Conjunto de iluminación LED sobremoldeado y método de fabricación.

Aparato de iluminación LED (10; 10a; 10b; 10c), que comprende:

una tarjeta de circuito electrónico (16) que tiene una parte periférica (22) y una parte central que se encuentra radialmente hacia el interior de dicha parte periférica, teniendo dicha tarjeta de circuito electrónico un lado exterior (24) para interconectar ópticamente con el medio ambiente durante el funcionamiento y un lado interior opuesto al lado exterior;

al menos un LED (17) montado en el lado exterior de la parte central de la tarjeta de circuito electrónico; y un alojamiento térmicamente conductor (18) que encierra dicha tarjeta de circuito electrónico, estando formado dicho alojamiento térmicamente conductor de un material térmicamente conductor moldeable;

definiendo dicho alojamiento térmicamente conductor una primera cavidad (23) adyacente a la parte central del lado exterior de la tarjeta de circuito electrónico y una segunda cavidad (29) adyacente a la parte central del lado interior de la tarjeta de circuito electrónico, caracterizado por que una parte de dicho alojamiento térmicamente conductor (18) está sobremoldeada sobre dicha parte periférica (22).

Conjunto de iluminación LED sobremoldeado y método de fabricación Antecedentes

La presente descripción se refiere en general al diseño, montaje y fabricación de lámparas y luminarias LED. En un aspecto, la presente descripción se refiere a una lámpara o luminaria LED mejorada que tiene una tarjeta de circuito de LED sobremoldeada. En otro aspecto, la presente descripción se refiere a un método de fabricación que emplea técnicas de automatización y de montaje dentro del molde durante el sobremoldeado por Inyección de uno o más de sus componentes utilizados.

La Iluminación LED se está convirtiendo rápidamente en el dispositivo de Iluminación deseado elegido en aplicaciones comerciales, aplicaciones municipales y gubernamentales tales como Iluminación de carreteras y de estructuras de estacionamientos y aplicaciones de pequeños comercios, tales como iluminación puntual e Iluminación dlrecclonal. En comparación con las fuentes de luz tradicionales, tales como dispositivos de iluminación Incandescentes y fluorescentes, tienen muchas ventajas, tales como un menor consumo de energía, una vida útil mucho más larga (por ejemplo, 5. horas) y no contienen mercurio u otros materiales peligrosos.

La sustitución de la Iluminación en el hogar del consumidor es un ámbito en el que se prefieren LEDES, pero es difícil de adoptar debido a los costes relativamente altos de fabricación y de los componentes y a los problemas de fiabilidad y repetibilidad en el proceso de fabricación. Los primeros costes de una lámpara LED que se sustituye son todavía más de 1 veces los de las bombillas incandescentes y fluorescentes tradicionales. Además, los problemas de calidad siguen estando motivados por las técnicas de montaje y por la selección de componentes y materiales. Por otra parte, las ventajas de una larga vida útil y un bajo consumo de energía son alcanzables sólo si la fuente de luz LED se mantiene lo suficientemente fría.

Las fuentes de luz LED generan una energía térmica significativa la cual, si no se elimina o gestiona, puede Impedir el correcto funcionamiento de la fuente o limitar su vida útil. La interfaz térmica y las resistencias de unión entre las fuentes de luz LED de generación de calor y los disipadores de calor de la lámpara LED diseñados para disipar el calor pueden añadir entre 1 y 1 grados Celsius o más a la temperatura de la unión del LED. Mantener esta temperatura de unión en las características específicas del fabricante de la fuente de luz LED o una temperatura por debajo de la misma es fundamental para la vida útil del LED y cuanto menor sea la temperatura mayor será la vida útil. De acuerdo con las normas de diseño electrónico reconocidas, por cada 1 grados de reducción de temperatura Celsius se duplica la vida electrónica.

