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CN201766098U - 一种大功率led与散热器的零热阻结构及led灯 - Google Patents

一种大功率led与散热器的零热阻结构及led灯 Download PDF

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葛世潮
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Abstract

本实用新型涉及一种大功率LED与散热器的零热阻结构,及基于此结构的LED灯。大功率LED与散热器的零热阻结构,包括至少一个大功率LED、PCB、散热器,所述的PCB为单面覆铜绝缘基PCB,PCB有用于安装LED的通孔,LED电极引出脚焊接在PCB的导电线上,LED的热沉的外平面与PCB的无导电层面平行、且高出PCB的无导电层面,所述的PCB通过固定装置安装于散热器上,热沉与散热器之间有不含固体颗粒的粘结胶,其厚度接近为零。本实用新型具有LED热沉到散热器的热阻接近为零、导热效率高、LED结温低、可用更大工作电流降低成本、发光效率高、寿命长、工艺简单、成本低等优点,可用于制造各种LED照明装置。

Description

一种大功率LED与散热器的零热阻结构及LED灯
技术领域
本实用新型涉及一种LED与散热器的结构及一种LED灯,更具体地说,涉及一种大功率LED与散热器的零热阻结构,及基于此结构的LED灯。 
背景技术
现有技术的大功率LED都需要附加有适当的散热器和良好的散热条件才能正常工作。LED照明装置由于功率大,其系统的散热管理更是照明装置设计的重要环节之一。 
LED的散热系统、从芯片到LED的热沉、到散热器,最后到周围介质、如空气和水。其中LED的热沉到散热器的热连接是重要的一环。 
现有技术的大功率LED的结构有多种,例如以高导热系数合金为热沉基座的、以陶瓷基板为基座的、芯片安装在金属基电路板上的、有带引线脚的、有表面贴的、有单芯片的、有多芯片的、有园基座的、有矩形基座的、如3528、5050、9070等等。 
大功率LED都有一个热沉、用于和散热器热连接,现有技术的LED热沉与散热器的热连接通常是、把LED首先用导热胶或焊剂连接到一块金属基电路板(MPCB)上,再用导热胶或导热膜连接到散热器上。这样,从LED的热沉到散热器需要经过第一导热胶或焊剂、铝基或铜基金属电路板的介质层、金属基板和第二层导热胶、才到散热器。若忽略各接触介面的接触热阻,LED热沉到散热器的热阻(Rtt)为第一导热胶和焊剂层的热阻(Rt1)、金属基电路板介质层的热阻(Rt2)、金属基板的热阻(Rt3)和第二导热胶层的热阻(Rt4)的总和。金属电路板上的介质层通常为环氧或低熔点玻璃等绝缘层,其导热系数很小,即热阻Rt2很大;金属基板和散热器之间的第二导热胶层、由于面积大、导热胶层的厚度往往难于做到很小,还常常会有一些基本上绝热的空气泡层;若用导热膜,不仅导热膜本身的导热系数远低于金属,而且导热膜二面与热沉和散热器之间往往会有空气层,即二面的接触热阻将不容忽略,这也就增大了Rt4;同时,铝基板的平面的平整度一般欠好,这也增大了热阻Rt4。此外,目前有的LED照明装置、甚至有的名牌产品、为了降低成本,上述金属基电路板被用普通的环氧电路板代替,而环氧板是一种导热系数很低的绝缘板,其导热系数仅约1 W/mK,远低于铝和铝合金的121-238 W/mK,这就大大增加了热沉与散热器之间的热阻Rtt。总之,现有技术的LED到散热器的安装方法,其总热阻Rtt很大,而且工艺复杂、成本高、一致性差。 
LED热沉到散热器的热阻Rtt大、就直接阻碍了LED芯片工作时产生的大量热量顺畅传导至散热器散发掉,从而导致芯片结温升高,LED发光效率下降、使用寿命缩短、可靠性和失效率变差、发光色飘移等。特别是在用一种芯片、希望用更大的工作电流、以提高其功率、降低其成本时,或者是希望在同一封装中用更多芯片时,减小LED热沉到散热器的热阻Rtt就尤为重要。 
发明内容
本实用新型的目的是解决以上提出的问题,提供一种大功率LED热沉到散热器的热阻Rtt接近为零的结构,及一种其于此结构的LED灯。 
本实用新型的技术方案是这样的: 
一种大功率LED与散热器的零热阻结构,包括LED、PCB、散热器,所述的PCB为单面覆铜绝缘基PCB,PCB有用于安装LED的通孔,LED电极引出脚焊接在PCB的导电线上,LED的热沉的外平面与PCB的无导电层面平行、且高出PCB的无导电层面,所述的PCB通过固定装置安装于散热器上,热沉位于散热器与PCB之间。
