專利名稱：一種大功率led與散熱器的零熱阻結(jié)構(gòu)及l(fā)ed燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種LED與散熱器的結(jié)構(gòu)及一種LED燈，更具體地說，涉及一種大 功率LED與散熱器的零熱阻結(jié)構(gòu)，及基于此結(jié)構(gòu)的LED燈。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的大功率LED都需要附加有適當(dāng)?shù)纳崞骱土己玫纳釛l件才能正常 工作。LED照明裝置由于功率大，其系統(tǒng)的散熱管理更是照明裝置設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一。LED的散熱系統(tǒng)、從芯片到LED的熱沉、到散熱器，最后到周圍介質(zhì)、如空氣和水。 其中LED的熱沉到散熱器的熱連接是重要的一環(huán)?，F(xiàn)有技術(shù)的大功率LED的結(jié)構(gòu)有多種，例如以高導(dǎo)熱系數(shù)合金為熱沉基座的、以 陶瓷基板為基座的、芯片安裝在金屬基電路板上的、有帶引線腳的、有表面貼的、有單芯片 的、有多芯片的、有園基座的、有矩形基座的、如3528、5050、9070等等。大功率LED都有一個(gè)熱沉、用于和散熱器熱連接，現(xiàn)有技術(shù)的LED熱沉與散熱器的 熱連接通常是、把LED首先用導(dǎo)熱膠或焊劑連接到一塊金屬基電路板(MPCB)上，再用導(dǎo)熱 膠或?qū)崮みB接到散熱器上。這樣，從LED的熱沉到散熱器需要經(jīng)過第一導(dǎo)熱膠或焊劑、鋁 基或銅基金屬電路板的介質(zhì)層、金屬基板和第二層導(dǎo)熱膠、才到散熱器。若忽略各接觸介面 的接觸熱阻，LED熱沉到散熱器的熱阻(Rtt)為第一導(dǎo)熱膠和焊劑層的熱阻(Rtl)、金屬基 電路板介質(zhì)層的熱阻(Rt2)、金屬基板的熱阻(Rt3)和第二導(dǎo)熱膠層的熱阻(Rt4)的總和。 金屬電路板上的介質(zhì)層通常為環(huán)氧或低熔點(diǎn)玻璃等絕緣層，其導(dǎo)熱系數(shù)很小，即熱阻Rt2 很大；金屬基板和散熱器之間的第二導(dǎo)熱膠層、由于面積大、導(dǎo)熱膠層的厚度往往難于做到 很小，還常常會(huì)有一些基本上絕熱的空氣泡層；若用導(dǎo)熱膜，不僅導(dǎo)熱膜本身的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn) 低于金屬，而且導(dǎo)熱膜二面與熱沉和散熱器之間往往會(huì)有空氣層，即二面的接觸熱阻將不 容忽略，這也就增大了 Rt4 ；同時(shí)，鋁基板的平面的平整度一般欠好，這也增大了熱阻Rt4。 此外，目前有的LED照明裝置、甚至有的名牌產(chǎn)品、為了降低成本，上述金屬基電路板被用 普通的環(huán)氧電路板代替，而環(huán)氧板是一種導(dǎo)熱系數(shù)很低的絕緣板，其導(dǎo)熱系數(shù)僅約1 W/mK， 遠(yuǎn)低于鋁和鋁合金的121-238 W/mK，這就大大增加了熱沉與散熱器之間的熱阻Rtt。總之， 現(xiàn)有技術(shù)的LED到散熱器的安裝方法，其總熱阻Rtt很大，而且工藝復(fù)雜、成本高、一致性 差。LED熱沉到散熱器的熱阻Rtt大、就直接阻礙了 LED芯片工作時(shí)產(chǎn)生的大量熱量順 暢傳導(dǎo)至散熱器散發(fā)掉，從而導(dǎo)致芯片結(jié)溫升高，LED發(fā)光效率下降、使用壽命縮短、可靠性 和失效率變差、發(fā)光色飄移等。特別是在用一種芯片、希望用更大的工作電流、以提高其功 率、降低其成本時(shí)，或者是希望在同一封裝中用更多芯片時(shí)，減小LED熱沉到散熱器的熱阻 Rtt就尤為重要。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是解決以上提出的問題，提供一種大功率LED熱沉到散熱器的熱阻Rtt接近為零的結(jié)構(gòu)，及一種其于此結(jié)構(gòu)的LED燈。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣的一種大功率LED與散熱器的零熱阻結(jié)構(gòu)，包括LED、PCB、散熱器，所述的PCB為單面 覆銅絕緣基PCB，PCB有用于安裝LED的通孔，LED電極引出腳焊接在PCB的導(dǎo)電線上，LED 的熱沉的外平面與PCB的無導(dǎo)電層面平行、且高出PCB的無導(dǎo)電層面，所述的PCB通過固定 裝置安裝于散熱器上，熱沉位于散熱器與PCB之間。