CN101663768B - 功率led散热基板结构及由其制造的器件 - Google Patents

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Abstract

功率LED散热基板结构及由其制造的器件，本发明克服了功率LED产品结构复杂、制造工艺难、生产效率低、成本高、质量不可靠的缺陷。其结构包括：设置有沉孔、金属线路的一体结构线路基板，沉孔为大小不等的两个孔组合连通，小孔为通孔，大孔为盲孔，通孔与盲孔的轴方向相同，热沉为上、下台阶组成的梯台柱状一体结构，热沉与沉孔相对应匹配形成牢固配合，线路基板上可设置多个沉孔，该线路基板还包括多条切割定位线和多个槽和/或孔。用该散热基板结构制造的功率LED器件，包括：热沉，具有沉孔的线路基板，LED芯片，引线，封装胶体。封装胶体覆盖在装有芯片、引线的线路基板一面，并保留外部电极部分，封装胶体既是密封层，将芯片、引线密封，又是所述器件一体成型的光学透镜。

Description

功率LED散热基板结构及由其制造的器件
技术领域
本发明专利申请涉及一种功率LED散热基板结构以及该散热基板结构制造的器件，特别是涉及一种具有沉孔和热沉结构的散热基板及该散热基板制造的器件。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，LED)因其具有体积小、寿命长、驱动电压低、耗电量低、反应速度快、耐震性佳等优点，为日常生活中各种应用设备中常见的元件，LED光源在工作时会产生发热现象，其功率值与其发热量成正比，早期的LED器件由于受制造技术的限制，均为毫瓦级的小功率LED器件，近年来，出现了一些新的改进技术，使得制造LED器件的功率相对提高，出现了具有较大功率的LED器件和产品，即功率LED，其功率增加到了100毫瓦以上，目前功率LED光源正向普通照明领域推进，出现了1W以上的大功率LED，已逐渐出现在照明领域的各个角落。功率LED光源在工作时会产生发热现象，且当功率LED光源长时间工作时，由于热量的积蓄会导致功率LED光源的寿命缩短，产品特性不稳定。为了解决功率LED芯片在工作时的散热问题，目前的功率LED光源的封装结构通常较为复杂。
常见的大功率LED支架有引线框架、陶瓷基板等。如图1所示，是一种引线框架式的大功率LED封装结构，在原来普通PLCC型LED塑封框架101的基础上，加入散热块(heat-sinking)102，该支架结构的主要特点是在金属支架103上塑封白色或黑色胶体104，形成腔体，固定电极引线103与散热块102，芯片105与热沉106安放在散热块102的发射杯107内，框架上方安装光学透镜108。
又如图2所示，介绍了一种陶瓷基板式的功率LED封装结构，其主要特点在于：芯片201直接安放在印刷有线路的陶瓷基板202上，陶瓷基板202及其线路组成LED的散热和导电结构，陶瓷基板202上方安装一个金属反射腔203，支撑透镜204并形成光学结构。陶瓷基板加工工艺复杂，生产效率低、成本高，而且陶瓷基板的散热有限，使得用陶瓷基板制造的LED器件的功率提升空间受到限制。
随着功率发光二极管生产规模的扩大，应用领域的进一步推广，以上产品结构生产制造工艺复杂，生产效率低。
为了节约生产成本，逐渐出现一种以线路板装配热沉的方式制作的功率LED支架(基板)，但其存在结构复杂，工艺要求高，可靠性差，散热效果不佳的缺点，从而使得功率LED产品的生产成本高仍然较高，并且可靠性没有保障，使用寿命缩短。
