一種板上晶片的大功率led燈具模組的製作方法

2023-11-08 00:28:52

專利名稱：一種板上晶片的大功率led燈具模組的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種LED燈具，尤其是涉及一種板上晶片的大功率LED燈具模組。
背景技術：
隨著LED發光晶片發光效率不斷的提升，LED照明取代傳統照明已是指日可待了。燈具的發光效率除了 LED晶片自身的發光效率外，封裝製程及燈具的光學、機構、驅動電源、散熱等設計都很關鍵。光學設計在於使用者的需要做出燈具光源配光的設計，另外在透鏡及反光鏡的透光及反射光設計即關係燈具的光效。驅動電源的轉換效率高，代表功耗低，光效自然就提升。好的散熱設計可以減少燈具的光衰、增加光校、延長燈具壽命。集成封裝光源的優勢在於，接近傳統的點光源、面積小、燈具組裝方便，但缺點為晶片過於集中，對散熱要求特別高，因此常見的集成封裝光源，其功率都在60W以內，不敢做太高的功率。均溫板快速導熱、短、小、輕便的優勢從電子產品散熱的應用，已經在LED燈具的散熱慢慢被使用，但在每個散熱接口都還需要用到導熱膏以填補接口間的間隙，避免空氣殘留，導熱膏其導熱係數約在I一6之間，相較於銅、鋁、陶瓷基板、均溫板等的導熱效果，導熱膏反而成為一個熱阻，並且導熱膏長時間使用後，易於固化，影響導熱效果，因此在追求燈具更佳的散熱效果，如何減少或取代導熱膏，對於燈具散熱設計視很關鍵的。另外，為應付LED燈具使用場合不同及散熱要求，往往需要不同模具，造成模具多，成本居高不下。在光學透鏡方面，為了降低成本，一般使用塑膠材料，但容易造成老化變形，影響透光率及及直接接觸外界空氣時的防水性能。如圖1所示，將LED晶片4封裝在光源電路基板3上，如果是白光光源，在LED晶片4上方再塗布上一層螢光粉6此時即形成LED集成光源封裝晶片。再將封裝好之光源底部塗上導熱矽膠5，然後固定在均溫板I上；最後，將均溫板I底部塗上導熱矽膠5，固定在散熱機構2上，即完成一種光源模塊的基本架構。散熱結構2 :金屬材料,一般為招材料,結構為鰭片方式；光源電路基板3 :—般使用銅、鋁、陶瓷等高導熱材料；均溫板1:金屬材料，一般為銅或鋁材料，中空，裡面有毛細組織、支撐體及工作流體。其外觀形狀可為方形、圓形及不規則形。
發明內容本實用新型設計了一種板上晶片的大功率LED燈具模組，其解決的技術問題是(I)現有LED封裝時，散熱結構(2)與均溫板(I)之間需要使用到導熱矽膠層，導熱矽膠的導熱係數低特性使其成為熱阻，影響散熱效果。(2)現有LED燈具中，各個LED晶片會相互反射和阻擋，容易造成光線耗損，造成低光效和高發熱。(3)現有室外使用的LED燈具中，密封防水效果不好容易導致燈具短路。(4)現有LED燈具中的散熱結構無法滿足LED散熱要求。為了解決上述存在的技術問題，本實用新型採用了以下方案一種板上晶片的大功率LED燈具模組，包括LED發光單元、均溫板(I)以及散熱結構(2)，其中，LED發光單元固定在均溫板(I)上方，散熱結構(2)固定在均溫板(I)下方，其特徵在於散熱結構(2)與均溫板(I)之間通過石墨貼片(8)進行傳熱。進一步，在所述LED發光單元上方還設有玻璃透鏡(7)，所述玻璃透鏡(7)通過支撐環(6)、透鏡壓環(73)以及透鏡壓環螺絲(72)的配合進行固定，玻璃透鏡(7)夾持在支撐環(6 )與透鏡壓環(73 )之間，透鏡壓環螺絲(72 )穿過支撐環(6 )和透鏡壓環(73 )並固定在散熱結構(2)上。進一步，第一橡膠環(61)和第三橡膠環(71)分別設置在透鏡壓環(73)底部兩個獨立凹槽內；其中，第一橡膠環(61)密封支撐環(6)與透鏡壓環(73)之間的空隙，第三橡膠環(71)密封玻璃透鏡(7 )與密封支撐環(6 )之間的空隙；第二橡膠環(62 )設置在支撐環
