本发明专利技术公开了一种基于非金属基PCB的大功率LED光源新结构，主要包括大功率LED、非金属基PCB、散热器，以及根据电气绝缘和紧固程度控制的需要，增设相应的绝缘垫片或垫圈。其中，LED采用热电分离的引脚式封装结构，引脚可向透镜或底座方向弯曲，引脚在提供电气连接的同时，还能提供较大的紧固力。非金属基PCB为普通的硬质单面覆铜板，并设置有LED的装配通孔，其数量与LED一致，且每个装配通孔的两侧均布有电路和焊盘，使焊装后的LED能通过装配通孔向外发光，而且装配通孔在对LED起到定点卡位作用的同时，还能提供较大程度的紧固力。新结构的LED底座可直接与散热器接触，从而显著减小散热热阻。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及LED光源新结构，尤其涉及基于非金属基电路板实现良好的电气连接、物理承载和散热效果的大功率LED光源新结构，可广泛应用于LED半导体照明领域。
技术介绍
LED (Light Emitting Diode)半导体发光器件具备传统光源所不可比拟的诸多性能优势，是符合节能环保的新一代“绿色照明”光源，其应用领域不断扩展。目前，为实现LED光源大规模替代传统灯具从而开启庞大的通用照明市场，LED需要大幅提高其输入电功率以达到更高的发光亮度。然而输入电功率的不断提高，大功率LED (> 1W)的芯片区域、将伴随产生高达lOOW/cm2以上的热流密度，是常规CPU芯片产热量的数倍。如果热量集中在芯片上而不能及时散出，则会导致芯片迅速升温，不仅能引起热应力的非均匀分布，加速芯片劣化，严重缩短器件寿命，还能显著降低发光强度和荧光粉激射效率等优势工作性能。因此，有效解决散热问题以最大限度地降低LED结温(芯片有源区温度)，已经成为照明用大功率LED光源实现大规模产业化应用的先决条件。在LED光源结构中，普通的非金属基PCB (Printed Circuit Board,电路板)导热性很差，综合导热系数仅为O. 3ff/(m · K)，一般只能用作发热量很小、几乎无散热难题的小功率LED灯板。为了满足大功率LED光源的散热需求，业内开发了一种具有较高导热性能的金属基电路板(Metal Core PCB，MCPCB)。由于其采用一层很薄的绝缘介质材料，将用于制作电路图形的铜箔层和导热性良好的金属基板(一般为铝基板)进行粘接，综合导热系数最高可提升至3W/ (m · K)。以MCPCB作为LED的灯板，能在承担电气连接和机械承载功能的同时，实现散热通路上热阻值的下降，从而改善大功率LED光源结构的散热能力，因此MCPCB灯板成为了现阶段大功率LED光源生产和装配的必备组件。目前，基于MCPCB装配大功率LED光源结构的传统方式是，在MCPCB的铜箔电路一侧焊接LED引脚后，再将另一侧的金属基板用螺丝紧固在散热器上。为了降低界面热阻，在LED底座、MCPCB、散热器之间的两个接触界面上，通常还会预先填充导热硅脂。然而此装配结构往往存在以下问题= (I)LED产生的热量必须通过封装底座一导热硅脂填充界面I — MCPCB —导热硅脂填充界面2 —散热器这条途径散发到周围环境中，其热流路径较长，分结构热阻与界面热阻较多；(2)仅仅依靠LED引脚焊接后产生的微弱紧固力，难以保证最大限度地降低LED底座下导热硅脂层的厚度，致使界面I的贴合不紧密，甚至存在明显的缝隙，界面热阻较高；(3)MCPCB面积较大，与散热器进行装配时必须涂抹大量的导热硅脂，在螺丝紧固时还需要将气泡和多余硅脂从界面内排出，由于导热硅脂的价格较高，耗费量大，装配成本较高；并且硅脂流动性较差，在距离螺丝远近不同的区域内，极易出现气泡残留和硅脂厚度不均匀的情况发生，随之带来界面2的热阻较大、区域一致性较差的后果。同样MCPCB本身也存在一些不足(I)MCPCB内部的介电层均为高分子复合材料，其导热能力过低，成为了通过MCPCB进行热传导的瓶颈；(2)介电层材料的耐温性较差，在制造过程中不得超过250°C 300°C，因此在过锡炉时必须事先调整好焊接工艺的温度控制参数；(3)MCPCB的制造须耗费大量的金属材料作为基板，且工艺复杂，使灯板成本居高不下，限制了其市场开发的潜力，影响了大功率LED光源向普通用户的普及程度。与MCPCB相比，普通的非金属基PCB质量较轻，制造工艺成熟，生产成本低廉，具有优良的耐高温性，适用于不同焊接工艺的要求。然而，由于非金属基板的导热性很差，只限于发热量很小、几乎无散热难题的小功率LED灯板的制作，因此为了将其应用于大功率LED光源中，必须改进相关的结构设计，从而在实现电气连接和机械承载功能的同时，显著提升光源系统的散热能力。
