CN101847684A - 加强散热的封装电路板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种加强散热的封装电路板及其制造方法，涉及设有LED发光源的电路板，用于加强设有LED发光源的PCB的散热，以期达到更好的散热效果。本发明方案包括壳体、PCB以及封装PCB的胶体，在所述PCB上设有LED发光源，在所述封装PCB的胶体内嵌有导热系数比胶体大的传热嵌入物，所述传热嵌入物露出胶体表面。本发明可以广泛适用LED显示屏、LED数码管以及LED灯具等各种LED应用产品类。

Description

加强散热的封装电路板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种电路板，特别是涉及设有LED发光源的电路板。
背景技术
很多电子产品的PCB板上面的元件防水、防潮，使用封装胶来密封PCB或者包裹电子元件的。特别是很多设有LED发光源的PCB，都需要用到封装胶体。例如LED显示屏以及LED数码管。
以LED显示屏为例，由于上述情况使用的胶体均为热的不良体，将胶体涂敷在PCB的背面，在LED发光源发光工作的时候，该涂有胶体的局部温度很高，这会严重影响LED的稳定性和使用寿命，而且更高的温度状态下的胶体更容易老化变性。
针对上述情况，目前最常用的散热手段就是通过风扇，增加胶体表面的气体流动，以尽可能地带走胶体散发出来的热量。但是由于能够安装的风扇数量有限，其只能针对整体装配，这样不能直接对每一个LED发光单元及时散热，造成散热不均。因此散热效果仍不理想，每一个LED发光单元亟待进一步加强散热。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是：提供一种加强散热的封装电路板，用于加强设有LED发光源的PCB的散热，以期达到更好的散热效果。
本发明所要解决的第二个技术问题是：提供一种加强散热的封装电路板的制造方法，用于加强设有LED发光源的PCB的散热，以期达到更好的散热效果。
为了解决上述第一个技术问题，本发明提出一种加强散热的封装电路板，其包括壳体、PCB以及封装PCB的胶体，在所述PCB上设有LED发光源，在所述封装PCB的胶体内嵌有导热系数比胶体大的传热嵌入物，所述传热嵌入物露出胶体表面。
优选地：所述壳体为LED数码管壳体，所述PCB为LED数码管的发光电路板。对于一些大功率LED数码管，本发明具有更好的散热效果。
优选地：所述壳体为LED照明灯的壳体，所述PCB为LED照明灯的发光电路板。对于一些大功率LED照明灯，如路灯、家用灯、台灯、手电等，本发明具有更好的散热效果。
优选地：所述壳体为LED显示器的单元模块的壳体，所述PCB为安装在壳体内的发光电路板。这是一种LED显示屏的单元模块，每个单元模块由LED点阵列构成。
优选地：所述LED发光源为单色、伪彩或者全彩的LED发光源。单色LED发光源可以是红光、蓝光或者蓝光芯片加黄色荧光粉的白光发光源。全彩LED发光源一般是红、绿、蓝光LED。其中使用到的蓝光LED可以是在蓝宝石衬底、硅衬底或碳化硅衬底上生长而制造成的LED。
优选地：所述传热嵌入物中包括无定形随形体、球状体、柱状体、椭球体、台状体、锥体、三角体或菱形体中至少一种外形。传热嵌入物的形状会对传热的效果产生影响，具体的应用中，可以根据不同的传热要求，结合成本来选择传热嵌入物的形状。无定形随形体可以是一些取自于自然界的碎石、沙粒，或者人工生产过程中自然结晶的物质，这种无定形随形体具有成本低廉的优势。
优选地：所述胶体优选为环氧树脂、硅胶或者聚氨酯。封装的胶体主要是用于防水或者与外界绝缘，在电子领域常用于封装电路板。
优选地：所述传热嵌入物为绝缘体、半导体或者金属。