(6)底部凹槽內，第二橡膠環(62)密封支撐環(6)與散熱結構(2)之間的空隙。進一步，透鏡壓環螺絲(72)的螺帽下方設有梯形橡膠墊圈(723)，梯形橡膠墊圈(723)的下方設有梯形面(722)，螺絲杆上套有一與該梯形面(722)相配合的梯形橡膠墊圈(723)，透鏡壓環(73)螺孔位置亦有梯形面，大小與橡膠墊圈(723)外梯形面形成相互幹涉和密封。進一步，散熱結構(2)由 多個散熱鰭片(22)組成，散熱結構(2)與均溫板(I)的連接面上設有多個通風孔(21)。進一步，LED發光單元包括電路層(31)、多個LED晶片(4)、金線(44)以及反光片支架(43)，多個LED晶片(4)設置在電路層(31)上並被反光片支架(43)包圍，每行LED晶片(4)通過金線(44)和多個電路層(31)連接成串聯電路(311)，每列所有的LED晶片(4)都並聯連接在兩個相鄰的電路層(31)之間形成並聯電路(312)，在電路層(31)上設有與外界電源連接的正電極接點(313)和負電極接點(314)。進一步，在每個LED晶片(4)上套有一反光杯(45)，反光杯(45)內部為梯臺結構或錐臺結構。進一步，在反光杯(45)中裝填有螢光粉(41)。進一步，電路層(31)上的正電極接點(313)和負電極接點(314)分別與電纜線
(34)—端的兩條電線(33)連接，電纜線(34)另一端設有一防水接頭(341);電纜線(34)穿過散熱結構(2)並通過兩個防水堵頭(324)與散熱結構(2)上通孔進行密封。進一步，在均溫板(I)邊緣處設有均溫板壓環(15)，均溫板壓環螺絲(16)依次穿過均溫板壓環(15)、均溫板(I)邊緣處、石墨貼片(8)以及散熱結構(2)並進行固定。該板上晶片的大功率LED燈具模組及其製作方法具有以下有益效果(I)本實用新型在散熱結構與均溫板之間設有石墨貼片，石墨貼片具有良好的導熱性，相比傳統的結構減少一層導熱矽膠的使用，大大提升了散熱效率。(2)本實用新型由於通過晶片支架在每個LED晶片上形成一個反光杯，避免LED晶片發出的光線彼此阻擋，以增加LED晶片出光效率和降低了晶片的散熱量。[0031](3)本實用新型中反光杯為倒錐形臺結構或倒梯形臺結構，相比現有白光LED燈具，可以減少螢光粉的使用量，但燈具的照明亮度反而提高了。(4)本實用新型在透鏡壓環和支撐環上設有三個橡膠環，該三個橡膠環分別阻止了透鏡壓環與支撐環之間、透鏡壓環與玻璃透鏡之間以及支撐環與散熱結構之間進水，保證了電路的乾燥性，避免了電路短路。(5)本實用新型在散熱結構與均溫板的連接面上設有多個通風孔，因而使得散熱結構不僅僅可以進行熱傳導，還可以利用空氣對流進行熱傳遞，提高了傳熱效果。(6)本實用新型在光學透鏡方面，採用玻璃材料，解決透鏡老化、變形問題，不會有變形問題而造成透鏡直接接觸外界空氣時的防水問題。(7)本實用新型均溫板內部使用蜂窩結構支撐體，利用蜂窩結構的堅固性和高強度的優點，避免了上、下蓋板之間的坍塌，同時蜂窩的多孔結構不會對工作流體流動產生任何阻礙，工作流體可以在蜂窩腔體內進行高速流動及傳熱，因此可以實現支撐效果和傳熱效果的最大優化。