作為優(yōu)選，所述的熱沉上滴放有粘結(jié)膠。作為優(yōu)選，所述的粘結(jié)膠不含有固體顆粒。作為優(yōu)選，所述的粘結(jié)膠可以是硅膠或環(huán)氧樹脂膠或塑料膠。作為優(yōu)選，所述的固定裝置是螺絲孔與螺絲。作為優(yōu)選，所述的熱沉的外平面與PCB的無導(dǎo)電層面的高度差為0. 05_5mm。作為優(yōu)選，所述的單面覆銅絕緣基PCB為環(huán)氧基或紙質(zhì)基或玻纖基PCB。一種基于上述的大功率LED與散熱器的零熱阻結(jié)構(gòu)的LED燈，包括LED、PCB、散熱 器，所述的PCB為單面覆銅絕緣基PCB，PCB有用于安裝LED的通孔，LED電極引出腳焊接在 PCB的導(dǎo)電線上，LED的熱沉的外平面與PCB的無導(dǎo)電層面平行、且高出PCB的無導(dǎo)電層面， 所述的PCB通過固定裝置安裝于散熱器上，熱沉位于散熱器與PCB之間；還包括透光泡殼、 電連接器、LED的驅(qū)動(dòng)器，所述驅(qū)動(dòng)器被安置在散熱器的中央的腔體和電連接器內(nèi)；驅(qū)動(dòng)器 的輸入經(jīng)引線和電連接器相連，用于連接外電源；驅(qū)動(dòng)器的輸出經(jīng)引線與LED的電極相連 接。作為優(yōu)選，所述的熱沉上滴放有粘結(jié)膠，所述的粘結(jié)膠不含有固體顆粒，可以是硅 膠或環(huán)氧樹脂膠或塑料膠；所述的固定裝置是螺絲孔與螺絲。作為優(yōu)選，所述的熱沉的外平面與PCB的無導(dǎo)電層面的高度差為0. 05_5mm。本實(shí)用新型的有益效果如下本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有LED熱沉到散熱器的熱阻接近為零、導(dǎo)熱效率 高、LED結(jié)溫低、可用更大工作電流降低成本、發(fā)光效率高、壽命長(zhǎng)、工藝簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu) 點(diǎn)，可用于制造各種LED照明裝置。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的大功率LED和散熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是大功率LED與散熱器的零熱阻結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是基于大功率LED與散熱器的零熱阻結(jié)構(gòu)的LED燈的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意 圖。圖中=ULED ；2、芯片；3、硅基板；4、焊劑；5、熱沉；6、透鏡；7、電極引出腳；8,MPCB (金屬基電路板);9、金屬基板；10、介質(zhì)層；11、導(dǎo)電層；11a、固定LED的導(dǎo)電層；12、散熱器； 13、導(dǎo)熱膠；14、焊劑；15、導(dǎo)熱膠；16、PCB ； 17、絕緣基板；18、導(dǎo)電層；19、PCB上安置LED的 通孔；20、螺絲孔；21、熱沉的外平面；22、PCB的無導(dǎo)電層面；23、粘結(jié)膠；24、散熱器的安裝 面；25、螺絲；26、熱沉和散熱器之間的粘結(jié)膠層；27、LED燈；28、透光泡殼；30、電連接器； 31、驅(qū)動(dòng)器；32、驅(qū)動(dòng)器中央腔體；33、引線；34、引線；D、高度差。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)的大功率LED與散熱器的安裝結(jié)構(gòu)，圖1中LEDl為現(xiàn)有多種 封裝形式的大功率LED中的一種，例如為L(zhǎng)uxeon emitter LED，其LED芯片2被倒裝在一 片硅基板3上、再用焊劑4把硅基板3安裝在一個(gè)高導(dǎo)熱系數(shù)合金制成的熱沉5上，LEDl 的透鏡6罩于LED芯片2上。LED 1被用導(dǎo)熱膠或焊劑13固定在MPCB8的固定LED的導(dǎo)電 層Ila上，LEDl的引線腳7被用焊劑14焊接在MPCB 8的導(dǎo)電層11上；MPCB 8被用導(dǎo)熱膠 或?qū)崮?5固定在散熱器12上。