传热嵌入物为绝缘体的优选方案为：所述传热嵌入物中包括氧化铝、氧化锆、陶瓷、玻璃、岩石或者导热硅脂材料中至少一种的绝缘颗粒。陶瓷种类很多，其成份比较复杂，其主要成份为氧化铝，也有含有氧化锆的陶瓷，含有氧化铝、氧化锆的陶瓷有别于单独氧化铝和氧化锆成份的颗粒普通玻璃的导热系数与诸如环氧树脂这样的胶体的导热系数相当，故无法起到很好的传热作用，但是很多特殊玻璃，则具有比普通胶体更大的导热系数，对于玻璃的选择面比较广泛。岩石中的花岗岩、玄武岩等岩石具有大于2w/mk的导热系数，它们相对很多胶体，都有更好的导热效果，它们的取材丰富，价格低廉。
所述传热嵌入物为金属的优选方案为：其中金属中包括银、铝、铜、铁、锌至少一种元素。在一些特别的情况下，比如将胶体分为两层，下层贴近PCB为薄的硬胶，在下层上面的胶层中插入所述金属嵌入物。这样的结构可以保证金属不接触PCB，同时能够将胶层中积蓄的热及时导出。半导体材料的传热嵌入物与金属材料的同理。
为了解决本发明的第二个技术问题，本发明提出一种加强散热的封装电路板的制造方法，包括使用胶体封装设有LED发光源的PCB的步骤，在所述胶体完全硬化的过程中，向所述胶体中置入导热系数比胶体大的传热嵌入物，使其固化在胶体内，并使所述传热嵌入物露出胶体表面。
优选地：所述LED发光源是照明灯、数码管或者LED显示屏的发光源。
本发明的有益效果如下：
相比现有技术的设有LED的PCB传热不佳的情况，本发明采取了嵌入传热体的方式加强胶体传热。由于传热体为嵌入式，且必须具有比胶体更大导热系数，其可以将胶体内部的热量及时导出，通过嵌入体突出胶体表面的传热面将更多的热量传递给外部空气。应用了本发明技术的LED显示屏，其LED模块单元上的温度相比没有应用本发明技术的LED模块单元上的温度要更接近环境温度，根据传热体的材料、形状和分布的不同，降低的温度均不相同，一般可降低3～10摄氏度。可以加强LED显示屏的稳定性和延长屏的使用寿命。对于大功率LED数码管以及照明LED，本发明技术也有较好的散热降温效果。
附图说明
图1是本发明实施例一的结构示意图。
图2是实施例二的结构示意图。
图3是实施例三的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种加强散热的封装电路板及其制造方法。
本发明的加强散热的封装电路板包括壳体、PCB以及封装PCB的胶体，在所述PCB上设有LED发光源，在所述封装PCB的胶体内嵌有导热系数比胶体大的传热嵌入物，所述传热嵌入物露出胶体表面。
实施例一，参看图1所示，本例是LED显示屏的单元模块的剖面结构图。壳体1为LED显示器的单元模块的壳体。壳体1内底面有PCB 2，PCB 2通过胶体6封装。在PCB2上设有LED发光源14。壳体1的底部设有LED发光源的通光孔4阵列，LED发光源14位于通光孔4内位置。管脚5由PCB2上延伸出来，管脚5的底部焊接在集成电路板3上。集成电路板3是多个LED单元模块的共同的电路板。
在封装PCB的胶体6内嵌有导热系数比胶体6大的传热嵌入物，传热嵌入物露出胶体表面。LED发光源为红、绿、蓝光三元色全彩发光源，也可以是单色光源或者伪彩光源。胶体6为环氧树脂，也可以是硅胶等材质。如图1所示，嵌入物有菱形嵌入物7、圆台嵌入物8、椭圆嵌入物9、球形嵌入物10、三角嵌入物11、柱状嵌入物12以及随行嵌入物13等各种形状嵌入物。嵌入物优选为氧化铝颗粒。一般环氧树脂的导热系数为0.8w/mk，因此，可以选用导热系数为10w/mk的氧化铝颗粒作为嵌入物。这样在胶体6上嵌入了导热系数为10w/mk的氧化铝颗粒，氧化铝颗粒的一部分嵌入胶体6内，一部分露出胶体6的表面形成散热面。
LED单元模块在使用过程中会产生大量的热量，此时由于胶体6是热的不良导体，积聚在胶体6上的热会导致胶体老化变性，且影响LED芯片的散热，进而影响LED显示屏的使用寿命。本例中，该散热的嵌入物可以更快的将胶体6内的热量导出到胶体6表面，散热嵌入物的表面突出胶体表面，这增大了散热面积，有利于提高散热效率。对胶体6来说，起到了很好的散热降温的效果。
