CN102332523B - 一种led支架及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED支架及其生产工艺。支架包括一绝缘座及显露于绝缘座上的多个导电引脚。其中，导电引脚为金属镀层，厚度为5-100微米。LED支架的生产工艺包含将注塑成型的绝缘座整体化学镀上一层金属；再对绝缘座进行激光切割，蚀刻掉激光行走路线区域的金属，以分开正负极，形成多个区分正负极的导电引脚前体；然后在导电引脚前体上电镀上第二金属层形成导电引脚后体；最后进行腐蚀处理，得到导电引脚。由于化学镀和电镀增加了LED支架的金属面积，有利于大功率LED的散热；且激光切割的灵活性和精密性使得该支架在小封装和多色LED领域里更有优势。

Description

一种LED支架及其生产工艺

技术领域

本发明涉及一种LED支架及其制造领域。

背景技术

LED是一种电发光器件，其基本的物理过程是电能向光能的转变。LED与普通的白炽灯相比具有低压驱动低能耗、光线质量高、光电转换效率高、发光颜色齐全、绿色环保无污染等优点。但大功率LED在工作过程中会放出大量的热，过高的温度不但会使器件寿命急剧衰减，还会严重影响LED的峰值波长、光功率、光通量等诸多性能参数。减小LED温升效应的主要方法，一是设法提高元件的电光转换效率，使尽可能多的输入功率转变成光能，另一个重要的途径是设法提高元件散热能力，使散发的热量及时导出或散发出去。

LED支架是LED连接内外散热通路的关键环节，兼有散热通道、电路连接和物理支撑的功能，其热导率的大小对LED的散热好坏起着决定作用。设计支架结构时，应充分考虑散热因素，加大散热金属的表面积。目前生产LED支架的工艺流程包括：送料、冲压、电镀、嵌内注塑、弯曲切割、包装。具体的说，是将0.5mm的铜片冲压成型，成型铜片只包括正负极引脚，然后电镀上Ag，之后在模具内装入上述预先制备的成型铜片后注入树脂，熔融的树脂材料与铜片结合固化，形成一体化产品。然而，这种传统工艺的不足在于：LED支架的散热金属面积有限，只能通过正负极的两只引脚来完成，其热导率低，无法满足大功率LED的散热性要求，如果要做成大功率LED还需要在底部加入大面积的散热基板(热沉)，工艺比较复杂。

发明内容

本发明为解决现有技术中的LED支架的散热金属面积有限、热导率低，并且大功率LED支架的工艺复杂的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种LED支架，包括绝缘座及设于绝缘座上的多个相互绝缘的导电引脚，所述绝缘座具有相对设置的一对第一侧面、与该对第一侧面相交的一对第二侧面、一顶面及一底面，所述顶面设置有内凹的封装腔；所述各导电引脚的前端部显露于顶面及封装腔内，后端部显露于第一侧面及底面，其特征在于：所述导电引脚为金属镀层。

其中，所述金属镀的面积占LED支架表面积的30-70％。

所述金属镀层至少为一层，其厚度为5-100微米。

所述多个导电引脚至少包括一个正极导电引脚以及一个负极导电引脚，所述导电引脚为两层，包括一化学镀层和一电镀层。

所述第一侧面上设置有一贯穿顶面和底面的凹槽，凹槽由一槽底面和相对设置的一对围面组成，槽底面和该一对围面相交的两边为侧边，通过两个侧边把槽底面和围面分隔开。

所述凹槽呈梯形，梯形的下底位于绝缘座的底面。

所述LED支架的材料为白色耐高温散热绝缘材料，可以是PPS。

本发明还提供了上述LED支架的生产工艺，包括如下步骤：

(1)注塑得到绝缘座；

(2)用化学镀的方法使整个绝缘座表面附着第一金属层；

(3)对绝缘座进行激光切割，蚀刻掉激光行走路线上的金属，形成多个区分正负极的导电引脚前体；

(4)用电镀的方法在所述导电引脚前体上沉积第二金属层，形成导电引脚后体；

(5)对整个绝缘座进行腐蚀处理，得到导电引脚，所述导电引脚是导电引脚后体经腐蚀得到，至少包含一层金属层，除导电引脚以外的区域则没有第一金属层附着。

所述第一金属层的厚度为a，所述第二金属层的厚度为b，步骤e腐蚀处理的厚度为c，并且a≤c＜a+b。

所述第一金属层的厚度a小于第二金属层的厚度b。

所述激光切割包括在顶面和底面进行激光切割，切割厚度为所述第一金属层的厚度a。

本发明的生产工艺所制造的LED支架，其正负极导电引脚为金属镀层，因化学镀电镀的工艺使得表面的金属面积增加，这样有利于大功率LED的散热，另外金属反光效率较高，可以提高LED的发光效率；并且，本发明的生产工艺包括化学镀->激光切割->电镀->腐蚀，工艺简单、可靠，激光切割的灵活性和精密性使得该生产工艺在小封装和多色LED领域里更具有优势。

