CN201827857U

CN201827857U - Led光源的导热结构

Info

Publication number: CN201827857U
Application number: CN2010205447729U
Authority: CN
Inventors: 孙建国
Original assignee: Nanjing Handson Science & Technology Corp
Current assignee: Nanjing Handson Science & Technology Corp
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2020-09-28

Abstract

本实用新型揭示了一种LED光源的导热结构，是指一散热基板，其单侧或双侧表面设有印刷电路板及其电极焊盘，以及与电极焊盘相连的发光元件，各电极焊盘之间分布有导电线路，其特点是该散热基板顶面或两面为具有尺寸稳定性和散热性的陶瓷层，且于其上对应发光元件的热沉装设位置形成有凹槽；散热基板还设有一个以上自上而下穿透至散热基板底面的散热通孔，围绕凹槽且与印刷电路板的导电线路和电极焊盘不相干涉而设，并在散热基板内设有连通各散热通孔的散热通道。应用本实用新型的技术方案，能有效提高印刷电路板的导热性能、电气绝缘性能和机械加工性能，增强LED产品耐高低温度冲击性能，提高产品的可靠性、稳定性，广泛应用于电子器件的热传递介质。

Description

LED光源的导热结构

技术领域

本实用新型涉及LED照明灯具的散热结构，尤其涉及一种LED光源封装用陶瓷散热结构，属于LED应用技术领域。

背景技术

LED照明光源在许多灯具及相关产品中已逐步开始大量使用，其具有使用寿命长、发光效率高及耗电量等特点，具有取代传统照明光源的趋势。

但目前在封装技术的发展中，功率提高及体积越来越小使得中心发热密度越来越高，封装设计仍以多层次封装为基础，造成散热路径上产生大量的热阻，而累积于印刷电路板上热阻最大；同时，散热基板所使用的散热片几乎都是铝合金或铜合金等金属，随着功率及面积的不断增大，导热性能也会达到饱和值，当然发光二极体的温度也就无法有效降低，长时间高温造成LED光衰加剧、寿命缩短，增加了LED失效的可能性。另外，当前技术路线将LED光源芯片与散热基板贴装与一个平面且进行电气连接。这样，散热基板同时具有散热与电气连接作用，如果散热基板在高温下产生热应力及变形，势必会造成电路短路或断路故障，使得整个光源产品失效，因此，散热基板的选择、结构设计尤为重要。

上述的现象表明，一些LED产品只靠封装设计已无法满足高功率LED设计需要，必须由多方位的组合设计来加强散热功能，减小散热效果不佳的问题影响，提高发光二极体的发光效率及使用寿命。因此，如何选择印刷电路板材料绝缘及散热研究已成为目前基板设计的一个重要方向。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于将发光二极管封装在散热基板复合结构上，提供一种LED光源的导热结构，利用合理布局的散热通孔和高热传导性的散热基板，避免热能蓄积于印刷电路板中，从而提高LED光源的散热性和绝缘安全性，并可延长发光元件的使用寿命。

本实用新型的目的，将通过以下技术方案得以实现：

LED光源的导热结构，是指一散热基板，所述散热基板上表面设有一印刷电路板及其两个以上的电极焊盘，以及与电极焊盘相连、一个以上的发光元件，所述印刷电路板各电极焊盘之间分布有导电线路，其特征在于：所述散热基板顶面为具有尺寸稳定性和散热性的陶瓷层，且所述陶瓷层对应发光元件的热沉装设位置形成有凹槽；所述散热基板设有一个以上自上而下穿透至散热基板底面的散热通孔，所述散热通孔围绕凹槽而设，与印刷电路板的导电线路和电极焊盘不相干涉，且在所述散热基板内设有连通各散热通孔的散热通道。

