CN102595788B

CN102595788B - 发光灯具中的三维金属基pcb电路板组件结构的制造方法

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Publication number: CN102595788B
Application number: CN201210056341.1A
Authority: CN
Inventors: 蔡子丰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-03-05
Filing date: 2012-03-05
Publication date: 2015-02-04
Anticipated expiration: 2032-03-05
Also published as: WO2013131463A1; CN102595788A

Abstract

本发明涉及一种发光灯具中的三维金属基PCB电路板组件结构，其中由单一连续的金属基电路板和设置于金属基电路板上表面的数个发光元件组成，各个发光元件均与金属基电路板电路连接，金属基电路板上具有发光元件的各个部分不处于同一个平面或曲面，金属基电路板具有三维立体型结构。本发明还涉及一种具有该组件结构的发光灯具及该组件结构的制造方法。采用该种结构的三维金属基PCB电路板组件结构、相应的发光灯具及制造方法，热传导接触表面更大，单一模块组件结构简单实用，工艺简化，加工方便快捷，利于大批量机械化生产，成本低廉，电路可靠性高，性能稳定可靠，坚固耐用，提高了电路板组件的装配稳定性和机械强度，不易形变，适用范围较为广泛。

Description

发光灯具中的三维金属基PCB电路板组件结构的制造方法

技术领域

本发明涉及发光照明领域，特别涉及发光照明器材及结构技术领域，具体是指一种三维金属基PCB电路板组件结构、相应的发光灯具及制造方法。

背景技术

随着人类文明的不断进步以及科学技术的不断发展，照明装置早已广为人知。总的说来，这类照明装置包括壳体和设置在所述壳体内的发光部件。

随着技术的进步，LED已经能够提供足够的光能用于照明用途，为了减少照明的能源消耗，减少二氧化碳的排放，为推动替代光源市场的不断前进，用LED光源取代白炽灯和卤素灯已经是大势所趋，消费者所需要的是能够达到白炽灯或卤素灯的光量输出、同时具有更低的能耗和更长的使用寿命、物美价廉的产品。虽然市场上已经有许多不同的LED产品在推出，但其中大多数对一般消费者来说太过于昂贵，而且产品降低能耗的倡议和初衷并没有达到预期效果。

但是，LED需要在一定的温度范围内工作才能有合理的性能和使用寿命，由于结构紧凑，尤其发光器材被接纳于壳体内，因此存在以下缺点：

发光器材本身消耗电能，而且电光转换的效率不会是100％，总会有一部分变成热能产生出来，由于壳体内部大多为密封状态，热量无法及时散发出来。

因此，整个灯的散热问题一直是技术上的瓶颈，而现有技术中为了能够获得更好的导热和散热效果，很多LED灯都应用了金属基作为PCB电路板的基底，而对于众多的发光灯具产品来说，发光二极管LED通常都是通过自动化表面贴覆设备贴覆于金属基PCB（MC-PCB）电路板上的，因此在表面贴覆工艺中，必须确保金属基PCB电路板为同一个平面的（平坦的），这就是为什么现有技术中绝大多数的LED发光灯具中必须将LED元件贴覆于平坦的PCB电路板表面，或者需要采用复杂的方法将多个独立的平坦的PCB电路板组装在一起成为三维结构形式才能达到多方位或全方位照明效果的原因。

同时，在现有技术中，有一种在LED发光灯具中使用柔性可弯折的PCB电路板的技术方案，这样虽然可以达到多个方向的照明的特点，但是由于柔性PCB电路板大多具有弹性和韧性，但缺乏必要的刚度和强度，弯折后必须给予必要的约束方可定型，因此无法实现复杂的自由造型形状，而且无法提供较大的热负荷能力，这样就大大限制了发光灯具的设计和制造，无法实现低成本的全方位照明。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种能够在单一的金属基PCB电路板上实现多方向照明、有效增大传热面积、结构简单实用、加工方便快捷、利于大批量机械化生产、成本低廉、性能稳定可靠、适用范围较为广泛的三维金属基PCB电路板组件结构、相应的发光灯具及制造方法。

为了实现上述的目的，本发明的三维金属基PCB电路板组件结构、相应的发光灯具及制造方法如下：

该发光灯具中的三维金属基PCB电路板组件结构，其主要特点是，所述的组件结构由单一连续的金属基电路板和设置于该金属基电路板上表面的数个发光元件组成，所述的各个发光元件均与该金属基电路板相电路连接，该金属基电路板上具有发光元件的各个部分不处于同一个平面或同一个连续曲面上，且该金属基电路板具有三维立体型结构。

