CN104896320A - Led灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及灯具照明领域，公开了一种LED灯。本发明包括电路基板与散热体，立体电路，LED灯珠或裸晶，驱动电源；电路基板与散热体用同一导热绝缘材料一体成型构成结构件，结构件的电路基板上制作有立体电路，LED灯珠或LED裸晶安装在立体电路上，驱动电源与立体电路连接，为LED灯珠或者LED裸晶供电。本发明中，因为用一个导热绝缘体取代了电路基板和散热体两个物体，直接在该绝缘体上制作立体电路，LED直接封装或焊接在立体电路上，所以既保证了绝缘安全，又保证了LED上的热量高效地传给散热体，提高了LED灯的使用寿命；装配时只需直接在结构件的立体电路上安装LED灯珠或者LED裸晶即可，零件数量少，装配简单。

Description

LED灯

技术领域

本发明涉及灯具照明领域，特别涉及一种LED灯。

背景技术

随着二极管LED芯片等发光芯片的发光效率的提高，LED不断地向大尺寸液晶背光以及室内外照明等应用领域拓展。

与此同时，对LED灯的结构、制造方式与成本等方面提出了更高的要求。另外，一般来说，LED灯工作的稳定性以及LED芯片的使用寿命与灯体本身的散热关联程度高，因此散热效果也需要进一步提高。

现有的LED灯的结构较复杂，如图1现有LED球泡灯典型结构图所示，为了较好的解决散热一般将LED灯珠焊接到铝基板或陶瓷基板上，再将基板固定到散热主体，散热主体一般使用铝合金压铸成型。基板与散热主体间用导热硅脂或导热硅胶片连接，为了节省空间电源模块一般内置在铝合金散热主体内部与基板通过导线以焊接方式连接。

对应的制作LED灯的现有工艺如图2所示，LED灯珠201安装在铝基板或者陶瓷基板202上，同时基板202与散热体204间通过导热硅脂203连接。按照如图2所示的现有工艺制作得到的LED灯的剖面图如图3所示，从上到下依次为：LED芯片301，基板302，连接材料303，以及散热器304。

这种结构存在以下缺陷：

1.铝合金散热主体是电的良导体，因此必须对其与电源模块之间进行绝缘处理，一般使用绝缘材料将电源包覆起来，增加成本的同时不利于电源的散热，容易造成电源因散热不佳缩短寿命；

2.使用导热硅脂作为基板与散热主体的连接材料：

传统的LED导热界面采用导热硅脂材料进行导热，由于导热硅脂材料的导热性能远远没有导热材料的高，那么导热硅脂的加入会增加散热体的热阻，导致散热效果变差；

导热硅脂在使用过程中存在游离物质析出，污染灯具透镜，影响透光率；

导热硅脂在长时间使用过程中会存在老化的问题，导热效率下降，最终导致LED节温升高，导致LED出现光衰，影响寿命；

在组装过程中，需要人工将导热硅脂涂在散热体上，涂装的过程对人员的要求比较高，以防导热硅脂溢出影响；

3.铝基板作为LED灯珠的电路基板，虽然铝的导热、散热能力很强，但为了绝缘必须在线路层与铝基层间加一绝缘层，这就导致铝基板的导热能力急剧下降，并且长期使用存在绝缘层与线路层或铝基体分离的风险，造成导热能力的进一步下降。

综上所述，整个LED灯体有多处需要进行绝缘处理，降低了各部件的散热效果；另外，安装时需要先将LED灯珠安装在基板上，再将基板与散热板装配在一起，基板与散热体的装配既费工时，又因需要导热硅脂连接或有机械连接缝隙而降低了热传导性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LED灯，用一个导热绝缘体取代了电路基板和散热体两个物体，直接在该绝缘体上制作立体电路，LED直接封装或焊接在立体电路上，所以既保证了绝缘安全，又保证了LED上的热量可以高效地传给散热体，提高了LED灯的使用寿命；装配时只需直接在结构件电路基板的立体电路安装上LED灯珠或者LED裸晶即可，零件数量少，装配简单。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开了一种LED灯，包括电路基板与散热体，立体电路，LED灯珠或者LED裸晶，驱动电源；

电路基板与散热体用同一导热绝缘材料一体成型构成结构件；

结构件的电路基板上制作有立体电路；

LED灯珠或者LED裸晶安装在立体电路上；

驱动电源与立体电路连接，为LED灯珠或者LED裸晶供电。

本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

因为用一个导热绝缘体取代了电路基板和散热体两个物体，直接在该绝缘体上制作了立体电路，LED直接封装或焊接在立体电路上，所以既保证了绝缘安全，又保证了LED上的热量可以高效地传给散热体，提高了LED灯的使用寿命；装配时只需直接在导热绝缘体的立体电路安装上LED灯珠或者LED裸晶即可，零件数量少，装配简单。

