具有改进的热行为的照明组件以及制造该照明组件的方法
阅读说明：本技术 具有改进的热行为的照明组件以及制造该照明组件的方法 (Lighting assembly with improved thermal behavior and method of manufacturing the same ) 是由 E.斯塔萨尔 F.H.科尼吉恩 于 2018-06-13 设计创作，主要内容包括：本发明描述了一种具有改进的热行为的照明组件(1),以及制造这种照明组件(1)的方法(100),该照明组件(1)包括：至少一个点状光源(2),具有第一和第二电接触部(21,22)；引线框架(3),包括金属区域(31),以电连接第一和第二电接触部并经由金属区域扩散来自点状光源的热量；以及塑料层(5),至少布置在引线框架之上,并且包括作为至少部分填充有导电材料的过孔(53b)的开口(53),其中一根或多根导电迹线(6)被施加在塑料层的背离引线框架的第一表面(51)上,并且与引线框架的金属区域电绝缘,以能够与引线框架分开地电连接塑料层的第一表面上的附加部件(4)。(The invention describes a lighting assembly (1) with improved thermal behavior, and a method (100) of manufacturing such a lighting assembly (1), the lighting assembly (1) comprising: at least one point-like light source (2) having a first and a second electrical contact (21, 22); a lead frame (3) comprising a metal area (31) to electrically connect the first and second electrical contacts and to spread heat from the point-like light source via the metal area; and a plastic layer (5) arranged at least over the lead frame and comprising openings (53) as vias (53 b) at least partly filled with an electrically conductive material, wherein one or more electrically conductive tracks (6) are applied on a first surface (51) of the plastic layer facing away from the lead frame and are electrically insulated from the metal area of the lead frame to enable electrical connection of an additional component (4) on the first surface of the plastic layer separately from the lead frame.)
技术领域
本发明涉及一种具有改进的热行为的照明组件、一种包括这种照明组件的照明设备以及一种制造这种照明组件的方法。
背景技术
作为点状光源的示例的发光设备（LED）相较于白炽光源具有许多优点，包括更低的能耗、更长的寿命、改进的物理鲁棒性、更小的尺寸和更快的切换。LED广泛用于如航空照明、汽车、广告、一般照明、交通信号、相机闪光灯、照亮的壁纸等的应用中。为了为包括例如LED的照明设备提供更多功能，在相同LED封装上布置附加的电气部件，这需要单独的附加导电迹线来将附加的部件连接到功率源。当使LED封装保持相同的尺寸时，这些迹线将占用有价值的金属区域，该金属区域不再能用于使热量扩散远离LED。LED的热管理在很大程度上依赖于这个可用的金属区域，以扩散热量并传导热量远离LED。
当处理包括LED和附加部件的照明组件时，所谓的模制互连设备（MID）技术可以用于提供包括结构布线的基底，以在相同引线框架上分开地连接附加部件和LED。利用MID技术，塑料基底将被镀有薄金属层，其中，在不期望导电迹线的位置处从基底去除金属层。剩余的导电迹线可以用于接触照明组件的所有部件，包括LED。MID制备的基底的缺点是所使用的塑料的非常差的导热性，从而使得它对于高功率LED没有用处。
