TW201312708A - 具有硬導線或插頭的ｌｅｄ電路基板及ｌｅｄ發光模組 - Google Patents

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Abstract

一種具有硬導線或導電端子(插頭)的LED基板及LED模組，可方便組合於散熱器上以及連結電源。基板上的電路連接發光二極體座以及電源座，電源座利用硬導線穿越導通孔形成連接插頭，此種插頭設計便於與外部電源模組連接，且易於更換LED模組。

Description

具有硬導線或插頭的LED電路基板及LED發光模組.
本發明是有關一種具有硬導線或導電端子(插頭)結構的LED封裝用陶瓷支架及LED導熱線路版，用來方便後續連結散熱機構與電源的連接。由於不需要另外焊接引線或聯接器組裝，可便利後續LED或LED發光模組的拔插更換。
傳統的LED裝置在電路板上，因LED功率不高，所以散熱並未成為問題，電路板上設計電源端子與外部電源連接，或者在電源端子連接一插座，利用導線連接插座與外部電源連接。
但是LED的功率越來越高，傳統電路板無法耐高溫而不適用，取而代之的是陶瓷基板(Ciramic Printed Circuit Board,CPCB)以及金屬芯箔基板(Metal Core Printed Circuit Board,MCPCB)。
但在電源端子的設計仍採取舊方式，需要將導線焊接在基板上，或利用導線連接位於電路板上的插座。無論是直接焊接或插座連接，導線皆須繞過基板與外部電源連接，非常的不方便，且導線的包覆無法耐高溫而限制了基板或散熱裝置的設計。本發明提出新的電源端子的設計，解決以上問題，說明如後。
根據本發明之一觀點，本發明提出一發光二極體電路基板，其具有插頭，而易於與外部電路連接。
根據本發明之一觀點，本發明提出一發光二極體模組，其利用具有插頭的基板連接發光二極體以及散熱裝置。
根據本發明實施例之發光二極體基板，基板具有通孔以及穿透基板的插頭。基板上設有電路，電路包含電源座以及至少一發光二極體座，電源座包含正極與負極用以連接外部電路，發光二極體座包含正極與負極用以連接發光二極體的正極與負極。
插頭包含硬導線與包覆該硬導線的絕緣體，插頭的硬導線電性連接電源座的正極與負極。插頭可以是一根，二根或是多根。一根插頭的情況，硬導線具有內導線以及外導線，導線間利用絕緣層隔離，內及外導線連接基板電源座的正負極；二根或多根的情況，每一硬導線為單層結構，硬導線依電性功能分別連接基板電源座的正極或負極。
應用於高功率發光二極體時，基板可以是陶瓷基板(Ceramic Printed Circuit Board,,CPCB)或是金屬芯箔基板(Metal Core Printed Circuit Board,MCPCB)。
根據本發明實施例之發光二極體模組，其利用前述之基板連接發光二極體，並設置於散熱裝置上。發光二極體的正負極可利用金屬導線連接基板上發光二極體座的正負極，或者針對覆晶發光二極體晶片可利用如銀膠等類的金屬膠或焊錫黏合發光二極體座的正負極，或者正負極設計在晶片上下表面的發光二極體，下表面可直接黏合在正極或負極上，上表面利用導線連接發光二極體座的負極或正極。
基板上之插座可穿過散熱裝置而與外部電路連接，或者散熱裝置設有插座，插座之一端設有連接頭連接外部電源導通，插座之另一端設有插槽連接發光二極體之硬導線或插頭。
發光二極體模組(LED module)主要包含發光二極體(Light-Emitting Diode,LED)、基板以及散熱裝置。傳統的LED功率低，散熱裝置的要求不高，隨著LED功率提高，散熱裝置的要求亦隨之提高，以金屬芯箔基板以及陶瓷基板成為高功率LED基板的趨勢。
