CN103900044A - 一种可焊接型led基板及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

一种可焊接型LED基板及其制作工艺，包括有LED光源、基板，基板表面热喷涂有一金属层，LED光源焊接在所述的金属层上。所述的基板可以为外壳底部、平面的板材或带有散热鳍片的散热器。一种可焊接型LED基板的制作工艺，首先在基板表面热喷涂有金属层，然后LED光源通过焊接工艺固定在金属层上。本发明的有益效果：在专利技术上，采用LED光源直接焊接的方式，固定在散热器的金属层上，相对于现有导热胶填充的机械接触，不仅减少了铝基板的热传导中间过渡，而且光源焊接后的强度更高，稳定性更好，金属层材料一般采用铜等高导热率可焊接的金属，LED光源焊接后能直接通过支架传递给金属层，再由金属层快速将热量传递给散热器，进行散热，从而最大程度的减少热阻，提高导热效率，减少LED光源的光衰减。

Description

一种可焊接型LED基板及其制作工艺

技术领域

本发明涉及一种新型LED基板，尤其是一种表面可直接焊接LED光源的基板及其制作工艺。

背景技术

发光二极管(LED)作为国际公认的第四代绿色照明光源，具有节能、环保、无辐射、使用寿命长、响应速度快、抗冲击等独特优点，随着LED性能的不断提升，其应用领域不断扩展，光源的应用功率也不断提高，随之产生的发热量也大幅提升。由于LED产生的热量，尤其是功率型LED光源，或多光源同时应用时，热量集中且持续产热，因此对于光源散热有苛刻的要求，这不仅直接影响到LED光源的光衰减，而且关系到LED应用产品(灯具)整体的稳定性和使用寿命。

目前，对于LED光源的散热处理，一般是将LED光源，采用机械接触的方式，固定在LED铝基板上，形成光源模组后，再固定在散热器上，通过散热器的散热鳍片进行散热。如专利申请号为200710042990.5的大功率LED道路照明灯专利中，包括有至少一个大功率LED灯头，散热器，其中大功率LED灯头固定于散热器上，大功率LED灯头包括灯头底座、铝基板、透镜，所述的灯头底座的上表面设有凹槽，铝基板上绑定有数个功率为1W或3W的大功率LED芯片，大功率LED灯头具有20W～40W的功率，该铝基板固定于凹槽内，透镜固定于铝基板的上方。

该专利通过将LED光源固定在铝基板上，一方面在铝基板上可以制作电气线路分布，从而直接连接各个光源，形成光源模组，电气性能和稳定性较高；另一方面在进行批量加工和生产时，具有结构简单、可靠性高、便于组装生产等优点。但是，在LED光源的传散热性能上，该技术也有较大不足。一方面采用机械方式固定LED光源，无法做到结合面的完全平整，一般需采用导热膏涂敷的方法，来填充空隙，但是导热膏的导热系数较小，相对于金属焊接，热阻仍然较大；另一方面，LED光源的热量先通过支架传递给铝基板，再由铝基板将热量传递给散热器，热量需要两次传递，相对于一次传热，即将LED光源直接传递给散热器，由散热器的散热鳍片直接进行散热，其热阻仍然较大，传热效率差，将导致散热效果不理想。

发明内容

本发明针对上述不足，以及现有铝合金散热器难以直接焊接LED光源的缺点，提供一种结构简单，具有良好传热能力的新型LED基板及制作工艺。

为了实现上述目的，本发明所采取的措施是：一种可焊接型LED基板，包括有LED光源、基板，基板表面热喷涂有一金属层，LED光源焊接在所述的金属层上。

所述的基板可以为外壳底部、平面的板材或带有散热鳍片的散热器。

所述的热喷涂工艺采用电弧喷涂，或等离子喷涂。

所述的金属层为可焊接材料，包含有铜、铅、锡、银中的一种或多种。

所述的焊接方式采用锡膏焊接，加热台，回流焊，超声波焊接中的一种或多种。

所述的金属层厚度为0.05～0.5mm。

一种可焊接型LED基板的制作工艺，首先在基板表面热喷涂有金属层，然后LED光源通过焊接工艺固定在金属层上。

所述的热喷涂采用电弧喷涂工艺或等离子喷涂工艺。

所述的焊接工艺采用锡膏焊接，加热台，回流焊，超声波焊接中的一种或多种。

本发明的有益效果：

在思维方式上，本专利完全颠覆了传统的铝基板焊接光源，再固定在散热器的现有技术，直接将LED光源直接焊接在散热器上，虽然该技术的应用原理及结构易于叫人理解、但是从LED行业中下游的应用领域来说，将实现LED光源传散热技术的变革，推动LED半导体照明的推广和普及，具有重大的社会意义和经济效益。