进一步地，前述的LED光源的导热结构，其中该散热基板为氧化铝、氮化铝或完全陶瓷材质的平面板材，或为规则形状、非规则形状的柱体结构。

进一步地，前述的LED光源的导热结构，其中该印刷电路板的导电线路为铺设在散热基板上的金属铜线，且其电极焊盘的局部设有铟金合金或金锡合金。

进一步地，前述的LED光源的导热结构，其中该印刷电路板的绝缘介质为环氧玻纤布粘结片或环氧树脂聚合物之一。

进一步地，前述的LED光源的导热结构，其中该散热基板上所设发光元件数量上为一个以上，各发光元件间的导电线路及其电极焊盘为串联结构或并联结构。

本实用新型的目的，还可以通过以下技术方案得以实现：

LED光源的导热结构，是指一散热基板，所述散热基板上、下两侧表面均设有一印刷电路板及其各自两个以上的电极焊盘，以及与电极焊盘相连、两个以上的发光元件，所述各印刷电路板的电极焊盘之间分布有导电线路，其特征在于：所述散热基板为具有尺寸稳定性和散热性的陶瓷结构或顶面及底面均为陶瓷的夹层结构，且所述散热基板的两侧表面对应发光元件的热沉装设位置形成有凹槽，所述凹槽相对散热基板的两侧表面错位；所述散热基板设有一个以上自上而下穿透至散热基板底面的散热通孔，所述散热通孔围绕每一凹槽而设，与印刷电路板的导电线路和电极焊盘不相干涉，且在所述散热基板内设有连通各散热通孔的散热通道。

进一步地，前述的LED光源的导热结构，其中该散热基板两侧的印刷电路板相对独立或相互导联。

实施本实用新型的技术方案，其有益效果体现在：

(1)选用陶瓷散热基板热传导率超过铝材料，具有比铝材料更好的导热性，且重量也比铜轻，以保持散热器的轻便，提高了LED封装基板的散热性能，改善因温升导致LED芯片光衰大及寿命下降的问题；

(2)LED散热基板结构的热膨胀率小，具有优异的散热性能，其散热效果卓越；陶瓷材料热膨胀系数与LED芯片接近，受热基材膨胀变化差异小，避免铜线路和金属化孔间断裂而造成破坏；

(3)抗热应力性强：陶瓷散热基板在常温下使用时能经受住温度的剧变而不致破坏，耐高低温度冲击性能强，提高LED产品的可靠性、稳定性；

(4)陶瓷散热基板具有高机械强度和韧性，在陶瓷散热基板上可实现大面积的印制板的制造，能够有效地克服导电层、基板之间因不同膨胀系数而引起的应力效应，可承受钻孔、冲剪、切割、蚀刻等加工；

(5)防静电性能较好，陶瓷或石墨材质本身，能够有效扩散静电，防止静电击穿电器元件。

附图说明

图1是本实用新型LED光源导热结构一实施例的立体结构俯视示意图；

图2是图1中A-A线的剖面结构示意图；

图3是本实用新型LED光源导热结构另一实施例的剖面结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的技术特征及应用后的有益效果更清楚、易于理解，以下结合本实用新型若干选实施例及其附图对本实用新型作进一步地详细说明。然而，除了该详细描述之外，本实用新型还可以广泛地在其他的实施方式实行。亦即，本实用新型的范围不受已提出之实施方式的限制，而应以本实用新型提出之申请专利范围为准。

如图1所示，为本实用新型LED光源的导热结构之第一较佳实施例的结构分解图，本LED光源的导热结构主要结构包含有：一个散热基板1，其可以为顶面具有尺寸稳定性及散热性的陶瓷层或完全为陶瓷结构(本实施例优选完全为陶瓷结构)，该散热基板1上有一印刷电路板3，印刷电路板3上表面且分布有导电线路及电极焊盘(常规技术未标识)，放置光源热沉的区域具有凹槽，发光元件2或发光元件贴合于此散热基板1上的具有凹槽区域内，该印刷电路板3上具有两个或两个以上电极焊盘，并由金属导线将发光元件两端的电极与该印刷电路板3上的电极焊盘相连接，散热基板1用于承受机械及热应力。特别地，该散热基板1具有若干个散热通孔4，所述散热通孔4自上而下透过印刷电路板直达散热基板的底层，散热通孔4包围在发光元件2的热沉四周，并与导电线路或电极焊盘保持一定距离，基板内散热通孔4彼此之间还有散热通道，以防止局部热量积聚。

该散热基板1为非金属陶瓷材质，其形状为平面板材，也可以是规则形状或非规则形状的柱体结构，如菱形柱体或方形柱体，只要可以与发光元件2热沉座层匹配即可。此外，以较佳实施例中平面板材结构为例，该散热基板1的材质可为高分子材料、陶瓷材料或前述两者所形成的复合材料，该散热基板1的上表面与该印刷电路板3的下表面相对应，并由环氧玻纤布粘结片或者特殊的高导热环氧树脂聚合物等黏性物质黏合方式，让散热基板1与印刷电路板3固定结合成一体，在该印刷电路板3的上板面电极经焊锡焊接方式与光源电极一一对应连接，在散热基板1与印刷电路板3的上下表面及复数个贯穿两个面之散热通孔，而形成发光二极体复合结构散热基板1。

