CN105472870A - 复合pcb电路板、led光电一体化模组及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合PCB电路板，包括铝基板，铝基板上端向上依次设置有铝基板镀焊层和焊锡层，铝基板中部内凹并设置有ALC铝基板，ALC铝基板和焊锡层之间设置有ALC铝基板镀铜层，铝基板边缘位于焊锡层上端设置有第一铜箔层，ALC铝基板和第一铜箔层上端均依次设置有第一热粘合剂层、聚酰亚胺膜层、第二热粘合剂层及第二铜箔层，铝基板边缘还设置有位于第二铜箔层上端呈环形的阻焊层。本发明还公开了LED光电一体化模组及其制造方法。本发明整体一体化组合而成，装卸和维修均方便，减少了加工难度和成本，散热效果好，能够极好的保护内部元器件。

Description

复合PCB电路板、LED光电一体化模组及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种PCB电路板，属光电技术领域，更具体的说是涉及一种复合PCB电路板、LED光电一体化模组及其制造方法。

背景技术

LED作为一种冷光源得到广泛应用，近年来在LED照明领域取得了突飞猛进的发展和普及，这种发展势头还在继续。相比较于小功率LED驱动电源及照明系统，30瓦以上的中等功率及大功率LED照明系统的开发难题大幅提高，主要难度集中在驱动电源的效率及发热处理、LED光源的发光效率及散热处理，整机的使用可靠性及使用寿命，以及性能与成本的折中控制等方面。现在常见的产品设计通常是将驱动电源模块和光源模块分开设计和制造，然后进行组装成整机系统，这将导致需要开发多种功率规格，产品难以规范化，对后期维护维修也将造成困难。

影响上述诸多限制的一个重要因素就是PCB电路板散热设计的瓶颈制约。通常的做法是增加PCB板的面积，利用多层布线来增加铺铜的面积，从而达到提高散热性能的目的，这种办法除了会增加生产成本外，当某种LED照明方案对整体产品体积有严格要求时会变的棘手。

同时，常见的LED驱动电源PCB电路板设计采用传统PCB生产材料和简单双层布线的方法，同时又采用驱动电源模块和光源模块分离的办法来进行隔离，从而可以实现较高防击穿电压，但是这方式的PCB板制作工序复杂，抗电压击穿能力有限，也大大制约了LED照明系统的使用寿命。

因此，我们需要一种可以将多模块集成化设计，可以实现整机系统小型化和模组化，并加强散热效果的新型模组结构，同时提供一种散热性能好、抗电压击穿能力好的PCB电路板。

发明内容

本发明提供了一种复合PCB电路板，该PCB电路板解决了以往电路板散热性和抗电压击穿能力差的技术难题，同时，本发明还提供了一种基于复合PCB电路板的LED光电一体化模组及其制造方法。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

复合PCB电路板，包括铝基板，铝基板上端向上依次设置有铝板镀焊层和焊锡层，所述铝基板中部内凹并设置有ALC铝基板，ALC铝基板和焊锡层之间设置有ALC铝基板镀铜层，所述铝基板边缘位于焊锡层上端设置有第一铜箔层，所述ALC铝基板和第一铜箔层上端均依次设置有第一热粘合剂层、聚酰亚胺膜层、第二热粘合剂层及第二铜箔层，所述铝基板边缘还设置有位于第二铜箔层上端呈环形的阻焊层。

作为复合PCB电路板的第一个优化方案，所述铝板镀焊层、焊锡层、第一铜箔层、第一热粘合剂层、聚酰亚胺膜层、第二热粘合剂层、第二铜箔层及阻焊层的厚度依次为20、20、25、20、35、20、35、20，单位均为μm。