进一步地，立体电路通过激光照射和化镀的方式制作而成，可在结构件任意可视面形成立体线路，拓展了驱动电源连接到立体线路上的方式。

进一步地，驱动电源直接连接在所述立体电路上，或者以非焊接的方式连接到所述立体电路上，简化了生产工艺，同时驱动电源可以使用开放式电源，降低成本的同时改善了电源的散热能力，提高了电源模块的使用寿命。

进一步地，驱动电源与所述LED灯珠或者LED裸晶位于所述电路基板的不同侧，并置于所述散热体形成的容置仓中，进一步节省了LED等的整体空间。

进一步地，选用导热塑料制作电路基板与散热体，具有成型容易、成本低廉的优势。

附图说明

图1是现有技术中一种LED球泡灯典型结构图；

图2是现有技术中制作LED灯的现有工艺示意图；

图3是现有工艺制作得到的LED灯的结构示意剖视图；

图4是本发明第一实施方式中一种LED灯的结构示意剖视图；

图5是本发明第一实施方式中制作LED灯的新工艺示意图；

图6是本发明第二实施方式中一种LED灯的结构示意剖视图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明第一实施方式涉及一种LED灯，图4是该LED灯的结构示意图，其中图（a）和图（b）为两种不同的实施例。如图4所示，该LED灯包括电路基板401与散热体402，立体电路403，LED灯珠或者LED裸晶404，驱动电源405。

电路基板401与散热体402用同一导热绝缘材料一体成型构成结构件，必要时该结构件可用模内注塑的工艺嵌入一铝制件以提高导热效果，其中铝制件包覆在导热绝缘材料中；

结构件的电路基板401上制作有立体电路403；

LED灯珠或者LED裸晶404安装在立体电路403上；

驱动电源405与立体电路403连接，为LED灯珠或者LED裸晶404供电。

另外，在本实施方式中，驱动电源405与LED灯珠或者LED裸晶404位于电路基板的同一侧，驱动电源405直接连接在立体电路403上，或者以非焊接的方式（包括触点接触或卡槽或插针等方式）连接到立体电路403上。如图4中LED灯的结构示意剖视图所示，驱动电源405与LED灯珠或者LED裸晶404位于电路基板的同一侧，其中图（a）中驱动电源405通过顶针406连接在立体电路403上，图（b）中驱动电源405直接焊接在立体电路403上。

可以理解，由于电路基板401与散热体402是用同一导热绝缘材料一体成型构成结构件的，一方面，由导热绝缘材料制成的电路基板401既可以作为LED灯珠或者LED裸晶404与散热体402之间的传热体，又可以作为绝缘体，省去了在电路基板401与立体电路403之间加绝缘层的工序；另一方面，由导热绝缘材料制成的散热体402也同时具备导热及绝缘能力，因此驱动电源405不需进行绝缘处理，可以使用开放式电源，降低成本的同时改善了电源的散热能力，提高了电源的使用寿命。再者，由于散热体402与电路基板401是一体成型的，既省去了使用导热硅脂连接电路基板401与散热体402的工序，又在一定程度上克服了由导热硅脂造成的散热效率下降的问题；一体成型还可节省空间，为LED外观个性化设计实现提供可能性。

由于上述多方面的因素，如图5制作LED灯的新工艺示意图所示，在装配时只要直接在电路基板202与散热体204一体化成型构成的结构件的立体电路上安上LED灯珠或者LED裸晶201即可，零件数量少，装配简单。而现有技术中则需要先将LED灯珠安装在基板上，再将基板与散热板装配在一起，如图2和图3所示，基板与散热体的装配既费工时，又因需要导热硅脂连接或有机械连接缝隙而降低了热传导性能。

优选地，制成电路基板与散热体的绝缘导热材料为导热塑料。

使用导热塑料制作电路基板与散热体，具有成型容易、成本低廉的优势。

此外，可以理解，在本发明的其他实施方式中，也可以选用导热陶瓷或者其他绝缘导热材料，例如氮化铝陶瓷、氧化铝陶瓷或者碳化硅。

优选地，立体电路为通过先由激光扫描得到线路图形，后对经激光扫描过的区域进行选择性化镀的工艺方式制作的金属化线路。

在本实施方式中，采用激光线路直接成型工艺（LDS工艺）可在结构件任意可视面形成立体电路，驱动电源既可以直接连接在立体电路上，也可以以非焊接的方式（包括触点接触或卡槽或插针等方式）连接到立体电路上，拓展了驱动电源连接到立体线路上的方式，也进一步地简化了生产工艺。

