管状结构是至少部分中空的（即，在其内部具有至少一个空间、空隙或空腔）并被安排以便允许流体在载体衬底的第一侧面与载体衬底的第二侧面之间通过至少一个载体衬底，由至少一个电气设备在使用时或在***作时生成的热量可以借助于在至少一个管状结构内发生的对流来消散，其中流体（例如空气）的流动可以在载体衬底的第一侧面与载体衬底的第二侧面之间通过至少一个管状结构。因而，由至少一个电气设备在使用时或在***作时生成的热量可以借助于至少一个载体衬底而被传递至至少一个管状结构，其中它可以被传递至通过至少一个管状结构且在载体衬底的第一侧面与载体衬底的第二侧面之间的流体，并且转而被传递远离该组件。借助于至少一个载体衬底被安排以使其具有延伸部分，以致其从第一侧面和第二侧面之中的至少一个侧面伸出预定义距离，可以提供用于将由至少一个电气设备在使用时或在***作时生成的热量传递至通过至少一个管状结构的流体的相对大的表面积(surface area)。因而，该组件可能能够在由至少一个电气设备在***作时生成的热量的消散中实现相对高的效率。为了进一步增加用于传递由至少一个电气设备在使用时或在***作时生成的热量的表面积，至少一个管状结构可以例如包括内部或内翅片(fin)结构（例如，包括一个或若干翅片）等等。
借助于至少一个载体衬底被安排有至少一个管状结构，其是至少部分中空的并被安排以便允许流体在载体衬底的第一侧面与载体衬底的第二侧面之间通过至少一个载体衬底，可以提供通过至少一个载体衬底的一个或多个通道(passage)。从而，至少一个载体衬底展现出多孔(perforated)结构。借助于至少一个载体衬底的多孔结构，与至少一个载体衬底将是完全实心的情形相比而言，至少一个载体衬底的重量可以变得相对低。并且，因为与至少一个载体衬底将是完全实心的情形相比而言对于至少一个载体衬底（借助于至少一个载体衬底的多孔结构）可能需要较少的材料，所以至少一个载体衬底的成本并从而有可能整个组件的成本可以变得相对低。
至少一个管状结构可以被安排，以使其具有延伸部分，以致其从第一侧面和从第二侧面二者伸出预定义距离。至少一个管状结构可以从第一侧面和从第二侧面二者伸出相同或基本相同的距离。
第一侧面可以例如与第二侧面相对。
至少一个管状结构可以被安排，以使其具有延伸部分，以致其从第一侧面和第二侧面之中的一个侧面伸出预定义距离，其中至少一个电气设备可以被支撑在第一侧面和第二侧面之中的另一侧面上。
至少一个管状结构由至少一个载体衬底的整体安排部分构成。也就是说，至少一个管状结构被包括在至少一个载体衬底中并且是至少一个载体衬底的整体部分。至少一个管状结构包括至少一个载体衬底的深拉、冲压或穿通部分或由至少一个载体衬底的深拉、冲压或穿通部分构成。也就是说，借助于深拉、冲压或穿通至少一个载体衬底的至少一部分，至少一个载体衬底被安排有至少一个管状结构。至少一个载体衬底包括金属芯印刷电路板(MCPCB)，并且通过冲压至少一个载体衬底的一部分，例如以致该部分获得U形（如从一侧看到的）或圆柱形，类似于饮料罐的冲压，并且随后例如通过冲压或激光切割来移除形状的底部，可以制作至少一个管状结构。
在替代的组件中，至少一个管状结构不是至少一个载体衬底的整体安排部分或没有被包括在至少一个载体衬底中。
至少一个载体衬底可以包括至少一个通孔(through-hole)。至少一个通孔可以在第一侧面与第二侧面之间延伸。至少一个管状结构的至少一部分可以被安排在至少一个通孔内。也就是说，至少一个管状结构可以是没有被包括在至少一个载体衬底中的组件的单独零件或元件。例如借助于或经由诸如散热膏之类的热界面材料(TIM)，至少一个管状结构可以被热耦合到至少一个载体衬底，例如，被热耦合在至少一个通孔的内壁上或被热耦合到该内壁。至少一个管状结构原则上可以利用提供或创建热耦合的任何恰当方式而被热耦合到至少一个载体衬底。例如，利用螺丝接合(screwing)和/或铜焊(brazing)，至少一个管状结构可以被热耦合到至少一个载体衬底，例如，被热耦合在至少一个通孔的内壁上或被热耦合到该内壁。至少一个管状结构可以是至少部分导热的。例如，利用钻凿、冲压、穿通和/或激光切割至少一个载体衬底的至少一部分，至少一个载体衬底可以被提供有至少一个通孔。
至少一个管状结构的至少一部分可以例如被夹紧或被适配(fit)在至少一个通孔内。在本申请的上下文中，至少一个管状结构的至少一部分被适配在通孔内应被理解为：至少一个管状结构可以被整形，以便精确地适配在通孔内，即，以致管状结构具有与通孔的形状相符的形状。例如，至少一个通孔可以是圆柱形或基本圆柱形，并且管状结构可以是圆柱形或基本圆柱形，并且被改变大小(size)以便精确地适配在通孔内。然而，将明白：除了圆柱形之外的其他几何形状是可能的。
