Disipador térmico para LED de funcionamiento por ciclos.

Un dispositivo electrónico portátil (100) que comprende:

una carcasa;



una cámara (102) ubicada en la carcasa; y

un ensamblaje de fuente de luz (110) ubicado en la carcasa adyacente a la cámara (102); el ensamblaje de fuente de luz incluye:

un sustrato (112) que posee una primera (114) y una segunda (116) superficies principales;

una fuente de luz de diodo emisor de luz en ciclo (122) adaptada para proporcionar iluminación al objeto cuya imagen está siendo procesada por la cámara, estando el diodo emisor de luz ubicado de forma adyacente a la primera superficie principal (114) del sustrato (112); y

que se caracteriza porque el ensamblaje de fuente de luz también incluye un disipador de calor (124) que comprende una lámina de grafito. El disipador de calor se encuentra en una asociación de conducción de calor con la segunda superficie principal (116) del sustrato (112), y el disipador de calor posee una conductividad térmica en el plano mayor que la conductividad térmica a través del plano del mismo.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E06123490.

Solicitante: GRAFTECH INTERNATIONAL HOLDINGS INC.

Inventor/es: FRASTACI, MICHAEL, REIS,BRADLEY, SMALC,MARTIN, LASER,BRIAN, KOSTYAK,GARY, SKANDAKUMARAN,PRATHIB, GETZ,MATTHEW.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H01L21/48 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctrica en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › H01L 21/00 Procedimientos o aparatos especialmente adaptados para la fabricación o el tratamiento de dispositivos semiconductores o de dispositivos de estado sólido, o bien de sus partes constitutivas. › Fabricación o tratamiento de partes, p. ej. de contenedores, antes del ensamblado de los dispositivos, utilizando procedimientos no cubiertos por un único grupo de H01L 21/06 - H01L 21/326.
  • H01L23/367 H01L […] › H01L 23/00 Detalles de dispositivos semiconductores o de otros dispositivos de estado sólido (H01L 25/00 tiene prioridad). › Refrigeración facilitada por la forma del dispositivo.
  • H01L23/373 H01L 23/00 […] › Refrigeración facilitada por el empleo de materiales particulares para el dispositivo.
  • H04N5/225 H […] › H04 TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS.H04N TRANSMISION DE IMAGENES, p. ej. TELEVISION. › H04N 5/00 Detalles de los sistemas de televisión (detalles de la exploración o su combinación con la producción de las tensiones de alimentación H04N 3/00; adaptados especialmente para la televisión en color H04N 9/00; servidores especialmente adaptados para la distribución de contenido H04N 21/20; Dispositivos de cliente específicamente adaptados para la recepción de, o interacción con, contenidos H04N 21/40). › Cámaras de televisión.

PDF original: ES-2539274_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Disipador térmico para LED de funcionamiento por ciclos

Campo técnico 5

La presente invención se refiere a dispositivos portátiles que incluyen una fuente de luz de diodo emisor de luz (LED) , como por ejemplo un teléfono móvil portátil o una agenda electrónica (PDA, Personal Digital Assistant) que incluye un LED para su uso, por ejemplo como flash para una cámara. Por consiguiente, la fuente de luz de LED debe encenderse y apagarse siguiendo un ciclo. Esta invención proporciona un disipador de calor para la fuente de 10 luz con este ciclo, que reduce las temperaturas de operación de la fuente de luz, ofreciendo un tiempo de ciclo más rápido, una mayor duración mientras la misma se encuentra encendida, un mayor brillo y/o una mayor fiabilidad y brillo de la fuente de LED durante su vida útil.

Antecedentes de la invención 15

La patente estadounidense nº 2004/132491 se refiere a un módulo de cámara para terminales de comunicación móviles. El módulo comprende una unidad de dispositivo de captura de imágenes que sirve para enfocar la imagen de un sujeto, y una unidad de LED (diodo emisor de luz) para emitir luz sobre el sujeto.

La patente europea nº 1.486.820 se refiere a equipos móviles que incluyen LED suministrados con una corriente, que emiten luz roja, luz verde y luz azul, transistores de efecto campo (FET) y un circuito de refuerzo para controlar la corriente suministrada.

"Company Profile: GrafTech International - Advanced Energy Technology" LEDS MAGAZINE, [En línea] 1 25 de junio de 2006 (2006-06-01) , páginas 1-4, XP002543972 Tulsa, Oklahoma, Estados Unidos de América, www.ledsmagazine.com/features/3/6/1 se refiere a un producto de disipador de calor para su uso en aplicaciones de LED de alta potencia.