例如公开号为WO2006104325的专利提供了一种装配热沉的解决方案，其结构如附图3所示，由具有通孔结构的多层线路板(301、302、303、304共四层)叠在一起，组成一个装配热沉305的腔体。这种方式需要实现多层线路板的叠加装配并需要焊接，制造工艺中对定位的要求非常高，而且叠加线路板焊接易出现虚焊、焊接不平整等问题，制作成本、工艺难度明显提高，生产效率不高。
关于解决LED器件的散热问题，已有在散热板中开孔，将散热片装入孔中的技术方案。例如公开号为CN1977399A的专利，提供了一种以线路板403装配热沉404的方式制作的LED基板的解决方案，如附图4所示，其线路板通孔结构401与散热片402相结合，同时提出了线路板具有椎面或散热片具有椎面403的特征。该技术方案由于装入的散热片设计较薄，散热量较小，不适用于较大功率LED器件；而且该方案在实际生产中，通孔结构装配散热片的方式结合力弱，热沉易脱落，难定位，可靠性差，而且散热效果不佳。另外，线路板加工椎面的工艺，一致性很难得到良好控制，产品质量难于保证。
此外，现有技术还存在在批量生产功率LED产品时，由于功率LED的散热基板结构相对复杂，生产效率低、成本高的问题。因此需要开发一种生产效率高、结构简单、生产成本低的新型产品，以满足日益发展的市场需求。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术中的缺陷，即功率LED散热基板的结构复杂、工艺要求高、可制造性差、基板散热效果不佳的缺陷，以及功率LED器件的制造生产效率不高、产品一致性和可靠性差、成本高的技术缺陷，提供一种线路基板装配热沉的散热基板结构以及利用该散热基板制造的功率LED器件，本发明的散热基板结构简单、易于制造，降低了现有技术的生产工艺要求，能有效解决功率LED器件的散热问题，尤其是能够有效解决较大功率的功率LED器件的散热问题，利用本发明的散热基板制造的器件具有很好的一致性，可靠性高，散热效果好，本发明的生产效率高、结构简单、生产成本低，能够较大程度地提升功率LED器件的功率，为功率LED产品能够满足日益发展的市场需求提供了保障。
为了实现本发明的上述发明目的，本发明提供一种用于制造功率LED的散热基板结构，该散热基板结构包括：线路基板，所述线路基板为一体结构，其上设置有沉孔、金属线路；沉孔结构为大小不等的两个孔组合连通，小孔为通孔，大孔为盲孔，所述通孔与盲孔的轴方向相同；本发明的热沉结构为上台阶和下台阶组成的梯台柱状一体结构，上台阶的直径与所述通孔的孔径接近，下台阶的直径与所述盲孔的孔径接近，热沉的下台阶的柱高等于或大于盲孔的深度，上台阶与下台阶的轴方向相同；热沉结构与沉孔结构相对应匹配，热沉可装入沉孔中形成牢固配合。上述散热基板结构由于线路基板为一体结构，简化了现有技术的线路基板的多层复杂结构，有效保证了散热基板的加工质量；热沉和线路基板的上述结构设计，使得散热基板在热沉与沉孔的装配方式上十分简单，热沉装配牢固、定位可靠、不易滑脱，有效保证了散热基板的装配质量；而且热沉的梯台柱状一体结构由于下台阶相对于上台阶的体积大，一是使得热沉具有大的热容量和散热面积，二是使得热沉装配入沉孔后热沉的底部与线路基板下表面平齐或凸出于线路基板外，可以使热沉与其它传热介质相接触散除热量，因此能够产生很好的散热效果，较大的提升了所制造的功率LED器件的功率，使得本发明的设计尤其适用于较大功率LED器件的制造。该散热基板结构简单，易于制造，大大降低了功率LED散热基板的生产成本。