替代或补充，例如借助于胶(glue)和/或TIM，至少一个管状结构的外壁的至少一部分可以被连接或被耦合到至少一个通孔的内壁。
至少一个载体衬底可以被安排有一个以上的管状结构。
至少一个管状结构可以由至少一个载体衬底的整体安排部分构成，并且至少一个管状结构可以是没有被包括在至少一个载体衬底中的组件的单独零件或元件，如上所述。
至少一个载体衬底可以被安排有多个管状结构的安排，每一个管状结构是至少部分中空的并被安排以便允许流体在第一侧面与第二侧面之间通过至少一个载体衬底，并且每一个管状结构被安排，以使其具有延伸部分，以致其从第一侧面和第二侧面之中的至少一个侧面伸出预定义距离。
至少一个载体衬底可以例如被安排，以使得多个管状结构被规则分布在至少一个载体衬底的第一侧面和/或至少一个载体衬底的第二侧面上。至少一个载体衬底可以例如被安排，以使得多个管状结构的安排在至少一个载体衬底的第一侧面和/或至少一个载体衬底的第二侧面上形成预定义图案。在本申请的上下文中，利用多个管状结构被规则分布在至少一个载体衬底的第一侧面和/或至少一个载体衬底的第二侧面上（被规则分布）来意指：管状结构正沿着至少一个载体衬底的第一侧面和/或至少一个载体衬底的第二侧面在至少一个方向周期性出现。多个管状结构能够例如被安排在至少一个载体衬底的第一侧面和/或至少一个载体衬底的第二侧面上虚网格(imaginary grid)图案的节点上。
替代方案中，至少一个载体衬底可以被安排，以使得多个管状结构被不规则分布在第一侧面和/或第二侧面上。例如，当从上面看时，多个管状结构在至少一个载体衬底的第一侧面和/或至少一个载体衬底的第二侧面上的安排可以例如形成与Penrose（彭罗斯）图案相似的图案或具有与准周期平移阶(quasi-periodic translational order)相结合的n重（n是整数）旋转对称性的另一图案。将明白：其他的图案是可能的。利用多个管状结构在第一侧面和/或第二侧面上的不规则分布，在至少一个载体衬底上可能没有或者只有少量的折叠或弯曲线，这可以促进或虑及实现至少一个载体衬底的相对高的刚性和/或机械稳定性。
另外或替代，至少一个载体衬底可以被提供有至少一个压痕(indentation)。至少一个压痕可以例如借助于利用恰当的穿孔工具将其穿孔到至少一个载体衬底中来提供。例如可以在第一侧面和/或第二侧面上形成一个或若干压痕。给至少一个载体衬底提供至少一个压痕可以促进或虑及实现至少一个载体衬底的相对高的刚性和/或机械稳定性。
至少一个载体衬底可以被安排，以使得多个管状结构之中的一些管状结构被不规则分布在第一侧面和/或第二侧面上，并且多个管状结构之中的一些管状结构被规则分布在第一侧面和/或第二侧面上。
组件可以包括多个电气设备。
组件可以被安排，以使其由多个基本相同的子组件构成，每一个子组件包括载体衬底的部分或部件和多个电气设备之中的至少一个并且被安排有多个管状结构中的至少一个。在本申请的上下文中，利用基本相同的子组件来意指：（多个）电气设备和（多个）管状结构相对于子组件的载体衬底的相应部分的安排对于所有的子组件来说是相同的或基本相同的，以使得相应子组件的载体衬底能够被视为“单位细胞(unit cell)”，其在被互连（例如在其边缘上）时形成延伸的载体衬底，其中在延伸的载体衬底上具有规则安排的电气设备和管状结构。将意识到：为了相应子组件的载体衬底被视为“单位细胞”，（多个）电气设备和（多个）管状结构相对于子组件的载体衬底的相应部分的安排对于所有的子组件而言没有必要是完全相同的。
至少一个电气设备可以例如包括至少一个发光元件。至少一个发光元件可以例如包括固态光发射器或由固态光发射器构成。固态光发射器的示例包括无机LED、有机LED、激光二极管和光转换元件诸如荧光板、Lumiramic（发光）板或磷光体转换晶体。至少一个发光元件可以包括至少一个Chip on Board（片上芯片）(COB)LED光源。固态光发射器是相对经济有效的光源，因为其一般是制造相对便宜的、具有相对高的光学效率、具有相对长的寿命并且是环境友好的。然而，在本申请的上下文中，术语“发光元件”应被理解为实质上意指例如通过跨越它施加电位差、使电流通过它或利用特殊波长的光照射它而被激活时能够在任何区域或电磁波谱的区域例如可见区域、红外区域和/或紫外区域的组合中发出辐射的任何设备或元件。因此，发光元件能够具有单色、准单色、多色或宽带光谱发射特性。发光元件的示例包括半导体、有机或聚合物/聚合LED、紫色LED、蓝色LED、红色LED、绿色LED、琥珀色LED、UV-A LED、UV-B LED、UV-C LED、光泵浦磷光体涂层LED、光泵浦纳米晶体LED、激光器、激光泵浦磷光体、激光泵浦纳米晶体、光泵浦光转换元件或本领域技术人员将容易明白的其他任何的类似设备。此外，根据本发明的一个或多个实施例，术语发光元件能够意指与特定发光元件或多个发光元件被定位或被安排在其内的外壳或封装相结合发出辐射的特定发光元件或多个发光元件的组合。例如，术语发光元件能够包含被安排在外壳中的裸LED芯片，其可以被称为LED封装。