La patente japonesa nº 2006/004632 A se refiere a un dispositivo de iluminación para una cámara que 30 posee una carcasa; la cámara y el dispositivo de iluminación están ubicados en la carcasa, y el dispositivo de iluminación posee una parte emisora de luz, un sustrato fijo y un LED que cuenta con un sistema de pulsos. Asimismo, el dispositivo de iluminación posee una parte de reflejo metálico y que libera calor que refleja la luz emitida desde el LED en una dirección determinada y recibe el calor emitido por el LED en una parte que se encuentra en contacto con la parte emisora de luz. La patente europea nº 1.359.627 se refiere a un módulo emisor 35 de luz que puede mejorar la disipación de calor de un componente emisor de luz.

Los dispositivos portátiles como, por ejemplo, los teléfonos móviles, las agendas electrónicas y similares normalmente incorporan cámaras y por lo general incluyen una fuente de luz en ciclo, como por ejemplo un LED que actúa como un flash para la cámara. 40

El LED estará conectado eléctricamente a un ensamblaje de circuito. El ensamblaje de circuito puede ser del tipo conocido comúnmente en la industria como una "placa de circuito impreso" o del tipo comúnmente conocido en la industria como un "circuito flexible" (flex circuit) . En cualquier caso, se proporciona un circuito eléctrico en un sustrato de material dieléctrico. 45

En el caso de un circuito flexible, se proporciona un circuito eléctrico, como por ejemplo un circuito de cobre, en la superficie de un material polimérico, por ejemplo poliimida o poliéster, que funciona como la capa dieléctrica. Como su nombre indica, estos materiales de sustrato son flexibles e incluso pueden ser proporcionados como rollos de material. Dichos circuitos flexibles también pueden estar soportados adicionalmente por una placa de 50 refuerzo, que puede ser un metal, un plástico u otro material, como por ejemplo una almohadilla de material laminado de fibra de vidrio, conocida generalmente como material FR4, el cual proporciona una mayor rigidez estructural al ensamblaje para contribuir al apoyo y a la alineación de la fuente de luz LED en el dispositivo portátil.

En el caso de las placas de circuito impreso, estas se fabrican convencionalmente a partir de materiales 55 dieléctricos como los laminados de fibra de vidrio (conocidos a veces como placas FR4) , el politetrafluoroetileno y materiales similares. En una de las superficies de dicha placa, o entre las capas de materiales dieléctricos, se encuentran los circuitos, generalmente de cobre. Los circuitos se forman normalmente por métodos fotolitográficos, pulverización, impresión serigráfica o métodos similares (para circuitos ubicados entre capas, el circuito se aplica al material dieléctrico antes de la formación del laminado) . La fuente de luz puede estar ubicada en la superficie de las 60 placas, en contacto con los circuitos en la superficie. Cuando se utiliza una fuente de luz de "flash", la fuente de luz genera cantidades sustanciales de calor en un corto período de tiempo, las cuales deben ser disipadas para que el dispositivo funcione de forma fiable y al nivel de rendimiento deseado. De hecho, para las fuentes de luz LED, es bien sabido que cuanta más fría sea la temperatura de unión del LED, mayor será el brillo instantáneo del LED y se ralentizará el deterioro de la producción de luminosidad (en otras palabras, cuando la temperatura de unión de un 65

LED es elevada, el LED muestra un brillo instantáneo inferior y un deterioro de la luminosidad más rápido durante períodos de tiempo prolongados) .

Las fuentes de luz en ciclo para las cámaras de los teléfonos móviles y otros dispositivos portátiles de tamaño reducido generan una cantidad significativa de calor durante un período relativamente breve de tiempo 5 (aproximadamente inferior a 1 segundo, y más frecuentemente inferior a 500 milisegundos (ms) ) , lo que proporciona un factor limitador en la operación de la cámara y el flash. Se pueden producir retrasos significativos entre flashes (la cantidad de tiempo entre flashes consecutivos se conoce como el tiempo de recuperación para la fuente de luz) debido a problemas de sobrecalentamiento. De hecho, son frecuentes los tiempos de recuperación superiores a 5 segundos, mientras que el objetivo de la industria son tiempos de recuperación lo más breves posibles. Además, en 10 una iluminación continua -el denominado modo "linterna" de operación- los niveles de iluminación se ven limitados de nuevo debido a cuestiones de sobrecalentamiento. Las posibles soluciones a estos problemas de sobrecalentamiento también se ven limitadas por la escasa disponibilidad de espacio en el dispositivo portátil.