但與外部電源連接時，仍直接將金屬軟線焊接在金屬芯箔基板或陶瓷基板表面上的電源座的正負極，或是插槽上。請參考圖1以及圖2，發光二極體100(或晶片)，電性連接至基板200上的電路210，再利用導線350或插座450連接外部電源。
上述的連接方式與外部電源連接時須將導線翻過基板的表面與下方的電源連接，非常的不方便，且限制了散熱裝置的設計，進一步因金屬導線的包覆無法耐高溫而損害發光二極體模組。本發明提出具有插頭的基板，利用插頭連接外部電源，解除散熱裝置的限制，避免損害發光二極體模組。
以下說明分為三部分，第一部份說明發光二極體模組構造，第二部分說明基板電源座的結構，第三部分說明發光二極體模組元件的材料。
第一部分：發光二極體模組構造
發光二極體模組包含發光二極體晶片、具有插頭的基板以及散熱裝置。基板的表面設有電路，電路上設有至少一個發光二極體座以及電源座。發光二極體座及電源座具有正負極，發光二極體座用以連接發光二極體晶片或發光二極體模組，電源座用以連接電源。發光二極體座以並聯或串聯的方式連接電源座的正負極。
發光二極體模組已完成LED的封裝，正負極伸出於模組之外，與基板上發光二極體座的正負極連接。發光二極體晶片並未完成封裝，發光二極體晶片電路與基板上發光二極體座的連接後再封裝。本發明的LED基板適用於發光二極體模組以及晶片，以下說明發光二極體晶片之實施例，但特別說明，本發明亦適用於發光二極體模組。
發光二極體晶片具有正負極，通常有三種型態。第一種發光二極體晶片的正負極設置在晶片的上表面，第二種的正負極設置在晶片的下表面(覆晶設計)，以及第三種的正負極設置在上下表面。
針對第一種晶片設計，可利用導線焊接發光二極體晶片與發光二極體座的正負極，針對第二種晶片設計(覆晶設計)可用導電膠(如銀膠)或焊錫連接。第一種與第二種LED晶片方式連接的發光二極體座的正負極之間更可設置導熱墊，導熱墊與正負極並不導通，導熱墊目的是方便晶片連接在基板上與加速LED的導熱，且具有電流與熱流分流的功能。針對第三種晶片設計，可用焊錫或金屬膠將LED晶片下表面的正極/負極黏合在LED座的正極/負極上，利用導線焊接LED晶片上表面的負極/正極連接LED座的負極/正極，此種電熱不分流。
請參考圖3，發光二極體100晶片黏合在基板200上電路210的發光二極體座的正極與負極之間並以金屬線連接。圖4與圖3的差異在於發光二極體100晶片是覆晶型發光二極體，因此直接利用金屬膠或銲錫連接基板電路210上發光二極體座的正極與負極。晶片發光時的熱流直接傳輸到基板200上，電流透過正負極與基板電路210連接，屬於電熱流分流的情況。
圖5的發光二極體100晶片的正負極設計在上、下表面，因此晶片的一面直接黏合在基板電路210上的正極或負極，晶片的另一面以金屬線焊接到電路210的發光二極體座的另一電極，此種熱流與電流都先傳輸電極，熱流在傳輸到基板200，屬於電熱分流的情況。
插頭的一端連接基板的電源座的正負極，另一端穿過基板上的導通孔連接外部電源，插頭的詳細結構請參考第二部分之說明。
基板連接散熱裝置(Heat Sink)時，插頭可穿過散熱裝置連接外部電源。特別說明基板插頭的絕緣層或在散熱裝置的通孔表面設置絕緣層可提供應變力之緩衝。另一種方法是在散熱裝置上設有插座，插座一端設有連接裝置以連接電源，另一端是插槽，用以接受基板之插頭。此種設計，基板插頭插入插槽而能夠與外部電源連接。
請參考圖6，插頭220的頭部221嵌入基板200的通孔中，插頭穿越散熱裝置300的通孔並突出於外，而能夠與電源連接，圖式所示箭號，表示應力的方向。圖7的設計是在散熱裝置300上設置插座310，插座一頭作為連接頭313與電源連接，插座與基板接觸之一面設置插槽311容納基板200之插頭220。
第二部分：基板電源座的結構