组件可以包括至少一个光学元件，其被安排成接收由至少一个发光元件发出的光和输出光学修改的光。至少一个光学元件可以例如包括至少一个透镜、至少一个玻璃或聚合物板、至少一个全内反射(TIR)透镜、至少一个反射器、至少一个漫射器和/或用于实现或者获得组件的期望或所需的光学效应或光束整形能力的某种其他类型的光学元件。鉴于上述，在本申请的上下文中，利用“光学修改的”光来意指例如聚焦、反射、折射和/或漫射的光等等或者已采用某种其他方式整形的光。任何一个或每一个发光元件可以利用硅胶“团块(blob)”或者个别玻璃板或聚合物板来覆盖，从而发光元件可以被防水密封。替代或补充，任何一个或每一个发光元件可以利用TIR透镜光学器件来覆盖。这样的TIR透镜光学器件可以促进或虑及获得不同的光束形状（相对宽束、相对窄束和中间束宽）。替代或补充，任何一个或每一个发光元件可以被提供有在其上安装的反射器（例如，反射杯）。漫射器可以被安排在反射器（杯）内。
至少一个载体衬底可以例如包括印刷电路板(PCB)。PCB可以例如包括金属芯PCB(MCPCB)。
例如，尤其在至少一个载体衬底包括MCPCB的情况下，以及在其中至少一个载体衬底包括在第一侧面与第二侧面之间延伸的至少一个通孔并且其中至少一个管状结构的至少一部分被安排在至少一个通孔内的情况下，至少一个管状结构（其例如可以包括金属管，诸如铝管）可以（即，利用力）被压入(press-fit)到至少一个通孔中。通过将至少一个管状结构压入到至少一个通孔中，可以实现在至少一个管状结构与至少一个载体衬底之间的热耦合而不需要或只需要很少的TIM诸如导热膏等等。
替代或补充，至少一个载体衬底可以例如包括被提供有可以在第一侧面与第二侧面之间延伸的至少一个通孔的金属板或板状结构。金属板或板状结构可以例如由铝制成。在金属板或板状结构上，例如利用丝网印刷，可以印刷电绝缘径迹(track)或（多个）层。例如利用丝网印刷，可以在耐电(electrical resistant)径迹或（多个）层上印刷导电径迹。至少一个电气设备可以借助于导电径迹而被供电(power)。至少一个管状结构（其例如可以包括金属管，诸如铝管）可以例如（即，利用力）被压入到在金属板或板状结构中提供的至少一个通孔中。
替代或补充，至少一个载体衬底可以例如包括柔性箔（“挠性箔（flex foil）”），诸如例如由Kapton（聚酰亚胺）制成的挠性箔，其例如借助于胶合或使用胶带而被安装或被耦合到金属板或板状结构（的一侧）。挠性箔在其上面可以具有导电径迹，例如用于给至少一个电气设备供电。金属板或板状结构和挠性箔可以被提供有可以在第一侧面与第二侧面之间延伸的至少一个通孔。第一侧面可以位于挠性箔上，而第二侧面可以位于金属板或板状结构上，或者反之亦然。至少一个电气设备可以例如被回流焊到挠性箔上。
根据第二方面，提供一种包括根据第一方面的组件的照明器或照明设备，其中至少一个电气设备包括至少一个发光元件。照明器或照明设备可以包括布线和电子设备，其被安排成连接至少一个发光元件以及有可能在照明器或照明设备中包括的（多个）其他的电气零件并且给其供电。
根据第三方面，提供一种用于制造包括至少一个电气设备和被安排成支撑至少一个电气设备的至少一个载体衬底的组件的方法，其中至少一个载体衬底包括金属芯印刷电路板。该方法包括给至少一个载体衬底安排有至少一个管状结构，其是至少部分中空的并被安排以便允许流体在至少一个载体衬底的第一侧面与至少一个载体衬底的第二侧面之间通过至少一个载体衬底，其中至少一个管状结构被安排，以使其具有延伸部分，以致其从第一侧面和第二侧面之中的至少一个侧面伸出预定义距离。
该方法可以包括将至少一个电气设备耦合或安排到至少一个载体衬底/将至少一个电气设备耦合或安排在至少一个载体衬底上。将至少一个电气设备耦合或安排到至少一个载体衬底/将至少一个电气设备耦合或安排在至少一个载体衬底上可以在利用至少一个管状结构的至少一个载体衬底的安排之后来完成。
利用至少一个管状结构的至少一个载体衬底的安排包括深拉、冲压和/或穿通至少一个载体衬底的至少一部分，从而至少一个管状结构由至少一个载体衬底的整体安排部分构成。