由圖1可見，從LEDl的熱沉5到散熱器12的熱阻(Rtt)為第一導(dǎo)熱膠和焊劑層13 的熱阻(Rtl)、MPCB8的介質(zhì)層10的熱阻(Rt2)、金屬基板9的熱阻(Rt3)和第二導(dǎo)熱膠層 15的熱阻(Rt4)的總和。MPCB8上的介質(zhì)層10通常為環(huán)氧或低熔點(diǎn)玻璃等絕緣層，其導(dǎo)熱 系數(shù)很小，即熱阻Rt2很大；金屬基板9和散熱器12之間的第二導(dǎo)熱膠層15、由于面積大、 導(dǎo)熱膠層15的厚度往往難于做到很小，還常常會(huì)有一些基本上絕熱的空氣泡層；若用導(dǎo)熱 膜，則不僅導(dǎo)熱膜本身的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)低于金屬，而且導(dǎo)熱膜二面與熱沉5和散熱器12之間 往往會(huì)有空氣層，即二面的接觸熱阻將不容忽略，這也就增大了 Rt4 ；同時(shí)，金屬基板9的面 積大、其平面的平整度一般欠好，這也增大了熱阻Rt4。此外，目前有的LED照明裝置、為了降低成本，上述MPCB8被用普通的環(huán)氧電路板 代替，而環(huán)氧板是一種導(dǎo)熱系數(shù)很低的絕緣板，其導(dǎo)熱系數(shù)僅約1 W/mK，遠(yuǎn)低于鋁和鋁合金 的121-238 W/mK，這就大大增加了熱沉5與散熱器12之間的熱阻Rtt。本實(shí)用新型是這樣的一種大功率LED與散熱器的零熱阻結(jié)構(gòu)，包括至少一個(gè)大功率LED1、PCB16、散熱 器12，其特征在于，所述的PCB16為單面覆銅絕緣基PCB，PCB16有用于安裝LEDl的通孔19， LEDl電極引出腳7焊接在PCB16的導(dǎo)電線18上，LEDl的熱沉5的外平面21與PCB16的無 導(dǎo)電層面22平行、且高出PCB16的無導(dǎo)電層面22，所述的PCB16通過固定裝置安裝于散熱 器12上，熱沉(5)與散熱器(12)之間有粘結(jié)膠(23)，其厚度接近為零。所述的粘結(jié)膠23不含有固體顆粒。所述的粘結(jié)膠23可以是硅膠或環(huán)氧樹脂膠或塑料膠。所述的固定裝置是螺絲孔20與螺絲25。所述的熱沉5的外平面21與PCB16的無導(dǎo)電層面22的高度差D為0. 05_5mm。所述的單面覆銅絕緣基PCB16為環(huán)氧基或紙質(zhì)基或玻纖基PCB。一種基于上述的大功率LED與散熱器的零熱阻結(jié)構(gòu)的LED燈，包括至少一個(gè)大功 率LEDl、PCB16、散熱器12，所述的PCB16為單面覆銅絕緣基PCB，PCB16有用于安裝LEDl 的通孔19，LEDl電極引出腳7焊接在PCB16的導(dǎo)電線18上，LEDl的熱沉5的外平面21與 PCB16的無導(dǎo)電層面22平行、且高出PCB16的無導(dǎo)電層面22，所述的PCB16通過固定裝置 安裝于散熱器12上，熱沉(5)與散熱器(12)之間有粘結(jié)膠(23)，其厚度接近為零；還包括 透光泡殼28、電連接器30、LED的驅(qū)動(dòng)器31，所述驅(qū)動(dòng)器31被安置在散熱器12的中央的腔 體32和電連接器30內(nèi)；驅(qū)動(dòng)器31的輸入經(jīng)引線33和電連接器30相連，用于連接外電源； 驅(qū)動(dòng)器31的輸出經(jīng)引線34與LEDl的電極相連接。所述的熱沉5上滴放有粘結(jié)膠23，所述的粘結(jié)膠23不含有固體顆粒，可以是硅膠或環(huán)氧樹脂膠或塑料膠；所述的固定裝置是螺絲孔20與螺絲25。所述的熱沉5的外平面21與PCB16的無導(dǎo)電層面22的高度差D為0. 05_5mm。實(shí)施例1圖2所示的本實(shí)用新型的大功率LED與散熱器的零熱阻結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例，為 Luxeon emitter LED的例子，PCB16的絕緣基板17，可以是環(huán)氧基板、紙質(zhì)基板、玻纖基板 等，所述PCB 16上有和LEDl數(shù)量相等的安置LEDl的通孔19和至少一個(gè)用于固定PCB16 的螺絲孔20，LED 1被安置在通孔19內(nèi)，LED 1的電極引出腳7被焊接在PCB16的導(dǎo)電層 18上，LED 1的熱沉5的外平面21與PCB16的無導(dǎo)電層一面22平行，但熱沉5的外平面21 高出PCB的無導(dǎo)電層面22，其高度差D為0. 