基板插頭包含硬導線以及包覆硬導線的絕緣體，硬導線的二端露出於絕緣體外，一端具有彎折或鈍頭而型成頭部，頭部連接基板電源座的正負極。另一端則作為連接部，連接外部電源。相對於硬導線的頭部，基板通孔的設計可以是簡單通孔，或者在通孔上設計一凹槽，用以容納硬導線的頭部，可利用金屬膠或焊錫黏合基板的電源座的正負極。
請參考圖8、9、10及11所繪示不同插頭220之頭部221與基板200的導通孔之設計。圖8所示的基板200，其上的導通孔具有凹槽用以容納插頭220之頭部221，基板表面以金屬膠或銲錫250等覆蓋，圖9所示基板導通孔則無凹槽的設計，直接以金屬膠或銲錫250等覆蓋黏合基本的正/負極，圖10與圖9類似，但插頭220之頭部221是在硬導線設有一彎折並以金屬膠或銲錫250等覆蓋黏合正/負極。圖11的導通孔被設計為在陶瓷基板的側邊邊緣上設置兩個凹槽作為導通孔，將硬導線直接嵌入導通孔即可。
特別要說明的是，插頭可以單支設計或是多支設計。多支設計(含雙支設計)的正負電極在空間上是分離的，電極是簡單的由導線構成，導線的頭部依電性連接基板的正極或負極，連接部形成連接外部電源的插頭。單支設計的正負極在空間上是不分離的，其包含內導線、外導線以及電性絕緣的絕緣層，絕緣層設置於內導線與外導線之間。頭部的內導線與外導線分別連接基板電源座的正負極，內導線伸出於外導線，形成具有上下分離連接點的連接部，相對外部電源插座的正負極亦有上下分離的設計，連接部插入外部電源插座形成電通路。
請參考圖12所繪示單支插頭220，硬導線包含內導線224、絕緣層223以及外導線222，插頭頭部221的內導線224與外導線222分別突出於基板200，與基板電路210的插座正負極連接。
另外說明插頭連接部的形狀並無限制，可採與圓形、扁形或其他特殊的形狀。利用插頭的形狀可作為防呆裝置或是定位裝置。例如，為避免物插入不適當的電源(如非使用電壓)中，可設計不同的插頭形狀或方向，如圖所示扁形插頭或一柱形一扁形的插頭。又如，與外部連接時，可利用插頭的形狀或方向對位，無須額外的對位裝置。
請參考圖13、14所繪示的插頭設計，其主要在於插頭的配置方式及其形狀。圖12所繪示扁型的的插頭220，圖14主要繪示出插頭220在基板上的空間配置280，透過插頭的形狀以及方位可作為防呆以及對位的裝置。
第三部分：LED模組元件的材料
高功率的基板需較強的散熱能力，能夠迅速將熱傳導至散熱裝置，散熱裝置再將熱與外部環境進行熱交換，通常採用的基板是陶瓷基板(CPCB)或者金屬芯箔基板(MCPCB)。
金屬芯箔基板包含金屬板，基板上塗佈絕緣層，在於絕緣層上設置電路，最後在電路上塗佈一保護層。絕緣層的設計在於避免基板與電路導通，保護層目的在於避免電路的金屬氧化。
金屬芯箔基板為導體所構成，插頭的絕緣層即是用於電性隔離插頭硬導線與基板。陶瓷基板具有良好的導熱能力且又具有絕緣的效果，可直接將電路設置在陶瓷基板上，然後再塗一保護層。插頭的設計也可省去絕緣體的設計，僅由單純的硬導線構成。
請參考圖15所繪示的金屬芯箔基板，基板200通常為鋁基板，基板200與電路210間塗佈絕緣漆260，插頭221的絕緣層225用以隔離硬導線226以及基板200。圖16為陶瓷基板，與圖15的差異在於，陶瓷為熱的良導體，電的絕緣體，因此可省去插頭221的絕緣層的設置，即利用陶瓷基版時，插頭221可用單純的硬導線來製作。
本發明所提出發LED基板或LED發光模組在基板底部設置一或多支硬導線或導電端子(統稱為插頭)，由於不需要另行焊接正極負級引線，可方便後續裝組定位與電源連結，也方便整個LED發光模組的更換。
以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。
100．．．發光二極體
200．．．基板
210．．．電路
220．．．插頭
221．．．頭部
222．．．外導線
