一種可焊接型led基板及其制作工藝的制作方法
【專利摘要】一種可焊接型LED基板及其制作工藝，包括有LED光源、基板，基板表面熱噴涂有一金屬層，LED光源焊接在所述的金屬層上。所述的基板可以為外殼底部、平面的板材或帶有散熱鰭片的散熱器。一種可焊接型LED基板的制作工藝，首先在基板表面熱噴涂有金屬層，然后LED光源通過焊接工藝固定在金屬層上。本發明的有益效果：在專利技術上，采用LED光源直接焊接的方式，固定在散熱器的金屬層上，相對于現有導熱膠填充的機械接觸，不僅減少了鋁基板的熱傳導中間過渡，而且光源焊接后的強度更高，穩定性更好，金屬層材料一般采用銅等高導熱率可焊接的金屬，LED光源焊接后能直接通過支架傳遞給金屬層，再由金屬層快速將熱量傳遞給散熱器，進行散熱，從而最大程度的減少熱阻，提高導熱效率，減少LED光源的光衰減。
【專利說明】一種可焊接型LED基板及其制作工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種新型LED基板，尤其是一種表面可直接焊接LED光源的基板及其制作工藝。
【背景技術】
[0002]發光二極管(LED)作為國際公認的第四代綠色照明光源，具有節能、環保、無輻射、使用壽命長、響應速度快、抗沖擊等獨特優點，隨著LED性能的不斷提升，其應用領域不斷擴展，光源的應用功率也不斷提高，隨之產生的發熱量也大幅提升。由于LED產生的熱量，尤其是功率型LED光源，或多光源同時應用時，熱量集中且持續產熱，因此對于光源散熱有苛刻的要求，這不僅直接影響到LED光源的光衰減，而且關系到LED應用產品(燈具)整體的穩定性和使用壽命。
[0003]目前，對于LED光源的散熱處理，一般是將LED光源，采用機械接觸的方式，固定在LED鋁基板上，形成光源模組后，再固定在散熱器上，通過散熱器的散熱鰭片進行散熱。如專利申請號為200710042990.5的大功率LED道路照明燈專利中，包括有至少一個大功率LED燈頭，散熱器，其中大功率LED燈頭固定于散熱器上，大功率LED燈頭包括燈頭底座、鋁基板、透鏡，所述的燈頭底座的上表面設有凹槽，鋁基板上綁定有數個功率為IW或3W的大功率LED芯片，大功率LED燈頭具有20W?40W的功率，該鋁基板固定于凹槽內，透鏡固定于鋁基板的上方。
[0004]該專利通過將LED光源固定在鋁基板上，一方面在鋁基板上可以制作電氣線路分布，從而直接連接各個光源，形成光源模組，電氣性能和穩定性較高；另一方面在進行批量加工和生產時，具有結構簡單、可靠性高、便于組裝生產等優點。但是，在LED光源的傳散熱性能上，該技術也有較大不足。一方面采用機械方式固定LED光源，無法做到結合面的完全平整，一般需采用導熱膏涂敷的方法，來填充空隙，但是導熱膏的導熱系數較小，相對于金屬焊接，熱阻仍然較大；另一方面，LED光源的熱量先通過支架傳遞給鋁基板，再由鋁基板將熱量傳遞給散熱器，熱量需要兩次傳遞，相對于一次傳熱，即將LED光源直接傳遞給散熱器，由散熱器的散熱鰭片直接進行散熱，其熱阻仍然較大，傳熱效率差，將導致散熱效果不
理相
【發明內容】
[0005]本發明針對上述不足，以及現有鋁合金散熱器難以直接焊接LED光源的缺點，提供一種結構簡單，具有良好傳熱能力的新型LED基板及制作工藝。
[0006]為了實現上述目的，本發明所采取的措施是:一種可焊接型LED基板，包括有LED光源、基板，基板表面熱噴涂有一金屬層，LED光源焊接在所述的金屬層上。
[0007]所述的基板可以為外殼底部、平面的板材或帶有散熱鰭片的散熱器。
