RU2687316C2 - Способ монтажа светодиодных светильников - Google Patents
Способ монтажа светодиодных светильников Download PDFInfo
- Publication number
- RU2687316C2 RU2687316C2 RU2016109349A RU2016109349A RU2687316C2 RU 2687316 C2 RU2687316 C2 RU 2687316C2 RU 2016109349 A RU2016109349 A RU 2016109349A RU 2016109349 A RU2016109349 A RU 2016109349A RU 2687316 C2 RU2687316 C2 RU 2687316C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- copper
- led
- thickness
- electrodes
- printed
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 53
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 52
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 51
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 9
- 238000005530 etching Methods 0.000 abstract description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 7
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 abstract description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 4
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 abstract description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005476 soldering Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002313 adhesive film Substances 0.000 abstract 2
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 11
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 10
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 3
- 238000003698 laser cutting Methods 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 238000005554 pickling Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F21V21/00—Supporting, suspending, or attaching arrangements for lighting devices; Hand grips
- F21V21/005—Supporting, suspending, or attaching arrangements for lighting devices; Hand grips for several lighting devices in an end-to-end arrangement, i.e. light tracks
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
- F21V29/10—Arrangement of heat-generating components to reduce thermal damage, e.g. by distancing heat-generating components from other components to be protected
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/11—Printed elements for providing electric connections to or between printed circuits
- H05K1/111—Pads for surface mounting, e.g. lay-out
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
- H05K3/20—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern by affixing prefabricated conductor pattern
- H05K3/202—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern by affixing prefabricated conductor pattern using self-supporting metal foil pattern
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Led Device Packages (AREA)
- Fastening Of Light Sources Or Lamp Holders (AREA)
Abstract
Способ монтажа светодиодных плат может быть использован в светодиодных светильниках повышенной мощности. В светодиодных светильниках повышенной мощности повышается температура кристаллов светодиодов, что вызывает снижение срока службы светильников. Для снижения температуры кристаллов светодиодов в настоящее время отвод тепла от светодиодов осуществляется путем использования специальных печатных плат с изолированной металлической подложкой. Медная фольга печатной платы имеет увеличенную толщину и отделяется от металлической подложки тонким слоем теплопроводной электрической изоляции. Недостатками использования такого материала для печатных плат является: повышенный расход меди, связанный с вытравливанием меди со свободных участков платы; увеличение времени изготовления печатных плат, которое пропорционально толщине слоя меди (скорость травления меди при использования форсунок примерно 35 мкм/мин); ограничение максимальной толщины медного слоя по технологическим соображениям; ухудшение точности изготовления электродов с увеличением толщины медного слоя. Целью предлагаемого способа монтажа печатных плат светильников повышенной мощности является увеличение срока службы светильника путем снижения теплового сопротивления светодиод - металлическая подложка печатной платы, снижение расхода меди, снижение трудозатрат. Указанные цели достигаются предлагаемым способом монтажа, при котором на алюминиевую подложку приклеивается двусторонняя клеящая пленка. На эту пленку автоматом по монтажу электронных элементов устанавливаются по специальной программе медные плоские электроды, вырубленные из медной полосы выбранной толщины, каждый электрод прижимается с необходимым для приклейки усилием к клеящей пленке, после чего автомат для монтажа электронных элементов устанавливает светодиоды на медные электроды через флюс, после установки всех элементов производится пайка в программируемой печи. 2 ил., 1 табл.
Description
Способ монтажа светодиодных плат может быть использован в светодиодных светильниках повышенной мощности.
Изобретение относится к светотехнике и может быть использовано при изготовлении светотехнического оборудования повышенной мощности: для архитектурной подсветки зданий, спортивных площадок, театральных и концертных залов, городских площадей, аэропортов, железнодорожных объектов.
Светодиоды, являются эффективным источником света, обладают низким потреблением электроэнергии и большим сроком службы, способны создавать высокоинтенсивные световые потоки. Однако использование для указанных применений -мощных светодиодов создает проблему с рассеиванием выделяемого светодиодами тепла. Срок службы светодиодов значительно - более чем в 2 раза снижается при увеличении температуры кристалла светодиода на 20°С (1).
Наиболее распространенным способом отвода тепла от светодиодов является применение печатных плат с металлической, как правило, алюминиевой подложкой (2, 3). Такие печатные платы состоят из следующих слоев: металлической подложки толщиной 0,5-2 мм с нанесенным на нее изоляционным теплопроводящим слоем (препрегом) толщиной, 0,06-0,15 мм; медной фольги толщиной 0,035-0.105 мм и более. Из медной фольги методом травления получают электроды, на которые припаивают светодиоды. Отвод тепла от светодиодов в таких структурах в горизонтальном направлении производится через электроды и далее по вертикали через теплопроводящий изоляционный слой к металлической подложке и далее при необходимости к радиатору. Для снижения теплового сопротивления электрода в горизонтальном направлении его толщину выбирают максимально возможной по технологическим и другим соображениям.
