CN103000784A - 具有硬导线或插头的led电路基板及led发光模块 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种具有硬导线或导电端子(插头)的LED基板及LED模块，包括一基板，其中该基板上设有至少一导通孔；一电路设置于该基板上，包括一电源座以及至少一发光二极管座，其中该电源座包括一正极与一负极，任一该发光二极管座包括一正极与一负极以电性连接该发光二极管的正极与负极；以及至少一插头，任一该插头包括一硬导线，其中该插头穿透该导通孔，该插头的该硬导线电性连接该电源座的正极与负极。本发明可方便组合于散热器上以及连结电源。基板上的电路连接发光二极管座以及电源座，电源座利用硬导线穿越导通孔形成连接插头，此种插头设计便于与外部电源模块连接，且易于更换LED模块。

Description

具有硬导线或插头的LED电路基板及LED发光模块
技术领域
本发明是有关一种具有硬导线或导电端子(插头)结构的LED封装用陶瓷支架及LED导热线路板，用来方便后续连结散热机构与电源的连接。由于不需要另外焊接引线或联接器组装，可便于后续LED或LED发光模块的拔插更换。
背景技术
传统的LED装置在电路板上，因LED功率不高，所以散热并未成为问题，电路板上设计电源端子与外部电源连接，或者在电源端子连接一插座，利用导线连接插座与外部电源连接。
但是LED的功率越来越高，传统电路板无法耐高温而不适用，取而代之的是陶瓷基板(Ciramic Printed Circuit Board，CPCB)以及金属芯箔基板(Metal Core Printed Circuit Board，MCPCB)。
但在电源端子的设计仍采取旧方式，需要将导线焊接在基板上，或利用导线连接位于电路板上的插座。无论是直接焊接或插座连接，导线都需要绕过基板与外部电源连接，非常的不方便，且导线的包覆无法耐高温而限制了基板或散热装置的设计。本发明提出新的电源端子的设计，解决以上问题，说明如后。
发明内容
根据本发明的一观点，本发明提出一发光二极管电路基板，其具有插头，而易于与外部电路连接。
根据本发明的一观点，本发明提出一发光二极管模块，其利用具有插头的基板连接发光二极管以及散热装置。
根据本发明实施例的发光二极管基板，基板具有通孔以及穿透基板的插头。基板上设有电路，电路包括电源座以及至少一发光二极管座，电源座包括正极与负极用来连接外部电路，发光二极管座包括正极与负极用来连接发光二极管的正极与负极。
插头包括硬导线与包覆该硬导线的绝缘体，插头的硬导线电性连接电源座的正极与负极。插头可以是一根，二根或是多根。在一根插头的情况下，硬导线具有内导线以及外导线，导线间利用绝缘层隔离，内及外导线连接基板电源座的正负极；在二根或多根的情况下，每一硬导线为单层结构，硬导线依电性功能分别连接基板电源座的正极或负极。
应用于高功率发光二极管时，基板可以是陶瓷基板(CeramicPrinted Circuit Board，CPCB)或是金属芯箔基板(Metal Core PrintedCircuit Board，MCPCB)。
根据本发明实施例的发光二极管模块，其利用前述的基板连接发光二极管，并设置于散热装置上。发光二极管的正负极可利用金属导线连接基板上发光二极管座的正负极，或者针对覆晶发光二极管晶片可利用如银胶等类的金属胶或焊锡黏合发光二极管座的正负极，或者正负极设计在晶片上下表面的发光二极管，下表面可直接黏合在正极或负极上，上表面利用导线连接发光二极管座的负极或正极。
基板上的插座可穿过散热装置而与外部电路连接，或者散热装置设有插座，插座的一端设有连接头连接外部电源导通，插座的另一端设有插槽连接发光二极管的硬导线或插头。
附图说明
图1和图2图示出发光二极管模块的结构图。
图3、图4和图5图示出具有插头的发光二极管模块结构，用来说明不同类型的发光二极管的实施例。
图6和图7图示出应用于发光二极管的散热装置的实施例。
图8、图9、图10和图11图示出不同插头的设计以及相对应基板的设计的实施例。
图12图示出单支插头的设计的实施例。