[0008]所述的熱噴涂工藝采用電弧噴涂，或等離子噴涂。
[0009]所述的金屬層為可焊接材料，包含有銅、鉛、錫、銀中的一種或多種。[0010]所述的焊接方式采用錫膏焊接，加熱臺，回流焊，超聲波焊接中的一種或多種。
[0011]所述的金屬層厚度為0.05?0.5mm。
[0012]一種可焊接型LED基板的制作工藝，首先在基板表面熱噴涂有金屬層，然后LED光源通過焊接工藝固定在金屬層上。
[0013]所述的熱噴涂采用電弧噴涂工藝或等離子噴涂工藝。
[0014]所述的焊接工藝采用錫膏焊接，加熱臺，回流焊，超聲波焊接中的一種或多種。
[0015]本發明的有益效果:
[0016]在思維方式上，本專利完全顛覆了傳統的鋁基板焊接光源，再固定在散熱器的現有技術，直接將LED光源直接焊接在散熱器上，雖然該技術的應用原理及結構易于叫人理解、但是從LED行業中下游的應用領域來說，將實現LED光源傳散熱技術的變革，推動LED半導體照明的推廣和普及，具有重大的社會意義和經濟效益。
[0017]在專利技術上，采用LED光源直接焊接的方式，固定在散熱器的金屬層上，相對于現有導熱膠填充的機械接觸，不僅減少了鋁基板的熱傳導中間過渡，而且光源焊接后的強度更高，穩定性更好，金屬層材料一般采用銅等高導熱率可焊接的金屬，LED光源焊接后能直接通過支架傳遞給金屬層，再由金屬層快速將熱量傳遞給散熱器，進行散熱，從而最大程度的減少熱阻，提高導熱效率，減少LED光源的光衰減。
[0018]在生產工藝上,一方面，金屬層米用熱噴涂方式熱結合在基板表面，不僅具有結合強度高，高溫下不易脫落等技術優勢，而且熱噴涂設備簡單，噴涂金屬材料無特殊要求，可人工或自動操作，生產效率及良品率高，不受外界條件影響等。另一方面，在LED光源的焊接方式上，采用回流焊等現有成熟的焊接工藝，極易實現光源在金屬層上的批量焊接。因此，本專利技術，該技術不僅在傳導熱性能上能夠得到大幅提升，而且生產工藝簡單，生產效率高，整體成本較低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明的一種優選實施例示意圖；
[0020]圖2為本發明的一種優選實施例的剖面示意圖。
[0021]圖3為本發明的另一種優選實施例示意圖；
[0022]圖4為本發明的另一種優選實施例的剖面示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和具體實施例對發明作進一步說明，但不作為本發明的限定。
[0024]實施例1
[0025]如圖1、圖2所示，本實施例主要由LED光源1、金屬層2、基板3、PCB板4等部件組成。其中，在基板3的表面熱噴涂有金屬層2，金屬層2和基板3的表面安裝PCB板4，PCB板4的中間設置有眾多的開孔，孔徑略大于LED光源I的支架大小，LED光源I安裝在PCB板4的開孔內，并焊接在金屬層2上，LED光源I的兩端引腳則焊接在PCB板4上，與PCB板4上的電路分布形成連接。
[0026]金屬層2在噴涂的過程中，對于基板3表面熱噴涂位置的選擇，可以采取局部定點噴涂或是全部噴涂。采用全部熱噴涂，一方面不需要制作夾具等輔助配件，可以直接噴涂操作，另一方面焊接LED光源I后，由于噴涂的金屬層2具有較高的導熱系數，以比較常用的銅為例，其導熱系數可以達到400W/mK左右，全部噴涂在基板3的光源安裝面，能更加有利于熱量的傳遞。采用局部定點熱噴涂，相對于全部噴涂，則需要制作專業的夾具，并控制好噴涂的準確度。在本實施例中，基板3采用了常用的鋁合金散熱器，由于鋁合金材料也具有較高導熱系數，在230W/mK左右，噴涂后的金屬層2可以通過鋁合金散熱器進行快速的傳熱。所以，本實施列優先采用局部定點噴涂的方式。在考慮性能和成本因素后，金屬層2采用線性的條狀分布，其寬度應略大于或大于LED光源I的支架底部，在基板3的表面噴涂眾多的線性條狀金屬層2。在實際的應用過程中，金屬層2的噴涂位置根據需要可以不斷調整，如采用各種形狀，規則或不規則的分布在基板3表面。