Además, el montaje de la lámpara LED puede afectar significativamente al rendimiento del dispositivo, a la vida útil del producto y al coste del producto. En el montaje manual convencional y en procesos semiautomáticos, la correspondencia entre partes es difícil de mantener y la fiabilidad entre partes se ve comprometida, especialmente cuando el rendimiento térmico y una larga vida útil son la clave del éxito para cualquier lámpara LED y cuando se emplean un diseño térmico y una gestión de calor deficientes. Hoy en día las luces LED se fabrican por componentes y mediante procesos mecánicamente Intensivos debido a la falta de familiaridad general con los componentes de luminarias LED (LEDES, controladores/fuentes de alimentación, disipadores de calor y gestión térmica, óptica y lentes) o con mejores prácticas para diseñarlos y montarlos juntos con el fin de utilizar el producto de manera fiable. En una lámpara LED, normalmente son necesarias las siguientes etapas de fabricación y componentes: El disipador de calor tiene que fabricarse para disipar el calor de la fuente de luz LED y de otros componentes electrónicos. En las lámparas y luminarias LED, el disipador de calor generalmente forma parte del alojamiento del producto. El conjunto de tarjeta de circuito de LED tiene que ser fabricado con todos sus componentes, incluidas las fuentes de luz LED. Esto se hace generalmente soldando las fuentes de luz LED y otros componentes a las trazas de una PCB. En la iluminación LED de alta potencia, en general, la PCB es una tarjeta de circuito impreso con núcleo de metal (MCPCB); sin embargo, también se utilizan otros materiales y en casi todos los casos se fijan a los disipadores de calor y se usan para dirigir el calor desde la fuente de luz LED al disipador de calor a través de una interfaz térmica. El conjunto de tarjeta de circuito de LED tiene que ser montado en el disipador de calor. La interfaz térmica debe colocarse entre el disipador de calor y la tarjeta de circuito de LED. La tarjeta y la electrónica de controlador tienen que fabricarse y montarse y a continuación instalarse en la lámpara LED. La tarjeta y la electrónica de controlador alimentan el LED con una corriente constante y garantizan el funcionamiento de las fuentes de luz LED. La tarjeta de controlador se conecta a y se monta en el conjunto de tarjeta de circuito de LED mediante soldadura y otras conexiones (en algunos casos, la electrónica y los componentes de controlador se montan en el mismo conjunto de tarjeta de circuito que los dispositivos de iluminación LED). Una lente debe ser fabricada y montada en la parte superior de la tarjeta de circuito de LED y delante de la lámpara para enfocar la luz procedente de las fuentes de luz LED en el ángulo de radiación y con la intensidad deseados. Un conector GU o Edison u otro conector estándar de la industria de la iluminación debe conectarse a y montarse en la electrónica de controlador para conectar el dispositivo LED a las fuentes de alimentación. Todas estas etapas y técnicas de montaje necesitan tornillos, colas, alambres, etapas de soldadura, partes adicionales para sujetar piezas entre sí y mano de obra para juntar todo.

La figura 1 ilustra una lámpara de iluminación LED ejemplar de la técnica anterior que emplea un disipador de calor/alojamiento en comunicación térmica con la tarjeta de circuito de LED y la fuente de luz LED para proporcionar

refrigeración mediante la disipación de calor al aire ambiente. Conectados a la tarjeta de circuito de LED y montados dentro del dispositivo LED están la tarjeta de electrónica de control y el conectar por un lado y la lente de LED por el otro.

La figura 1 muestra una lámpara LED ejemplar 11 que tiene un alojamiento/disipador de calor 118. El alojamiento

118 puede estar formado de un material térmicamente conductor, tal como un metal o una aleación metálica o de un plástico térmicamente conductor. Una placa de difusión de calor 128 se sobremoldea mediante el material térmicamente conductor durante un proceso de moldeo por inyección. Una tarjeta de electrónica de control 111 con conectar fijado se inserta después físicamente en el alojamiento disipador de calor 118 y se atornilla mecánicamente a la placa de difusión de calor 128 con tornillos de conexión 129. Un material de interfaz térmica 131 se monta después sobre la placa de difusión de calor 128. A continuación, un conjunto de tarjeta de circuito 116 con una o más fuentes de luz LED 117 en el mismo se fija físicamente a la lámpara de iluminación 11 colocándolo contra la interfaz térmica 131 y atornillándolo a la placa de difusión de calor 128 con tornillos 129a. Una lente/óptica de luz

119 se coloca entonces contra la tarjeta de circuito 116 y se mantiene en su lugar mediante una cubierta de lente o bisel 13 (o pieza de fijación alternativa tal como cola o adhesivo), que se fija mecánicamente al alojamiento disipador de calor 118 para mantener la lente en su lugar. Un conectar Edison o GU 112 se conecta después al extremo del dispositivo LED 11 y se fija a la tarjeta de electrónica de control 111.