本发明的复合PCB电路板结构简单，制造方便，具有较高的粘合、防水、防尘性能，绝缘性和散热性好，具有较好的抗电压击穿能力。

本发明还公开了一种基于复合PCB电路板的LED光电一体化模组，该LED光电一体化模组包括：

LED驱动电源模块，用于交直流电压转换，提供供电电压和LED驱动电压，并输出恒定电流；

光源模块，用于提供光照；

散热模块，用于对LED驱动电源模块和光源模块散热；

所述LED驱动电源模块内嵌在散热模块内部，所述光源模块卡接在散热模块前端并与LED驱动电源模块贴合；光源模块包括与散热模块卡紧的卡壳，卡壳内部设置有带LED灯珠的光源面板；所述光源面板内部固定有上述的复合PCB电路板，所述LED灯珠安装在所述复合PCB电路板上。

作为LED光电一体化模组的第一个优化方案，所述散热模块包括与卡壳卡接的扣板，扣板一侧中部设置有模块主体，模块主体内部设置有用于内嵌LED驱动电源模块的通口槽，通口槽外侧四周还设置有多个与扣板连接的散热肋片，散热肋片内部中空形成两端开口的换热空腔，换热空腔通过隔离板分隔形成空气流道和液体换热腔，所述液体换热腔两端封口且液体换热腔内部封存有散热液体。

作为LED光电一体化模组的第二个优化方案，所述散热肋片的两个侧面分别为平面和弧形面。

作为LED光电一体化模组的第三个优化方案，所述卡壳的四周均设置有用于与扣板定位和卡紧的卡扣Ⅰ。

作为LED光电一体化模组的第四个优化方案，所述扣板两侧均设置有固定板。

作为LED光电一体化模组的第五个优化方案，所述模块主体上、下两端还设置有用于卡紧LED驱动电源模块的卡扣Ⅱ。

同时，本发明还公开了LED光电一体化模组的制造方法,该方法包括以下四个步骤：

步骤一：制作LED光源模块；选取相同功率、规格和亮度的LED灯珠进行配光，按需求进行LED灯珠排列，并焊接在光源面板上，外圈卡壳利用耐高温耐老化的塑料材料制成。

步骤二：制作复合PCB电路板：采用铝基板为散热衬底，进行开槽，铝基板上端依次设置铝板镀焊层和焊锡层，在所开槽内设置ALC铝基板镀铜后设置ALC铝基板，然后依次设置第一铜箔层、第一热粘合剂层、聚酰亚胺膜层、第二热粘合剂层及第二铜箔层，最后设置阻焊层。

步骤三：制作驱动电源模块；将分立元器件焊接在电源PCB板上，将电源PCB板置于电源模块外壳，采用绝缘胶进行灌封，完成驱动电源模块制作。

步骤四：制作散热模块；将模块主体中部根据驱动电源模块的形状尺寸开槽和开孔，预埋电源走线和数据线，用于连接驱动电源模块和光源模块。

步骤五：组装；将复合PCB电路板固定在LED光源模块内并与LED灯珠连接，驱动电源模块嵌入散热模块，并完成与光源模块的电器连接，组装完成后仅留出供电电源线和用于智能控制的控制数据线。

本发明的LED光电一体化模组整体一体化组合而成，减小了产品尺寸，节约了占地空间，装卸和维修均十分方便，减少了加工难度和成本；散热模块结构简单，散热效果好，能够极好的保护内部元器件，利用该LED光电一体化模组的制造方法还能够快速进行模组装卸，维修方便，节省了成本和加工时间。

综上所述，与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的复合PCB电路板结构简单，制造方便，具有较高的粘合、防水、防尘性能，绝缘性和散热性好，具有较好的抗电压击穿能力；LED光电一体化模组整体一体化组合而成，减小了产品尺寸，节约了占地空间，装卸和维修均十分方便，减少了加工难度和成本，LED光电一体化模组的散热模块结构简单，散热效果好，能够极好的保护内部元器件，该LED光电一体化模组的制造方法也简单方便，省时省力。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明复合PCB电路板的截面图；