Другим техническим решением (2, 3) является сверление отверстий в двусторонней печатной плате, гальваническое осаждение меди в отверстиях и заливка этих отверстий припоем.
Недостатками известных решений являются: - снижение надежности светильника при стандартной толщине медного слоя, при которой снижается количество горизонтально транспортируемого тепла, а, следовательно, увеличивается температура кристалла светодиода;
- повышенный расход меди, связанный с вытравливанием меди со свободных участков печатной платы;
- увеличение времени изготовления печатных плат, которое пропорционально толщине слоя меди (скорость травления меди при использовании форсунок примерно 35 мкм/минуту);
- ограничение максимальной толщины медного слоя по технологическим соображениям; -ухудшение точности изготовления электродов с увеличением толщины медного слоя. Использование для вертикальной транспортировки тепла сквозных металлизированных отверстий требует двусторонних печатных плат, процесса металлизации этих отверстий и повышенный износ инструмента при сверлении большого количества отверстий.
Техническим результатом предлагаемого способа является и увеличение срока службы светильника путем снижения теплового сопротивления между светодиодом и радиатором, снижение расхода меди, а также повышение технологичности изготовления светильника.
Раскрытие сущности изобретения
Изобретение характеризуется следующей совокупностью существенных признаков.
На алюминиевую пластину - подложку наклеивается тонкая пленка с двусторонним клеящим слоем с хорошей теплопроводностью. На эту пленку автоматом по монтажу SMD элементов устанавливаются медные электроды, изготовленные из медной пластины заданной толщины, либо штамповкой, либо методом лазерной резки. Эти электроды после кратковременного прижатия образуют «печатную» плату с алюминиевой подложкой. На эти электроды тем же автоматом по монтажу SMD элементов устанавливаются и припаиваются светодиоды, по технологии пайки обычных печатных плат. Толщина электродов (дорожек печатной платы) выбирается значительно больше, чем толщина медной фольги обычной печатной платы, что обеспечивает снижение теплового сопротивления светодиод - алюминиевая подложка. Предложенный способ позволяет обойтись без нескольких операций изготовления обычной печатной платы: нанесения рисунка, травления и т.д., что повышает технологичность изделия. Так как отсутствует травление меди, а способы изготовления медных электродов практически безотходны, расход меди минимален.
Предложенный способ монтажа «печатных» плат светильников достаточно прост, но не является очевидным, так как на первый взгляд применяемые способы монтажа на печатных платах с увеличенной толщиной медного слоя представляются наименее трудозатратными. Однако при этом не учитывается увеличение времени обработки на операции травления и затраты на регенерацию меди.
Изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами: На фиг. 1 изображен пример расположения медных электродов и светодиодов на плате полезной модели, выполненной по предлагаемому способу монтажа. На фиг. 1 обозначены:
1- алюминиевая подложка; 2 - медные электроды;; 3 - светодиоды; - ; 4 перемычки (могут отсутствовать); 5 - пленка с двусторонним клеевым слоем; 6 - радиатор. На фиг. 2 изображена эквивалентная схема теплового расчета, приведенного в приложения 1. На фиг 2 обозначены Rt - тепловое сопротивление элементарной площадки препрега медного электрода в вертикальном направлении; rt - тепловое сопротивление элементарной площадки медного электрода в горизонтальном направлении.
Возможность промышленного применения Оценка максимальной мощности светильника.
В качестве изоляционной теплопроводной пленки с двусторонним клеящим слоем может быть использована пленка М3-8940, имеющая следующие технические характеристики: теплопроводность 0,9 Вт/м°С; термостойкость от минус 40 до 150°С, кратковременно, в течение 1 часа - 225°С, толщина 190 мкм, электрическая прочность 10 кВ, прочность на сдвиг 1000 Г при площади 323 мм2. Например, при площади электрода равной 2 см2 тепловое сопротивление такой пленки равно
Rtп=h/σS=1°C/BT.
Здесь h толщина пленки;
σ - теплопроводность пленки;
S - площадь пленки
При допускаемом перепаде температур на пленке 5°С через такую пленку можно передать тепловую мощность до 5 Вт. С учетом кпд современных светодиодов более 30%, мощность, подводимая к светодиоду при этом равна 7 Вт. При количестве светодиодов в светильнике равном 50 суммарная мощность, подводимая к светодиодам, достигает 350 Вт, что достаточно для большинства практических приложений.
Оценка максимальной вибростойкости светильника.
Медный электрод толщиной 0,5 мм, площадью 323 мм2 имеет вес
Р=ρ h S=8,9 Г/см3 0,05 см × 3,23 см2=1,44 Г.