该加强散热的封装电路板的制造方法包括使用胶体封装设有LED发光源的PCB的步骤，在胶体6完全硬化的过程中，向胶体6中置入事先准备好的传热嵌入物，使其固化在胶体6内，并使传热嵌入物如图1那样露出胶体6表面。
传热嵌入物的形状会对传热的效果产生影响，具体的应用中，可以根据不同的传热要求，结合成本来选择传热嵌入物的形状。无定形随形体可以是一些取自于自然界的碎石、沙粒，或者人工生产过程中自然结晶的物质，这种无定形随形体具有成本低廉的优势。
实施例二，参看图2所示，本例仍然一LED显示屏的LED单元模块为例。
相比实施例一，本来的嵌入物可以选用导电的金属材质或者半导体，比如铝、铁或合金等。但是为了不使这些嵌入物与PCB接触而导致短路，因此需要使嵌入物所在的胶体层与PCB隔离开。在制造胶体的时候，可以先制作固化一层较薄的下层胶体601，然后按照实施例一的方法实施即可。这样可以避免嵌入物与PCB发生接触。
本发明实施例三，参看图3所示，本例LED发光源是照明灯。
相比实施例一，本例的区别在于PCB24是大功率LED发光源的电路板，也称基板，其上有有一个大的LED发光源25。LED发光源25可以由多个LED芯片封装组成，PCB可以包括散热热沉或基板。LED发光源25外面设有透镜26。
另外，本发明还可以适用诸如数码管等LED应用领域常用的产品类，数码管的封装与LED显示屏模块的封装方式类同。
除此以外，本发明技术还可以应用在一些带管脚的封装半导体芯片上，这些芯片也是通过封装胶封装，其结构与本发明举例提及的LED产品大同小异。使用了本发明技术后，这些半导体芯片的散热效果都会有较大改善。

Claims (10)

1.一种加强散热的封装电路板，包括壳体、PCB以及封装PCB的胶体，其特征在于：在所述PCB上设有LED发光源，在所述封装PCB的胶体内嵌有导热系数比胶体大的传热嵌入物，所述传热嵌入物露出胶体表面。
2.根据权利要求1所述的加强散热的封装电路板，其特征在于：所述壳体为LED照明灯的壳体，所述PCB为LED照明灯的发光电路板；或者所述壳体为LED数码管壳体，所述PCB为LED数码管的发光电路板；或者所述壳体为LED显示器的单元模块的壳体，所述PCB为安装在壳体内的发光电路板。
3.根据权利要求1所述的加强散热的封装电路板，其特征在于：所述LED发光源为单色、伪彩或者全彩的LED发光源。
4.根据权利要求1所述的加强散热的封装电路板，其特征在于：所述传热嵌入物中包括无定形随形体、球状体、柱状体、椭球体、台状体、锥体、三角体或菱形体中至少一种外形。
5.根据权利要求1所述的加强散热的封装电路板，其特征在于：所述胶体为环氧树脂、硅胶或者聚氨酯。
6.根据权利要求1所述的加强散热的封装电路板，其特征在于：所述传热嵌入物为绝缘体、半导体或者金属。
7.根据权利要求1所述的加强散热的封装电路板，其特征在于：所述传热嵌入物中包括氧化铝、氧化锆、陶瓷、玻璃、岩石或者导热硅脂材料中至少一种的绝缘颗粒。
8.根据权利要求1所述的加强散热的封装电路板，其特征在于：所述传热嵌入物中包括银、铝、铜、铁、锌至少一种金属元素。
9.一种加强散热的封装电路板的制造方法，包括使用胶体封装设有LED发光源的PCB的步骤，其特征在于：在所述胶体完全硬化的过程中，向所述胶体中置入导热系数比胶体大的传热嵌入物，使其固化在胶体内，并使所述传热嵌入物露出胶体表面。
10.根据权利要求9所述的加强散热的封装电路板的制造方法，其特征在于：所述LED发光源是照明灯、数码管或者LED显示屏的发光源。
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