作为优选,所述的热沉上滴放有粘结胶。 
作为优选,所述的粘结胶不含有固体颗粒。 
作为优选,所述的粘结胶可以是硅胶或环氧树脂胶或塑料胶。 
作为优选,所述的固定装置是螺丝孔与螺丝。 
作为优选,所述的热沉的外平面与PCB的无导电层面的高度差为0.05-5mm。 
作为优选,所述的单面覆铜绝缘基PCB为环氧基或纸质基或玻纤基PCB。 
一种基于上述的大功率LED与散热器的零热阻结构的LED灯,包括LED、PCB、散热器,所述的PCB为单面覆铜绝缘基PCB,PCB有用于安装LED的通孔,LED电极引出脚焊接在PCB的导电线上,LED的热沉的外平面与PCB的无导电层面平行、且高出PCB的无导电层面,所述的PCB通过固定装置安装于散热器上,热沉位于散热器与PCB之间;还包括透光泡壳、电连接器、LED的驱动器,所述驱动器被安置在散热器的中央的腔体和电连接器内;驱动器的输入经引线和电连接器相连,用于连接外电源;驱动器的输出经引线与LED的电极相连接。 
作为优选,所述的热沉上滴放有粘结胶,所述的粘结胶不含有固体颗粒,可以是硅胶或环氧树脂胶或塑料胶;所述的固定装置是螺丝孔与螺丝。 
作为优选,所述的热沉的外平面与PCB的无导电层面的高度差为0.05-5mm。 
本实用新型的有益效果如下: 
本实用新型与现有技术相比,具有LED热沉到散热器的热阻接近为零、导热效率高、LED结温低、可用更大工作电流降低成本、发光效率高、寿命长、工艺简单、成本低等优点,可用于制造各种LED照明装置。
附图说明
图1是现有技术的大功率LED和散热器的结构示意图。 
图2是大功率LED与散热器的零热阻结构的一个实施例的结构示意图。 
图3是基于大功率LED与散热器的零热阻结构的LED灯的一个实施例的结构示意图。 
图中:1、LED;2、芯片;3、硅基板;4、焊剂;5、热沉;6、透镜;7、电极引出脚;8、MPCB(金属基电路板);9、金属基板;10、介质层;11、导电层;11a、固定LED的导电层;12、散热器;13、导热胶;14、焊剂;15、导热胶;16、PCB;17、绝缘基板;18、导电层;19、PCB上安置LED的通孔;20、螺丝孔;21、热沉的外平面;22、PCB的无导电层面;23、粘结胶;24、散热器的安装面;25、螺丝;26、热沉和散热器之间的粘结胶层;27、LED灯;28、透光泡壳; 30、电连接器;31、驱动器;32、驱动器中央腔体;33、引线;34、引线;D、高度差。 
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施例进行进一步详细说明: 
图1所示的现有技术的大功率LED与散热器的安装结构,图1中LED1为现有多种封装形式的大功率LED中的一种,例如为 Luxeon emitter LED,其LED芯片2被倒装在一片硅基板3上、再用焊剂4把硅基板3安装在一个高导热系数合金制成的热沉5上, LED1的透镜6罩于LED芯片2上。LED 1被用导热胶或焊剂13固定在MPCB8的固定LED的导电层11a上,LED1的引线脚7被用焊剂14焊接在MPCB 8的导电层11上;MPCB 8被用导热胶或导热膜15固定在散热器12上。
由图1可见,从LED1的热沉5到散热器12的热阻(Rtt)为第一导热胶和焊剂层13的热阻(Rt1)、MPCB8的介质层10的热阻(Rt2)、金属基板9的热阻(Rt3)和第二导热胶层15的热阻(Rt4)的总和。MPCB8上的介质层10通常为环氧或低熔点玻璃等绝缘层,其导热系数很小,即热阻Rt2很大;金属基板9和散热器12之间的第二导热胶层15、由于面积大、导热胶层15的厚度往往难于做到很小,还常常会有一些基本上绝热的空气泡层;若用导热膜,则不仅导热膜本身的导热系数远低于金属,而且导热膜二面与热沉5和散热器12之间往往会有空气层,即二面的接触热阻将不容忽略,这也就增大了Rt4;同时,金属基板9的面积大、其平面的平整度一般欠好,这也增大了热阻Rt4。 
此外,目前有的LED照明装置、为了降低成本,上述MPCB8被用普通的环氧电路板代替,而环氧板是一种导热系数很低的绝缘板,其导热系数仅约1 W/mK,远低于铝和铝合金的121-238 W/mK,这就大大增加了热沉5与散热器12之间的热阻Rtt。 
本实用新型是这样的: 