图2为本发明的正视图；

图3为本发明的俯视图；

图4为本发明的后视图；

图5为本发明散热肋片的结构示意图；

图6空气通过散热肋片的效果示意图；

图中的标号分别表示为：1、LED灯珠；2、光源面板；3、卡壳；4、固定板；5、卡扣Ⅰ；6、散热肋片；7、卡扣Ⅱ；8、模块主体；9、扣板；10、LED驱动电源模块；11、通口槽；12、液体换热腔；13、隔离板；14、空气流道；15、阻焊层；16、第二铜箔层；17、第二热粘合剂层；18、聚酰亚胺膜层；19、第一热粘合剂层；20、第一铜箔层；21、焊锡层；22、铝基板镀焊层；23、铝基板；24、ALC铝基板镀铜层；25、ALC铝基板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例一

如图1所示，复合PCB电路板，包括铝基板23，铝基板23上端向上依次设置有铝基板镀焊层22和焊锡层21，所述铝基板23中部内凹并设置有ALC铝基板25，ALC铝基板25和焊锡层21之间设置有ALC铝基板镀铜层24，所述铝基板23边缘位于焊锡层上端设置有第一铜箔层20，所述ALC铝基板25和第一铜箔层20上端均依次设置有第一热粘合剂层19、聚酰亚胺膜层18、第二热粘合剂层17及第二铜箔层16，所述铝基板23边缘还设置有位于第二铜箔层16上端呈环形的阻焊层15。

本实施例中，各个层结构的作用是：

阻焊层15：为负片输出，用于在整片阻焊的绿油上开窗，目的是允许焊接。

由于它是负片输出，所以有焊接掩模的部分不上绿油，而是镀锡。

第一铜箔层20和第二铜箔层16：二者结构和作用相同，均用于电器互联，以实现电器连接的功能要求；第一铜箔层和第二铜箔层为PCB覆铜箔层压板，PCB覆铜箔层压板是制作印制电路板的基板材料，它除了用作支撑各种元器件外，并能实现它们之间的电器连接或电绝缘，对电路中信号的传输速度、能量损失和特性阻抗等有很大的影响。制造PCB覆铜箔层压板的主要原材料为树脂、纸、玻璃布、铜箔。

第一热粘合剂层19和第二热粘合剂层17：二者结构和作用相同，第一热粘合剂层和第二热粘合剂层即热粘合剂构成的层结构，热粘合剂即热熔性粘合剂，也可以称为热可塑性粘合剂，在本实施例中第一热粘合剂层和第二热粘合剂层除了起到传统的粘合作用外，还具有以下作用：（1）熔融温度和粘度比普通树脂低，能在低温低压下成形，给元件和电子部件造成的负荷小；（2）作为封装材料使用时，粘合、防水、防尘性能高；（3）可实现元件和电子部件的嵌入成型，从而简化组装工艺，削减成本。

聚酰亚胺膜层18：作为印制电路板上层的绝缘薄膜的互连系统，可以实现更小的机械钻孔尺寸，使印制电路板获得更高密度和强度。

焊锡层21：包括顶层锡膏层和底层锡膏层两部分，指露在外面的表面贴装焊盘，也就是在焊接前需要涂焊膏的部分。便于焊盘进行热风整平和制作焊接钢网。

铝基板镀焊层22：减小阻抗，提高抗干扰能力，降低压降，提高电源效率；与地线相连，减小环路面积。

铝基板23：属于高导热材料，以便活动的良好的散热特性。表面通过高导热纯胶，与散热器模块相连，可以获得良好的散热效果。

ALC铝基板25：具有超高热传导率，可实现高导热，同时又具有绝缘特性，可以获得较高的耐压（防电压击穿）能力。ALC铝基板可以设置两层，从而获得更高的耐压能力。

ALC铝基板镀铜层24：与铝板镀铜层作用相同。

本实施例结构简单，在不增大PCB主体尺寸的基础上，显著提高了PCB板的散热效果和大幅提高了PCB板的抗高电压击穿能力，使得PCB板使用寿命和稳定性增加，特别适用于一些中、大功率的用电需求。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：所述铝基板镀焊层22、焊锡层21、第一铜箔层20、第一热粘合剂层19、聚酰亚胺膜层18、第二热粘合剂层17、第二铜箔层16及阻焊层15的厚度依次为20、20、25、20、35、20、35、20，单位均为μm。