附图说明

图1是本发明LED支架的立体结构图；

图2是本发明LED支架的俯视图，虚线是顶面激光切割的路线；

图3是本发明LED支架的左视图；

图4是本发明LED支架的仰视图，虚线是底面激光切割的路线；

图5是图2的I处A-A剖面的放大图；

图6是本发明LED支架的生产工艺的流程图；

图7a-7d是本发明型号为35mm*28mm*17mm的LED支架的尺寸标注图，其中，图7a为俯视图，图7b为仰视图，图7c为左视图，图7d为图7a的B-B剖面图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行进一步详细说明。

参照图1-4所示，本发明优选实施例的LED支架包括绝缘座1及镀设于绝缘座1上的一对导电引脚2，该对导电引脚2相互绝缘构成LED支架的正负极。所述绝缘座1具有相对设置的一对第一侧面11、与该对第一侧面相交的一对第二侧面12、一顶面13及一底面14，所述顶面13的正中心设置有内凹的封装腔131，用于放置LED芯片。参照图7，为本发明优选实施例的LED支架的尺寸标注图，封装腔的上端面是圆心在顶面正中心，半径为13mm的圆；封装腔的内壁凹面为球面的一部分，球面半径为13mm，封装腔的下端面用于放置LED芯片，放置芯片的位置正好与内壁凹面的焦点重合，根据光学原理，这样就可以把发散的光变成平行的光，提高了电光转化的效率，增强了散热效率。如图1-4所示的阴影部分为所述的两个正负极导电引脚2，其前端部21显露于顶面13及封装腔131内，后端部22显露于绝缘座第一侧面11及底面14，显露于封装腔131内的导电引脚2的前端部21用于和LED芯片进行电连接，后端部22用于与其他基材(如印刷电路板、金属基材)结合。值得一提的是，所述导电引脚2为金属镀层，所述金属镀层可以为一层或多层，其厚度为5-100微米，参阅图5，在本实施例中，所述金属镀层为两层，包括一化学镀层201和一电镀层202，所述化学镀层201采用化学镀的方法制得，所述电镀层202采用电镀的方法制得。参阅图1-4，所述第一侧面11上设置有一贯穿顶面和底面的凹槽111，凹槽由一槽底面112和相对设置的一对围面113组成，槽底面和该一对围面相交的两边为侧边114，围面和第一侧面相交的两边为邻边115，通过两个侧边114可以把槽底面112和围面113分隔开，并且，所述凹槽111呈梯形，梯形的下底位于绝缘座的底面。

绝缘座1的材料为耐高温散热绝缘材料，优选的可以是白色PPS(聚苯硫醚)。采用白色耐高温散热绝缘材料的目的是：白色材料反光率较强，不吸收热量；LED工作时产生的热量较高，耐高温性能可以使材料在高温下不易变型；由于LED芯片本身在温度小于180℃的情况下才能正常发光，材料的散热性能可以使芯片所产生的热量正常散发出去。导电引脚2为金属镀层，包括至少一层金属，当金属镀层为多层金属时，各层金属的材质可不同，例如：底层为Ag，表层为Cu，但优选各层都为Cu。

参照图6，图6是本发明LED支架的生产工艺的流程图。

步骤(1)、先采用PPS进行注塑得到绝缘座1，所述注塑的料筒温度280-330℃，喷嘴温度305-330℃，模具温度120-180℃，注射压力50-130MPa。

步骤(2)、再采用化学镀的方法在整个绝缘座1表面镀上第一金属层。所述化学镀的方法可通过现有技术实现，例如：可将整个绝缘座浸入由硫酸铜(10g/L)，EDTA二钠盐(40g/L)，氢氧化钠(12g/L)，亚铁氰化钾(0.1g/L)，a、a′-联吡啶(0.01g/L)，甲醛(10ml/L)溶液组成的化学镀液中，温度为50-60℃，PH值为12-12.5，镀速为4-5μm/s，经过化学镀后，绝缘座的表面就附着了一层铜。该第一金属层是如图5所示化学镀层201，厚度a为5微米以上。