圖1 :現有LED集成封裝使用均溫板的示意圖；圖2 :本實用新型中LED晶片封裝在均溫板上的結構示意圖；圖3:圖2的俯視圖；圖4 :本實用新型中LED晶片封裝在均溫板上另一結構(加反光杯)側視圖；圖5:圖4的俯視圖；圖6 :本實用新型中LED晶片封裝在均溫板的成品示意圖；圖7 :本實用新型板上晶片的大功率LED燈具光源模組側視圖；圖8 :圖7中的透鏡壓環螺絲結構示意圖；圖9:圖7的俯視圖；圖10 :本實用新型中支撐體的結構示意圖；圖11 :本實用新型中蜂窩單邊薄片的結構示意圖；圖12:圖11的俯視圖。附圖標記說明I—均溫板；11—支撐體；111—蜂窩單邊薄片；1111—溝槽；1112—連接部；1113—卡接槽；1114一扣接薄片；112—蜂窩孔；12—毛細組織；13—注入口 ；14一封口 ；15—均溫板壓環；16—均溫板壓環螺絲；2—散熱結構；21—通風孔；22—散熱鰭片；3—電路基板；31 —電路層；311—串聯電路；312—並聯電路；313—正電極接點；314—負電極接點；32—絕緣介質層；33 —電線；34 —電纜線；341—防水接頭；342—防水堵頭；4一LED晶片；41 一突光粉；42 —晶片支架；43 —反光片支架；44一金線；45 —反光杯；5 —導熱娃月父層；6—支撐環；61—第一橡膠環；62—第二橡膠環；7—玻璃透鏡；71—第三橡膠環；72—透鏡壓環螺絲；721—螺絲墊圈；722—梯形面；723—梯形橡膠墊圈；73—透鏡壓環；8—石墨貼片。
具體實施方式
[0050]下面結合圖2至圖9,對本實用新型做進一步說明如圖2所示，板上晶片的大功率LED燈具模組中的「板上晶片」是指將晶片直接封裝在均溫板上的，其具體結構如下將均溫板I內壁貼附好毛細組織12，支撐，11之均溫板密封好，並留有一個注入口13，在均溫板I上蓋表面塗覆一層高導熱的絕緣介質，形成一個絕緣介質層32。再在此絕緣介質層32上製作一電路層31，透過固晶、打金線、上反光片支架43、力口螢光粉41 (製作白光光源才需要)等製程，完成第一階段製程。將完成以上製程的結構，在注入口 13加入工作流體及抽真空，接著將注入口 13密封起來即完成板上晶片的製程。
·[0055]均溫板1:金屬材料，一般為金屬材料，如銅或鋁。形狀為方型、圓型或矩形。注入口 13 :為抽真空及注入工作流體用。LED晶片4四周放置反光片支架43，將光集中起來，可增加光效。如圖3所示，多個LED晶片4設置在電路層31上並被反光片支架43包圍，每行LED晶片4通過金線44和多個電路層31連接成串聯電路311，每列所有的LED晶片4都並聯連接在兩個相鄰的電路層31之間形成並聯電路312，在電路層31上設有與外界電源連接的正電極接點313和負電極接點314。因此，電路層31電路設計為串並連方式，不會因為其中一顆晶片故障，不會影響其它LED晶片4正常發亮。如圖4和圖5所示，將反光杯45套在每一個LED晶片4上方，使LED晶片4側邊光線得以反射出來，增加光效。反光杯45配合LED晶片4排列方式，以塑料成型方式一體成型。如圖6所示，均溫板I與LED發光單元之間設有絕緣介質層32，LED發光單元包括電路層31、多個LED晶片4、金線44以及反光片支架43，多個LED晶片4設置在電路層31上並被反光片支架43包圍。均溫板I包括均溫板上蓋板和均溫板下蓋板組合而成的腔體，在腔體內壁附有一層毛細組織12。上、下蓋板之間通過支撐體11進行支撐。如圖7所示，在LED發光單元上方還設有玻璃透鏡7，玻璃透鏡7通過支撐環6、透鏡壓環73以及透鏡壓環螺絲72的配合進行固定，玻璃透鏡7夾持在支撐環6與透鏡壓環73之間，透鏡壓環螺絲72穿過支撐環6和透鏡壓環73並固定在散熱結構2上。