一种大功率LED与散热器的零热阻结构,包括至少一个大功率LED1、PCB16、散热器12,其特征在于,所述的PCB16为单面覆铜绝缘基PCB,PCB16有用于安装LED1的通孔19,LED1电极引出脚7焊接在PCB16的导电线18上,LED1的热沉5的外平面21与PCB16的无导电层面22平行、且高出PCB16的无导电层面22,所述的PCB16通过固定装置安装于散热器12上,热沉(5)与散热器(12)之间有粘结胶(23),其厚度接近为零。
所述的粘结胶23不含有固体颗粒。 
所述的粘结胶23可以是硅胶或环氧树脂胶或塑料胶。 
所述的固定装置是螺丝孔20与螺丝25。 
所述的热沉5的外平面21与PCB16的无导电层面22的高度差D为0.05-5mm。 
所述的单面覆铜绝缘基PCB16为环氧基或纸质基或玻纤基PCB。 
一种基于上述的大功率LED与散热器的零热阻结构的LED灯,包括至少一个大功率LED1、PCB16、散热器12,所述的PCB16为单面覆铜绝缘基PCB,PCB16有用于安装LED1的通孔19,LED1电极引出脚7焊接在PCB16的导电线18上,LED1的热沉5的外平面21与PCB16的无导电层面22平行、且高出PCB16的无导电层面22,所述的PCB16通过固定装置安装于散热器12上,热沉(5)与散热器(12)之间有粘结胶(23),其厚度接近为零;还包括透光泡壳28、电连接器30、LED的驱动器31,所述驱动器31被安置在散热器12的中央的腔体32和电连接器30内;驱动器31的输入经引线33和电连接器30相连,用于连接外电源;驱动器31的输出经引线34与LED1的电极相连接。 
所述的热沉5上滴放有粘结胶23,所述的粘结胶23不含有固体颗粒,可以是硅胶或环氧树脂胶或塑料胶;所述的固定装置是螺丝孔20与螺丝25。 
所述的热沉5的外平面21与PCB16的无导电层面22的高度差D为0.05-5mm。 
实施例1 
图2所示的本实用新型的大功率LED与散热器的零热阻结构的一个实施例,为 Luxeon emitter LED的例子,PCB16的绝缘基板17,可以是环氧基板、纸质基板、玻纤基板等,所述PCB 16上有和LED1数量相等的安置LED1的通孔19和至少一个用于固定PCB16的螺丝孔20,LED 1被安置在通孔19内,LED 1的电极引出脚7被焊接在PCB16的导电层18上,LED 1的热沉5的外平面21与PCB16的无导电层一面22平行,但热沉5的外平面21高出PCB的无导电层面22,其高度差D为0.05—5mm。
安装时,在各LED1的热沉5的外表面21上滴放上粘结胶23,然后把此有胶的一面复在散热器12的安装面24上,再用螺丝25把PCB 16与散热器12压紧固定。 
所述粘结胶23可以是硅胶、环氧树脂胶、塑料胶等,它们在固化前有良好的流动性,胶内不含有固体颗粒,若热沉外平面21和散热器12安装面24都足够平,则在螺丝25和PCB 16的压力下,粘结胶23自动从热沉5和散热器安装面24之间挤出,其间的粘结胶层26的厚度容易接近为零。我们知道,热阻与导热层的厚度成正比,粘结胶层26的厚度接近为零、即其热阻接近为零,即LED1的热沉5与散热器12之间的热阻Rtt接近为零,厚度在0到0.1毫米之间。 
所述散热器12可安装有一个或多个LED 1,各LED1的热沉5的外平面21与PCB的无导电层面22的高度差D相等,为此,在安装和焊接LED1时,用一个在LED1的热沉5处有一深度与高度差D一致的凹槽的模板,即可保证其高度差D及其一致性。 
所述每一个大功率LED 1可包含有一个或多个LED芯片2。 
本实用新型的大功率LED的零热阻结构适用于各种大功率LED照明装置。 
实施例2 
图3所示的基于大功率LED与与散热器的零热阻结构的LED灯的一个实施例,所述LED灯27包括有一块安装有至少一个大功率LED 1的单面绝缘基PCB 16,一个透光泡壳28,一个散热器12,一个电连接器30,一个LED的驱动器31;所述驱动器31被安置在散热器12的中央的腔体32和电连接器30内;驱动器的输入经引线33和电连接器30相连,用于连接外电源;驱动器的输出经引线34与LED1的电极相连接。接通外电源、即可点亮LED1。
各LED1与散热器12的结构都与实施例2的结构相同,PCB 16被用至少一个螺丝25安装在散热器12上。 
散热器12可有一系列散热片。 
以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域重的普通技术人员来说,在不脱离本发明核心技术特征的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。 