上述的发光元件2嵌入印刷电路板3的对应凹槽区域内的镂孔内，并与下方的非金属基的散热基板1接触，散热基板1位于LED光源2的热沉正下方，光源热沉与其内表面壁充分接触，热量沿板面均匀传递，环绕四周的散热通孔将热量均匀的对流传到空气中。

该发光元件2及其电极贴装固定于印刷电路板3的表面电极焊盘上，固定方式可使用锡膏、导电银胶涂敷或是用锡焊的方式固定，光源器件的电极或引脚以并联或串联结构方式排布。

该印刷电路板3上分布有导电线路以及电极焊盘，其材质选择上一般采用高导热的环氧玻纤布粘结片或者特殊的高导热环氧树脂聚合物，其底层导热层为高导热的陶瓷基板，具有很强的尺寸稳定性和机械加工性能及优良的散热性。发光元件2的热沉与陶瓷基板表面紧密接触，热沉的四周与印刷电路板3的绝缘介质紧密贴合，构成两层结构的基板结构，如图2所示。

上述印刷电路板3贴覆散热基板1后，即可在印刷电路板3外层加工导电层，并布置导电线路，或在绝缘层的外面全部覆盖导电层，再在导电层上面蚀刻制作导电线路；并在绝缘层的外面局部涂覆防护膜，其中，该导电线路采用金属铜来制作，电极焊盘还可以使用或在铜层上辅助使用金、银、钯等金属来制作导电线路。

除上述单导电层的基板结构外，本实用新型的LED光源的导热结构的还可为双面结构。如图3所示，在散热基板1的相对面也可布置导电线路及发光元件2。散热基板1结构与前述的方案相似，区别在于，在陶瓷散热基板1相对面再黏合一层印刷电路板，发光元件贴装在散热基板两侧相错位的凹槽区域内，上下两面的所形成的具有凹槽区域错位交叉排列，而散热通孔4则分布于两者的缝隙之中，与两侧的导电线路及电极焊盘均不相干涉，以便能够更好地取得散热效果。

综上所述，LED散热基板导热结构具有良好的导热性能、绝缘性能和机械加工性能，大幅度提高LED光源的导热效果，提高了产品可靠性和稳定性，延长了产品的使用寿命，广泛应用于电子器件的热传递介质，提高工作效率。

Claims

1.LED光源的导热结构，是指一散热基板，所述散热基板上表面设有一印刷电路板及其两个以上的电极焊盘，以及与电极焊盘相连、一个以上的发光元件，所述印刷电路板各电极焊盘之间分布有导电线路，其特征在于：所述散热基板顶面为具有尺寸稳定性和散热性的陶瓷层，且所述陶瓷层对应发光元件的热沉装设位置形成有凹槽；所述散热基板设有一个以上自上而下穿透至散热基板底面的散热通孔，所述散热通孔围绕凹槽而设，与印刷电路板的导电线路和电极焊盘不相干涉，且在所述散热基板内设有连通各散热通孔的散热通道。

2.根据权利要求1所述的LED光源的导热结构，其特征在于：所述散热基板为氧化铝、氮化铝或完全陶瓷材质的平面板材，或为规则形状、非规则形状的柱体结构。

3.根据权利要求1所述的LED光源的导热结构，其特征在于：所述印刷电路板的导电线路为铺设在散热基板上的金属铜线，且其电极焊盘的局部设有铟金合金或金锡合金。

4.根据权利要求1所述的LED光源的导热结构，其特征在于：所述印刷电路板的绝缘介质为环氧玻纤布粘结片或环氧树脂聚合物之一。

5.根据权利要求1所述的LED光源的导热结构，其特征在于：所述散热基板上所设发光元件数量上为一个以上，各发光元件间的导电线路及其电极焊盘为串联结构或并联结构。

6.LED光源的导热结构，是指一散热基板，所述散热基板上、下两侧表面均设有一印刷电路板及其各自两个以上的电极焊盘，以及与电极焊盘相连、两个以上的发光元件，所述各印刷电路板的电极焊盘之间分布有导电线路，其特征在于：所述散热基板为具有尺寸稳定性和散热性的陶瓷结构或顶面及底面均为陶瓷的夹层结构，且所述散热基板的两侧表面对应发光元件的热沉装设位置形成有凹槽，所述凹槽相对散热基板的两侧表面错位；所述散热基板设有一个以上自上而下穿透至散热基板底面的散热通孔，所述散热通孔围绕每一凹槽而设，与印刷电路板的导电线路和电极焊盘不相干涉，且在所述散热基板内设有连通各散热通孔的散热通道。

7.根据权利要求6所述的LED光源的导热结构，其特征在于，所述散热基板两侧的印刷电路板相对独立或相互导联。