替代地，利用至少一个管状结构的至少一个载体衬底的安排可以包括：给至少一个载体衬底提供在第一侧面与第二侧面之间延伸的至少一个通孔，有可能提供至少一个管状结构，并且将至少一个管状结构的至少一部分安排在至少一个通孔内，以使得至少一个管状结构从第一侧面和第二侧面之中的至少一个侧面伸出预定义距离。
在下面利用例证实施例来描述本发明的进一步目标和优点。注意：本发明涉及在权利要求书中叙述的特性的所有可能的组合。在研究所附的权利要求书以及本文的描述时，本发明的进一步特性及其具有的优点将变得显而易见。本领域技术人员认识到：本发明的不同特性能够被组合来创建除了本文描述的实施例之外的其他实施例。
附图说明
下面将参考附图来描述本发明的例证实施例。
图1是根据本发明的实施例的组件的示意图。
图2是从另一方向查看的图1所示的组件的示意图。
图3和4是从不同方向查看的图1所示的组件的载体衬底的部件或部分的示意图。
图5是举例说明针对根据本发明的实施例的组件而言的相对热阻和用于冷却的相对表面积的图表。
图6和7是从相应组件的一侧查看的根据本发明的实施例的组件的示意图。
图8是用于制造根据本发明的实施例的组件的方法的示意流程图。
图9是根据本发明的实施例的图8所示的方法中的步骤之一的示意流程图。
所有的图是示意性的，不一定按比例绘制，并且一般只显示为了阐明本发明的实施例而是必要的部件，其中其他的部件可以被省略或者仅仅被建议。
具体实施方式
现在将在下文参考其中显示本发明的例证实施例的附图来描述本发明。然而，本发明可以采用许多不同的形式来体现并且不应被解释为受限于在本文阐述的本发明的实施例；相反，借助于示例来提供本发明的这些实施例，以致这个公开内容将把本发明的范畴传达给本领域技术人员。在附图中，除非另有特别说明，否则相同的参考数字表示具有相同或相似功能的相同或相似零件。
图1和2是根据本发明的实施例的组件1的示意图。图2是与图1相比而言从另一方向查看的图1所示的组件1的示意图。将明白：图1和2一般只显示为了阐明本发明的实施例而是必要的部件，其中其他的部件可以被省略或者仅仅被建议。组件1包括被安排成支撑至少一个电气设备的载体衬底2。载体衬底2可以例如包括一个或多个PCB诸如例如一个或多个MCPCB（例如具有铝或铜芯）或由一个或多个PCB诸如例如一个或多个MCPCB（例如具有铝或铜芯）构成。在载体衬底2将包括若干(MC)PCB的情况下，例如使用本领域中已知的任何恰当的互连或耦合技术，这些(MC)PCB可以例如被互连或被耦合在其边缘上，以便形成载体衬底2。载体衬底2具有第一侧面3和第二侧面4。根据图1和2所示的本发明的实施例，第一侧面3和第二侧面4相对彼此来相对安排。也就是说，第一侧面3与第二侧面4相对，或者反之亦然。
根据图1和2所示的本发明的实施例，组件1包括在图2中是可视的多个电气设备5（在图2中只有其中的一些电气设备利用参考数字5来指示）。如图2所示，电气设备5可以被安排在载体衬底2上，以便被均匀或规则分布在载体衬底2上，例如在第一侧面3上，诸如图2所示。替代或补充，电气设备5可以被安排在载体衬底2的另一侧面诸如例如第二侧面4上。电气设备5可以例如借助于回流焊或利用例如本领域中已知的某一其他适当的手段或技术而被耦合或被连接到载体衬底2。进一步，根据图1和2所示的本发明的实施例，电气设备5之中的每一个包括发光元件。发光元件可以例如包括固态光发射器诸如例如LED或基于LED的光源诸如COB LED光源或由固态光发射器诸如例如LED或基于LED的光源诸如COB LED光源构成。通过采用COB LED光源，可以实现相对低的材料零件成本和组装这些零件的成本的账单(bill)。单个COB LED光源一般能够发出具有的光通量比单个LED的光通量更高的光。将明白：包括在图2所示的组件1中的电气设备5的数量是根据本发明的例证实施例，并且在组件1中包括的电气设备5的数量可以小于或大于在图2所示的组件1中包括的电气设备5的数量。进一步将明白：没有必要（每一个）电气设备5包括发光元件。根据本发明的实施例，一个或若干乃至所有的电气设备5可以包括除了发光元件之外的其他电气设备。
如图1和2所示，载体衬底2被安排有多个管状结构6的安排。管状结构6之中的每一个是至少部分中空的并被安排，以便允许流体在第一侧面3与第二侧面4之间通过载体衬底2。管状结构6之中的每一个可以例如被安排，以便允许空气在第一侧面3与第二侧面4之间通过载体衬底2。将明白：在图1和2所示的组件1中包括的管状结构6的数量是根据本发明的例证实施例，并且在组件1中包括的管状结构6的数量可以小于或大于在图1和2所示的组件1中包括的管状结构6的数量。根据图1和2所示的本发明的实施例，在组件1中包括的管状结构6的数量等于在组件1中包括的电气设备5（发光元件）的数量，如图2所示。然而，将明白：那是根据本发明的例证实施例，并且在组件1中包括的管状结构6的数量可以大于在组件1中包括的电气设备5（例如发光元件）的数量，或者反之亦然。