在期望的承载多个部件的小尺寸照明组件的情况下，可以使用多层板来添加更多的功能介电层，以在非常有限的体积内提供导电迹线的复杂线路。多层板的严重缺点是其不良的热性能，随着每一个附加的介电材料层，热性能变得甚至更差。
仅提供远离（多个）LED的低或中等热量扩散的照明组件仅允许应用低功率LED和/或导致所使用的LED的减少的寿命。
因此，需要具有改进的热管理的照明组件来使热量扩散远离所使用的LED，以便能够长寿命地操作高辐照度LED。进一步期望的是，可以以低投入（effort）制造这种照明组件。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于点状光源的照明组件，该照明组件提供了改进的热行为，其还可以以低生产投入来制造。
本发明由独立权利要求限定。从属权利要求限定有利的实施例。
根据第一方面，提供了一种照明模块。该照明组件包括：至少一个点状光源，具有第一和第二电接触部；引线框架，包括合适的金属区域，以将至少一个点状光源的至少第一电接触部电连接到功率源，并经由金属区域扩散来自至少一个点状光源的热量；以及至少布置在引线框架之上的合适形状的塑料层，其中一根或多根导电迹线被施加在塑料层的背离引线框架的表面上，以使塑料层上的导电迹线与引线框架的金属区域电绝缘，以便能够与引线框架分开地电连接塑料层之上的附加部件，或者将至少一个点状光源的第二电接触部与连接到功率源的导电迹线中的一个连接。在施例中，塑料层可以布置在引线框架周围。
术语“点状光源”表示任何具有小的光发射区域（或体积）的光源。这种点状光源可以是LED或半导体激光器，例如量子阱或量子点。照明组件可以包括点状光源阵列，例如LED阵列。点状光源阵列可以包括多列和多行点状光源。布置在行和/或列中的点状光源的数量取决于照明组件的特定应用。点状光源的后侧包括至少第一电接触部。在一个实施例中，第二电接触部也布置在点状光源的后侧上。在另一实施例中，第二电接触部布置在点状光源的其他侧上，不是在后侧上。这里，第二电接触部可以布置在点状光源的前侧（与后侧相对）上。至少第一电接触部应被适配为接触到引线框架（例如，直接在引线框架上或在过孔上），其中后侧可以被构造成提供用于电连接点状光源的单独的接触盘。LED是通常小的（小于1mm2）并且在例如从IR到可见以及紫外波长的范围内可用具有非常高的亮度的固态光源。LED相较于白炽光源具有许多优点，包括更低的能耗、更长的寿命、改进的物理鲁棒性、更小的尺寸和更快的切换。
术语“引线框架”表示设置在基底上或基底内的金属结构（或金属区域），例如芯片封装，其将信号从特定连接的部件（这里是点状光源）传送到外部。连接的部件可以被胶粘到或焊接到引线框架。金属结构被适当地成形，以在功率源和连接的部件（这里是点状光源）之间建立导电路径，并且将来自点状光源的热量扩散到环境，以便使点状光源的温度保持在不会将点状光源的寿命降低到低于期望阈值的温度范围内。为了改进热量扩散，金属区域优选地成形为大区域，以提供用于将热量传递到环境的大的表面。为了最大化用于热量扩散的可用金属区域，优选地，除了点状光源之外，没有其他部件连接到引线框架。优选的材料是铜。金属区域的尺寸和厚度是成本和产品尺寸之间的权衡。
附加的电气操作部件表示不是点状光源的任何其他部件。附加部件可以是NTC、TVS、电阻器、IC、FET等。这些附加部件的所需功率经由单独的导电迹线提供，该单独的导电迹线不是引线框架的一部分，而替代地是设置在布置在引线框架和导电迹线与附加部件之间的塑料层之上。塑料层被适当地成形，以便使用来连接附加部件的导电迹线和附加部件与引线框架电绝缘。塑料层的材料可以是环氧树脂、PPA、LCP、PA或具有至少30μm的厚度的任何其他合适的非导电材料。施加在塑料层的背离引线框架的第一表面上的导电迹线可以是任何合适的材料，该材料在附加部件和外部部件（比如驱动器或功率源）之间提供足够的电接触。优选地，导电迹线由金属（例如铜）制成。
本发明改进了远离点状光源的热量扩散，因为引线框架主要包含向点状光源供应功率的导电路径。因此，几乎没有其他迹线将占用有价值的金属区域，该金属区域不再能用于使热量扩散远离点状光源（例如LED）。照明组件的热管理能够利用引线框架的几乎所有可用的金属区域来扩散热量并传导该热量远离点状光源。附加地，引线框架不是布置在多层板内部，而是布置在引线框架、塑料层和施加在塑料层之上的附加导电迹线的叠层的后侧上，并因此避免了多层板的不良热性能。为此目的，点状光源的第二电接触部是连接到引线框架还是连接到塑料层之上的导电迹线，都没有影响。此外，在供应附加部件的情况下，在塑料层之上的提供的导电迹线不必扩散来自点状光源的热量，因为引线框架能够经由引线框架的金属区域充分执行这种传递。因此，比如通过MID技术制备的导电迹线的非常差的导热性的缺点不损害点状光源的热管理。