Здесь ρ - удельная плотность меди;
h - толщина медного электрода;
S - площадь медного электродаэ
Допускаемая амплитуда вибрации при этом равна 1000 Г/1,44 г=700 м/с2, что также достаточно для большинства практических приложений.
Приведем оценку снижения теплового сопротивления светодиод - металлическая подложка. Тепло от вывода светодиода отводится к радиатору через медный электрод длиной L, толщиной Н, шириной А. Под электродом находится изоляционная пленка - препрег толщиной h.
Для расчета теплового сопротивления медного электрода по пути от вывода светодиода до радиатора условно разобьем электрод на элементы шириной dL
Эквивалентная тепловая схема отвода тепла через электрод представлена в виде цепи, показанной на фиг 2.
Выберем dL достаточно малым, таким, чтобы тепловое сопротивление выделенного участка медного электрода длиной dL было много меньше теплового сопротивления участка препрега, расположенного под этим участком медного электрода.
rt=dL/σмHA,
здесь σм - коэффициент теплопроводности меди.
Тепловое сопротивление препрега на этом же участке
Rt=h/σи dLA
Здесь σи - коэффициент теплопроводности препрега.
Тепловое сопротивление участка электрода в сечении S1 равно
RS1=rt+Rt
Тепловое сопротивление участка электрода в сечении S2 равно
RS2=rt+RS1Rt/(RS1+Rt)
Тепловое сопротивление участка электрода в сечении S3 равно
RS3=rt+RS2Rt/(RS2+Rt)
И т.д
Расчет теплового сопротивления, проведенный по (1) для нескольких значений толщины медного электрода, теплопроводности препрега, вычисленные при значениях теплопроводности меди σм=390 W/mK; dL=0,25 mm; ширине электрода А=5mm; толщине препрега h=0,1 mm приведены в таблице 1
Как видно из таблицы 1 при толщине изоляционного слоя 100 мкм, его теплопроводности 2,2 Вт/м град, размерах 5×4 мм, толщине медного электрода 35 мкм тепловое сопротивление вывод светодиода - медный электрод - изоляционный слой -металлическая подложка равно Rt1=17,5° С/Вт.
При тех же условиях, но толщине медного электрода 280 мкм Rt2=5,88°С/Вт.
При мощности светодиода 5 Вт перепад температур от вывода светодиода до металлической подложки в первом случае составит
ΔТ=17,5°С/Вт 5Вт=88°С.
Во втором случае - при увеличении толщины медного электрода с35 мкм до 280 мкм перепад температур составит
ΔT=5,88°С/Вт 5Вт=29°С.
Изготовление медных электродов может производиться либо штамповкой, либо, например станком лазерной резки SIGN - Fiber-500W, с точностью позиционирования ±0,02 мкм, толщину резания от 0,2-4 мм, и скорость резания 15 м/мин.
Монтаж медных электродов и светодиодов можно производить, например, автоматом для установки поверхностно монтируемых компонентов Place А11-510,или аналогичными устройствами..
Источники:
1 А. Васильев. Светодиоды - долгожители: правда или мистификацияю. Новости электроники №0 2010 г.
2 Андрей Винокуров. Расчет печатных плат для светодиодов CREE серий ХР и MX Полупроводниковая светотехника №3 2010 г.
3 Мартин Закс (Martin Sachs) Перевод: Андрей Новиков. Produktion von Leiterplatten und Systemen. 2010. №9. Германия.