每一个管状结构6被安排，以使其具有延伸部分，以致其从第一侧面3伸出预定义距离。替代或补充，每一个（或任何）管状结构6可以被安排，以使其具有延伸部分，以致其从第二侧面4伸出预定义距离（未显示在图中）。
将明白：在图中，管状结构不一定按比例进行绘制。特别地，如图所示的管状结构从第一侧面3伸出的距离不一定按比例进行绘制。
根据图1和2所示的本发明的实施例，管状结构6之中的每一个由载体衬底2的整体安排部分构成。也就是说，管状结构6之中的每一个被包括在载体衬底2中并且是载体衬底2的整体部分。为了实现或实施这样的安排，每一个或任何一个管状结构6可以例如包括载体衬底2的深拉、冲压或穿通部分或由载体衬底2的深拉、冲压或穿通部分构成。也就是说，载体衬底2可以例如借助于深拉、冲压或穿通载体衬底2的至少一部分而被安排有管状结构6。深拉、冲压或穿通载体衬底2的至少一部分可以例如使用本领域中已知的用于这样的处理的任何技术和/或装备来完成。
根据图1和2所示的本发明的实施例，每一个管状结构6可以由管件(tube)组成，其内壁定义用于流体诸如例如空气的圆柱形通道，并且在载体衬底2的第一侧面3上具有第一端开口和在载体衬底2的第二侧面4上具有第二端开口。通道因此可以具有与通道和/或管状结构6的纵向方向垂直的圆形横截面（积）。通道的直径可以在大约2mm（毫米）到12mm的范围中，并且横截面积因此可以例如在大约3mm2（平方毫米）到113mm2的范围中。
通道的圆形横截面（积）是根据本发明的例证实施例。将明白：通道的其他形状以及尤其与通道和/或管状结构6的纵向方向垂直的通道的横截面的其他形状是可能的。因而，每一个或任何一个管状结构6可以包括具有与通道和/或管状结构6的纵向方向垂直的横截面（积）的流体的通道，其不是圆形并且展现出另一形状，诸如例如多边形、三角形、正方形、菱形、椭圆形等等。不管横截面（积）的特殊形状如何，横截面积可以例如在大约3mm2到113mm2的范围中。
与通道和/或管状结构6的纵向方向垂直的每一个或任何一个管状结构6的流体的通道的横截面（积）可以例如沿着通道和/或管状结构6的纵向方向而变化。例如，通道可以具有锥形内壁，其中逐渐变细可以朝着通道的一端。
每一个或任何的管状结构6可以被安排，以使其具有延伸部分，以致其从第一侧面3（和/或从第二侧面4）伸出在大约1mm到30mm例如（大约）3mm的范围中的距离。不一定所有的管状结构6从第一侧面3（和/或从第二侧面4）伸出相同的距离，但是管状结构6正从第一侧面3（和/或从第二侧面4）伸出的距离可以不同。
如图1和2所示，组件1可以被安排，以使其由组件1的多个（基本）相同的子组件或部分构成，其中每一个子组件包括载体衬底2的部件或部分以及电气设备5之中的至少一个，并且被安排有至少一个管状结构6。根据图1和2所示的本发明的实施例，借助于示例，每一个子组件包括电气设备5之一，并且载体衬底2的子组件的部分被安排有管状结构6之一。这在图3和4中进一步进行举例说明，其中图3和4是从不同方向查看的图1所示的组件1的载体衬底2的部件或部分的示意图。
在图4中，举例说明：发光元件5可以被提供有光学元件7（未显示在图1-3中）。光学元件7被安排成接收由发光元件5发出的光和输出光学修改的光。根据图4所示的本发明的实施例，借助于示例，光学元件7包括TIR透镜。光学元件7可以例如通过（例如使用光学胶）将光学元件7胶合在发光元件5而被依附到发光元件5。
如在上文例如参考图1和2所描述的，管状结构6之中的每一个可以由载体衬底2的整体安排部分构成。也就是说，管状结构6之中的每一个可以被包括在载体衬底2中，并且可以是载体衬底2的整体部分，而且可以例如借助于深拉、冲压或穿通载体衬底2的至少一部分来制成。然而，管状结构6不一定由载体衬底2的整体安排部分构成。进一步参考图3，载体衬底2可以被安排有至少一个通孔，其在图3中利用参考数字8来指示。（多个）通孔8可以出现在“最终”组件1中（在其组装状态中），并且可以至少部分构成流体的通道。（多个）通孔8可以在第一侧面3与第二侧面4之间延伸。不同于管状结构6由载体衬底2的整体安排部分构成，管状结构6可以是组件1的单独零件或元件，例如包括管件，并且可以至少部分被安排（***）在载体衬底2可以被安排有的通孔8之中的相应通孔内。例如借助于胶和/或TIM诸如散热膏等等，管状结构6的至少一部分可以例如被夹紧或被适配在通孔8之中的相应通孔内或者被连接或被耦合到通孔8之中的相应通孔的内壁（未显示在图中）。将明白：图3举例说明在管状结构6已被安排（***）在通孔8内时的组件1。