在专利技术上，采用LED光源直接焊接的方式，固定在散热器的金属层上，相对于现有导热胶填充的机械接触，不仅减少了铝基板的热传导中间过渡，而且光源焊接后的强度更高，稳定性更好，金属层材料一般采用铜等高导热率可焊接的金属，LED光源焊接后能直接通过支架传递给金属层，再由金属层快速将热量传递给散热器，进行散热，从而最大程度的减少热阻，提高导热效率，减少LED光源的光衰减。

在生产工艺上，一方面，金属层采用热喷涂方式热结合在基板表面，不仅具有结合强度高，高温下不易脱落等技术优势，而且热喷涂设备简单，喷涂金属材料无特殊要求，可人工或自动操作，生产效率及良品率高，不受外界条件影响等。另一方面，在LED光源的焊接方式上，采用回流焊等现有成熟的焊接工艺，极易实现光源在金属层上的批量焊接。因此，本专利技术，该技术不仅在传导热性能上能够得到大幅提升，而且生产工艺简单，生产效率高，整体成本较低。

附图说明

图1为本发明的一种优选实施例示意图；

图2为本发明的一种优选实施例的剖面示意图。

图3为本发明的另一种优选实施例示意图；

图4为本发明的另一种优选实施例的剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

实施例1

如图1、图2所示，本实施例主要由LED光源1、金属层2、基板3、PCB板4等部件组成。其中，在基板3的表面热喷涂有金属层2，金属层2和基板3的表面安装PCB板4，PCB板4的中间设置有众多的开孔，孔径略大于LED光源1的支架大小，LED光源1安装在PCB板4的开孔内，并焊接在金属层2上，LED光源1的两端引脚则焊接在PCB板4上，与PCB板4上的电路分布形成连接。

金属层2在喷涂的过程中，对于基板3表面热喷涂位置的选择，可以采取局部定点喷涂或是全部喷涂。采用全部热喷涂，一方面不需要制作夹具等辅助配件，可以直接喷涂操作，另一方面焊接LED光源1后，由于喷涂的金属层2具有较高的导热系数，以比较常用的铜为例，其导热系数可以达到400W/mK左右，全部喷涂在基板3的光源安装面，能更加有利于热量的传递。采用局部定点热喷涂，相对于全部喷涂，则需要制作专业的夹具，并控制好喷涂的准确度。在本实施例中，基板3采用了常用的铝合金散热器，由于铝合金材料也具有较高导热系数，在230W/mK左右，喷涂后的金属层2可以通过铝合金散热器进行快速的传热。所以，本实施列优先采用局部定点喷涂的方式。在考虑性能和成本因素后，金属层2采用线性的条状分布，其宽度应略大于或大于LED光源1的支架底部，在基板3的表面喷涂众多的线性条状金属层2。在实际的应用过程中，金属层2的喷涂位置根据需要可以不断调整，如采用各种形状，规则或不规则的分布在基板3表面。

在金属层2的热喷涂方式上，可以采用电弧喷涂，或等离子喷涂等。其中，等离子涂技术，是采用由直流电驱动的等离子电弧作为热源，将陶瓷、合金、金属等材料加热到熔融或半熔融状态，并以高速喷向经过预处理的工件表面而形成附着牢固的表面层的方法。具有以下几个特点：1、超高温型，便于进行高熔点材料的喷涂；2、喷射粒子的速度高，涂层致密，粘结强度高；3、使用惰性气体为工作哦气体，喷涂材料不易氧化等。

相比较来说，电弧喷涂是利用燃烧于两根连续送进的金属丝之间的电弧来熔化金属，用高速气流把熔化的金属雾化，并对雾化的金属粒子加速使它们喷向工件形成涂层的技术。在进行电弧喷涂前，需做预前处理，即喷砂处理，以达到一定的结合强度，避免喷涂层掉落。

电弧喷涂提高了熔融粒子的飞行速度和雾化质量，降低了涂层的空隙率，同时增加了涂层与基体的结合强度，具有以下技术优势：准备工作简单，喷涂效率高，更换喷涂材料方便，安全性高，成本低，涂层质量高等。因此，本实施例优选采用电弧喷涂的方式来在基板3的表面热喷涂金属层2。

金属层2为可焊接材料，主要为含有铜、铅、锡、银中的一种或多种。一方面以上金属材料，具有良好的可焊性，并易于加工喷涂；另一方面以上金属材料，本身具有较高的导热系数，焊接LED光源1后，热阻较低，导热性能好。在性能和成本的综合考虑上，优选采用含铜材料进行热喷涂。

喷涂的金属层厚度一般为0.05～0.5mm。如果喷涂的厚度太薄，则容易造成金属层的附着力不足，引起金属层的脱落；如果喷涂的太厚，则容易引起材料和加工成本的上升。因此，通过对比试验，金属的厚度优选采用0.1mm。