该发光灯具中的三维金属基PCB电路板组件结构中的金属基电路板包括：

金属基电路母版块，其中的具有发光元件的各个部分处于同一个平面或同一个连续曲面上；或者具有发光元件的各个部分不处于同一个平面或同一个连续曲面上；

金属基电路子版块，与所述的金属基电路母版块一体成型，且该金属基电路子版块中的具有发光元件的各个部分处于同一个平面或同一个连续曲面上；或者该金属基电路子版块中的具有发光元件的各个部分不处于同一个平面或同一个连续曲面上；

同时，该金属基电路子版块中的具有发光元件的各个部分与该金属基电路母版块中的具有发光元件的各个部分不处于同一个平面或同一个连续曲面上。

该发光灯具中的三维金属基PCB电路板组件结构中的金属基电路板为由一个或多个连续平面或曲面所形成的三维立体型结构。

该发光灯具中的三维金属基PCB电路板组件结构中的金属基电路板在与该金属基电路板的下表面所贴合的散热器的安装方向的投影面积小于该金属基电路板与散热器的接触面积。

该发光灯具中的三维金属基PCB电路板组件结构中的金属基电路板的三维立体型结构的形状与该金属基电路板的下表面所贴合的散热器形状相匹配。

该发光灯具中的三维金属基PCB电路板组件结构中的金属基电路板具有的三维立体型结构可以为规则多面体、不规则多面体、凹面体、凸面体、圆锥形体、复合圆锥形体、方锥体，复合方锥体、多边锥体，复合多边锥体、自由面体、对称弯折结构体、非对称弯折结构体或者以上多种结构体的组合。

该发光灯具中的三维金属基PCB电路板组件结构中的自由面体为非均匀有理B样条NURBS面体。

该发光灯具中的三维金属基PCB电路板组件结构中的发光元件为发光二极管LED。

该发光灯具中的三维金属基PCB电路板组件结构中的发光元件为贴片发光二极管LED，所述的贴片发光二极管LED贴覆于所述的金属基电路板的表面。

该发光灯具中的三维金属基PCB电路板组件结构中的各个贴片发光二极管LED均匀分布在所述的金属基电路板的表面。

该具有上述的组件结构的发光灯具，其主要特点是，所述的发光灯具还包括有散热器主体，所述的散热器主体上固定设置有一个或一个以上的所述的金属基PCB电路板组件结构，该金属基PCB电路板组件结构中的金属基电路板与主体相电路连接，且该金属基PCB电路板与所述的散热器主体的表面相匹配贴合。

该上述的发光灯具中的三维金属基PCB电路板组件结构的制造方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：

（1）根据设计好的形状制造出预成型的平面金属基PCB电路板；

（2）在该平面金属基PCB电路板的表面进行导热层形成和发光元件贴覆处理，得到平面金属基PCB电路板组件；

（3）将所述的平面金属基PCB电路板组件定位于散热器上；

（4）对该平面金属基PCB电路板组件进行变形加工，形成具有与所述的散热器的接触表面相匹配的三维立体型结构轮廓的金属基PCB电路板组件。

该发光灯具中的三维金属基PCB电路板组件结构的制造方法中的在平面金属基PCB电路板的表面进行导热层形成和发光元件贴覆处理，包括以下步骤：

（21）在该平面金属基PCB电路板与散热器相接触的下表面涂覆或夹覆导热粘胶层；

（22）在该平面金属基PCB电路板的上表面贴覆发光元件，并进行电路焊接。

该发光灯具中的三维金属基PCB电路板组件结构的制造方法中的电路焊接工艺为平面回流焊工艺。

该发光灯具中的金属基PCB电路板组件结构的制造方法中还包括以下步骤：

（5）将所述的金属基PCB电路板组件机械固定设置，且使得该金属基PCB电路板组件的下表面与所述的散热器的表面紧密接触。

采用了该发明的三维金属基PCB电路板组件结构、相应的发光灯具及制造方法，由于其中使用了单一的金属基电路板，首先将发光二极管采用常规的工艺手段贴覆于平坦的预成型的金属基电路板上，然后再采用合适的变形加工工艺将该金属基电路板成型为所需要的三维立体型结构，从而仅利用单一的金属基PCB电路板就实现了多方向照明，不仅在相同散热器的有限投影面积上提供了更大的表面积，从而实现了更大PCB面积上的LED表面贴装，热传导接触表面更大，而且单一模块组件实现了结构简单实用，自动化SMT工艺，无人为加工错误，简化了工艺过程，加工方便快捷，利于大批量机械化生产，成本低廉，并能够形成各种复杂的三维结构形状，比如凸出的、凹陷的、球面的、不规则外形的、非线性交叠的等等各种复杂形状，电路可靠性高，各个位置的LED之间的温度差异较小，性能稳定可靠，坚固耐用，提高了电路板组件的装配稳定性和机械强度，不易形变，适用范围较为广泛，给人们带来实惠的节能照明解决方案。

