RU2638027C1

RU2638027C1 - Light-emitting module

Info

Publication number: RU2638027C1
Application number: RU2016152659A
Authority: RU
Inventors: Олег Валерьевич Осипов; Юрий Наумович Зельдин; Григорий Владимирович Иткинсон
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Инновационная фирма "ИРСЭТ-Центр"
Priority date: 2016-12-29
Filing date: 2016-12-29
Publication date: 2017-12-11

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: in light-emitting module including a group of electrically connected semiconductor light-emitting crystals disposed on a common board made of a textolite and having a coating made of a polymeric compound, the upper and the lower surfaces of the board have a metal coating. In the board are formed through metallized holes through which the metal coating available on the upper surface of the board and the metal coating available on the lower surface of the board are communicated with each other. These holes are made on the areas not occupied by crystals, and the coating of the polymeric compound is made in the form of a layer of polymer material located on top of the board with the crystals arranged on it. In this case, the ratio of the area of the metal coating available on the lower surface of the board to the total cross-sectional area of the metallized portion of the through holes is not more than 65.

EFFECT: ensuring high heat-transmitting properties of the light-emitting module.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к полупроводниковой технике, а именно к светоизлучающим модулям, используемым в осветительных приборах.The invention relates to semiconductor technology, namely to light emitting modules used in lighting devices.

В настоящее время в светодиодных осветительных системах широко применяются светоизлучающие модули, содержащие смонтированные на общей плате и электрически соединенные друг с другом полупроводниковые источники света.Currently, LED emitting systems are widely used light-emitting modules containing mounted on a common board and electrically connected to each other semiconductor light sources.

Так, например, известен светоизлучающий модуль [RU 102278], используемый в составе светодиодного светильника, который содержит цепочку полупроводниковых источников света, расположенных на общей печатной плате из фольгированного текстолита, выполненной в виде полосы (светодиодная линейка).So, for example, a light-emitting module [RU 102278] is known, which is used as part of an LED lamp, which contains a chain of semiconductor light sources located on a common printed circuit board made of foil-coated textolite made in the form of a strip (LED bar).

В качестве источников света применены светодиоды, корпуса которых припаяны к фольгированной плате. В печатной плате выполнены сквозные металлизированные отверстия, которые имеют размер, меньший, чем размер поперечного сечения корпуса светодиода, при этом под каждым светодиодом размещено, по меньшей мере, одно указанное отверстие. Данные сквозные отверстия служат для отвода тепла от светодиодов.As light sources, LEDs are used, the cases of which are soldered to a foil board. Through-circuit metallized holes are made in the printed circuit board, which have a size smaller than the cross-sectional size of the LED housing, with at least one indicated hole placed under each LED. These through holes are used to remove heat from the LEDs.

Рассматриваемый светоизлучающий модуль имеет значительные массогабаритные характеристики, что связано в том числе с использованием корпусных светодиодов в качестве источников света.The light-emitting module under consideration has significant weight and size characteristics, which is also associated with the use of housing LEDs as light sources.

Известен светоизлучающий модуль [JP 2008294309], который выбран в качестве ближайшего аналога.Known light-emitting module [JP 2008294309], which is selected as the closest analogue.

Данный светоизлучающий модуль включает группу (матрицу) электрически соединенных расположенных на общей плате, изготовленной из текстолита, в частности из стеклотекстолита, полупроводниковых светоизлучающих кристаллов, имеющих полимерное, в частности силиконовое, покрытие. Указанное покрытие выполнено в виде совокупности линз, каждая из которых покрывает один из кристаллов, и размещенных между линзами дорожек, нанесенных на верхнюю поверхность платы.This light-emitting module includes a group (matrix) of electrically connected located on a common board made of PCB, in particular fiberglass, semiconductor light-emitting crystals having a polymer, in particular silicone, coating. The specified coating is made in the form of a combination of lenses, each of which covers one of the crystals, and tracks placed between the lenses, deposited on the upper surface of the board.