本实施例中，上述各层结构依次以厚度设置，不仅可以大幅度提高各层结构的作用，满足电器需求，同时还能最大化的提高散热效果，同时提高和稳定PCB板的耐压能力。

实施例3

如图1-5所示，LED光电一体化模组，该LED光电一体化模组包括：

LED驱动电源模块10，用于交直流电压转换，提供供电电压和LED驱动电压，并输出恒定电流；

光源模块，用于提供光照；

散热模块，用于对LED驱动电源模块10和光源模块散热；

所述LED驱动电源模块10内嵌在散热模块内部，所述光源模块卡接在散热模块前端并与LED驱动电源模块10贴合；光源模块包括与散热模块卡紧的卡壳3，卡壳3内部设置有带LED灯珠1的光源面板2；所述光源面板2内部固定有如实施例1或实施例2所述的复合PCB电路板，所述LED灯珠1安装在所述复合PCB电路板上。

本实施例中LED驱动电源模块10用于光电一体化模组的电压转换和供电，可以将设计功率划分为少数几个规格模块，并通过排列组合实现更多功率规格的要求；散热模块可以实现更好的散热效率和效果，使得在大功率应用条件下的系统温度不会过高而导致系统失效；光源模块部分提供可靠光源，与驱动电源模块和散热模块进行一体化组合设计，形成一个整体模组。三者安装间隙处通过灌胶处理，起到防水防尘效果。

本实施例的LED驱动电源模块10、光源模块及散热模块采用组合方式形成一体化结构，装卸方便、快捷，并且整体散热效果好，防电压击穿能力强，安全稳定。

本实施例LED光电一体化模组的制造方法如下，包括以下五个步骤：

步骤一：制作LED光源模块；选取相同功率、规格和亮度的LED灯珠1进行配光，按需求进行LED灯珠1排列，并焊接在光源面板2上，外圈卡壳3利用耐高温耐老化的塑料材料制成。

步骤二：制作复合PCB电路板：采用铝基板23为散热衬底，进行开槽，铝基板23上端依次设置铝基板镀焊层22和焊锡层21，在所开槽内设置ALC铝基板镀铜24后设置ALC铝基板25，然后依次设置第一铜箔层20、第一热粘合剂层19、聚酰亚胺膜层18、第二热粘合剂层17及第二铜箔层16，最后设置阻焊层15。

步骤三：制作驱动电源模块；将分立元器件焊接在电源PCB板上，将电源PCB板置于电源模块外壳，采用绝缘胶进行灌封，完成驱动电源模块制作。

步骤四：制作散热模块；将模块主体8中部根据驱动电源模块的形状尺寸开槽和开孔，预埋电源走线和数据线，用于连接驱动电源模块和光源模块。

步骤五：组装；将复合PCB电路板固定在LED光源模块内并与LED灯珠1连接，驱动电源模块嵌入散热模块，并完成与光源模块的电器连接，组装完成后仅留出供电电源线和用于智能控制的控制数据线。

本实施例的制造方法工序简单，组装方便，节约了加工时间和成本。

实施例4

本实施例在实施例3的基础上优化了散热模块，具体为：所述散热模块包括与卡壳3卡接的扣板9，扣板9一侧中部设置有模块主体8，模块主体8内部设置有用于内嵌LED驱动电源模块10的通口槽11，通口槽11外侧四周还设置有多个与扣板9连接的散热肋片6，散热肋片6内部中空形成两端开口的换热空腔，换热空腔通过隔离板13分隔形成空气流道14和液体换热腔12，所述液体换热腔12两端封口且液体换热腔12内部封存有散热液体。