为了实现本发明的上述发明目的，本发明还提供了一种以上述散热基板的沉孔和热沉结构为基本单元结构组成的多个沉孔、热沉组成的散热基板结构，该散热基板的线路基板为一体结构，在线路基板的端部设置有切割定位线，在线路基板中设置有槽和/或孔；所述线路基板上设置由多个沉孔组成的M列×N行的沉孔阵列，M、N分别为等于或大于1的整数，且M、N不同时等于1，各热沉与沉孔阵列的各沉孔相牢固配合。上述散热基板结构的设置，解决了在生产功率LED制造中加工繁杂、功率LED多为单一器件的制造，产品一致性差的缺陷，通过简单的散热基板设计，实现了在同一散热基板上同时进行多个功率LED的制造。当使用该散热基板生产LED器件时，在进行封装胶体后，只要沿切割定位线对基板进行切割，即可将封装后的LED产品分割为独立的LED器件，这使得功率LED器件的生产得到了很大的简化，提高了生产效率，降低了生产成本，并且使产品质量的一致性得到了保证。
为了实现本发明的上述发明目的，本发明还提供了一种利用上述功率LED的散热基板结构制造的功率LED器件，该器件包括：热沉，具有沉孔结构的线路基板，LED芯片，引线，封装胶体，其中，热沉与线路基板的沉孔牢固配合；将LED芯片安放在热沉上；线路基板的线路为由内部引线连接部和外部电极组成器件电极，将引线连接LED芯片电极与线路基板上的内部引线连接部；然后封装胶体覆盖在装有芯片的线路基板一面，并保留外部电极部分，所述封装胶体既是密封层材料，将芯片、引线密封使其与外部湿气、空气隔绝，又是器件的一体成型的光学透镜。上述利用散热基板制造的功率LED器件具有很好的散热效果，能够较大程度提高制造的功率LED器件的功率；由于器件具有的散热基板的结构和器件的封装的制造简单，能够实现一次批量的多个器件生产，生产效率高，本发明的功率LED器件有良好的一致性；重要的是，封装胶体是一次成型的光学透镜，相对于现有技术所使用的封装胶体上装配透镜的器件，较好的改善了功率LED器件出光特性，本发明的功率LED器件结构简单紧凑，产品的可靠性高，成本低；由于散热基板结构具有良好的散热性能，利用本发明的散热基板制造功率LED器件的功率提升空间大，尤其适于制造功率较大的LED器件，由于利用上述的散热基板的沉孔和热沉简单结构巧妙设计，简化了繁杂的功率LED制造工艺，使得功率LED器件的生产效率大大提高，使功率LED器件的使用寿命更长。
附图说明
图1：所示是现有的一种引线框架式的功率LED封装结构；
图2：所示是现有的一种陶瓷基板式的功率LED封装结构；
图3：所示是现有技术的线路板装配热沉的方式制作的功率LED支架结构图；
图4：所示是说明现有技术的线路板装配热沉的散热基板结构图；
图5：所示是本发明的散热基板第一实施例的示意图；
图6：所示是本发明的第一实施例的沉孔、热沉结构装配示意图和剖视图；
图7：所示是本发明的第一实施例的优选方案的结构示意图；
图8：所示是本发明的示意图第一实施例的一个优选方案结构示意图；
图9：所示是本发明的散热基板第二实施例的一个优选方案的示意图；
图10：所示是本发明的散热基板第二实施例的一个优选方案的示意图；
图11：所示是本发明的散热基板第二实施例在芯片封装后的示意图；
图12：所示是本发明的功率LED器件结构剖视图；
图13：所示是本发明的功率LED器件的立体图。
附图标记：
1线路基板；2沉孔：通孔2a，盲孔2b；3金属线路、器件电极：内部引线连接部3a、外部电极3b；4热沉：上台阶4a和下台阶4b；5切割定位线；6槽；7孔；8LED芯片；9引线；10封装胶体。
具体实施方式
实施例一
根据上述附图5、附图6，对本发明的一个用于制造功率LED的散热基板的优选实施例一进行说明。