图13和图14图示出插头的形状以及在基板上的空间配置的实施例。
图15和图16图示出金属芯箔基板以及陶瓷基板及对应插头设计的实施例。
主要元件符号说明
100                            发光二极管
200                            基板
210                            电路
220                            插头
221                            头部
222                            外导线
223                            绝缘体
224                            内导线
225                            绝缘层
226                            硬导线
250                            金属胶或焊锡
260                            绝缘漆
280                            插头在基板的空间配置
300                            散热装置
311                            插槽
313                            连接头
350                            导线
450                            插座
具体实施方式
发光二极管模块(LED module)主要包括发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)、基板以及散热装置。传统的LED功率低，散热装置的要求不高，随着LED功率提高，散热装置的要求也随之提高，以金属芯箔基板以及陶瓷基板成为高功率LED基板的趋势。
但与外部电源连接时，仍直接将金属软线焊接在金属芯箔基板或陶瓷基板表面上的电源座的正负极，或是插槽上。请参考图1以及图2，发光二极管100(或晶片)，电性连接至基板200上的电路210，再利用导线350或插座450连接外部电源。
上述的连接方式与外部电源连接时须将导线翻过基板的表面与下方的电源连接，非常的不方便，且限制了散热装置的设计，进一步因金属导线的包覆无法耐高温而损害发光二极管模块。本发明提出具有插头的基板，利用插头连接外部电源，解除散热装置的限制，避免损害发光二极管模块。
以下说明分为三部分，第一部分说明发光二极管模块构造，第二部分说明基板电源座的结构，第三部分说明发光二极管模块元件的材料。
第一部分：发光二极管模块构造
发光二极管模块包括发光二极管晶片、具有插头的基板以及散热装置。基板的表面设有电路，电路上设有至少一个发光二极管座以及电源座。发光二极管座及电源座具有正负极，发光二极管座用来连接发光二极管晶片或发光二极管模块，电源座用来连接电源。发光二极管座以并联或串联的方式连接电源座的正负极。
发光二极管模块已完成LED的封装，正负极伸出于模块之外，与基板上发光二极管座的正负极连接。发光二极管晶片并未完成封装，发光二极管晶片电路与基板上发光二极管座的连接后再封装。本发明的LED基板适用于发光二极管模块以及晶片，以下说明发光二极管晶片的实施例，但特别说明，本发明也适用于发光二极管模块。
发光二极管晶片具有正负极，通常有三种型态。第一种发光二极管晶片的正负极设置在晶片的上表面，第二种的正负极设置在晶片的下表面(覆晶设计)，以及第三种的正负极设置在上下表面。
针对第一种晶片设计，可利用导线焊接发光二极管晶片与发光二极管座的正负极，针对第二种晶片设计(覆晶设计)可用导电胶(如银胶)或焊锡连接。第一种与第二种LED晶片方式连接的发光二极管座的正负极之间更可设置导热垫，导热垫与正负极并不导通，导热垫目的是方便晶片连接在基板上与加速LED的导热，且具有电流与热流分流的功能。针对第三种晶片设计，可用焊锡或金属胶将LED晶片下表面的正极/负极黏合在LED座的正极/负极上，利用导线焊接LED晶片上表面的负极/正极连接LED座的负极/正极，此种电热不分流。