LDS工艺是利用激光对含有金属化学物的特殊塑胶材料进行镭雕，然后经过化学镀铜/镍，在塑件表面形成高精度互联结构及立体电路，工艺流程为：改性塑料注塑成型→激光镭雕→金属镀。

激光扫描所用的激光设备为多模式激光器，激光设备功率为5～50W，波长为200～1064nm。

此外，可以理解，在本发明的其他实施方式中，也可以采用其他类型的激光器，而不局限于此。例如气体激光器，固体激光器或者半导体激光器。激光设备的功率和波长也可以选择其他适合的范围。

可以理解，在本发明的其他实施方式中，可以采用激光线路直接成型工艺（LDS工艺）制作立体电路，也可以采用其它的三维模塑互连器件工艺（3D-MID）在结构件上形成立体电路，例如LAP、LRP工艺等。

LAP（Laser Activating Plating）工艺，即激光活化后金属镀工艺是基于普通塑料基材的三维镭***密加工工艺，基材经激光镭雕后进行化学药液活化处理，然后经过化学镀铜/镍，在塑件表面形成高精度互联结构及立体电路。

工艺流程为：普通塑料注塑成型→激光镭雕→化学表面活化→金属镀。

LRP（Laser Restructuring Printing）工艺，即激光重构印刷工艺是通过三维印刷工艺，将导电银浆高速精准地涂敷到工件表面，形成线路形状，然后通过三维控制激光修整，以形成高精度的电路互联结构。

工艺流程为：普通塑料注塑成型→银浆3D印刷→激光镭雕。

其中，3D-MID技术是指在注塑成型的塑料壳体的表面上，制作有电气功能的三维立体电路及互联器件。

选择性化镀生成的的金属镀层厚度为1～50um，化镀温度为20～70摄氏度，化镀时间为1～7小时。此外，可以理解，在本发明的其他实施方式中，也可以选用其他化镀参数，而不局限于此。

此外，可以理解，在本发明的其他实施方式中，除了选择性化镀，也可电镀铜加厚，后续还可选择镀镍、金等其它金属镀层。优选地，在选择性化镀的工艺步骤之前，还可以有活化的工艺步骤。

优选地，LED灯珠是以贴片或者焊接的方式安装在立体电路上。

优选地，LED裸晶是直接封装的方式安装在立体电路上。

此外，可以理解，在本发明的其他实施方式中，并不局限于用上述所提及的方式安装LED灯珠或者LED裸晶。

因为用一个导热绝缘体取代了电路基板和散热体两个物体，直接在该绝缘体上制作了立体电路，LED直接封装或焊接在立体电路上，所以既保证了绝缘安全，又保证了LED上的热量可以高效地传给散热体，提高了LED灯的使用寿命。装配时只需直接在导热绝缘体的立体电路安装上LED灯珠或者LED裸晶即可，零件数量少，装配简单。

本发明第二实施方式涉及一种LED灯，图6是该LED灯的结构示意剖视图。

第二实施方式在第一实施方式的基础上进行了改进，主要改进之处在于，如图6所示：

图（c）图（d）中驱动电源405与LED灯珠或者LED裸晶404位于电路基板401的不同侧，并置于散热体402形成的容置仓中；

优选地，如图（d）所示，电路基板401部分有金属化过孔407，驱动电源405通过金属化过孔407并利用顶针406与立体电路403连接，为LED灯珠或者LED裸晶404供电。

此外，可以理解，金属化过孔一种优选的生成方式为，在用激光在绝缘导热材料上打孔，通过选择性化镀在孔中镀上金属。也可以用传统的方式生成金属化过孔，例如植入一小段金属导线等。

驱动电源与LED灯珠或者LED裸晶位于电路基板的不同侧，并置于散热体形成的容置仓中，进一步节省了LED等的整体空间。

作为本发明的优选例，具体方案如下：

1.用注塑的方式生产图6（d）所示的结构件，材料为导热塑料（导热系数2～20W/（m·K））；该结构件是基板和散热体的一体成型；如图所示结构上在电路基板部分有孔以做线路过孔之用；

2.线路成型：使用深圳市泛友科技有限公司生产的三维打标机（型号为：QM3D1H）将线路图形镭雕到结构件上，上述工艺所用的激光设备还可以气体激光器，或是固体激光器，或是半导体激光器；设备功率是5～50W，优选10～25W；激光波长可以是200～1064nm，优选是1064nm；将镭雕后的产品进行选择性化镀铜，化学镀铜厚度为1～50um，化学镀铜温度为20～70℃，时间为1～7h；可电镀铜加厚10～35um；后续还可选择镀镍、金等其他金属镀层；