在本实施例中，附图5、附图6所示的是组成本发明散热基板的线路基板1和热沉4的基本结构图。附图5中5A所示的是散热基板的上表面示意图，附图5-5B所示的是散热基板的下表面示意图，附图5中5C所示的是沉孔中装配有热沉的散热基板剖视图，附图5中5D和附图5中5E是热沉的立体示意图和剖视图，在该实施例中，线路基板1为一体结构，其上设置有沉孔2、金属线路3，金属线路3为器件的电极，是由内部引线连接部3a和外部电极3b组成；所述的沉孔结构为大小不等的两个孔组合连通，小孔为通孔2a，大孔为盲孔2b，它们的轴方向相同，并且垂直于线路基板的上下表面；热沉4的结构为上台阶4a和下台阶4b组成的梯台柱状一体结构，上台阶4a的直径与所述通孔2a的孔径相近，下台阶4b的直径与所述盲孔2b的孔径相近，上台阶4a与下台阶4b的轴方向相同；热沉结构与沉孔结构相对应匹配，热沉能够装入沉孔中形成牢固配合，优选的是过盈方式牢固配合或胶粘方式牢固配合。
附图6所示的是组成本发明散热基板的线路基板1的沉孔2和热沉4的装配后的示意图，所示的是本发明的优选技术方案。关于热沉4的高度，一个优选方案是：热沉的下台阶4b的柱高等于或大于盲孔2b的深度，使得热沉装在装配后其底部与线路基板下表面平齐或凸出，达到使热沉易于与传热介质接触散除热量的目的；另一个优选的方案是：热沉的上台阶2a的柱高等于或大于通孔的深度，使得热沉装在装配后其顶部与线路基板上表面平齐或凸出，使得LED芯片装配在该热沉顶部时，具有好的出光效果。
根据附图7、附图8，对本发明的用于制造功率LED的散热基板的优选方案，进行说明如下。
如附图7、附图8所示，在本实施例中，盲孔2b的横切面和通孔2a横切面可为任意圆形或者为任意多边形，在本发明中，任意圆形是指：圆形、椭圆形、不规则圆形；任意多边形是指：由弧线、直线或弧线与直线结合构成的多边形。其中优选的是盲孔2b横切面圆形；通孔2a横切面圆形或正方形。所述热沉4的所述下台阶4b横切面为与盲孔2b横切面对应的任意圆形或任意多边形，所述上台阶4a横切面为与通孔2a横切面对应的任意圆形或任意多边形；上台阶4a的直径与所述通孔2a的孔径接近，下台阶4b的直径与所述盲孔2b的孔径接近，使得热沉能够装入沉孔中形成牢固配合。如附图7所示的是一个优选的方案是：所述热沉的上台阶4a的柱顶部为一平面或为一下凹的反射杯；如附图8中8A所示通孔2a的轴与盲孔2B的轴轴方向相同，可以共轴或不共轴，优选的方案是通孔2a与盲孔2b不共轴；与之对应的，上台阶4a的轴与下台阶4b的轴轴方向相同，可以共轴或不共轴；优选的的方案是上台阶4a与下台阶4b不共轴，这样使得热沉易于定位装配入沉孔中；进一步的，如附图8中8B所示优选方案是热沉的上台阶4a的顶部横切面略小于其底部横切面，使得上台阶呈锥形；热沉的下台阶4b的顶部横切面略小于其底部横切面，使得下台阶呈锥形；优选的是热沉的下台阶4b的柱高等于或大于盲孔2b的深度，使其易于实现过盈牢固装配。也可以通过粘接胶对热沉与沉孔牢固粘接。
实施例二
根据附图9、附图10、附图11，所示的是本发明的一个用于制造功率LED的散热基板的优选实施例二，说明如下。
如附图9所示的是以前一实施例的散热基板为基本单元结构组成的多个沉孔的散热基板，其散热基板的线路基板为一体结构，上面设置有切割定位线5和槽6和/或孔7(未示出)；其中线路基板上设置M列×N行的沉孔阵列，M、N分别为等于或大于1的整数，且M、N不同时等于1；所述切割定位线为多条，各切割定位线对应各沉孔列和/或各沉孔行的侧边；所述槽和/或孔为多个，设置在各沉孔列或各沉孔行侧边；所述切割定位线5为多条，各切割定位线5对应各沉孔列和/或沉孔行的侧边；所述槽6和/或孔7为多个，设置在各沉孔列或各沉孔行侧边(如附图10中示出的在各沉孔行侧边设置的多个孔7)。所述各沉孔中装配有热沉，并以过盈配合方式牢固结合或热沉与沉孔牢固粘接，优选的是过盈方式牢固配合。