因此，照明组件提供了改进的热行为，并且可以以低生产投入来制造。此外，改进的热管理使得能够以长寿命操作包括高辐照度点状光源（例如高功率LED）的这种照明组件。
照明组件可以以这样的方式布置，使得塑料层包括在合适位置处的至少一个开口，至少一个点状光源应被放置在所述位置处，以便使得至少一个点状光源的至少第一电接触部能够连接到引线框架。该开口提供到引线框架的金属区域的一部分的通道，以便简单地将点状光源放置到引线框架上，来用于建立到引线框架的电接触，至少针对第一电接触部。开口能够实现容易的接触。
照明组件可以以这样的方式布置，使得引线框架包括合适数量的焊盘，以接触至少一个光源的第一和/或第二电接触部，其中至少一个开口布置在焊盘上方。焊盘是可自由接近的金属区域，其大到足以应用焊接工艺。
照明组件可以被布置成使得，至少一个开口是至少部分填充有导电材料的过孔，并且使得放置在塑料层之上的至少一个点状光源的第一电接触部通过该过孔与引线框架电接触。此外，凹槽能够引导点状光源的放置，并且能够在接触过程（例如焊接过程）期间稳定点状光源的位置。
术语“过孔”表示竖直的互连通道，它是电子电路中的层之间的电连接。为了不降低远离点状光源的导热性，取决于照明组件的特定应用，过孔被提供有足够大的截面。过孔的使用使得能够在引线框架之上施加更多或更少的非结构化的塑料层，这使得塑料层的制造过程更加容易。
照明组件可以以这样的方式布置，使得过孔的材料、形状和尺寸被适配，以便与在引线框架之上直接连接的点状光源的热量扩散相比不降低热量扩散。与引线框架中使用的导电材料相比，过孔内的导电材料可以具有更高的导热性，和/或过孔的截面大到足以（合适的形状和尺寸）不降低热量扩散。
照明组件可以以这样的方式布置，使得通过利用作为绝缘层的塑料材料包覆成型引线框架来在引线框架之上提供塑料层。这里，塑料层可以直接施加到引线框架上，而不需要制造和提供塑料层以用于随后附接到引线框架的单独的生产步骤。尤其是包覆成型避免了用于提供具有正确形状和尺寸的塑料层的附加的逻辑（logistic）和制造步骤。此外，建立了引线框架和塑料层之间的牢固连接。
照明组件可以以这样的方式布置，使得塑料层的第一表面上的导电迹线通过使用MID技术来提供。MID技术包括利用导电层至少部分覆盖塑料层的第一表面，通常随后是部分去除不应当放置导电迹线的位置处的导电层，以便提供剩余的导电迹线。最终，通过在当前导电材料之上生长更多的导电材料，导电迹线被加厚。较厚的导电迹线更稳定，并提供更好的导电性。
根据第二方面，提供了一种照明设备。该照明设备包括一个或多个根据本发明的照明组件和至少一个连接到照明组件以驱动一个或多个照明组件的驱动器。驱动器用于操作照明组件，尤其是点状光源和附加部件。最终，其他光学元件被布置在从点状光源发射的光的光路径内。术语“光学元件”表示作用于穿过所述元件的光的任何元件。光学元件是至少部分透明的主体，其被适当成形来以导致对穿过光学元件的光束的部分的折射、衍射、反射或阻挡的期望方式作用于光。作为光学元件的准直器在特定方向上使光束变窄，例如将光束聚焦在与准直器或包括准直器的光学元件具有焦距的焦点上。因此，照明设备包括一个或多个具有改进的热行为并且可以以低生产投入制造的照明组件。此外，改进的热管理使得能够以长寿命操作包括高辐照度点状光源（例如高功率LED）的这种照明设备。
根据第三方面，提供了一种制造照明组件的方法，该照明组件具有至少一个根据本发明的点状光源，该点状光源具有第一和第二电接触部。该方法包括以下步骤：
- 提供包括合适金属区域的引线框架，以将至少一个点状光源电连接到功率源，并经由金属区域扩散来自至少一个点状光源的热量；
- 至少在引线框架之上布置合适形状的塑料层，以便使引线框架与塑料层的第一表面电绝缘；
- 在塑料层的背离引线框架的第一表面上提供导电迹线；
- 将至少一个点状光源的至少第一电接触部连接到引线框架；并且
- 与引线框架分开地将至少一个附加部件连接到塑料层的第一表面上的导电迹线，和/或将至少一个点状光源的第二电接触部与连接到功率源的导电迹线中的一个连接。
因此，该方法提供了一种具有改进的热行为以及如何以减少的投入制造照明组件的照明组件。此外，改进的热管理使得能够以长寿命操作包括高辐照度点状光源（例如高功率LED）的这种照明组件。
该方法可以以这样的方式布置，使得其进一步包括在塑料层中在合适位置处提供至少一个开口的步骤，至少一个点状光源应当被放置在所述位置处，以便将至少第一电接触部连接到引线框架。作为示例，点状光源可以焊接到引线框架上。
该方法可以以这样的方式布置，使得开口被提供为凹槽或过孔。