El diseño y la fabricación de disipadores de calor para lámparas y luminarias LED no son nuevos y se han hecho, hasta la fecha, con una serie de materiales entre los que se incluyen plásticos térmicamente conductores, extrusión de aluminio, fundición, etc. El método para fabricar los disipadores de calor de plástico térmicamente conductor es típicamente moldeo por inyección, aunque otros métodos de formación y creación de formas de polímero a partir de diversos tipos de polímeros, resinas epoxídlcas y materiales termoestables son bien conocidos en la industria y el proceso de moldeo por inyección se utiliza como un ejemplo. Todas las luces LED actuales y anteriores utilizan un disipador de calor fabricado por separado y luego montado en la tarjeta de circuito de LED en el disipador de calor usando tornillos, colas u otros mecanismos de montaje junto... [Seguir leyendo]

1. Aparato de iluminación LED (1; 1a; 1b; 1c), que comprende:

una tarjeta de circuito electrónico (16) que tiene una parte periférica (22) y una parte central que se encuentra radialmente hacia el interior de dicha parte periférica, teniendo dicha tarjeta de circuito electrónico un lado exterior (24) para interconectar ópticamente con el medio ambiente durante el funcionamiento y un lado interior opuesto al lado exterior;

al menos un LED (17) montado en el lado exterior de la parte central de la tarjeta de circuito electrónico; y

un alojamiento térmicamente conductor (18) que encierra dicha tarjeta de circuito electrónico, estando formado dicho alojamiento térmicamente conductor de un material térmicamente conductor moldeable;

definiendo dicho alojamiento térmicamente conductor una primera cavidad (23) adyacente a la parte central del lado exterior de la tarjeta de circuito electrónico y una segunda cavidad (29) adyacente a la parte central del lado interior de la tarjeta de circuito electrónico, caracterizado por que una parte de dicho alojamiento térmicamente conductor (18) está sobremoldeada sobre dicha parte periférica (22).

2. Aparato de iluminación LED de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho material térmicamente conductor moldeable es un plástico térmicamente conductor.

3. Aparato de iluminación LED de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además: un controlador de LED (13) recibido dentro de dicha segunda cavidad.

4. Aparato de iluminación LED de acuerdo con la reivindicación 3, que comprende además:

un conector eléctrico (15) en dicha tarjeta de circuito electrónico (16) para acoplarse con un conector eléctrico complementario en dicho controlador de LED (13) para acoplar eléctricamente dicho controlador de LED (13) a dicho al menos un LED (17).

5. Aparato de iluminación LED de acuerdo con la reivindicación 3, en el que dicho controlador de LED (13) incluye un alojamiento de controlador de LED (27) que encierra una tarjeta de circuito de controlador de LED (11), estando formado dicho alojamiento de controlador de LED (27) de un plástico eléctricamente aislante y térmicamente conductor.

6. Aparato de iluminación LED de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además: dicha primera cavidad (12) que define una abertura; y

una lente (19) fijada alrededor de dicha abertura.

7. Aparato de iluminación LED de acuerdo con la reivindicación 6, en el que dicha lente (19) se selecciona a partir de una placa transparente, un difusor óptico y un formador de haz óptico.

8. Aparato de iluminación LED de acuerdo con la reivindicación 6, en el que dicha lente (19) tiene un revestimiento sobre la superficie compuesto por puntos cuánticos que permiten que la lente convierta una luz LED blanca en una luz LED templada.

9. Aparato de iluminación LED de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha tarjeta de circuito electrónico (16) es una tarjeta de circuito impreso.

1. Aparato de iluminación LED de acuerdo con la reivindicación 9, en el que dicha tarjeta de circuito impreso es una tarjeta de circuito impreso con núcleo de metal.

11. Aparato de iluminación LED de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además:

Un bloque térmico (26) montado en el lado exterior de dicha tarjeta de circuito electrónico (16) y adyacente a cada uno de dicho al menos un LED (17) y en comunicación térmica con dicha tarjeta de circuito impreso con núcleo de metal.

12. Aparato de iluminación LED de acuerdo con la reivindicación 9, en el que dicha tarjeta de circuito impreso es una tarjeta de circuito impreso no metálica.