进一步参考图1和2，发光元件5之中的每一个或一些或至少一个可以被提供有光学元件诸如图4所示的光学元件7。
进一步参考图1-4，与组件1的不同子组件或部分相对应的载体衬底2的部分能够被视为相同或基本相同的“单位细胞”，其中“单位细胞”在被互连（例如在其边缘上）时形成延伸的载体衬底——那是载体衬底2——其中在延伸的载体衬底上具有规则安排的电气设备5和管状结构6。根据图1-4所示的本发明的实施例，具有在载体衬底2上均匀分布的192（12×16）个电气设备5（例如LED），如在图2中或许最佳所示的，具有192个“单位细胞”，其中每一个包括电气设备5和管状结构6。
进一步参考图1和2，载体衬底2可以例如包括具有板的形状的MCPCB。板的平面可以例如具有大约500mm×500mm或大约600mm×600mm的维度。例如，为了实现能够发出具有超过20 klm的光通量的光的照明设备或照明器，可以采用264或更多的LED，每一个LED能够发出具有大约80lm的光通量的光。为了实现能够发出具有超过20 klm的光通量的光的照明设备或照明器，其中具有在载体衬底2上均匀分布的264个电气设备5（例如LED），由每一个“单位细胞”构成的板的部分的平面将必须具有大约2.7cm （厘米）乘 2.7cm的维度。诸如在前所述的，管状结构6之中的每一个可以由具有定义用于（环境）空气的圆柱形通道的内壁的管件组成，并且对于每一个电气设备5（例如LED）而言可以具有一个管状结构6。由于264个LED被安排在载体衬底2上并且由于管件6之中的每一个具有大约13mm的直径和大约15mm的总长度，用于冷却组件1的总的表面积可以变成大约1.62 m2（平方米）。根据由发明人进行的计算，借助于这样的组件1的配置，LED 5可以被冷却高达大约35℃。
图5是举例说明针对根据本发明的实施例的组件而言的相对热阻和用于冷却的相对表面积的图表。相对热阻在图5中利用实线来代表，而用于冷却的（组件的）相对表面积在图5中利用虚线来代表。如本领域中所已知的，热阻是表征阻止热量流动通过的材料或结构的能力或容量的材料或结构的属性。旨在举例说明本发明的实施例的原理的图5中的图表以具有板的形状的载体衬底的计算流体动力学模拟为基础，其中载体衬底具有1mm的厚度并且利用铝制成，而且具有采用具有3x3个网格点的网格图案被均匀或规则分布在载体衬底（板）的一个侧面上的九个发热设备，例如电气设备诸如发光元件，其在使用时生成热量。在模拟中，已假设：这些发热设备提供相同的热负荷。载体衬底被安排有采用载体衬底中的圆形穿出通孔(punched-out through-hole)形式的管状结构，其中载体衬底的穿出部分从载体衬底的侧面之一伸出距离3mm。该图表举例说明相对热阻和用于冷却的相对表面积作为圆形穿出通孔的直径的函数。在该图表中，0mm的直径对应于其中载体衬底没有被安排有管状结构（即载体衬底是实心）的情形。相对热阻和用于冷却的相对表面积采用百分比与其中载体衬底为实心且没有被安排有管状结构的情形相比来表达。如在图5的图表中能够看到的，相对热阻首先从0mm直至大约5mm的圆形穿出通孔的直径开始增加，并且随后随着圆形穿出通孔的直径逐渐增加而减少。虽然用于冷却的相对表面积首先从0mm的圆形穿出通孔的直径开始略微减少，但是相对热阻的减少是更大的。当圆形穿出通孔的直径是大约10mm时，载体衬底具有与实心载体衬底（即还没有被安排管状结构的载体衬底）（大约）相同的用于冷却的表面积，而相对热阻则低了大约17%。因而，借助于采用被安排有具有大约10mm的直径的圆形穿出通孔的载体衬底，与实心载体衬底相比而言可以消散大约多17%的热量，即使实心载体衬底的材料的总体积与被安排有具有大约10mm的直径的圆形穿出通孔的载体衬底的材料的总体积是（大约）相同的。
图6和7是从相应组件1的一侧查看的根据本发明的实施例的组件1的示意图。根据图6和7所示的本发明的实施例，相应举例说明的组件1包括盘状载体衬底2，以使得载体衬底2当从其侧面之一查看时是圆形的，如图6和7所示。然而，将明白：载体衬底2是盘状的，这是根据非限制示例，并且载体衬底2的其他形状是可能的。图6和7所示的组件1之中的每一个包括采用被安排在分别在图6和7中描绘的相应组件1的侧面上的发光元件的形式的多个电气设备5。任何一个或每一个发光元件可以例如包括一个或若干LED。替代或补充，任何一个或每一个发光元件可以包括COB LED光源，这是根据图7所示的本发明的实施例。其中只有一些电气设备5（发光元件）在图6和7中利用参考数字来指示。