技术实现思路
本专利技术针对大功率LED光源传统结构中围绕MCPCB的应用而存在的诸多问题，旨在提供出一种基于非金属基PCB的大功率LED光源新结构，改变非金属基PCB只能用于小功率LED灯板的传统设计，使其能在实现电气连接和机械承载功能的同时，显著提升光源系统的散热能力，降低并控制大功率LED的芯片结温，保证其各项工作性能，并能降低制造及安装成本，从而符合大批量工业化生产的需求。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为基于非金属基PCB的大功率LED光源新结构，主要包括大功率LED、非金属基PCB、散热器，以及根据电气绝缘和紧固程度控制的需要，增设相应的绝缘垫片或垫圈。其中，大功率LED采用热电分离的引脚式封装结构，即封装底座仅提供散热通路，与引脚间具有良好的电隔离。LED引脚可向透镜方向或者底座方向弯曲，在负责电气连接的同时，还能提供较大的紧固力。非金属基PCB为普通的硬质单面覆铜板，且电路上的阻焊层或者另一面的非金属基板表面涂成白色以利于反光。非金属基PCB上设置有LED的装配通孔，其数量与LED —致，且每个装配通孔的两侧均布有电路和LED引脚焊盘，使焊装后的LED能通过装配通孔向外发光，而且装配通孔在对LED起到定点卡位作用的同时，还能提供较大程度的紧固力。通孔的直径略大于LED塑料支架的直径。散热器为导热性良好的金属或嵌入式热管散热器，并尽量增大其有效散热面积；绝缘垫片可为FR4环氧树脂、聚酰亚胺、聚亚硫胺、BT树脂、聚酯、聚四氟乙烯树脂等等材料制作，垫圈优选非金属材质的具有较强抗形变能力的平垫圈，绝缘垫片与垫圈的厚度均应略小于LED底座与散热器接触后PCB与散热器安装面之间的距离。本专利技术的有益效果为(1)通过改进非金属基PCB的结构发计，并组装出大功率LED光源新结构，能使LED封装底座与散热器安装面直接接触，省略了 PCB的自身热阻和导热硅脂填充界面2的热阻，不仅大大缩短了热流路径而显著降低LED的芯片结温，而且PCB与散热器安装面间亦无需涂抹导热硅脂，从而避免了气泡和多余硅脂的排出困难、界面一致性差、硅脂耗费成本高等问题；⑵该非金属基PCB为硬质单面覆铜板，其刚性较强，由螺 丝安装后可适当提高施加在LED封装外壳或者引脚上的紧固力，从而保证界面I的贴合质量，降低界面热阻；⑶与MCPCB相比，普通的非金属基PCB质量较轻，制造工艺成熟，生产成本低廉，具有优良的耐高温性，适用于不同焊接工艺的要求，符合大批量工业化生产的需求，具有广泛的应用前景。附图说明图I为实施例I的爆炸图；图2为图I中引脚113向上的LEDl的示意图；图3为图I中非金属基PCB2的正反两面示意图；图4为图I中的垫圈3; 图5为图I中散热器4;图6为实施例2的爆炸图；图7为图6中引脚253向下的LED5的示意图；图8为图6中非金属基PCB6的正反两面示意图；图9为图6中的绝缘垫片7。具体实施例方式实施例I如爆炸图I所示，一种基于非金属基电路板的大功率LED光源新结构，包括LED1，非金属基PCB2，垫圈3，以及散热器4。其中，LEDl的引脚113向上，PCB2上设置有LED安装通孔121，通孔121的直径略大于LEDl塑料支架112的直径。PCB2正面覆铜123，所述正面为出光面。垫圈3优选非金属材质的具有较强抗本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张建新，牛萍娟，杨庆新，李红月，孙连根，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：
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