Использование в рассматриваемом светоизлучающем модуле в качестве источников света светоизлучающих кристаллов способствует снижению его массогабаритных характеристик по сравнению со светоизлучающими модулями, содержащими корпусные светодиоды.The use of light-emitting crystals as light sources in the light-emitting module under consideration contributes to a decrease in its overall dimensions compared to light-emitting modules containing housing LEDs.

Однако данный светоизлучающий модуль, в котором в качестве материала платы использован стеклотекстолит, имеющий относительно низкую теплопроводность, обладает недостаточно высокими теплоотводящими свойствами.However, this light-emitting module, in which fiberglass has a relatively low thermal conductivity as the board material, does not have sufficiently high heat-removing properties.

Между тем, недостаточно эффективный отвод тепла из активной области кристаллов, выделяющегося в процессе их работы, может привести к перегреву указанных областей, что негативно сказывается на световых характеристиках и долговечности работы кристаллов.Meanwhile, insufficiently efficient heat removal from the active region of the crystals released during their operation can lead to overheating of these regions, which negatively affects the light characteristics and durability of the crystals.

Проблемой, решение которой достигается при осуществлении изобретения, является обеспечение высоких теплоотводящих свойств светоизлучающего модуля.The problem, the solution of which is achieved by carrying out the invention, is to provide high heat-removing properties of the light-emitting module.

Сущность изобретения заключается в том, что в светоизлучающем модуле, включающем группу электрически соединенных полупроводниковых светоизлучающих кристаллов, расположенных на общей плате, изготовленной из текстолита, и имеющих покрытие, выполненное из полимерного компаунда, согласно изобретению верхняя и нижняя поверхности платы имеют металлическое покрытие, в плате сформированы сквозные металлизированные отверстия, посредством которых металлическое покрытие, имеющееся на верхней поверхности платы, и металлическое покрытие, имеющееся на нижней поверхности платы, сообщены друг с другом, при этом указанные отверстия выполнены на участках, не занятых кристаллами, а покрытие из полимерного компаунда выполнено в виде слоя полимерного материала, расположенного поверх платы с расположенными на ней кристаллами.The essence of the invention lies in the fact that in a light-emitting module, including a group of electrically connected semiconductor light-emitting crystals located on a common board made of PCB and having a coating made of a polymer compound, according to the invention, the upper and lower surfaces of the board have a metal coating in the board through metallized holes are formed by which the metal coating on the upper surface of the board and the metal coating have which is located on the bottom surface of the board are communicated with each other, while these holes are made in areas not occupied by crystals, and the coating of the polymer compound is made in the form of a layer of polymer material located on top of the board with crystals located on it.

В частном случае изобретения плата выполнена в виде полосы, а кристаллы расположены на ней в один ряд с образованием светоизлучающей линейки.In the particular case of the invention, the board is made in the form of a strip, and the crystals are located on it in a row with the formation of a light-emitting line.

В частном случае изобретения отношение площади металлического покрытия, имеющегося на нижней поверхности платы, к суммарной площади поперечного сечения металлизированной части сквозных отверстий составляет величину не более 65.In the particular case of the invention, the ratio of the area of the metal coating on the bottom surface of the board to the total cross-sectional area of the metallized part of the through holes is not more than 65.

Наличие в заявляемом устройстве установленных на общем основании (на плате из текстолита) электрически соединенных полупроводниковых светоизлучающих кристаллов обеспечивает возможность устройства излучать свет, что позволяет использовать его в составе осветительных приборов.The presence in the inventive device installed on a common basis (on a PCB board) of electrically connected semiconductor light-emitting crystals enables the device to emit light, which allows it to be used as part of lighting devices.

Каждый полупроводниковый светоизлучающий кристалл выполнен на основе полупроводниковой светоизлучающей гетероструктуры и снабжен электрическими контактами, обеспечивающими подвод к нему электропитания.Each semiconductor light-emitting crystal is made on the basis of a semiconductor light-emitting heterostructure and is equipped with electrical contacts that provide power to it.