任何一个或每一个发光元件可以被提供有至少一个光学元件，其被安排成接收由光学元件发出的光和输出光学修改的光。光学元件可以例如覆盖发光元件。光学元件可以例如包括TIR透镜。图6和7所示的组件1之中的每一个的载体衬底2被安排有多个管状结构6的安排。每一个管状结构6是至少部分中空的并且被安排，以便允许流体在分别在图6和7中描绘的载体衬底2的侧面与载体衬底2的另一侧面（未显示在图6和7中）之间通过载体衬底2。每一个管状结构6被安排，以使其具有延伸部分，以致其从载体衬底2的上述侧面之中的至少一个侧面伸出预定义距离（未显示在图6和7中）。其中只有一些管状结构6在图6和7中利用参考数字来指示。
根据图6所示的本发明的实施例，多个管状结构6被不规则分布在载体衬底2上，并且其在载体衬底2上形成与所谓的Penrose图案相似的图案。将明白：这样的图案是根据非限制示例，并且其他的图案是可能的。在图7中举例说明其中多个管状结构6可以被分布在载体衬底2上的另一类型的图案。利用例如诸如图6所示的多个管状结构6在载体衬底2上的不规则分布，在载体衬底2中可能没有或者只有少量的（自然的）折叠或弯曲线，这可以促进或允许增加实现载体衬底2的相对高的刚性和/或机械稳定性。
图8是根据本发明的实施例的用于制造包括至少一个电气设备和被安排成支撑至少一个电气设备的至少一个载体衬底的组件的方法30的示意流程图。方法30包括：在步骤31，给至少一个载体衬底安排有至少一个管状结构，其是至少部分中空的并被安排以便允许流体在载体衬底的第一侧面和载体衬底的第二侧面之间通过至少一个载体衬底，其中至少一个管状结构被安排，以使其具有延伸部分，以致其从第一侧面和第二侧面之中的至少一个侧面伸出预定义距离。方法30可以可选地包括：在步骤32，将至少一个电气设备耦合或安排到至少一个载体衬底/将至少一个电气设备耦合或安排在至少一个载体衬底上。
在步骤31利用至少一个管状结构的至少一个载体衬底的安排可以例如包括深拉、冲压和/或穿通至少一个载体衬底的至少一部分，从而至少一个管状结构由至少一个载体衬底的整体安排部分构成。
在步骤32将至少一个电气设备耦合或安排到至少一个载体衬底/将至少一个电气设备耦合或安排在至少一个载体衬底上可以例如包括将至少一个电气设备回流焊到至少一个载体衬底或将至少一个电气设备回流焊在至少一个载体衬底上。如前所述，至少一个电气设备可以例如包括至少一个发光元件，例如包括固态发射器。至少一个载体衬底可以例如包括PCB，诸如例如MCPCB。
图9是根据本发明的实施例的图8所示的步骤31的示意流程图。根据图9所示的本发明的实施例，利用至少一个管状结构的至少一个载体衬底的安排可以包括给至少一个载体衬底提供在第一侧面与第二侧面之间延伸的至少一个通孔，33。至少一个管状结构可以被提供，34。至少一个管状结构的至少一部分可以被安排在至少一个通孔内，以使得至少一个管状结构从第一侧面和第二侧面之中的至少一个侧面伸出预定义距离，35。
现在将描述已完成的且举例说明通过利用诸如在本文描述的管状结构在来自载体衬底的热量的消散中增加的效率的测量。A4大小（大约21cm x 28cm）LED板（MCPCB）被准备好采用4x4网格图案的16个规则间隔开的通孔。进一步，A4大小（大约21cm x 28cm）LED板（MCPCB）被准备好采用12x4网格图案的48个规则间隔开的通孔。LED板中的通孔通过钻凿而制成。两个LED板被提供有12个COB LED。在两个LED板中，通孔在LED板的第一侧面与LED板的第二侧面之间进行延伸，LED板的第二侧面与LED板的第一侧面相对。在LED板的一个侧面上三个不同的测量位置上测量了温度：在靠近LED板的一个侧面的中心的第一位置上，在靠近LED板的侧面的边缘的第二位置上，以及在靠近LED板的侧面的拐角(corner)的第三位置上。在大约一小时的稳定周期之后测量了这些温度。在三个不同的测量位置上的温度在具有和没有由铝制成的圆柱形管件被夹紧或被适配在相应通孔内的情况下进行测量了。对于具有16个通孔的LED板和对于具有48个通孔的LED板二者而言，通孔的直径是12mm。对于具有16个通孔的LED板和对于具有48个通孔的LED板二者而言，管件的内径是11mm。管件的长度是3cm。当这些管件被安排在相应通孔内时，它们从LED板的一个侧面伸出。对于具有16个通孔的LED板来说，与没有管件被安排在相应通孔内时相比而言，当这些管件被安排在相应通孔内时，温度下降大约3.2%（在三个测量位置上所平均的）。对于具有48个通孔的LED板来说，与没有管件被安排在相应通孔内时相比而言，当这些管件被安排在相应通孔内时，温度下降大约15.4%（在三个测量位置上所平均的）。这个举例说明通过利用管状结构诸如圆柱形管件在来自LED板的热量的消散中增加的效率，如在本文已描述的。