附图说明

图1为本发明的发光灯具中的金属基PCB电路板组件结构示意图。

图2至图4为本发明的发光灯具中的金属基PCB电路板组件结构的制造过程示意图。

图5至图8为本发明的金属基电路板的各种三维立体型结构轮廓示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参阅图1所示，该发光灯具中的三维金属基PCB电路板组件结构，其中，所述的组件结构由单一连续的金属基电路板1和设置于该金属基电路板1上表面的数个发光元件2组成，所述的各个发光元件2均与该金属基电路板1相电路连接，该金属基电路板1上具有发光元件2的各个部分不处于同一个平面或同一个连续曲面上，且该金属基电路板1具有三维立体型结构。

其中，该金属基电路板包括：

（1）金属基电路母版块11，其中的具有发光元件2的各个部分可以处于同一个平面或同一个连续曲面上；或者具有发光元件的各个部分不处于同一个平面或同一个连续曲面上；

（2）金属基电路子版块12，与所述的金属基电路母版块11一体成型，且该金属基电路子版块12中的具有发光元件2的各个部分可以处于同一个平面或同一个连续曲面上；或者该金属基电路子版块中的具有发光元件的各个部分不处于同一个平面或同一个连续曲面上；

所述的金属基电路板为由一个或多个连续平面或曲面所形成的三维立体型结构，该金属基电路板在与该金属基电路板的下表面所贴合的散热器的安装方向的投影面积小于该金属基电路板与散热器的接触面积，也就是说，该金属基电路板在安装方向的任一投影尺寸，均小于其成形前的平面金属基电路板的投影尺寸，且该金属基电路板的三维立体型结构的形状与该金属基电路板的下表面所贴合的散热器3的形状相匹配。

其中，所述的金属基电路板具有的三维立体型结构可以为规则多面体、不规则多面体、凹面体、凸面体、圆锥形体、复合圆锥形体、方锥体，复合方锥体、多边锥体，复合多边锥体、自由面体、对称弯折结构体、非对称弯折结构体或者以上多种结构体的组合，所述的自由面体为非均匀有理B样条NURBS面体。

作为本发明的发光灯具中的金属基PCB电路板组件结构，其具有“S”型的蜿蜒起伏的线条形状，这种形状特点是无法通过多个平坦的PCB电路板拼接而成的。

通过上述的技术方案，该发光灯具中的金属基PCB电路板组件结构中的金属基电路板1所能够实现的三维立体型结构包括线性交叠结构、非线性交叠结构、对称弯折结构、非对称弯折结构、不规则弯折结构或者以上多种结构的组合。

同时，该发光灯具中的金属基PCB电路板组件结构中，所述的发光元件2通常为发光二极管LED，为了尽可能提高发光灯具的集成度，缩减体积和易于安装，所述的发光二极管LED为贴片发光二极管LED，所述的贴片发光二极管LED贴覆于所述的金属基电路板的表面。

为了使得该发光灯具在各个方向上的照明均匀度，所述的各个贴片发光二极管LED可以均匀分布在所述的金属基电路板的表面。

作为本发明的另一方面，该具有上述的组件结构的发光灯具，其中，所述的发光灯具还包括有散热器主体，所述的散热器主体上固定设置有一个或一个以上的所述的金属基PCB电路板组件结构，且该金属基PCB电路板组件结构中的金属基电路板与散热器主体相电路连接，且该金属基PCB电路板与所述的散热器主体的表面相匹配贴合。

其中，该发光灯具的主体上还设置有透明外壳或者半透明外壳，所述的透明外壳或者半透明外壳包围设置所述的金属基PCB电路板组件结构。

再请参阅图2至图4所示，该上述的发光灯具中的三维金属基PCB电路板组件结构的制造方法，其中包括以下步骤：

（1）根据设计好的形状制造出预成型的平面金属基PCB电路板1；

（2）在该平面金属基PCB电路板1的表面进行导热层形成和发光元件贴覆处理，得到平面金属基PCB电路板组件，包括以下步骤：

（a）在该平面金属基PCB电路板1与散热器3相接触的下表面涂覆或夹覆导热粘胶层；

（b）在该平面金属基PCB电路板1的上表面贴覆发光元件，并进行电路焊接；该电路焊接工艺为平面回流焊工艺；

（3）将所述的平面金属基PCB电路板组件定位于散热器3上；

（4）对该平面金属基PCB电路板组件进行变形加工，形成具有与所述的散热器3的接触表面相匹配的三维立体型结构轮廓的金属基PCB电路板组件；

（5）将所述的金属基PCB电路板机械固定设置，且使得该金属基PCB电路板的下表面与所述的散热器3的表面紧密接触。

通过该方法所能够形成的其它各种三维立体型结构轮廓请参阅图5至图8所示。

在实际使用当中，本发明的PCB电路板可以是单层也可以是多层的，同时，对于电路的布线没有任何限制，在该电路板的变形弯折连接部位可以设置凹痕和狭长通孔，从而有利于产生高度形变。