Использование в заявляемом устройстве текстолита для изготовления платы, который является относительно дешевым и технологичным материалом, хорошо поддающимся механической обработке, позволяет получать тонкие гибкие платы, обладающие малыми массогабаритными характеристиками, в том числе платы, пригодные для использования в конструкциях нитевидных светоизлучающих элементов - филаментов.The use of PCB in the inventive device for the manufacture of a board, which is a relatively cheap and technologically advanced material that can be machined well, makes it possible to obtain thin flexible boards with small weight and size characteristics, including boards suitable for use in the construction of filamentous light-emitting elements - filaments.

Принципиально важным в заявляемом устройстве является наличие расположенных на верхней и нижней поверхностях платы металлических покрытий и сформированных в плате сквозных металлизированных отверстий.Of fundamental importance in the inventive device is the presence of metal coatings located on the upper and lower surfaces of the board and formed through metallized holes in the board.

За счет наличия на плате указанных металлических покрытий, обладающих высокой теплопроводностью и занимающих практически всю площадь верхней и нижней поверхностей платы, а также за счет наличия сквозных металлизированных отверстий, посредством которых указанные поверхности сообщены друг с другом, достигается высокая теплоотводящая способность заявляемого устройства. Указанные металлизированные конструктивные элементы светоизлучающего модуля образуют единую тепловую цепь и являются эффективным теплоотводом, обеспечивающим рассеяние выделяющегося при работе светоизлучающих кристаллов тепла.Due to the presence on the board of these metal coatings with high thermal conductivity and occupying almost the entire area of the upper and lower surfaces of the board, as well as due to the presence of through metallized holes through which these surfaces are communicated with each other, a high heat dissipation ability of the claimed device is achieved. The indicated metallized structural elements of the light-emitting module form a single thermal circuit and are an effective heat sink, which ensures the dissipation of heat emitted during operation of the light-emitting crystals.

При этом с помощью указанных металлизированных поверхностей платы организуется требуемая топология светоизлучающего модуля, в том числе электрическая схема соединения светоизлучающих кристаллов и схема подключения их к внешней электрической цепи.In this case, using the indicated metallized surfaces of the board, the required topology of the light-emitting module is organized, including the electrical circuit for connecting the light-emitting crystals and the circuit for connecting them to an external electrical circuit.

Используемое в светоизлучающем модуле покрытие из полимерного компаунда выполняет защитную функцию, а также служит для достижения требуемых световых и цветовых характеристик заявляемого устройства.Used in the light-emitting module, the coating of a polymer compound performs a protective function, and also serves to achieve the required light and color characteristics of the claimed device.

В частности, в качестве указанного покрытия используют смесь силикона с люминофором.In particular, a silicone-phosphor mixture is used as said coating.

Таким образом, техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого изобретения, является обеспечение высоких теплоотводящих свойств светоизлучающего модуля.Thus, the technical result achieved by using the claimed invention is to provide high heat-removing properties of the light emitting module.

В случае когда плата выполнена в виде полосы и кристаллы расположены на ней в один ряд с образованием светоизлучающей линейки, светоизлучающий модуль приобретает форму нитевидного светоизлучающего элемента (филамента).In the case when the board is made in the form of a strip and the crystals are arranged on it in a row with the formation of a light emitting line, the light emitting module takes the form of a threadlike light emitting element (filament).

Такие светоизлучающие элементы находят широкое применение, в частности, в филаментных лампах, заменяющих лампы накаливания.Such light-emitting elements are widely used, in particular, in filament lamps, replacing incandescent lamps.

Для улучшения отвода тепла с учетом того, что нижняя металлизированная поверхность является главной теплоотводящей поверхностью светоизлучающего модуля, целесообразным является, чтобы отношение площади металлического покрытия, имеющегося на нижней поверхности платы, к суммарной площади поперечного сечения металлизированной части сквозных отверстий составляло величину не более 65.To improve heat removal, taking into account the fact that the lower metallized surface is the main heat-removing surface of the light-emitting module, it is advisable that the ratio of the area of the metal coating on the bottom surface of the board to the total cross-sectional area of the metallized part of the through holes be no more than 65.