[0027]在金屬層2的熱噴涂方式上，可以采用電弧噴涂，或等離子噴涂等。其中，等離子涂技術，是采用由直流電驅動的等離子電弧作為熱源，將陶瓷、合金、金屬等材料加熱到熔融或半熔融狀態，并以高速噴向經過預處理的工件表面而形成附著牢固的表面層的方法。具有以下幾個特點:1、超高溫型，便于進行高熔點材料的噴涂；2、噴射粒子的速度高，涂層致密，粘結強度高；3、使用惰性氣體為工作哦氣體，噴涂材料不易氧化等。
[0028]相比較來說，電弧噴涂是利用燃燒于兩根連續送進的金屬絲之間的電弧來熔化金屬，用高速氣流把熔化的金屬霧化，并對霧化的金屬粒子加速使它們噴向工件形成涂層的技術。在進行電弧噴涂前，需做預前處理，即噴砂處理，以達到一定的結合強度，避免噴涂層掉落。
[0029]電弧噴涂提高了熔融粒子的飛行速度和霧化質量，降低了涂層的空隙率，同時增加了涂層與基體的結合強度，具有以下技術優勢:準備工作簡單，噴涂效率高，更換噴涂材料方便，安全性高，成本低，涂層質量高等。因此，本實施例優選采用電弧噴涂的方式來在基板3的表面熱噴涂金屬層2。
[0030]金屬層2為可焊接材料，主要為含有銅、鉛、錫、銀中的一種或多種。一方面以上金屬材料，具有良好的可焊性，并易于加工噴涂；另一方面以上金屬材料，本身具有較高的導熱系數，焊接LED光源I后，熱阻較低，導熱性能好。在性能和成本的綜合考慮上，優選采用含銅材料進行熱噴涂。
[0031]噴涂的金屬層厚度一般為0.05?0.5mm。如果噴涂的厚度太薄，則容易造成金屬層的附著力不足，引起金屬層的脫落；如果噴涂的太厚，則容易引起材料和加工成本的上升。因此，通過對比試驗，金屬的厚度優選采用0.1_。
[0032]LED光源I焊接在金屬層2表面時，一般采用錫膏焊接，或回流焊，或超聲波焊接。在小批量試驗或制作樣品時，可以采用傳統的錫膏進行人工焊接，減少專業設備的使用；在進行大批量生產的過程中，可以采用回流焊或超聲波焊接，由于超聲波焊接對于焊接的材料要求比較高，并且需要超聲波專用的焊接設備，所以一般較少應用。加熱臺及回流焊工藝，已經在電子應用領域已經得到了大范圍的應用，考慮到批量生產效率以及焊接品質，故優選采用加熱臺或回流焊的方式將LED光源I焊接在金屬層2上。
[0033]PCB板4固定在基板3和金屬層2的上方,優選米用絕緣、耐溫的玻纖板。在實施過程中，一般采用整片的形式安裝在基板3上，一方面，便于在面設置有電路分布，焊接LED光源I的兩端針腳后，形成電氣聯接；另一方面，能夠保證安裝過程中的位置準確度，尤其是開孔位置的準確性，將直接影響到LED光源I的焊接位置，便于批量的安裝生產，同時還能夠保證PCB板4安裝后的整體美觀度。
[0034]基板3可以為外殼底部、平面的板材或帶有散熱鰭片的散熱器等，帶有散熱功能的部件表面都可以認為是基板3。如果燈具外殼帶有散熱功能，如LED吸頂燈，則基板3可以為燈具外殼的底部，LED光源I可以直接焊接在外殼底部；如果LED光源I的數量較少或功率較小，并且空間面積有限，一般采用平面的(金屬)板材作為基板3;如果LED光源的總功率較大，應用到大型的燈具上，而且空間面積較大，這一般采用帶有散熱鰭片的散熱器。在本實施例中，基板3采用帶有散熱鰭片的散熱器，使LED光源I產生的熱量能夠快速傳導到散熱鰭片，實現與空氣的對流散熱。