Claims (9)

1.一种大功率LED与散热器的零热阻结构,包括至少一个大功率LED(1)、PCB(16)、散热器(12),其特征在于,所述的PCB(16)为单面覆铜绝缘基PCB,PCB(16)有用于安装LED(1)的通孔(19),LED(1)电极引出脚(7)焊接在PCB(16)的导电线(18)上,LED(1)的热沉(5)的外平面(21)与PCB(16)的无导电层面(22)平行、且高出PCB(16)的无导电层面(22),所述的PCB(16)通过固定装置安装于散热器(12)上,热沉(5)与散热器(12)之间有粘结胶(23),其厚度接近为零。
2.根据权利要求1所述的大功率LED与散热器的零热阻结构,其特征在于,所述的粘结胶(23)不含有固体颗粒。
3.根据权利要求2所述的大功率LED与散热器的零热阻结构,其特征在于,所述的粘结胶(23)可以是硅胶或环氧树脂胶或塑料胶。
4.根据权利要求1所述的大功率LED与散热器的零热阻结构,其特征在于,所述的固定装置是螺丝孔(20)与螺丝(25)。
5.根据权利要求1所述的大功率LED与散热器的零热阻结构,其特征在于,所述的热沉(5)的外平面(21)与PCB(16)的无导电层面(22)的高度差(D)为0.05-5mm。
6.根据权利要求1所述的大功率LED与散热器的零热阻结构,其特征在于,所述的单面覆铜绝缘基PCB(16)为环氧基或纸质基或玻纤基PCB。
7.一种基于权利要求1所述的大功率LED与散热器的零热阻结构的LED灯,包括至少一个大功率LED(1)、PCB(16)、散热器(12),其特征在于,所述的PCB(16)为单面覆铜绝缘基PCB,PCB(16)有用于安装LED(1)的通孔(19),LED(1)电极引出脚(7)焊接在PCB(16)的导电线(18)上,LED(1)的热沉(5)的外平面(21)与PCB(16)的无导电层面(22)平行、且高出PCB(16)的无导电层面(22),所述的PCB(16)通过固定装置安装于散热器(12)上,LED的热沉(5)与散热器(12)之间有粘结胶(23),其厚度接近为零;还包括透光泡壳(28)、电连接器(30)、LED的驱动器(31),所述驱动器(31)被安置在散热器(12)的中央的腔体(32)和电连接器(30)内;驱动器(31)的输入经引线(33)和电连接器(30)相连,用于连接外电源;驱动器(31)的输出经引线(34)与LED(1)的电极相连接。
8.根据权利要求7所述的大功率LED与散热器的零热阻结构的LED灯,其特征在于,所述的热沉(5)上滴放有粘结胶(23),所述的粘结胶(23)不含有固体颗粒,可以是硅胶或环氧树脂胶或塑料胶;所述的固定装置是螺丝孔(20)与螺丝(25)。
9.根据权利要求8所述的大功率LED与散热器的零热阻结构的LED灯,其特征在于,所述的热沉(5)的外平面(21)与PCB(16)的无导电层面(22)的高度差(D)为0.05-5mm。
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