LED發光單元通過以下設置進行密封防水第一橡膠環61和第三橡膠環71分別設置在透鏡壓環73底部兩個獨立凹槽內；其中，第一橡膠環61密封支撐環6與透鏡壓環73之間的空隙，第三橡膠環71密封玻璃透鏡7與密封支撐環6之間的空隙；第二橡膠環62設置在支撐環6底部凹槽內，第二橡膠環62密封支撐環6與散熱結構2之間的空隙。如圖8所示，透鏡壓環螺絲72與透鏡壓環73也存在防水密封，通過以下機構和方式實現透鏡壓環螺絲72的螺帽下方設有梯形橡膠墊圈723，梯形橡膠墊圈723的下方設有梯形面722，螺絲杆上套有一與該梯形面722相配合的梯形橡膠墊圈723，透鏡壓環73螺孔位置亦有梯形面，大小與橡膠墊圈723外梯形面形成相互幹涉和密封。此外，透鏡壓環螺絲72的螺帽與透鏡壓環73之間還設有螺絲墊圈721，螺絲墊圈721的大於透鏡壓環73螺孔的面積。由此可見，螺絲墊圈721可以起到防止雨水進入透鏡壓環73螺孔中，同時透鏡壓環螺絲72的螺帽設有梯形橡膠墊圈723可以進一步阻止雨水進入LED發光單元中。[0064]如圖9所示，散熱結構2由多個散熱鰭片22組成，散熱結構2與均溫板I的連接面上設有多個通風孔21。因而使得散熱結構不僅僅可以進行熱傳導，還可以利用空氣對流進行熱傳遞，提高了傳熱效果。如圖10所示，均溫板I包括上蓋板本體和下蓋板本體，上蓋板本體和下蓋板本體之間的支撐體11為蜂窩結構。均溫板I內部支撐體11由複數片蜂窩單邊薄片111組成，相鄰兩片蜂窩單邊薄片111之間形成一排六邊形蜂窩孔112。支撐體上的蜂窩孔112在上蓋板本體和下蓋板本體之間形成工作流體通道。如圖11所示，每片蜂窩單邊薄片111包括多個溝槽1111和多個連接部1112，任意兩個溝槽1111之間通過連接部1112過渡，任意兩片蜂窩單邊薄片11通過連接部1112之間的固定連接形成蜂窩孔112或者通過溝槽1111底部之間的固定連接形成蜂窩孔112。如圖12所示，在蜂窩單邊薄片111上衝壓出多條卡接槽1113，每兩條卡接槽1113平行設置並且在兩條卡接槽1113之間形成一個扣接薄片1114 ;相鄰蜂窩單邊薄片111上的扣接薄片1114相互通過扣接方式進行固定。均溫板I內部使用蜂窩結構支撐體11，利用蜂窩結構的堅固性和高強度的優點，避免了上、下蓋板本體之間的坍塌，同時蜂窩的多孔結構不會對工作流體流動產生任何阻礙，工作流體可以在蜂窩腔體內進行高速流動及傳熱，因此可以實現支撐效果和傳熱效果的最大優化。上面結合附圖對本實用新型進行了示例性的描述，顯然本實用新型的實現並不受上述方式的限制，只要採用了本實用新型的方法構思和技術方案進行的各種改進，或未經改進將本實 用新型的構思和技術方案直接應用於其它場合的，均在本實用新型的保護範圍內。
權利要求1.一種板上晶片的大功率LED燈具模組，包括LED發光單元、均溫板(I)以及散熱結構(2)，其中，LED發光單元固定在均溫板(I)上方，散熱結構(2)固定在均溫板(I)下方，其特徵在於散熱結構(2)與均溫板(I)之間通過石墨貼片(8)進行傳熱。
2.根據權利要求1所述板上晶片的大功率LED燈具模組，其特徵在於在所述LED發光單元上方還設有玻璃透鏡(7 )，所述玻璃透鏡(7 )通過支撐環(6 )、透鏡壓環(73 )以及透鏡壓環螺絲(72)的配合進行固定，玻璃透鏡(7)夾持在支撐環(6)與透鏡壓環(73)之間， 透鏡壓環螺絲(72 )穿過支撐環(6 )和透鏡壓環(73 )並固定在散熱結構(2 )上。