步骤(3)、对绝缘座1进行激光切割，包括顶面激光切割和底面激光切割，激光切割是激光照射到金属表面时释放的能量使金属融化并蒸发，随着物体移动，激光相对于物体按切割路线移动形成一条切缝。也就是，激光切割后相当于把沿着切割路线上的金属给蚀刻掉了。图2所示的虚线是顶面激光切割的路线，经过切割使图2的两部分阴影区域相互绝缘；图4所示的虚线是底面激光切割的路线，由于第一侧面设置有梯形凹槽且梯形的下底在底面上，激光沿着凹槽的侧边114切割就能在底面激光切割后不仅使图4的两部分阴影区域相互绝缘，同时也使得图3所示的阴影区域(即槽底面)和除阴影以外的区域相互绝缘。在经过了上述的激光切割后，LED支架的正负极便分开了，形成了两个导电引脚前体，且这两个导电引脚前体之间相互绝缘。需要说明的是，如果没有凹槽，在进行了所述顶面、底面的激光切割后，LED支架的正负极仍然没有分开，若要分开就需将绝缘座翻转至第一侧面，再进行第一侧面激光切割，即沿着原凹槽的围面与第一侧面相交的邻边115切割，但因为LED支架在生产过程中往往是多个绝缘座连接在一起进行批量生产，第一侧面容易被相邻的绝缘座挡住，难以进行激光切割，所以在第一侧面设置凹槽就能在底面激光切割的同时完成第一侧面激光切割，避免绝缘座翻转，有利于简化工艺降低成本。正面、底面激光切割无先后顺序，可以先进行正面激光切割，也可以先进行背面激光切割。激光切割的切割厚度为所述化学镀层201的厚度a，切割后使得正负导电引脚相互绝缘，切割速度根据厚度和材料确定，激光切割形成的切口宽度为0.1-0.5mm。

步骤(4)、然后用电镀的方法在导电引脚前体上沉积第二金属层，形成导电引脚后体。即采用专用的直流电源设备，电源的正极接镀笔，作为刷镀时的阳极；电源的负极接导电引脚前体之一，作为刷镀时的阴极。刷镀时使浸满镀液的镀笔以一定的相对运动速度在导电引脚前体之一的表面上移动，并保持适当的压力，在镀笔与导电引脚前体之一接触的部位，镀液中的金属离子在电场的作用下扩散到导电引脚前体之一的表面，并在表面获得电子被还原成金属原子，沉积结晶形成第二金属层。然后将电源的负极接导电引脚前体之另一，采用同样的方法使导电引脚前体之另一也沉积第二金属层。在本实施例中，所述镀液为硫酸铜镀液，沉积的第二金属层为金属铜。经过电镀后，导电引脚前体在原有第一金属层的基础上又沉积了第二金属层，该第二金属层的厚度为b，b为5-100微米。也就是说，导电引脚后体包含第一金属层和第二金属层，其厚度为a+b，而除导电引脚后体以外的区域表面仅附着第一金属层，其厚度为a。

步骤(5)、最后对整个绝缘座进行腐蚀处理，得到导电引脚2，所述导电引脚2是导电引脚后体经腐蚀后得到，至少包含一层金属层，除导电引脚以外的区域则没有第一金属层附着。把经过电镀的绝缘座1整体浸入到腐蚀液中，通过温度和浸泡时间来控制需要腐蚀的金属的厚度c，并且，腐蚀处理的厚度c需要满足a≤c＜a+b，腐蚀处理的厚度c需要大于至少等于第一金属层的厚度a，才能有效去除导电引脚以外的区域的金属，腐蚀处理的厚度c需要小于第一金属层和第二金属层的厚度a+b，否则腐蚀处理后，导电引脚处未留有金属，则不再具有导电引脚的功能。经过腐蚀后，除导电引脚2以外的区域表面的金属给腐蚀掉了，而导电引脚2则至少还包括一层金属层。厚度a、b、c与导电引脚金属层数之间的关系如表1所示。优选b＞a且a≤c＜b，即所述化学镀的第一金属层的厚度和所述腐蚀处理的厚度均小于所述电镀的第二金属层的厚度，如图5所示即为b＞a且a≤c＜b的情况，导电引脚2包括一化学镀层201和一电镀层202，化学镀层201即为第一金属层，厚度为a，而电镀层202则为部分的第二金属层，即将第二金属层腐蚀掉厚度a得到的电镀层202，该电镀层202的厚度为b-c。