一个优选的方案是：如附图9所示，在线路基板对应沉孔列的两端设置切割定位线5，所述切割定位线5的条数为M+1条，各切割定位线5对应各沉孔列间的中间位置；所述槽6是贯通各沉孔行侧边的通槽，槽6的个数为N+1个，各槽位于各沉孔行间的中间位置。如附图9中所示出的是5列×4行组成的沉孔阵列，切割定位线5的条数为6条，槽6的个数为5个。在此优选方案中，所述器件电极3设置在所述通槽两侧的线路基板上表面、下表面和侧面。
如附图10所示的是本发明实施例二的又一个优选方案，在线路基板上对应沉孔行的两端设置切割定位线5a，所述切割定位线5a的条数为N+1条(如附图10中示出的是5列×4行组成的沉孔阵列，切割定位线5a为5条)，各切割定位线5a对应于各沉孔行间的中间位置；在线路基板上对应沉孔列的两端设置切割定位线5b，所述切割定位线5b的条数为M+1条(如附图10中示出的切割定位线5b为6条)，各切割定位线5b对应于各沉孔列间的中间位置；所述排列设置的多个槽6(未示出)和/或孔7与各沉孔行或各沉孔列的两端设置的切割定位线共线，优选的是所述在线路基板的各沉孔行中的每个沉孔2或者各沉孔列中的每个沉孔2的侧边至少对应设置一个槽6或一个孔7，在线路基板1上面沿所述排列的多个槽和/或孔两侧对应各个沉孔设置器件电极3，并对应于各个沉孔设置有内部引线连接部3a。所述器件电极3设置在所述槽6或孔7两侧的线路基板上表面、下表面和侧面。如附图10中示出的，是在各沉孔行的侧边设置有排列设置为一线的多个孔7，各沉孔行中的每个沉孔的侧边对应有一个孔7，根据上述技术方案，当然也可以将图示孔7设置为槽6。
附图11所示是本发明的上述实施例的一个优选方案的散热基板进行封装后制作的功率LED器件的立体示意图。如果沿切割定位线进行切割，很容易将其分离切割为独立的功率LED器件，即如附图13所示独立的功率LED器件。
附图12所示是利用本发明的散热基板制造的功率LED器件的结构示意图，所述器件包括：热沉4，具有沉孔结构的线路基板1，LED芯片8，引线9，封装胶体10，器件电极3，其中：所述热沉4与线路基板1的沉孔2牢固配合；所述LED芯片8安放在热沉4上；线路基板1的金属线路3为由内部引线连接部3a和外部电极3b组成的器件电极3，所述引线9连接LED芯片电极与线路基板上的内部引线连接部；所述封装胶体10覆盖在装有芯片的线路基板一面，并保留外部电极3b部分，所述封装胶体10既是密封层，它将芯片、引线密封，又是所述器件一体成型的光学透镜。优选的是，器件一体成型的光学透镜可为凸透镜、凹透镜或组合曲面透镜。此外，设置在热沉上的芯片为1个或多个。
本发明的功率LED器件相对于现有的功率LED器件要简单紧凑，利用本发明的散热基板制造功率LED器件的功率提升空间大，尤其适于制造功率较大的LED器件，实现了低成本、高效率的制造高性能、高质量的功率LED器件的目的。

Claims (17)

1.一种用于制造功率LED的散热基板结构，其特征在于所述散热基板结构包括：
线路基板，所述线路基板为一体结构，其上设置有沉孔、金属线路；
所述的沉孔结构为大小不等的两个孔组合连通，并垂直于线路基板表面，小孔为通孔，大孔为盲孔，所述通孔与盲孔的轴方向相同；