3.根據權利要求2所述板上晶片的大功率LED燈具模組，其特徵在於第一橡膠環 (61)和第三橡膠環(71)分別設置在透鏡壓環(73)底部兩個獨立凹槽內；其中，第一橡膠環 (61)密封支撐環(6)與透鏡壓環(73)之間的空隙，第三橡膠環(71)密封玻璃透鏡(7)與密封支撐環(6)之間的空隙；第二橡膠環(62)設置在支撐環(6)底部凹槽內，第二橡膠環(62) 密封支撐環(6)與散熱結構(2)之間的空隙。
4.根據權利要求3所述板上晶片的大功率LED燈具模組，其特徵在於透鏡壓環螺絲 (72)的螺帽下方設有梯形橡膠墊圈(723)，梯形橡膠墊圈(723)的下方設有梯形面(722)， 螺絲杆上套有一與該梯形面(722)相配合的梯形橡膠墊圈(723)，透鏡壓環(73)螺孔位置亦有梯形面，大小與橡膠墊圈(723)外梯形面形成相互幹涉和密封。
5.根據權利要求1至4中任何一項所述板上晶片的大功率LED燈具模組，其特徵在於 散熱結構(2)由多個散熱鰭片(22)組成，散熱結構(2)與均溫板(I)的連接面上設有多個通風孔(21)。
6.根據權利要求5所述板上晶片的大功率LED燈具模組，其特徵在於LED發光單元包括電路層(31)、多個LED晶片(4)、金線(44)以及反光片支架(43)，多個LED晶片(4)設置在電路層(31)上並被反光片支架(43)包圍，每行LED晶片(4)通過金線(44)和多個電路層(31)連接成串聯電路(311)，每列所有的LED晶片(4)都並聯連接在兩個相鄰的電路層 (31)之間形成並聯電路(312)，在電路層(31)上設有與外界電源連接的正電極接點(313) 和負電極接點(314)。
7.根據權利要求6所述板上晶片的大功率LED燈具模組，其特徵在於在每個LED晶片(4)上套有一反光杯(45)，反光杯(45)內部為梯臺結構或錐臺結構。
8.根據權利要求7所述板上晶片的大功率LED燈具模組，其特徵在於在反光杯(45) 中裝填有螢光粉(41)。
9.根據權利要求6所述板上晶片的大功率LED燈具模組，其特徵在於電路層(31)上的正電極接點(313 )和負電極接點(314 )分別與電纜線(34 ) —端的兩條電線(33 )連接，電纜線(34)另一端設有一防水接頭(341);電纜線(34)穿過散熱結構(2)並通過兩個防水堵頭(324)與散熱結構(2)上通孔進行密封。
10.根據權利要求1、2、3、4、6、7、8或9中任何一項所述板上晶片的大功率LED燈具模組，其特徵在於在均溫板(I)邊緣處設有均溫板壓環(15)，均溫板壓環螺絲(16)依次穿過均溫板壓環(15)、均溫板(I)邊緣處、石墨貼片(8)以及散熱結構(2)並進行固定。
專利摘要本實用新型涉及一種板上晶片的大功率LED燈具模組，包括LED發光單元、均溫板(1)以及散熱結構(2)，其中，LED發光單元固定在均溫板(1)上方，散熱結構(2)固定在均溫板(1)下方，其特徵在於散熱結構(2)與均溫板(1)之間通過石墨貼片(8)進行傳熱。本實用新型在散熱結構與均溫板之間設有石墨貼片，石墨貼片具有良好的導熱性，相比傳統的結構減少一層導熱矽膠的使用，大大提升了散熱效率。
文檔編號H01L33/64GK202871866SQ20122045342
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月7日 優先權日2012年9月7日
發明者談彪, 趙 權 申請人:浙江中博光電科技有限公司