本实施例的LED驱动电源模块10直接嵌入通口槽11，光源模块再贴合在散热模块和LED驱动电源模块10前端，不仅装卸方便，而且一体化组合而成，减小了产品尺寸，节约了占地空间，制造方便，成本低；散热模块将LED驱动电源模块10包裹在内，并通过多个散热肋片6进行散热，从而能够将LED驱动电源模块10和光源模块产生的热量排出，散热肋片6内的空气流道14和液体换热腔12均能提高散热模块的散热效率，空气流道14使得散热肋片6与外部空气接触面积增大，通过空气进行热交换达到快速散热目的，而液体换热腔12通过内部散热液体迅速吸热并通过空气交换，同样达到快速散热的目的，液体换热吸热快，能够及时将产生的热量吸附，并通过空气交换带走，采用这种液体和空气交换散热相结合的方式进行散热降温，吸热快和散热快，降温效果好。

本实施例中的散热液体可以是水、液氮、酒精溶液等液体，本实施例采用的是酒精含量50%的酒精溶液作为散热液体。

实施例5

如图6所示，本实施例在实施例4的基础上优化了以下结构，具体为：所述散热肋片6的两个侧面分别为平面和弧形面。

本实施例散热肋片6的两个侧面分别为平面和弧形面，使得散热肋片6横截面形成一侧为平面，另一侧为弧形面的结构，使得散热肋片6在散热时更加符合空气动力学原理，散热时空气流动方向一直，流速得到较大提升。如图5为空气通过散热肋片6的效果示意图，箭头表示空气流通方向，当冷空气通过散热肋片6的起始端时，与散热肋片6产生热交换，空气被加热从而产生流速，根据努利伯定律，当热空气通过弧形面时，由于其弧形结构，热气流得以加速，从而加速空气流通，更快、更多的带走散热肋片6吸收的热量，起到很好的散热效果。

实施例6

本实施例在实施例4或实施例5的基础上增加了以下结构，具体为：所述卡壳3的四周均设置有用于与扣板9定位和卡紧的卡扣Ⅰ5。

本实施例为了方便安装和整体结构的稳定性，在卡壳3的四周均设置卡扣Ⅰ5，安装时卡扣Ⅰ5与扣板9上相对应的地方对应，定位卡紧，安装简便，且卡紧牢固。

实施例7

本实施例在实施例4-实施例6中任一实施例的基础上增加了以下结构：所述扣板9两侧均设置有固定板4。

本实施例固定板4用于固定整体结构，通过扣板9承重，能够减少光源模块与LED驱动电源模块10的位移，避免出现间隙而无法实现防水、防尘等效果。

实施例8

本省实施例在上述实施例4-实施例7中任一实施例的基础上增加了以下结构：所述模块主体8上、下两端还设置有用于卡紧LED驱动电源模块10的卡扣Ⅱ7。

本实施例中，为了卡紧LED驱动电源模块10，防止其移位而影响散热和线路连接，在模块主体8上、下两端设置卡扣Ⅱ7，通过卡扣Ⅱ7可以将LED驱动电源模块10卡紧，LED驱动电源模块10上相应位置设置有对应的卡槽，起到很好的卡紧效果，同时LED驱动电源模块10还可以通过卡扣Ⅱ7起到一个定位安装的效果。

如上所述即为本发明的实施例。前文所述为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.复合PCB电路板，包括铝基板（23），其特征在于，铝基板（23）上端向上依次设置有铝基板镀焊层（22）和焊锡层(21)，所述铝基板（23）中部内凹并设置有ALC铝基板(25)，ALC铝基板(25)和焊锡层(21)之间设置有ALC铝基板镀铜层(24)，所述铝基板（23）边缘位于焊锡层上端设置有第一铜箔层(20)，所述ALC铝基板(25)和第一铜箔层(20)上端均依次设置有第一热粘合剂层(19)、聚酰亚胺膜层(18)、第二热粘合剂层(17)及第二铜箔层(16)，所述铝基板（23）边缘还设置有位于第二铜箔层(16)上端呈环形的阻焊层(15)。