4 Станок для лазерной резки SIGN - Fiber-500W. Интернет
5 Уникальные для своего класса особенности автоматов серии PlaceAll. Павел Янкин, Александр Шеманов ams@global-smt.ru
Claims (1)
- Способ монтажа светодиодных печатных плат светильников, состоящих из радиатора, алюминиевой печатной платы и светодиодов, отличающийся тем, что из медной пластины необходимой толщины нарезают полосы необходимой ширины, равной длине медных электродов, из этих полос нарезают медные электроды необходимой ширины, к алюминиевой подложке приклеивают двустороннюю клеящую теплопроводную пленку, на которую автоматической системой установки компонентов устанавливают медные плоские электроды; прижимают их с необходимым усилием; наносят паяльную пасту; устанавливают на медные электроды светодиоды, и после установки всех элементов производят пайку в конвекционной печи.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016109349A RU2687316C2 (ru) | 2016-03-16 | 2016-03-16 | Способ монтажа светодиодных светильников |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016109349A RU2687316C2 (ru) | 2016-03-16 | 2016-03-16 | Способ монтажа светодиодных светильников |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016109349A RU2016109349A (ru) | 2017-09-21 |
RU2016109349A3 RU2016109349A3 (ru) | 2019-04-10 |
RU2687316C2 true RU2687316C2 (ru) | 2019-05-13 |
Family
ID=59930884
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016109349A RU2687316C2 (ru) | 2016-03-16 | 2016-03-16 | Способ монтажа светодиодных светильников |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2687316C2 (ru) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5857767A (en) * | 1996-09-23 | 1999-01-12 | Relume Corporation | Thermal management system for L.E.D. arrays |
EP2190012A1 (en) * | 2007-09-13 | 2010-05-26 | Omron Corporation | Apparatus with heating part |
RU2570652C1 (ru) * | 2014-07-15 | 2015-12-10 | Владимир Вячеславович Павлов | Интегрированный блок для светодиодного светильника и способ его изготовления |
US9255702B2 (en) * | 2010-08-02 | 2016-02-09 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | LED lighting module for vehicle headlight |
US9417494B2 (en) * | 2011-12-23 | 2016-08-16 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Display module and display apparatus having the same |
US9587814B2 (en) * | 2010-04-21 | 2017-03-07 | Cooper Technologies Company | LED luminaire assembly |
US9657924B2 (en) * | 2012-01-12 | 2017-05-23 | Longwide Technology Inc. | LED 3D curved lead frame of illumination device |
US20180049308A1 (en) * | 2015-03-09 | 2018-02-15 | Ledlitek Co., Ltd | Flexible circuit board assembly for led lamp |
-
2016
- 2016-03-16 RU RU2016109349A patent/RU2687316C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5857767A (en) * | 1996-09-23 | 1999-01-12 | Relume Corporation | Thermal management system for L.E.D. arrays |
EP2190012A1 (en) * | 2007-09-13 | 2010-05-26 | Omron Corporation | Apparatus with heating part |
US9587814B2 (en) * | 2010-04-21 | 2017-03-07 | Cooper Technologies Company | LED luminaire assembly |
US9255702B2 (en) * | 2010-08-02 | 2016-02-09 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | LED lighting module for vehicle headlight |
US9417494B2 (en) * | 2011-12-23 | 2016-08-16 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Display module and display apparatus having the same |
US9657924B2 (en) * | 2012-01-12 | 2017-05-23 | Longwide Technology Inc. | LED 3D curved lead frame of illumination device |
RU2570652C1 (ru) * | 2014-07-15 | 2015-12-10 | Владимир Вячеславович Павлов | Интегрированный блок для светодиодного светильника и способ его изготовления |
US20180049308A1 (en) * | 2015-03-09 | 2018-02-15 | Ledlitek Co., Ltd | Flexible circuit board assembly for led lamp |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016109349A3 (ru) | 2019-04-10 |
RU2016109349A (ru) | 2017-09-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101049698B1 (ko) | Led 어레이 모듈 및 이의 제조방법 | |
JP5283750B2 (ja) | プリント回路基板をヒートシンクに取り付けるための熱伝導取り付け素子 | |
KR101507668B1 (ko) | 고전력 led 방열판 구조의 제조 방법 | |
EP2658356B1 (en) | Manufacturing method for printed circuit board with insulated micro radiator | |
KR101524388B1 (ko) | 고전력 led 방열판 구조의 제조 방법 | |
US8587021B2 (en) | Mounting structure for solid state light sources | |
CN203131524U (zh) | 一种可弯折的led光源模组 | |
US10524349B2 (en) | Printed circuit board with built-in vertical heat dissipation ceramic block, and electrical assembly comprising the board | |
JP5458926B2 (ja) | フレキシブル基板、フレキシブル基板モジュール及びそれらの製造方法 | |
JP2014099544A (ja) | 回路基板 | |
EP2862422A1 (en) | Circuit board, electronic module and illuminating device having the circuit board, and method for manufacturing the circuit board | |
US20140284087A1 (en) | Circuit board made of ain with copper structures | |
US10249435B2 (en) | Electronic component having a connection element | |
JP2007227728A (ja) | Led部品およびその製造方法 | |
JP4407521B2 (ja) | 絶縁伝熱構造体及びパワーモジュール用基板 | |
WO2010050896A1 (en) | Insulated metal substrate and method of forming the same | |
RU2687316C2 (ru) | Способ монтажа светодиодных светильников | |
CN203151860U (zh) | 一种可弯折的金属基印刷电路板 | |
CN102893707A (zh) | 挠性基板模块 | |
RU2650076C1 (ru) | Способ установки мощных светодиодов на печатную плату | |
JP2015211196A (ja) | 配線基板及びその製造方法と電子部品装置 | |
KR101115403B1 (ko) | 발광 장치 | |
JP2013098269A (ja) | 放熱性を有する基板の製造法 | |
JP2005236266A (ja) | 絶縁伝熱構造体及びパワーモジュール用基板 | |
KR101055297B1 (ko) | 개선된 열방출 특성을 갖는 메탈 인쇄회로기판의 제조 방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190611 |