En el campo más amplio de los dispositivos electrónicos de mayor tamaño se han desarrollado diversas 15 tecnologías de disipadores de calor. En la actualidad se están desarrollando las llamadas "placas térmicas", en las que se lamina con el material dieléctrico una capa de un material de disipación de calor, como por ejemplo cobre o aluminio y aleaciones de los mismos, en la superficie opuesta o en las capas opuestas a las de los componentes del circuito y de generación de calor, con el fin de que actúe como un disipador de calor para el calor generado por los componentes electrónicos. Es importante que el disipador de calor se ubique de tal manera que al menos una capa 20 de material dieléctrico separe el disipador de calor del circuito o circuitos, ya que los materiales disipadores de calor son normalmente conductores de electricidad y podrían interferir con el funcionamiento de los circuitos si se encontraran en contacto.

Existen varias "placas térmicas" disponibles comercialmente, a veces denominadas placas de circuito 25 impreso con núcleo de metal (MCPCB, metal core printed circuit boards) , como por ejemplo las placas térmicas Insulated Metal Substrate de The Bergquist Company, las placas térmicas T-Clad de Thermagon, las placas HITT Plate de Denka y las placas Anotherm de TT Electronics. Estas placas térmicas utilizan capas dieléctricas termoconductoras, ya sea a través del llenado de la capa dieléctrica con partículas termoconductoras como en el caso de las primeras tres, o como en el caso de la solución Anotherm, a través de una capa de anodización delgada 30 en la parte superior de la capa del disipador de calor. No obstante, el uso de partículas termoconductoras puede ser costoso y la capa posterior debe ser lo suficientemente gruesa como para garantizar que está libre de perforaciones, aumentando así la resistencia térmica del diseño. Otras limitaciones de este enfoque son debidas a la falta de flexibilidad para fabricar estructuras de circuito dobladas o no planas y a que el material dieléctrico cubre toda la superficie de la capa del disipador de calor. El uso de la anodización como la capa dieléctrica intenta superar 35 algunos de estos problemas, pero obliga a la utilización de aluminio como su capa de disipación... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un dispositivo electrónico portátil (100) que comprende:

una carcasa;

una cámara (102) ubicada en la carcasa; y 5

un ensamblaje de fuente de luz (110) ubicado en la carcasa adyacente a la cámara (102) ; el ensamblaje de fuente de luz incluye:

un sustrato (112) que posee una primera (114) y una segunda (116) superficies principales;

una fuente de luz de diodo emisor de luz en ciclo (122) adaptada para proporcionar iluminación al objeto cuya imagen está siendo procesada por la cámara, estando el diodo emisor de luz ubicado de forma 10 adyacente a la primera superficie principal (114) del sustrato (112) ; y

que se caracteriza porque el ensamblaje de fuente de luz también incluye un disipador de calor (124) que comprende una lámina de grafito. El disipador de calor se encuentra en una asociación de conducción de calor con la segunda superficie principal (116) del sustrato (112) , y el disipador de calor posee una conductividad térmica en el plano mayor que la conductividad térmica a través del plano del mismo. 15

2. El dispositivo de la reivindicación 1, que además comprende:

una vía térmica (128) que se extiende a través del sustrato (112) para acoplarse térmicamente con el disipador de calor (124) , estando el LED (122) montado sobre la vía térmica (128) .

3. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que:

el sustrato (112) comprende un circuito flexible (112B) que posee una capa dieléctrica formada por un material de polímero.

4. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que el sustrato (112) y el disipador de calor (124) son flexibles 25 para facilitar la instalación del ensamblaje de fuente de luz (110) en el dispositivo.

5. El dispositivo de la reivindicación 4, en el que:

el disipador de calor (124) posee un grosor en un intervalo comprendido entre aproximadamente 0, 1 mm y aproximadamente 1, 5 mm. 30

6. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que la conductividad térmica en el plano del disipador de calor (124) es de al menos aproximadamente 220 W/mK.

7. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que el disipador de calor (124) posee un tamaño tal que la fuente 35 de luz (122) puede funcionar en un modo de flash con una duración de flash de aproximadamente al menos 250 ms y un tiempo de recuperación no superior a aproximadamente 2 segundos, a temperaturas ambiente de aproximadamente al menos 20 ºC.

8. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que la lámina de grafito (124) comprende además una película de 40 polímero grafitizada.


 

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