[0035]基板3的材料，可以采用鋁、銅、鋁合金等高導熱易成型的金屬或合金材料。考慮到成本和性能的綜合因素，優選采用鋁合金材料制作，并通過擠壓工藝一次成型，再根據生產需要進行加工。
[0036]實施例2
[0037]如圖3和圖4，本優選實施例主要由LED光源1、金屬層2、基板3等組成。其中，基板3采用類似太陽花結構的鋁合金散熱器，中心部分為實心圓柱體，并以圓柱體為中心，放射狀的分布有散熱鰭片。在基板3上的圓柱體平面上全部熱噴涂有金屬層2，集成封裝的LED光源I焊接在金屬層2的表面。
[0038]基板3作為散熱的主要部件，可以根據實際的應用需要進行變換，可以認為起到散熱作用的部件表面，都可以作為基板3，來進行表面的熱噴涂金屬層2。本實施中的基板3，采用類似太陽花結構的散熱器，一方面其適用領域廣泛，可以用在LED筒燈、LED吸頂燈等室內小型燈具中；另一方面其導熱系數較高，散熱面積大，總體散熱性能良好，采用擠壓工藝進行生產，成本較低，適用于批量的規模應用。
[0039]LED光源I作為發光器件，在實際應用中，可以根據功率大小、光源內芯片數量等不同劃分標準來進行選擇。如本實施例中，LED光源I的焊接面積有限，難以焊接較多光源，而且基板3的散熱效率較高，所以優選采用集成封裝的大功率LED光源I，直接焊接在金屬層2上。
[0040]LED光源I焊接在金屬層2上后，可以在光源旁邊設置線路板或是直接采用導線的形式，將LED光源I的電極引腳連接到驅動電源。
[0041]以上所述的實施例，只是本發明較優選的【具體實施方式】，本領域的技術人員在技術方案范圍內進行的通常變化和替換都應該包括在本發明的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種可焊接型LED基板，包括有LED光源、基板，其特征在于，基板表面熱噴涂有一金屬層，LED光源焊接在所述的金屬層上。
2.根據權利要求1所述的一種可焊接型LED基板，其特征在于，所述的基板為外殼底部、平面的板材或帶有散熱鰭片的散熱器。
3.根據權利要求1或2所述的一種可焊接型LED基板，其特征在于，所述的熱噴涂采用電弧噴涂或等離子噴涂。
4.根據權利要求3所述的一種可焊接型LED基板，其特征在于，所述的金屬層為可焊接材料，包含有銅、鉛、錫、銀中的一種或多種。
5.根據權利要求3所述的一種可焊接型LED基板，其特征在于，所述的焊接方式采用錫膏焊接，加熱臺，回流焊，超聲波焊接中的一種或多種。
6.根據權利要求3所述的一種可焊接型LED基板，其特征在于，所述的金屬層厚度為0.05 ~0.5mm。
7.—種可焊接型LED基板的制作工藝，其特征在于，首先在基板表面熱噴涂有金屬層，然后LED光源通過焊接工藝固定在金屬層上。
8.如權利要求7所述的一種可焊接型LED基板的制作工藝，其特征在于，所述的熱噴涂采用電弧噴涂工藝或等離子噴涂工藝。
9.如權利要求8所述的一種可焊接型LED基板的制作工藝，其特征在于，所述的焊接工藝采用錫膏焊接，加熱臺，回流焊，超聲波焊接中的一種或多種。
【文檔編號】F21V29/00GK103900044SQ201410145225
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月8日 優先權日:2014年4月8日
【發明者】諸建平, 吳祖通 申請人:浙江聚光科技有限公司