13. Aparato de iluminación LED de acuerdo con la reivindicación 12, que comprende además:

una placa de difusión de calor adyacente al lado interior de la tarjeta de circuito electrónico (16), estando dicha placa de difusión de calor en comunicación térmica con dicho al menos un LED (17), en el que una parte de dicho alojamiento térmicamente conductor (18) está sobremoldeada sobre una parte periférica de dicha placa de difusión de calor.

14. Aparato de iluminación LED de acuerdo con la reivindicación 13, que comprende además:

un bloque térmico (26) montado en el lado exterior de dicha tarjeta de circuito electrónico y adyacente a cada uno de dicho al menos un LED y en comunicación térmica con dicha placa de difusión de calor.

15. Aparato de iluminación LED de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el material térmicamente conductor moldeable comprende un material de matriz de polímero y un material de relleno térmicamente conductor.

16. Aparato de iluminación LED de acuerdo con la reivindicación 15, en el que material de relleno térmicamente conductor se selecciona del grupo que consiste en grafito natural y sintético, fibra de carbono, negro de carbón, nitruro de boro, nitruro de aluminio, nitruro de silicio, óxido de silicio, óxidos metálicos, y combinaciones de los mismos.

17. Aparato de iluminación LED de acuerdo con la reivindicación 15, en el que el material térmicamente conductor moldeable es eléctricamente conductor.

18. Aparato de iluminación LED de acuerdo con la reivindicación 15, en el que dicho material térmicamente conductor moldeable es eléctricamente aislante.

19. Método de fabricación, que comprende:

proporcionar una tarjeta de circuito electrónico (16) que tiene una parte periférica (22) y una parte central que se encuentra radialmente hacia el interior de dicha parte periférica, teniendo dicha tarjeta de circuito electrónico un lado exterior (24) para interconectar ópticamente con el medio ambiente durante el funcionamiento y un lado interior opuesto al lado exterior;

montar al menos un LED (17) montado en dicho lado exterior de la parte central de la tarjeta de circuito electrónico; caracterizado por

sobremoldear dicha parte periférica de tarjeta de circuito electrónico (22) con un material térmicamente conductor moldeable para formar un alojamiento térmicamente conductor sobremoldeado (18) que encierra dicha tarjeta de circuito electrónico (16), definiendo dicho alojamiento térmicamente conductor (18) una primera cavidad (23) adyacente a la parte central del lado exterior de la tarjeta de circuito electrónico y una segunda cavidad (29) adyacente a la parte central del lado interior de la tarjeta de circuito electrónico.

2. Método de fabricación de acuerdo con la reivindicación 19, en el que dicho material térmicamente conductor moldeable comprende un material de matriz de polímero y un material de relleno térmicamente conductor.

21. Método de fabricación de acuerdo con la reivindicación 19, en el que dicho sobremoldeo es un sobremoldeo por inyección.

22. Método de fabricación de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dicho material térmicamente conductor moldeable es eléctricamente conductor.

23. Método de fabricación de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dicho material térmicamente conductor moldeable es eléctricamente aislante.

24. Método de fabricación de acuerdo con la reivindicación 19, en el que dicha etapa de montaje de dicho al menos un LED (17) en dicho lado exterior (24) de la parte central de la tarjeta de circuito electrónico se realiza antes de dicha etapa de sobremoldeo de dicha parte periférica de tarjeta de circuito electrónico (22) con un material térmicamente conductor moldeable.

25. Método de acuerdo con la reivindicación 19, que comprende además:

fijar una cubierta ópticamente transparente sobre dicho lado exterior de la tarjeta de circuito usando una pieza de fijación formada de manera solidaria sobre dicho alojamiento térmicamente conductor sobremoldeado (18).

26. Método de fabricación de acuerdo con la reivindicación 19, que comprende además:

acoplar eléctricamente un módulo electrónico de controlador de LED (13) a dicha tarjeta de circuito electrónico (16).

27. Método de fabricación de acuerdo con la reivindicación 26, en el que el módulo electrónico de controlador de LED (13) se fija al alojamiento térmicamente conductor sobremoldeado (18) utilizando una pieza de fijación formada de manera solidaria sobre dicho alojamiento térmicamente conductor sobremoldeado (18).