223．．．絕緣體
224．．．內導線
225．．．絕緣層
226．．．硬導線
250．．．金屬膠或銲錫
260．．．絕緣漆
280．．．插頭在基板的空間配置
300．．．散熱裝置
311．．．插槽
313．．．連接頭
350．．．導線
450．．．插座
圖1及圖2繪示發光二極體模組的架構圖。
圖3、圖4以及圖5繪示具有插頭的發光二極體模組架構，用以說明不同類型的發光二極體之實施例。
圖6及圖7繪示應用於發光二極體的散熱裝置之實施例。
圖8、圖9、圖10以及圖11繪示不同插頭的設計以及相對應基板的設計之實施例。
圖12繪示單支插頭的設計之實施例。
圖13及圖14繪示插頭的形狀以及在基板上的空間配置之實施例。
圖15及圖16繪示金屬芯箔基板以及陶瓷基板及及對應插頭設計之實施例。
100．．．發光二極體
200．．．基板
210．．．電路
220．．．插頭
221．．．頭部
222．．．外導線
223．．．絕緣體
224．．．內導線

Claims (12)

  1. 一種具有插頭的發光二極體基板包含：一基板，其中該基板上設有至少一導通孔；一電路設置於該基板上，包含一電源座以及至少一發光二極體座，其中該電源座包含一正極與一負極，任一該發光二極體座包含一正極與一負極以電性連接該發光二極體的正極與負極；以及至少一插頭，任一該插頭包含一硬導線，其中該插頭穿透該導通孔，該插頭之該硬導線電性連接該電源座的正極與負極。
  2. 如請求項1所述之發光二極體基板，其中該通孔與該插頭的數量為二，且該插頭的該二硬導線分別連接該電源座的正極與負極。
  3. 如請求項1所述之發光二極體基板，其中該通孔與該插頭的數量為一，該插頭之該硬導線包含一內導線、一外導線以及設置於該內導線與該外導線間的一絕緣層，該內導線與該外導線分別連接該電源座的正極與負極。
  4. 如請求項1所述之發光二極體基板，其中任一該發光二極體座更包含一散熱墊片，設置於該發光二極體座的正極與負極之間。
  5. 如請求項1所述之發光二極體基板，其中基板為一陶瓷基板。
  6. 如請求項1所述之發光二極體基板，其中基板為一金屬芯箔基板，該電路與該金屬芯箔基板塗佈一絕緣層，且該硬導線之外層以一絕緣體包覆，用以絕緣隔離該電路與該金屬芯箔基板以及該硬導線與該金屬芯箔基板。
  7. 一種具有插頭的發光二極體模組包含：如請求項1之一發光二極體基板；至少一發光二極體，任一該發光二極體設置於該發光二極體基板上之一該發光二極體座上，該發光二極體之正極與負極分別電性連接該發光二極體座之正極與負極；以及一散熱裝置，其中該發光二極體基板緊密連接於該散熱裝置上，該發光二極體基板之該插頭透過該散熱裝置與一外部電源導通。。
  8. 如請求項6所述之發光二極體模組，其中該發光二極體之正極與負極係以一導線焊接方式連接該發光二極體座之正極與負極。
  9. 如請求項6所述之發光二極體模組，其中該發光二極體之正極與負極係以一導電膠或一焊錫以黏合方式連接該發光二極體座之正極與負極。
  10. 如請求項6所述之發光二極體模組，其中該發光二極體之正極或負極係以一導電膠黏合方式黏接於該發光二極體座之正極或負極上，該發光二極體之負極或正極則以一導線焊接方式連接該發光二極體座之負極與正極。
  11. 如請求項6所述之發光二極體模組，其中該散熱裝置設有至少一通孔，該發光二極體基板之該插頭穿過該通孔直接連接該外部電源。
  12. 如請求項6所述之發光二極體模組，其中該散熱裝置設有至少一插座，該插座之一端設有一連接頭，另一端設有一插槽，該連接頭用以與該外部電源導通，該插槽用以接受該發光二極體基板之該插頭而與該發光二極體電性導通。
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