总之，公开一种包括至少一个电气设备和被安排成支撑至少一个电气设备的至少一个载体衬底的组件。至少一个载体衬底被安排有至少一个管状结构，其是至少部分中空的并被安排以便允许流体例如在载体衬底的第一侧面与载体衬底的第二侧面之间通过至少一个载体衬底，以及其中至少一个管状结构被安排，以使其具有延伸部分，以致其从第一侧面和第二侧面之中的至少一个侧面伸出预定义距离。
虽然在所附的图和前面的描述中举例说明了本发明，但是这样的举例说明应被认为是说明或例证而不是限制性的；本发明并不限于所公开的实施例。本领域技术人员在实践所请求保护的发明中通过研究这些图、公开内容和所附的权利要求书能够明白和实施针对所公开实施例的其他变化。在所附的权利要求书中，词“包括”并不排除其他的元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”并不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的纯粹事实并不指示不能有利使用这些措施的组合。权利要求书中的任何参考符号不应被解释为限制该范畴。
Claims (9)
1.一种用于散热的组件，其包括：
至少一个电气设备（5）；
被布置成支撑所述至少一个电气设备的至少一个载体衬底（2），所述至少一个载体衬底包括金属芯印刷电路板；
其中所述至少一个载体衬底被布置有至少一个管状结构（6），所述至少一个管状结构是至少部分中空的并被布置，以便允许流体在所述至少一个载体衬底的第一侧面（3）与所述至少一个载体衬底的第二侧面（4）之间通过所述至少一个载体衬底，
其中所述至少一个管状结构被布置，以致所述至少一个管状结构具有延伸部分，以便其从第一侧面和第二侧面之中的至少一个侧面伸出预定义距离，以及
其中所述至少一个管状结构由所述至少一个载体衬底的整体布置部分构成并且包括所述至少一个载体衬底的深拉、冲压或穿通部分，或者所述至少一个管状结构由所述至少一个载体衬底的深拉、冲压或穿通部分构成。
2.根据权利要求1所述的组件，其中所述至少一个载体衬底被布置有多个管状结构的布置，每一个管状结构是至少部分中空的并被布置，以便允许流体在第一侧面与第二侧面之间通过所述至少一个载体衬底，以及其中每一个管状结构被布置，以致每一个管状结构具有延伸部分，以便其从第一侧面和第二侧面之中的至少一个侧面伸出预定义距离。
3.根据权利要求2所述的组件，其中所述至少一个载体衬底被布置，以致所述多个管状结构被规则地分布在第一侧面和/或第二侧面上。
4.根据权利要求2所述的组件，其中所述至少一个载体衬底被布置，以致所述多个管状结构被不规则地分布在第一侧面和/或第二侧面上。
5.根据权利要求2-4之中任一权利要求所述的组件，包括多个电气设备，其中所述组件被布置，以使得所述组件由多个相同的子组件构成，每一个子组件包括所述至少一个载体衬底的部件或部分和所述多个电气设备之中的至少一个电气设备并且被布置有所述多个管状结构之中的至少一个管状结构。
6.根据权利要求1-4之中任一权利要求所述的组件，其中所述至少一个电气设备包括至少一个发光元件，以及其中所述组件进一步包括至少一个光学元件（7），其被布置成接收由所述至少一个发光元件发出的光和输出光学修改的光。
7.根据权利要求1-4之中任一权利要求所述的组件，其中所述至少一个载体衬底被提供有至少一个压痕。
8.一种照明设备，其包括根据权利要求1-7之中任一权利要求所述的组件，其中至少一个电气设备（5）包括至少一个发光元件。
9.一种用于制造用于散热的组件的方法，其中所述组件包括至少一个电气设备（5）和被布置成支撑所述至少一个电气设备的至少一个载体衬底（2），所述至少一个载体衬底包括金属芯印刷电路板，并且所述方法包括：
给所述至少一个载体衬底布置有至少一个管状结构（6），所述至少一个管状结构是至少部分中空的并被布置，以便允许流体在所述至少一个载体衬底的第一侧面（3）与所述至少一个载体衬底的第二侧面（4）之间通过所述至少一个载体衬底，其中所述至少一个管状结构被布置，以致所述至少一个管状结构具有延伸部分，以便其从第一侧面和第二侧面之中的至少一个侧面伸出预定义距离，
其中利用所述至少一个管状结构的所述至少一个载体衬底的布置包括深拉、冲压或穿通所述至少一个载体衬底的至少一部分，从而所述至少一个管状结构由所述至少一个载体衬底的整体布置部分构成。
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