该方法可以以这样的方式布置，使得通过利用作为塑料层的塑料材料包覆成型引线框架来执行在引线框架之上提供塑料层的步骤。这里，塑料层可以直接施加到引线框架上，而不需要制造和提供塑料层以用于随后附接到引线框架的单独的生产步骤。尤其是包覆成型避免了用于提供具有正确形状和尺寸的塑料层的附加的逻辑和制造步骤。此外，建立了引线框架和塑料层之间的牢固连接。
该方法可以以这样的方式布置，使得在塑料层的第一表面上提供导电迹线的步骤包括以下步骤：
- 利用导电层覆盖塑料层的第一表面；
- 部分去除不应当放置导电迹线的位置处的导电层。
该方法可以以这样的方式布置，使得在当前导电材料之上生长更多导电材料以形成更厚的导电迹线的步骤。因此，可以应用MID技术以提供结构化导电迹线，以向附加部件供应操作功率。
应当理解，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求和相应独立权利要求的任何组合。
下面定义了进一步有利的实施例。
附图说明
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将是清楚明白的并得以阐述。
现在将参考附图，基于实施例，通过示例的方式来描述本发明。
在附图中：
图1示出了根据本发明的照明组件的实施例的主要简图：（a）以在不具有点状光源情况下的透视俯视图，（b）以透视后视图，以及（c）以在具有凹槽中的附接的点状光源和附加部件情况下的俯视图。
图2以侧视图示出了根据本发明的照明组件的另一实施例，其中点状光源通过过孔连接到引线框架。
图3示出了根据本发明的包括灯组件和驱动器的照明设备的主要简图。
图4示出了根据本发明的照明组件的另一实施例的主要简图：（a）以在不具有点状光源情况下的透视俯视图，（b）以透视后视图，以及（c）以在具有凹槽中的附接的点状光源情况下的俯视图，其中第二电接触部连接到塑料层之上的导电迹线。
图5示出了根据本发明的制造照明组件的方法的实施例。
在附图中，相同的数字始终指代相同的对象。附图中的对象不一定按比例绘制。
具体实施方式
现在将借助于附图描述本发明的各种实施例。
图1示出了根据本发明的照明组件的实施例的主要简图：（a）以在不具有点状光源情况下的透视俯视图，（b）以透视后视图，以及（c）以在具有凹槽中的附接的点状光源和附加部件情况下的俯视图。照明组件1包括引线框架3，引线框架3包括合适的金属区域31、32，以将点状光源2（参见图1c）电连接到引线框架，以便将其连接到功率源（这里未示出），并且经由金属区域31扩散来自连接的点状光源2的热量，为此目的，在照明组件1的后侧未覆盖金属区域31（参见图1b）。为了包括一个或多个附加的电气操作部件4，而不干扰引线框架的热量扩散功能，特别是引线框架的金属区域31的热量扩散功能，在引线框架3和至少一个附加部件4之间布置合适形状的塑料层5，以使引线框架2与附加部件4电绝缘。这里，塑料层5可以布置在引线框架2的顶部或周围。这种分离允许经由施加在塑料层5的背离引线框架3的第一表面51上的导电迹线6向附加部件4提供电功率，而不占用引线框架3的可以用于扩散来自点状光源2的热量的区域。塑料层5的相对表面52（下表面52）可以面向引线框架3的第一表面，或者在该实施例中，是照明组件1后侧的在金属区域31旁边的一部分（参见图1b）。如图1a和1c中示出的，塑料层5包括一个开口53，点状光源2可以放置在该开口53中，以便将点状光源2连接到引线框架3。这里，作为焊盘32的合适的金属区域延伸到开口53的区域中，用于将点状光源2焊接到引线框架。在该实施例中，开口53被提供为凹槽53a（图1a），其中点状光源2被放置在凹槽53a内（图1c）。作为示例，通过利用作为塑料层5的合适的电绝缘塑料材料来包覆成型引线框架3，塑料层5被提供在引线框架3之上。塑料层5的第一表面51上的导电迹线6可以通过使用MID技术来提供。这些导电迹线6的材料可以是铜。
图2以侧视图示出了根据本发明的照明组件1的另一实施例，其中点状光源2通过过孔53b连接到引线框架3。这里，开口53用作至少部分填充有导电材料的过孔53b，其中点状光源2放置在塑料层5之上，其通过过孔53b与引线框架3电接触。这里，过孔53b的材料、形状和尺寸被适配，以便与在引线框架3之上直接连接的点状光源2的热量扩散相比不降低热量扩散。过孔53b的导电材料完全填充每个焊盘32上方的体积，如图1a中示出的。
图3示出了根据本发明的照明设备的主要简图，该照明设备包括两个照明组件1和驱动器7。驱动器7连接到照明组件1以驱动两个照明组件1。连接可以通过附接到每个照明组件1的引线框架3和驱动器电路的线路来建立。