LED光源1焊接在金属层2表面时，一般采用锡膏焊接，或回流焊，或超声波焊接。在小批量试验或制作样品时，可以采用传统的锡膏进行人工焊接，减少专业设备的使用；在进行大批量生产的过程中，可以采用回流焊或超声波焊接，由于超声波焊接对于焊接的材料要求比较高，并且需要超声波专用的焊接设备，所以一般较少应用。加热台及回流焊工艺，已经在电子应用领域已经得到了大范围的应用，考虑到批量生产效率以及焊接品质，故优选采用加热台或回流焊的方式将LED光源1焊接在金属层2上。

PCB板4固定在基板3和金属层2的上方，优选采用绝缘、耐温的玻纤板。在实施过程中，一般采用整片的形式安装在基板3上，一方面，便于在面设置有电路分布，焊接LED光源1的两端针脚后，形成电气联接；另一方面，能够保证安装过程中的位置准确度，尤其是开孔位置的准确性，将直接影响到LED光源1的焊接位置，便于批量的安装生产，同时还能够保证PCB板4安装后的整体美观度。

基板3可以为外壳底部、平面的板材或带有散热鳍片的散热器等，带有散热功能的部件表面都可以认为是基板3。如果灯具外壳带有散热功能，如LED吸顶灯，则基板3可以为灯具外壳的底部，LED光源1可以直接焊接在外壳底部；如果LED光源1的数量较少或功率较小，并且空间面积有限，一般采用平面的(金属)板材作为基板3；如果LED光源的总功率较大，应用到大型的灯具上，而且空间面积较大，这一般采用带有散热鳍片的散热器。在本实施例中，基板3采用带有散热鳍片的散热器，使LED光源1产生的热量能够快速传导到散热鳍片，实现与空气的对流散热。

基板3的材料，可以采用铝、铜、铝合金等高导热易成型的金属或合金材料。考虑到成本和性能的综合因素，优选采用铝合金材料制作，并通过挤压工艺一次成型，再根据生产需要进行加工。

实施例2

如图3和图4，本优选实施例主要由LED光源1、金属层2、基板3等组成。其中，基板3采用类似太阳花结构的铝合金散热器，中心部分为实心圆柱体，并以圆柱体为中心，放射状的分布有散热鳍片。在基板3上的圆柱体平面上全部热喷涂有金属层2，集成封装的LED光源1焊接在金属层2的表面。

基板3作为散热的主要部件，可以根据实际的应用需要进行变换，可以认为起到散热作用的部件表面，都可以作为基板3，来进行表面的热喷涂金属层2。本实施中的基板3，采用类似太阳花结构的散热器，一方面其适用领域广泛，可以用在LED筒灯、LED吸顶灯等室内小型灯具中；另一方面其导热系数较高，散热面积大，总体散热性能良好，采用挤压工艺进行生产，成本较低，适用于批量的规模应用。

LED光源1作为发光器件，在实际应用中，可以根据功率大小、光源内芯片数量等不同划分标准来进行选择。如本实施例中，LED光源1的焊接面积有限，难以焊接较多光源，而且基板3的散热效率较高，所以优选采用集成封装的大功率LED光源1，直接焊接在金属层2上。

LED光源1焊接在金属层2上后，可以在光源旁边设置线路板或是直接采用导线的形式，将LED光源1的电极引脚连接到驱动电源。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在技术方案范围内进行的通常变化和替换都应该包括在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种可焊接型LED基板，包括有LED光源、基板，其特征在于，基板表面热喷涂有一金属层，LED光源焊接在所述的金属层上。

2.根据权利要求1所述的一种可焊接型LED基板，其特征在于，所述的基板为外壳底部、平面的板材或带有散热鳍片的散热器。

3.根据权利要求1或2所述的一种可焊接型LED基板，其特征在于，所述的热喷涂采用电弧喷涂或等离子喷涂。

4.根据权利要求3所述的一种可焊接型LED基板，其特征在于，所述的金属层为可焊接材料，包含有铜、铅、锡、银中的一种或多种。

5.根据权利要求3所述的一种可焊接型LED基板，其特征在于，所述的焊接方式采用锡膏焊接，加热台，回流焊，超声波焊接中的一种或多种。

6.根据权利要求3所述的一种可焊接型LED基板，其特征在于，所述的金属层厚度为0.05～0.5mm。

7.一种可焊接型LED基板的制作工艺，其特征在于，首先在基板表面热喷涂有金属层，然后LED光源通过焊接工艺固定在金属层上。

8.如权利要求7所述的一种可焊接型LED基板的制作工艺，其特征在于，所述的热喷涂采用电弧喷涂工艺或等离子喷涂工艺。

9.如权利要求8所述的一种可焊接型LED基板的制作工艺，其特征在于，所述的焊接工艺采用锡膏焊接，加热台，回流焊，超声波焊接中的一种或多种。

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