Как показали исследования авторов, при таком соотношении указанных площадей создаются условия, при которых температура р-n перехода светоизлучающих кристаллов в рабочем режиме не превышает 115°С, что свидетельствует об эффективном отводе тепла.As the authors showed, with such a ratio of these areas, conditions are created under which the temperature pn of the transition of light-emitting crystals in the operating mode does not exceed 115 ° C, which indicates effective heat removal.

На фиг. 1 представлен общий вид заявляемого устройства (вид сверху); на фиг. 2 - то же (вид спереди).In FIG. 1 presents a General view of the inventive device (top view); in FIG. 2 - the same (front view).

Устройство содержит плату 1, выполненную в виде тонкой пластины, имеющей форму полосы, изготовленной из текстолита, в частности из стеклотекстолита. Толщина пластины, в частности, выбрана из диапазона 80-150 мкм.The device comprises a board 1 made in the form of a thin plate having the shape of a strip made of textolite, in particular fiberglass. The thickness of the plate, in particular, is selected from the range of 80-150 microns.

На верхней и нижней поверхностях платы 1 нанесены металлические покрытия, аналогичные по конфигурации и местоположению. В частности, металлическое покрытие, нанесенное на верхнюю поверхность платы 1, содержит верхние краевые зоны 2 и 3 металлизации и верхнюю центральную зону 4 металлизации, занимающую большую часть верхней поверхности платы 1 и электрически изолированную от верхних краевых зон 2 и 3, в частности, с помощью участков изоляции 5 и 6, сформированных вблизи краевых участков платы 1 за счет формирования разрыва металлического покрытия на указанных участках. Аналогично металлическое покрытие, нанесенное на нижнюю поверхность платы 1, содержит нижние краевые зоны 7 и 8 металлизации и нижнюю центральную зону 9 металлизации, занимающую большую часть нижней поверхности платы 1 и электрически изолированную от нижних краевых зон 7 и 8, в частности, с помощью участков изоляции 10 и 11, сформированных вблизи краевых участков платы 1 за счет формирования разрыва металлического покрытия на указанных участках.On the upper and lower surfaces of the board 1, metal coatings are applied that are similar in configuration and location. In particular, the metal coating deposited on the upper surface of the board 1 contains the upper edge zones 2 and 3 of metallization and the upper central zone 4 of metallization, which occupies most of the upper surface of the board 1 and is electrically isolated from the upper edge zones 2 and 3, in particular with using sections of insulation 5 and 6, formed near the edge sections of the board 1 due to the formation of a gap in the metal coating in these areas. Similarly, a metal coating deposited on the lower surface of the board 1 contains the lower edge zones 7 and 8 of metallization and the lower central zone 9 of metallization, which occupies most of the lower surface of the board 1 and is electrically isolated from the lower edge zones 7 and 8, in particular, using sections insulation 10 and 11, formed near the edge sections of the board 1 due to the formation of a gap of the metal coating in these areas.

С помощью указанных зон металлизации организуется выбранная топология светоизлучающего модуля. В частности, зоны 7 и 8 образуют контактные площадки, предназначенные для подключения светоизлучающего модуля к внешней электрической цепи.Using these metallization zones, the selected topology of the light emitting module is organized. In particular, zones 7 and 8 form contact pads designed to connect the light-emitting module to an external electrical circuit.

На верхних металлизированных участках платы 1 установлены, в частности приклеены с помощью теплопроводного клея, полупроводниковые светоизлучающие кристаллы 12 (на чертеже позицией обозначен один кристалл). В частности, кристаллы расположены на металлизированных участках 2, 3, 4 платы 1 в один ряд с образованием светоизлучающей линейки.On the upper metallized portions of the board 1, semiconductor light-emitting crystals 12 are installed, in particular glued with heat-conductive glue (in the figure, one crystal is indicated by one). In particular, the crystals are located on the metallized sections 2, 3, 4 of the board 1 in a row with the formation of a light-emitting line.

