Способ установки мощных светодиодов на печатную плату
METHOD OF INSTALLING POWERFUL LEDS ON PRINTED BOARD

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при изготовлении светодиодных источников повышенной мощности.
Известны способы увеличения теплопроводности печатных плат и оснований электронных компонентов, когда в качестве основы печатных плат применяют металлы с высокой теплопроводностью, в частности медь и алюминий, а также керамические подложки на основе алюмооксидной или нитридной керамики (см. RU №87598, Н05К 5/00; Н01L 33/00, 10.10.2009; RU №83587, F21S 13/10, 10.06.2009; US 20100960875, 2010.12.06, Н01L 33/48). Стоимость таких плат значительно выше как из-за более высокой стоимости материалов, так и более сложной технологии нанесения дополнительных диэлектрических и металлических слоев. Это обстоятельство является существенным ограничением для серийного производства электронных устройств.
Известен способ сборки печатных плат методом поверхностного монтажа (RU №2108213, В23К 11/24, 10.04.1998), включающий установку и соединение выводов электронных компонентов с контактными площадками платы методами групповой пайки, сварки или индивидуально с помощью паяльника. В дальнейшем осуществляется монтаж печатных плат на внутренние поверхности корпусов радиоэлектронных устройств или крепление их на специальные теплоотводящие радиаторы.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ изготовления светодиодной лампы, в котором используют шаблон, содержащий отверстия для размещения в них без зазора светодиодов с выводами (RU №2434314, H01L 25/13, 20.11.2011).
Главным недостатком такого способа является ограниченная мощность теплоотвода от светодиодов из-за низкой теплопроводности диэлектрических материалов, составляющих основу печатной платы.
Технической задачей является увеличение мощности теплоотвода от мощных светодиодов.
Технический результат - увеличение мощности теплоотвода от светодиодов, устанавливаемых на различных печатных платах.
Поставленная задача достигается тем, что в способе установки мощных светодиодов на печатную плату, включающем ориентированную подачу и соединение выводов по крайней мере одного светоизлучающего диода к контактным площадкам платы, предварительно на плате изготавливают по крайней мере одно сквозное отверстие, выполняющее функции шаблона и окна для вывода излучения, с размерами меньше, чем размеры корпуса светодиода, но равными или большими размеров апертуры системы вывода оптического излучения, при этом для обеспечения теплоотвода светодиод устанавливают в отверстие таким образом, чтобы оптическое излучение было направлено в отверстие печатной платы, а выводы светодиода для подачи напряжения, расположенные на верхней поверхности корпуса светодиода, были электрически соединены с контактными площадками, сформированными по краям отверстий на плате, после чего печатную плату со светодиодами устанавливают контактными площадками для теплоотвода на радиатор или корпус светильника.
Способ поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображено положение печатной платы с установленными светодиодами, смонтированной на теплоотводящий радиатор, где:
1 - светодиод; 2 - печатная плата с металлизированными дорожками; 3 - теплоотводящий радиатор, 4 - контактная площадка для теплоотвода; 5 - выводы светодиода.
На фиг. 2 и 3 показаны возможности монтажа гибкой диэлектрической платы со светодиодами, расположенными на разных плоскостях радиатора, с целью изменения углового распределения силы света.
Способ установки светодиодов на печатную плату осуществляется следующим образом.
Способ включает ориентированную подачу и соединение выводов светодиодов к контактным площадкам платы методом пайки или сварки. Предварительно в местах расположения светодиодов на плате изготавливают отверстия с размерами равными или большими, чем размеры апертуры системы вывода оптического излучения, но меньше, чем размеры корпуса светодиода. Указанное отверстие выполняет функции шаблона, обеспечивающего ориентацию и фиксацию светодиода, а также окна для вывода излучения. По краям отверстий формируют контактные площадки, размеры и расположение которых должны соответствовать размерам выводов светодиода. При этом выводы должны быть сформированы на верхней поверхности корпуса светодиода. При установке на печатную плату светодиод переворачивают выводами вниз и помещают в соответствующее окно платы для соединения выводов с контактными площадками платы одним из указанных выше способов. В дальнейшем при монтаже на радиатор или в корпус устройства собранную плату переворачивают, обеспечивая непосредственный тепловой контакт оснований светодиодов с поверхностью теплоотвода.
Пример конкретного выполнения.
Предлагаемый способ реализован при конструировании светодиодного монохроматического осветителя с равномерной светимостью выходного окна размерами 100×100 мм. Для этого использовалась печатная плата из стеклотекстолита диаметром 40 мм и толщиной 2 мм, в которой было изготовлено 5 отверстий диаметром 6 мм. На плату установлено 5 светоизлучающих диодов мощностью 1 Вт, соединенных последовательно. Основания светодиодов изготовлены из алюмооксидной керамики толщиной 0,5 мм. Контактные площадки и выводы светодиодов изготовлены методом трафаретной печати на верхней плоскости основания с последующим вжиганием и гальваническим осаждением серебра. Присоединение выводов к контактным площадкам платы осуществлялось методом конвекционной пайки с использованием паяльной пасты. Плата со светодиодами смонтирована на радиатор, при этом на контактные площадки светодиодов для теплоотвода наносилась теплопроводящая паста.
За счет использования выводов на верхней стороне корпуса и обеспечения возможности установки светодиода непосредственно на металлический теплоотвод уменьшается тепловое сопротивление системы светодиод - радиатор, так как исключается влияние теплопроводности платы на мощность теплоотвода.
Предлагаемый способ позволяет увеличить мощность теплоотвода от теплонагруженных электронных компонентов, устанавливаемых на различных печатных платах при сохранении возможности и преимуществ поверхностного монтажа компонентов.