图4示出了根据本发明的照明组件（1）的另一实施例的主要简图：（a）以在不具有点状光源（2）情况下的透视俯视图，（b）以透视后视图，以及（c）以在具有凹槽（53a）中的附接的点状光源（2）情况下的俯视图，其中第二电接触部（22）连接到塑料层（5）之上的导电迹线（6）。对于图4a和4b，我们参考图1a、1b的附图描述。在图4c中，两个点状光源2被放置到建立凹槽53a的开口53中。这里，开口53内的两个焊盘32各自承载一个点状光源2，其中点状光源2中的每一个的第一接触部21（这里未示出）通过焊接电连接到引线框架2的金属区域（焊盘）。为了操作两个点状光源2，点状光源2中的每一个的第二电接触部22由线路建立并各自连接到导电迹线6中的一个，导电迹线6连接到功率源，该功率源也连接到点状光源2的第一电接触部21（未特别示出）。
图5示出了根据本发明的制造照明组件1的方法的实施例，该照明组件1具有至少一个点状光源2，该点状光源2具有第一和第二电接触部21、22。该方法包括以下步骤：提供110包括合适的金属区域31的引线框架3，以将至少一个点状光源2电连接到功率源，并且经由金属区域31扩散来自至少一个点状光源2的热量；以及在引线框架3之上布置120合适形状的塑料层5，以便使引线框架3与要布置在塑料层5之上的电气操作附加部件4电绝缘，其中在塑料层5中在合适位置处设置125至少一个开口53，至少一个点状光源2应当被放置在所述位置处，以便能够实现将至少一个点状光源2连接（优选地，通过焊接）到引线框架3。这些步骤之后是在塑料层5的背离引线框架3的第一表面51上提供130导电迹线6，并且将至少一个点状光源2的至少第一电接触部21连接140到引线框架3，并且与引线框架3分开地将至少一个附加部件4连接150到塑料层5的第一表面51上的导电迹线6和/或将至少一个点状光源2的第二电接触部22与连接到功率源的导电迹线6中的一个连接150。开口53可以被提供为凹槽53a或过孔53b。在引线框架3之上提供120塑料层5的步骤可以通过利用作为塑料层5的塑料材料包覆成型引线框架3来执行。在塑料层5的第一表面51上提供130导电迹线6的步骤可以通过MID技术来执行，该步骤包括利用导电层54覆盖132塑料层5的第一表面51和部分去除134不应放置导电迹线6的位置处的导电层54的步骤。去除步骤134可以通过激光烧蚀先前施加的导电层54的非期望部分来执行。优选地，提供步骤130还包括在当前导电材料54之上生长136更多导电材料55以形成更厚的导电迹线6的步骤。这种材料可以通过作为导电迹线的第一薄铜层的所谓的无电镀（electro less plating）来生长，其中例如可以使用相同的工艺来进一步生长，或者可以使用电镀来进一步生长，这是一种更快的工艺并且给出更好的表面区域。
虽然已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但是这种说明和描述应被认为是说明性或示例性的，而不是限制性的。
通过阅读本公开，其他修改对于本领域技术人员来说将是清楚明白的。这种修改可以涉及本领域中已知的并且可以代替本文已经描述的特征或除了本文已经描述的特征之外而被使用的其他特征。
通过对附图、公开内容和所附权利要求的研究，本领域技术人员可以理解和实现对所公开实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个元件或步骤。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的纯粹事实并不指示这些措施的组合不能用于获益。
权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制其范围。
附图标记列表：
1 根据本发明的照明组件
2 点状光源，例如LED
21 点状光源的第一电接触部
22 点状光源的第二电接触部
3 引线框架
31 引线框架的金属区域
32 焊盘
4 附加电气操作部件
5 塑料层
51 塑料层的第一表面
52 塑料层的下表面（面向引线框架）
53 塑料层内的开口
53a 作为凹槽的开口
53b 作为过孔的开口
54 塑料层之上的导电层
55 在当前导电材料54之上生长的更多导电材料
6 导电迹线
7 驱动器
10 根据本发明的照明设备
100 根据本发明的制造照明组件的方法
110 提供引线框架
120 在引线框架之上提供合适形状的塑料层
125 在塑料层中提供至少一个开口
130 在塑料层的第一表面上提供导电迹线
132 利用导电层覆盖塑料层的第一表面
134 部分去除不应放置导电迹线位置处的导电层
136 在当前导电材料之上生长更多导电材料
140 将至少一个点状光源连接到引线框架
150 将一个或多个附加部件连接到导电迹线和/或将至少一个点状光源的第二电接触部与连接到功率源的导电迹线中的一个连接。