2.根据权利要求1所述的复合PCB电路板，其特征在于，所述铝基板镀焊层（22）、焊锡层(21)、第一铜箔层(20)、第一热粘合剂层(19)、聚酰亚胺膜层(18)、第二热粘合剂层(17)、第二铜箔层(16)及阻焊层(15)的厚度依次为20、20、25、20、35、20、35、20，单位均为μm。

3.LED光电一体化模组，该LED光电一体化模组包括：

LED驱动电源模块（10），用于交直流电压转换，提供供电电压和LED驱动电压，并输出恒定电流；

光源模块，用于提供光照；

散热模块，用于对LED驱动电源模块（10）和光源模块散热；

所述LED驱动电源模块（10）内嵌在散热模块内部，所述光源模块卡接在散热模块前端并与LED驱动电源模块（10）贴合；光源模块包括与散热模块卡紧的卡壳（3），卡壳（3）内部设置有带LED灯珠（1）的光源面板（2）；

其特征在于，所述光源面板（2）内部固定有如权利要求1或2所述的复合PCB电路板，所述LED灯珠（1）安装在所述复合PCB电路板上。

4.根据权利要求3所述的LED光电一体化模组，其特征在于，所述散热模块包括与卡壳（3）卡接的扣板（9），扣板（9）一侧中部设置有模块主体（8），模块主体（8）内部设置有用于内嵌LED驱动电源模块（10）的通口槽（11），通口槽（11）外侧四周还设置有多个与扣板（9）连接的散热肋片（6），散热肋片（6）内部中空形成两端开口的换热空腔，换热空腔通过隔离板（13）分隔形成空气流道（14）和液体换热腔（12），所述液体换热腔（12）两端封口且液体换热腔（12）内部封存有散热液体。

5.根据权利要求4所述的LED光电一体化模组，其特征在于，所述散热肋片（6）的两个侧面分别为平面和弧形面。

6.根据权利要求4所述的LED光电一体化模组，其特征在于，所述卡壳（3）的四周均设置有用于与扣板（9）定位和卡紧的卡扣Ⅰ（5）。

7.根据权利要求4所述的LED光电一体化模组，其特征在于，所述扣板（9）两侧均设置有固定板（4）。

8.根据权利要求4所述的LED光电一体化模组，其特征在于，所述模块主体（8）上、下两端还设置有用于卡紧LED驱动电源模块（10）的卡扣Ⅱ（7）。

9.LED光电一体化模组的制造方法,其特征在于：该方法包括以下四个步骤：

步骤一：制作LED光源模块；选取相同功率、规格和亮度的LED灯珠（1）进行配光，按需求进行LED灯珠（1）排列，并焊接在光源面板（2）上，外圈卡壳（3）利用耐高温耐老化的塑料材料制成；

步骤二：制作复合PCB电路板：采用铝基板（23）为散热衬底，进行开槽，铝基板（23）上端依次设置铝基板镀焊层（22）和焊锡层(21)，在所开槽内设置ALC铝基板镀铜(24)后设置ALC铝基板(25)，然后依次设置第一铜箔层(20)、第一热粘合剂层(19)、聚酰亚胺膜层(18)、第二热粘合剂层(17)及第二铜箔层(16)，最后设置阻焊层(15)；

步骤三：制作驱动电源模块；将分立元器件焊接在电源PCB板上，将电源PCB板置于电源模块外壳，采用绝缘胶进行灌封，完成驱动电源模块制作；

步骤四：制作散热模块；将模块主体（8）中部根据驱动电源模块的形状尺寸开槽和开孔，预埋电源走线和数据线，用于连接驱动电源模块和光源模块；

步骤五：组装；将复合PCB电路板固定在LED光源模块内并与LED灯珠（1）连接，驱动电源模块嵌入散热模块，并完成与光源模块的电器连接，组装完成后仅留出供电电源线和用于智能控制的控制数据线。