3.上述载体完成金属化线路后，在载体上构建线路之后，将LED以贴片的方式（包括表面贴装技术（“Surface Mount Technology”，简称SMT）和焊接）固定到线路上，或将LED裸晶直接封装的方式固定到线路上；本结构实现方式并不局限于上述所提及方式；

4.在载体上构建线路之后，将驱动电源固定到结构件上，并以顶针的方式连接到线路上，形成功能组件。

综上所述，本发明LED灯的结构特点是将LED基板／电路基板与散热体用同一导热绝缘材料一体成型，导热绝缘材料可以是导热塑料或陶瓷；通过3D MID（三维模塑互连）技术形成金属线路，该线路可以是三维的；然后将元器件及LED灯珠以贴片（SMT、焊接）固定到线路上，也可以将LED裸晶以直接封装的方式固定到线路上；同时驱动电源可以直接焊接在电路基板线路上或将独立的电源模组以焊接、非焊接（包括触点接触或卡槽或插针等方式）连接到线路上。

其优势主要体现在：

1.将LED电路基板（对应铝基板）及散热主体一体化成型，材料为绝缘的导热材料，该方案很好的解决了使用导热硅脂带来的问题；同时由于使用的材料具备导热及绝缘能力驱动电源模块可以使用开放式电源，降低成本的同时改善了电源的散热能力提高电源模块的使用寿命；

2.一体化还可节省空间，为LED外观个性化设计实现提供可能性；

3.用3D-MID的工艺在结构件上形成立体线路，LED可以用两种方式固定到线路上（将LED灯珠以SMT或焊接的方式或者将LED裸晶直接封装在线路上）大幅简化生产工艺，降低产生成本；3D-MID工艺可以优选LDS或LAP，材料优选导热塑料或陶瓷；使用导热塑料时相对与铝合金散热器有成型容易、成本低廉的优势；

4.由于利用激光线路直接成型工艺（即LDS）可以在结构件任意可视面形成立体线路，电源可以直接设计在结构件上或用非焊接方式连接到线路上，进一步简化生产工艺提高电源寿命。

需要指出是的，在本发明的各实施方式中，立体电路指的是绝缘基体（绝缘导热材料）的造形是立体的（不是平板的），绝缘基体上的金属电路可以是立体的，也可以是平面的（例如金属电路可能只覆盖了绝缘基体一个侧面）。

需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种LED灯，其特征在于，包括电路基板与散热体，立体电路，LED灯珠或者LED裸晶，驱动电源；

所述电路基板与散热体用同一导热绝缘材料一体成型构成结构件；

所述结构件的电路基板上制作有立体电路；

所述LED灯珠或者LED裸晶直接安装在所述立体电路上；

所述驱动电源与所述立体电路连接，为所述LED灯珠或者LED裸晶供电。

2.根据权利要求1所述的LED灯，其特征在于，所述立体电路为通过先由激光扫描得到线路图形，后对经激光扫描过的区域进行选择性化镀的工艺方式制作的金属化线路。

3.根据权利要求1所述的LED灯，其特征在于，所述LED灯珠是以贴片或者焊接的方式安装在所述立体电路上。

4.根据权利要求1所述的LED灯，其特征在于，所述LED裸晶是直接封装的方式安装在所述立体电路上。

5.根据权利要求1所述的LED灯，其特征在于，所述驱动电源与所述LED灯珠或者LED裸晶位于所述电路基板的同一侧，所述驱动电源直接连接在所述立体电路上，或者以非焊接的方式连接到所述立体电路上。

6.根据权利要求1所述的LED灯，其特征在于，所述驱动电源与所述LED灯珠或者LED裸晶位于所述电路基板的不同侧，并置于所述散热体形成的容置仓中；

所述电路基板部分有金属化过孔，所述驱动电源通过所述金属化过孔与所述立体电路连接，为所述LED灯珠或者LED裸晶供电。

7.根据权利要求2所述的LED灯，其特征在于，所述激光扫描所用的激光设备为多模式激光器，激光设备功率为5～50W，波长为200～1064nm。

8.根据权利要求2所述的LED灯，其特征在于，所述选择性化镀生成的的金属镀层厚度为1～50um，化镀温度为25～90摄氏度，化镀时间为1～7小时。

9.根据权利要求1至8所述的LED灯，其特征在于，制成所述电路基板与散热体的绝缘导热材料为导热塑料。