热沉，所述热沉结构为上台阶和下台阶组成的梯台柱状一体结构，上台阶的直径与所述通孔的孔径接近，下台阶的直径与所述盲孔的孔径接近，所述上台阶与下台阶的轴方向相同，并与线路基板的上下表面垂直，下台阶的柱高等于或大于盲孔的深度；
所述热沉结构与所述沉孔结构相对应匹配，热沉可装入沉孔中并以过盈配合方式牢固结合；
其中，在所述线路基板的端部设置有切割定位线，在所述线路基板上设置有槽和/或孔；所述线路基板上设置由多个沉孔组成的M列×N行的沉孔阵列，其中M、N分别是等于或大于1的整数，且M、N不同时等于1，
所述切割定位线为多条，各切割定位线对应各沉孔行和/或沉孔列的侧边；
所述槽和/或孔为多个，设置在各沉孔行或各沉孔列侧边。
2.如权利要求1所述的散热基板结构，其特征在于：所述盲孔的横切面为任意圆形或任意多边形，所述通孔的横切面为任意圆形或任意多边形；所述热沉的所述下台阶横切面为与盲孔的横切面对应的任意圆形或任意多边形，所述上台阶横切面为与通孔的横切面对应的任意圆形或任意多边形。
3.如权利要求1或2所述的散热基板结构，其特征在于：所述的热沉上台阶的柱高等于或大于通孔的深度。
4.如权利要求1或2所述的散热基板结构，其特征在于：所述热沉的上台阶柱顶部为一平面或为一下凹的反射杯。
5.如权利要求1或2所述的散热基板，其特征在于：所述的通孔与盲孔不共轴，对应的所述的上台阶与下台阶不共轴。
6.如权利要求1或2所述的散热基板结构，其特征在于：所述的通孔与盲孔共轴，所述的上台阶与下台阶共轴。
7.如权利要求2所述的散热基板结构，其特征在于：所述盲孔、下台阶横切面为圆形，所述的通孔、上台阶横切面为圆形或正方形。
8.如权利要求1或2所述的散热基板结构，其特征在于：所述热沉的上台阶的顶部横切面略小于其底部横切面，使得上台阶呈锥形；所述热沉的下台阶的顶部横切面略小于其底部横切面，使得下台阶呈锥形。
9.如权利要求1所述的散热基板结构，其特征在于：在线路基板对应沉孔列的两端设置切割定位线，所述切割定位线的条数为M+1条，各切割定位线对应各沉孔列间的中间位置；所述槽是贯通各沉孔行侧边的通槽，槽的个数为N+1个，各槽位于各沉孔行间的中间位置。
10.如权利要求9所述的散热基板结构，其特征在于：在线路基板上沿所述通槽的两侧设置器件电极。
11.如权利要求10所述的散热基板结构，其特征在于：所述器件电极与各个沉孔对应，并对应设置有内部引线连接部。
12.如权利要求11所述的散热基板结构，其特征在于：所述器件电极设置在所述通槽两侧的线路基板上表面、下表面和侧面。
13.如权利要求14所述的散热基板结构，其特征在于：
在线路基板上对应沉孔列的两端设置切割定位线，所述切割定位线的条数为M+1条，各切割定位线对应于各沉孔列间的中间位置；
在线路基板上对应沉孔行的两端设置切割定位线，所述切割定位线的条数为N+1条，各切割定位线对应于各沉孔行间的中间位置。
14.如权利要求13所述的散热基板结构，其特征在于：所述排列设置的多个槽和/或孔与各沉孔行或各沉孔列的两端设置的切割定位线共线。
15.如权利要求14所述的散热基板结构，其特征在于：所述在线路基板的各沉孔列中的每个沉孔或者各沉孔行中的每个沉孔的侧边至少对应一个槽或一个孔。
16.如权利要求14所述的散热基板结构，其特征在于：在线路基板上面沿所述排列的多个槽和/或孔两侧对应各个沉孔设置器件电极，对应于各个沉孔设置有内部引线连接部。
17.如权利要求16所述的散热基板结构，其特征在于：所述器件电极设置在所述槽或孔两侧的线路基板上表面、下表面和侧面。
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