[发明专利]用于发热装置与电源的散热器

说明书

本申请要求以下美国临时申请的国内优先权：申请号60/931,878，申请于2007年5月25日；申请号61/008,655，申请于2007年12月21日；以及申请号61/038,469，申请于2008年3月21日，这些公开的内容通过引用被结合在本文中。

技术领域

本发明总地涉及用于容纳发热装置，例如LED装置、电阻器和电容器等等的互连设备。互连设备形成了发热装置和电源之间的连接。

背景技术

在照明行业中LED灯正变得非常重要。不管是相对于白炽灯还是相对于荧光灯，LED灯都具有显著的优势。LED灯比白炽灯泡具有更高的能效，并且LED灯不会有荧光灯管的冷温使用和汞问题。此外，由于LED灯的尺寸小，其能够以白炽灯和荧光灯所不能使用的包装方式来包装。

在电子行业，发热是一个相当大的问题。各种产品中的电器设备，诸如LED灯，都会产生热量。这种热能提高了设备以及该设备所在系统的温度。这随之会降低设备本身以及整个系统的性能和寿命。因此，全面商业化LED灯的一个主要挑战就是以成本有效的方式对LED灯所产生的热量进行热量管理。至今，大多供应商已经使用铝芯电路板，在这些铝芯电路板上表面安装焊接有LED装置。二维空间的铝芯板用来散热的表面积有限。另外，无论是替换失效的单元还是改变产品的颜色，LED灯都不能被容易地互换。

为了降低这一有害热能的影响，将散热器连接至例如LED灯的设备上。这些散热器通过使热能从设备上离开的对流和辐射而为移除设备上的热能提供了一种手段。

散热器的能量损耗通过自然对流、强制对流或辐射来产生。散热器使能量脱离设备的效力取决于对由通常较小源产生的热量通过较大面积来散布或散逸的能力，从而可通过在该表面上的空气流动或通过向环境辐射来消除热量。

实际上，只要被冷却的设备所产生的热量能够在较大的表面上有效的散布，散热器的效力就主要取决于可利用的表面面积量。不管导体材料遍布其整个本体还是仅仅位于表面上都不影响其将热量传送到环境中的能力。

在变得更小、更轻并且更紧凑的电气设备中的热量管理是一个不断增大的挑战。从历史观点上说，用来散逸热能量的散热器已经由例如锌、铝或铜的金属制成，并且可以被机械加工、浇铸或挤压成型。由于散热器由金属制成，它们通常很重。随着设备变得更小，减少部件重量和成本的需求增加，必须找到控制热量的可供选择的方法。此外，由于设备是电导体，散热器到设备的连接需要对散热器进行改进，从而能够提供用于信号或电能的电路(electrical circuitry)而不会缩短到金属散热器的这种电路。

与白炽灯源和荧光灯源不同(它们在温暖/热时运行良好)，LED灯需要保持冷却以达到最佳的寿命和性能。通过将LED的接点温度(Tj)保持在其最大温度界限下，LED的寿命可以延长到50,000个工作小时。由于在LED接点处产生的热量集中于非常小的量，如果热量没有被有效地消除，温度会快速地上升至超过150℃。

大多通用于LED装置和散热器之间的LED接点处的热量管理的热模型由如下等式1提供：

Tj＝Ta+Pd×Rja

其中，

Tj是接点温度；

Ta是用于散热器的环境温度；

Pd是通过LED散逸的功率；以及

Rja是接点温度和环境温度之间的热阻抗总量。

影响接点温度Tj的主要因素是：

1、LED装置的环境温度Ta；

2、Tj和Ta之间的热阻抗总量；

3、必须被散逸的功率；以及

4、气流。

假设必须通过LED散逸的功率量是由所使用的设备、其效率以及照明要求所决定，等式1中可被控制的唯一变量就是接点和环境之间的热阻抗Rja。Rja的数值可通过在发光的LED接点和周围环境之间增加各种不同的热阻抗来确定。包括在Rja内的阻抗数值的列表如下：

1、LED芯片的热阻抗；

2、芯片和内部散热器之间的芯片连接的热阻抗；

3、内部散热器的热阻抗；

4、内部散热器和焊接点之间的热阻抗；

5、其上焊接LED件(package)的基板技术上的焊接垫的热阻抗；

6、其上安装LED件的电介质板的热阻抗；

7、电介质板和散热器之间的连接方法的热阻抗；以及

8、对周围环境的散热器的热阻抗。