请参考图3，发光二极管100晶片黏合在基板200上电路210的发光二极管座的正极与负极之间并以金属线连接。图4与图3的差异在于发光二极管100晶片是覆晶型发光二极管，因此直接利用金属胶或焊锡连接基板电路210上发光二极管座的正极与负极。晶片发光时的热流直接传输到基板200上，电流通过正负极与基板电路210连接，属于电热流分流的情况。
图5的发光二极管100晶片的正负极设计在上、下表面，因此晶片的一面直接黏合在基板电路210上的正极或负极，晶片的另一面以金属线焊接到电路210的发光二极管座的另一电极，此种热流与电流都先传输电极，热流在传输到基板200，属于电热分流的情况。
插头的一端连接基板的电源座的正负极，另一端穿过基板上的导通孔连接外部电源，插头的详细结构请参考第二部分的说明。
基板连接散热装置(Heat Sink)时，插头可穿过散热装置连接外部电源。特别说明基板插头的绝缘层或在散热装置的通孔表面设置绝缘层可提供应变力的缓冲。另一种方法是在散热装置上设有插座，插座一端设有连接装置以连接电源，另一端是插槽，用来接受基板的插头。此种设计，基板插头插入插槽而能够与外部电源连接。
请参考图6，插头220的头部221嵌入基板200的通孔中，插头穿越散热装置300的通孔并突出于外，而能够与电源连接，附图所示箭头，表示应力的方向。图7的设计是在散热装置300上设置插座310，插座一头作为连接头313与电源连接，插座与基板接触的一面设置插槽311容纳基板200的插头220。
第二部分：基板电源座的结构
基板插头包括硬导线以及包覆硬导线的绝缘体，硬导线的二端露出于绝缘体外，一端具有弯折或钝头而形成头部，头部连接基板电源座的正负极。另一端则作为连接部，连接外部电源。相对于硬导线的头部，基板通孔的设计可以是简单通孔，或者在通孔上设计一凹槽，用来容纳硬导线的头部，可利用金属胶或焊锡黏合基板的电源座的正负极。
请参考图8、9、10及11所图示出的不同插头220的头部221与基板200的导通孔的设计。图8所示的基板200，其上的导通孔具有凹槽用来容纳插头220的头部221，基板表面以金属胶或焊锡250等覆盖，图9所示基板导通孔则无凹槽的设计，直接以金属胶或焊锡250等覆盖黏合基本的正/负极，图10与图9类似，但插头220的头部221是在硬导线设有一弯折并以金属胶或焊锡250等覆盖黏合正/负极。图11的导通孔被设计为在陶瓷基板的侧边边缘上设置两个凹槽作为导通孔，将硬导线直接嵌入导通孔即可。
特别要说明的是，插头可以单支设计或是多支设计。多支设计(含双支设计)的正负电极在空间上是分离的，电极是简单的由导线构成，导线的头部按照电性连接基板的正极或负极，连接部形成连接外部电源的插头。单支设计的正负极在空间上是不分离的，其包括内导线、外导线以及电性绝缘的绝缘层，绝缘层设置于内导线与外导线之间。头部的内导线与外导线分别连接基板电源座的正负极，内导线伸出于外导线，形成具有上下分离连接点的连接部，相对外部电源插座的正负极也有上下分离的设计，连接部插入外部电源插座形成电通路。
请参考图12所图示单支插头220，硬导线包括内导线224、绝缘层223以及外导线222，插头头部221的内导线224与外导线222分别突出于基板200，与基板电路210的插座正负极连接。
另外说明插头连接部的形状并无限制，可采与圆形、扁形或其他特殊的形状。利用插头的形状可作为防呆装置或是定位装置。例如，为避免物插入不适当的电源(如非使用电压)中，可设计不同的插头形状或方向，如图所示扁形插头或一柱形一扁形的插头。又如，与外部连接时，可利用插头的形状或方向对位，无须额外的对位装置。
请参考图13、14所图示的插头设计，其主要在于插头的配置方式及其形状。图12所图示的扁型的的插头220，图14主要图示出插头220在基板上的空间配置280，通过插头的形状以及方位可作为防呆以及对位的装置。
第三部分：LED模块元件的材料
高功率的基板需较强的散热能力，能够迅速将热传导至散热装置，散热装置再将热与外部环境进行热交换，通常采用的基板是陶瓷基板(CPCB)或者金属芯箔基板(MCPCB)。