05— 5mm。 安裝時(shí)，在各LEDl的熱沉5的外表面21上滴放上粘結(jié)膠23，然后把此有膠的一面 復(fù)在散熱器12的安裝面24上，再用螺絲25把PCB 16與散熱器12壓緊固定。所述粘結(jié)膠23可以是硅膠、環(huán)氧樹脂膠、塑料膠等，它們?cè)诠袒坝辛己玫牧鲃?dòng) 性，膠內(nèi)不含有固體顆粒，若熱沉外平面21和散熱器12安裝面24都足夠平，則在螺絲25 和PCB 16的壓力下，粘結(jié)膠23自動(dòng)從熱沉5和散熱器安裝面24之間擠出，其間的粘結(jié)膠 層26的厚度容易接近為零。我們知道，熱阻與導(dǎo)熱層的厚度成正比，粘結(jié)膠層26的厚度接 近為零、即其熱阻接近為零，即LEDl的熱沉5與散熱器12之間的熱阻Rtt接近為零，厚度 在0到0. 1毫米之間。所述散熱器12可安裝有一個(gè)或多個(gè)LED 1，各LEDl的熱沉5的外平面21與PCB 的無導(dǎo)電層面22的高度差D相等，為此，在安裝和焊接LEDl時(shí)，用一個(gè)在LEDl的熱沉5處 有一深度與高度差D —致的凹槽的模板，即可保證其高度差D及其一致性。所述每一個(gè)大功率LED 1可包含有一個(gè)或多個(gè)LED芯片2。本實(shí)用新型的大功率LED的零熱阻結(jié)構(gòu)適用于各種大功率LED照明裝置。實(shí)施例2圖3所示的基于大功率LED與與散熱器的零熱阻結(jié)構(gòu)的LED燈的一個(gè)實(shí)施例，所 述LED燈27包括有一塊安裝有至少一個(gè)大功率LED 1的單面絕緣基PCB 16，一個(gè)透光泡殼 28，一個(gè)散熱器12，一個(gè)電連接器30，一個(gè)LED的驅(qū)動(dòng)器31 ；所述驅(qū)動(dòng)器31被安置在散熱器 12的中央的腔體32和電連接器30內(nèi)；驅(qū)動(dòng)器的輸入經(jīng)引線33和電連接器30相連，用于 連接外電源；驅(qū)動(dòng)器的輸出經(jīng)引線34與LEDl的電極相連接。接通外電源、即可點(diǎn)亮LED1。各LEDl與散熱器12的結(jié)構(gòu)都與實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)相同，PCB 16被用至少一個(gè)螺絲 25安裝在散熱器12上。散熱器12可有一系列散熱片。以上所述的僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域重的普 通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明核心技術(shù)特征的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這 些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種大功率LED與散熱器的零熱阻結(jié)構(gòu)，包括至少一個(gè)大功率LED(1)、PCB(16)、散熱器(12)，其特征在于，所述的PCB(16)為單面覆銅絕緣基PCB，PCB(16)有用于安裝LED(1)的通孔(19)，LED(1)電極引出腳(7)焊接在PCB(16)的導(dǎo)電線(18)上，LED(1)的熱沉(5)的外平面(21)與PCB(16)的無導(dǎo)電層面(22)平行、且高出PCB(16)的無導(dǎo)電層面(22)，所述的PCB(16)通過固定裝置安裝于散熱器(12)上，熱沉(5)與散熱器(12)之間有粘結(jié)膠(23)，其厚度接近為零。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率LED與散熱器的零熱阻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的粘結(jié) 膠(23)不含有固體顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大功率LED與散熱器的零熱阻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的粘結(jié) 膠(23)可以是硅膠或環(huán)氧樹脂膠或塑料膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率LED與散熱器的零熱阻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的固定 裝置是螺絲孔(20)與螺絲(25)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率LED與散熱器的零熱阻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的熱沉 (5)的外平面(21)與PCB (16)的無導(dǎo)電層面(22)的高度差(D)為0. 