В плате 1 выполнены сквозные металлизированные отверстия 13 (на чертеже позицией обозначены два сквозных отверстия), посредством которых верхняя и нижняя краевые зоны 2 и 7 и 3 и 8, а также верхняя и нижняя центральные зоны 4 и 9 сообщены друг с другом. При этом (со стороны верхней поверхности платы 1) отверстия 13 расположены на участках, не занятых кристаллами 12.The board 1 has through metallized holes 13 (in the figure, two through holes are indicated), by means of which the upper and lower edge zones 2 and 7 and 3 and 8, as well as the upper and lower central zones 4 and 9 communicate with each other. In this case (from the side of the upper surface of the board 1), the holes 13 are located in areas not occupied by crystals 12.

Кристаллы 12 имеют электрические положительный и отрицательный выводы 14 (на чертеже позицией обозначены два вывода), выполненные, в частности, в виде проволочных разварок, с помощью которых кристаллы соединены друг с другом с образованием последовательной электрической цепи.The crystals 12 have electrical positive and negative terminals 14 (two terminals are indicated in the drawing), made in particular in the form of wire welds, by means of which the crystals are connected to each other to form a series electric circuit.

При этом каждый из крайних кристаллов 12 в светоизлучающей линейке с помощью одного из выводов 14 соединен с одним из верхних металлизированных участков 2 или 3.Moreover, each of the extreme crystals 12 in the light-emitting line using one of the conclusions 14 is connected to one of the upper metallized sections 2 or 3.

Сверху плата 1 и кристаллы 12 залиты светопрозрачным полимерным компаундом 15 (см. фиг. 2), в частности силиконом, с распределенными в нем частицами люминофора.On top of the board 1 and crystals 12 are filled with a translucent polymer compound 15 (see Fig. 2), in particular silicone, with phosphor particles distributed in it.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Обеспечивают подачу тока в светоизлучающий модуль от внешней электрической цепи (на чертеже не показана) через подключаемые к контактам внешней цепи положительную и отрицательную контактные площадки 7 и 8. Ток протекает по цепи, включающей металлизированные сквозные отверстия 13, верхние металлизированные участки 2 и 3, выводы 14 и кристаллы 12. Кристаллы 12 излучают свет. При работе кристаллов 12 выделяется тепло, которое рассеивается во внешнюю среду с верхней металлизированной поверхности платы 1, отводится через металлизированные сквозные отверстия 13 и также рассеивается во внешнюю среду с нижней металлизированной поверхности платы 1.Provide a current supply to the light-emitting module from an external electrical circuit (not shown) through positive and negative contact pads 7 and 8 connected to the external circuit contacts. Current flows through a circuit including metallized through holes 13, upper metallized sections 2 and 3, leads 14 and crystals 12. Crystals 12 emit light. During the operation of the crystals 12, heat is released, which is dissipated into the external medium from the upper metallized surface of the board 1, is removed through the metallized through holes 13, and also dissipated into the external environment from the lower metallized surface of the board 1.

Claims

1. A light-emitting module, including a group of electrically connected semiconductor light-emitting crystals located on a common board made of textolite and having a coating made of a polymer compound, characterized in that the upper and lower surfaces of the board are metal coated, through-hole metallized holes are formed by which a metallic coating present on the upper surface of the circuit board and a metallic coating present on the lower surface of the circuit board are communicated with each other, these holes are made in areas not occupied by crystals, and the coating of the polymer compound is made in the form of a layer of polymer material located on top of the board with crystals located on it, while the ratio of the area of the metal coating on the bottom surface of the board to the total the cross-sectional area of the metallized part of the through holes is not more than 65.

2. The LED module according to claim 1, characterized in that the board is made in the form of a strip, and the crystals are located on it in a row with the formation of a light emitting line.