本发明仅仅使用单一的金属基PCB电路板就能够得到三维立体构造，从而无须任何附加的光学辅助手段就实现了多方向照明功能。而且相应的金属基PCB电路板作为多方向照明的关键要素已经足够了，在装配过程中无须额外的组装加工工艺，仅仅就是装入发光灯具中然后锁定即可。

作为更为复杂的照明环境要求，还可以将本发明的两个或者两个以上的金属基PCB电路板组件结构进行组合装配，从而进一步满足多方向照明的要求。每个金属PCB电路板所形成的三维结构形式可以为线性交叠、非线性交叠、对称弯折结构、非对称弯折结构、复杂的不规则任意折叠型或者以上形式的组合，具体列举如下：

规则多面体、不规则多面体

凹、凸

对称、非对称

轴对称、非轴对称

圆锥形、复合圆锥形

自由面，例如：非均匀有理B样条（NURBS，Non Uniform Rational B-Spline）曲面

所有上述的复合形式

本发明的金属PCB电路板组件结构的制造过程如下：

（1）首先根据设计好的形状制造出预成型的金属基PCB电路板；

（2）然后按照预设的工艺过程在该金属基PCB电路板的表面进行LED贴覆；

（3）对该金属基PCB电路板采用合适的工艺进行三维成形，从而得到预定的三维立体结构形式，这样的过程不会影响到该金属基PCB电路板的绝缘、电路走线和电路元器件。

以上的工艺过程对于该金属基PCB电路板的材料并没有特殊要求，同时对于第（3）步骤中的变形弯折工艺方法可以采用任何适用于金属基PCB电路板弯折的已知方法，以及将来由于技术改进而可能采用的各种新的工艺方法，因此对于如何弯折该金属基PCB电路板的具体工艺过程，无须在本发明中进行详述。

采用了上述的三维金属基PCB电路板组件结构、相应的发光灯具及制造方法，由于其中使用了单一的金属基电路板，首先将发光二极管采用常规的工艺手段贴覆于平坦的预成型的金属基电路板上，然后再采用合适的变形工艺将该金属基电路板成型为所需要的三维立体型结构，从而仅利用单一的金属基PCB电路板就实现了多方向照明，不仅在相同散热器的有限投影面积上提供了更大的表面积，从而实现了更大PCB面积上的LED表面贴装，热传导接触表面更大，而且单一模块组件实现了结构简单实用，自动化SMT工艺，无人为加工错误，简化了工艺过程，加工方便快捷，利于大批量机械化生产，成本低廉，并能够形成各种复杂的三维结构形状，比如凸出的、凹陷的、球面的、不规则外形的、非线性交叠的等等各种复杂形状，电路可靠性高，各个位置的LED之间的温度差异较小，性能稳定可靠，坚固耐用，提高了电路板组件的装配稳定性和机械强度，不易形变，适用范围较为广泛，给人们带来了实惠的节能照明解决方案。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims

1.一种发光灯具中的三维金属基PCB电路板组件结构的制造方法，所述的组件结构由单一连续的金属基电路板和设置于该金属基电路板上表面的数个发光元件组成，所述的各个发光元件均与该金属基电路板相电路连接，该金属基电路板上具有发光元件的各个部分不处于同一个平面或同一个连续曲面上，且该金属基电路板具有三维立体型结构，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

(1)根据设计好的形状制造出预成型的平面金属基PCB电路板；

(2)在该平面金属基PCB电路板的表面进行导热层形成和发光元件贴覆处理，得到平面金属基PCB电路板组件；所述的在平面金属基PCB电路板的表面进行导热层形成和发光元件贴覆处理，包括以下步骤：

(21)在该平面金属基PCB电路板与散热器相接触的下表面涂覆或夹覆导热粘胶层；

(22)在该平面金属基PCB电路板的上表面贴覆发光元件，并进行电路焊接；

(3)将所述的平面金属基PCB电路板组件定位于散热器上；

(4)对该平面金属基PCB电路板组件进行变形加工，形成具有与所述的散热器的接触表面相匹配的三维立体型结构轮廓的金属基PCB电路板组件。

2.根据权利要求1所述的发光灯具中的三维金属基PCB电路板组件结构的制造方法，其特征在于，所述的电路焊接工艺为平面回流焊工艺。

3.根据权利要求1所述的发光灯具中的三维金属基PCB电路板组件结构的制造方法，其特征在于，所述的方法中还包括以下步骤：

(5)将所述的金属基PCB电路板组件机械固定设置，且使得该金属基PCB电路板组件的下表面与所述的散热器的表面紧密接触。