05-5_。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率LED與散熱器的零熱阻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的單面 覆銅絕緣基PCB (16)為環(huán)氧基或紙質(zhì)基或玻纖基PCB。
7.一種基于權(quán)利要求1所述的大功率LED與散熱器的零熱阻結(jié)構(gòu)的LED燈，包括至少 一個(gè)大功率LED (1)、PCB (16)、散熱器(12)，其特征在于，所述的PCB (16)為單面覆銅絕 緣基PCB，PCB (16)有用于安裝LED (1)的通孔(19)，LED (1)電極引出腳(7)焊接在PCB (16)的導(dǎo)電線(18)上，LED (1)的熱沉(5)的外平面(21)與PCB (16)的無導(dǎo)電層面(22) 平行、且高出PCB (16)的無導(dǎo)電層面(22)，所述的PCB (16)通過固定裝置安裝于散熱器 (12)上，LED的熱沉(5)與散熱器(12)之間有粘結(jié)膠(23)，其厚度接近為零；還包括透光泡 殼(28)、電連接器(30)、LED的驅(qū)動(dòng)器(31)，所述驅(qū)動(dòng)器(31)被安置在散熱器(12)的中央 的腔體(32)和電連接器(30)內(nèi)；驅(qū)動(dòng)器(31)的輸入經(jīng)引線(33)和電連接器(30)相連，用 于連接外電源；驅(qū)動(dòng)器(31)的輸出經(jīng)引線(34)與LED (1)的電極相連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的大功率LED與散熱器的零熱阻結(jié)構(gòu)的LED燈，其特征在于，所 述的熱沉(5)上滴放有粘結(jié)膠(23)，所述的粘結(jié)膠(23)不含有固體顆粒，可以是硅膠或環(huán) 氧樹脂膠或塑料膠；所述的固定裝置是螺絲孔(20)與螺絲(25)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的大功率LED與散熱器的零熱阻結(jié)構(gòu)的LED燈，其特征在于，所 述的熱沉(5)的外平面(21)與PCB (16)的無導(dǎo)電層面(22)的高度差(D)為0. 05_5mm。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種大功率LED與散熱器的零熱阻結(jié)構(gòu)，及基于此結(jié)構(gòu)的LED燈。大功率LED與散熱器的零熱阻結(jié)構(gòu)，包括至少一個(gè)大功率LED、PCB、散熱器，所述的PCB為單面覆銅絕緣基PCB，PCB有用于安裝LED的通孔，LED電極引出腳焊接在PCB的導(dǎo)電線上，LED的熱沉的外平面與PCB的無導(dǎo)電層面平行、且高出PCB的無導(dǎo)電層面，所述的PCB通過固定裝置安裝于散熱器上，熱沉與散熱器之間有不含固體顆粒的粘結(jié)膠，其厚度接近為零。本實(shí)用新型具有LED熱沉到散熱器的熱阻接近為零、導(dǎo)熱效率高、LED結(jié)溫低、可用更大工作電流降低成本、發(fā)光效率高、壽命長(zhǎng)、工藝簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，可用于制造各種LED照明裝置。
文檔編號(hào)H01L33/48GK201766098SQ20102029702
公開日2011年3月16日 申請(qǐng)日期2010年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月19日
發(fā)明者劉化斌, 葛世潮, 葛鐵漢 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)