金属芯箔基板包括金属板，基板上涂布绝缘层，在于绝缘层上设置电路，最后在电路上涂布一保护层。绝缘层的设计在于避免基板与电路导通，保护层目的在于避免电路的金属氧化。
金属芯箔基板为导体所构成，插头的绝缘层即是用于电性隔离插头硬导线与基板。陶瓷基板具有良好的导热能力且又具有绝缘的效果，可直接将电路设置在陶瓷基板上，然后再涂一保护层。插头的设计也可省去绝缘体的设计，仅由单纯的硬导线构成。
请参考图15所图示的金属芯箔基板，基板200通常为铝基板，基板200与电路210间涂布绝缘漆260，插头221的绝缘层225用来隔离硬导线226以及基板200。图16为陶瓷基板，与图15的差异在于，陶瓷为热的良导体，电的绝缘体，因此可省去插头221的绝缘层的设置，即利用陶瓷基板时，插头221可用单纯的硬导线来制作。
本发明所提出发LED基板或LED发光模块在基板底部设置一支或多支硬导线或导电端子(统称为插头)，由于不需要另行焊接正极负级引线，可方便后续装组定位与电源连结，也方便整个LED发光模块的更换。
以上所述的实施例仅系为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使本领域技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以之限定本发明的权利要求，即凡是按照本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的权利要求内。

Claims (11)

1.一种具有插头的发光二极管基板包括：
一基板，其中该基板上设有至少一导通孔；
一电路设置于该基板上，包括一电源座以及至少一发光二极管座，其中该电源座包括一正极与一负极，任一该发光二极管座包括一正极与一负极以电性连接该发光二极管的正极与负极；以及
至少一插头，任一该插头包括一硬导线，其中该插头穿透该导通孔，该插头的该硬导线电性连接该电源座的正极与负极。
2.根据权利要求1所述的发光二极管基板，其中该通孔与该插头的数量为二，且该插头的该二硬导线分别连接该电源座的正极与负极。
3.根据权利要求1所述的发光二极管基板，其中该通孔与该插头的数量为一，该插头的该硬导线包括一内导线、一外导线以及设置于该内导线与该外导线间的一绝缘层，该内导线与该外导线分别连接该电源座的正极与负极。
4.根据权利要求1所述的发光二极管基板，其中任一该发光二极管座更包括一散热垫片，设置于该发光二极管座的正极与负极之间。
5.根据权利要求1所述的发光二极管基板，其中基板为一陶瓷基板。
6.根据权利要求1所述的发光二极管基板，其中基板为一金属芯箔基板，该电路与该金属芯箔基板涂布一绝缘层，且该硬导线的外层以一绝缘体包覆，用来绝缘隔离该电路与该金属芯箔基板以及该硬导线与该金属芯箔基板。
7.一种具有插头的发光二极管模块包括：
根据权利要求1的一发光二极管基板；
至少一发光二极管，任一该发光二极管设置于该发光二极管基板上的一该发光二极管座上，该发光二极管的正极与负极分别电性连接该发光二极管座的正极与负极；以及
一散热装置，其中该发光二极管基板紧密连接于该散热装置上，该发光二极管基板的该插头通过该散热装置与一外部电源导通。
8.根据权利要求7所述的发光二极管模块，其中该发光二极管的正极与负极系以一导线焊接方式连接该发光二极管座的正极与负极。
9.根据权利要求7所述的发光二极管模块，其中该发光二极管的正极与负极系以一导电胶或一焊锡以黏合方式连接该发光二极管座的正极与负极。
10.根据权利要求7所述的发光二极管模块，其中该散热装置设有至少一通孔，该发光二极管基板的该插头穿过该通孔直接连接该外部电源。
11.根据权利要求7所述的发光二极管模块，其中该散热装置设有至少一插座，该插座的一端设有一连接头，另一端设有一插槽，该连接头用来与该外部电源导通，该插槽用来接受该发光二极管基板的该插头而与该发光二极管电性导通。
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