表1厚度a、b、c与导电引脚金属层数之间的关系

需要说明的是，在激光切割后LED支架的正负极已经分离开，之所以进一步腐蚀是因为激光切割的切口宽度本身就比较窄，后面还要把LED支架的导电引脚焊接到印刷电路板上，由于印刷电路板的焊盘较大，如果不腐蚀，焊锡很容易把正负导电引脚粘连；另外LED使用久后会导致材料发生变形，不腐蚀也容易使正负极粘连。所以考虑到后续工艺和使用寿命，必须做腐蚀处理。既然要把导电引脚2以外区域表面的金属给腐蚀掉，但导电引脚2又必须保留有金属以便和LED芯片进行电连接，因此腐蚀之前在导电引脚前体上再电镀上一层金属形成导电引脚后体就可以保证导电引脚至少包含一层金属层，除导电引脚以外的区域则没有金属层附着。

原则上，激光切割的路径所包围的阴影区域越大，电镀上的金属面积越大，也就是最后留在LED支架上的金属镀层的面积越大，散热性和发光效率就更好。但考虑到现有的装配设备，采用如图1、图2和图4所示的切割路径是最佳的方式，因而，金属镀层面积占LED支架表面积的30-70％，优选金属镀层面积占LED支架表面积的60％-70％，如图7a-d所示为LED支架的尺寸标注图，以该35mm*28mm*17mm的LED支架为例，当然也可按照要求，将LED支架的尺寸比例放大或者缩小。根据图示的阴影部分(金属镀层)的面积估计，所示的LED支架的金属镀层(即导电引脚)的面积约占LED支架表面积的42％左右。

采用本发明的生产工艺所制造的LED支架，其导电引脚为金属镀层，因化学镀电镀的工艺使得表面的金属面积增加，这样有利于大功率LED的散热，另外金属反光效率较高，可以提高LED的发光效率；其次，本发明的生产工艺包括化学镀->激光切割->电镀->腐蚀，相较于现有工艺中需要冲压铜片形成导电引脚再进行嵌内注射，其工艺简单、操作可靠，并且，激光切割的灵活性和精密性使得该生产工艺在小封装和多色LED领域里更具有优势。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种LED支架，其特征在于：包括绝缘座及设于绝缘座上的多个相互绝缘的导电引脚，所述绝缘座具有相对设置的一对第一侧面、与该对第一侧面相交的一对第二侧面、一顶面及一底面，所述顶面设置有内凹的封装腔；所述各导电引脚的前端部显露于顶面及封装腔内，所述封装腔包括内壁凹面和下端面，所述导电引脚前端部在封装腔内显露于内壁凹面和下端面；导电引脚的后端部显露于第一侧面及底面，所述导电引脚为金属镀层。

2.根据权利要求1所述LED支架，其特征在于：所述金属镀层的面积占LED支架表面积的30-70%。

3.根据权利要求1所述LED支架，其特征在于：所述金属镀层至少为一层，其厚度为5-100微米。

4.根据权利要求3所述LED支架，其特征在于：所述多个导电引脚至少包括一个正极导电引脚以及一个负极导电引脚，所述导电引脚为两层，包括一化学镀层和一电镀层。

5.根据权利要求1所述LED支架，其特征在于：所述第一侧面上设置有一贯穿顶面和底面的凹槽，凹槽由一槽底面和相对设置的一对围面组成，槽底面和该一对围面相交的两边为侧边，通过该两个侧边把槽底面和围面分隔开。

6.根据权利要求5所述LED支架，其特征在于：所述凹槽呈梯形，梯形的下底位于绝缘座的底面。

7.根据权利要求1所述LED支架，其特征在于：所述LED支架的绝缘座为耐高温散热绝缘材料。

8.一种如权利要求1-7任意一项所述的LED支架的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤： （1）注塑得到绝缘座； （2）用化学镀的方法使整个绝缘座表面附着第一金属层； （3）对绝缘座进行激光切割，蚀刻掉激光行走路线上的金属，形成多个区分正负极的导电引脚前体； （4）用电镀的方法在所述导电引脚前体上沉积第二金属层，形成导电引脚后体； （5）对整个绝缘座进行腐蚀处理，得到导电引脚，所述导电引脚是导电引脚后体经腐蚀后得到，至少包含一层金属层，除导电引脚以外的区域则没有第一金属层附着。

9.根据权利要求8所述LED支架的生产工艺，其特征在于：所述第一金属层的厚度为a，所述第二金属层的厚度为b，步骤（5）腐蚀处理的厚度为c，并且a≤c＜a+b。

10.根据权利要求 9所述LED支架的生产工艺，其特征在于：所述第一金属层的厚度a小于第二金属层的厚度b。

11.根据权利要求8所述LED支架的生产工艺，其特征在于：所述激光切割包括在顶面和底面进行激光切割，切割厚度为所述第一金属层的厚度a。