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具有強(qiáng)散熱能力的發(fā)光二極管球泡燈及其制造方法與流程

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具有強(qiáng)散熱能力的發(fā)光二極管球泡燈及其制造方法與流程
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體照明技術(shù),特別涉及采用發(fā)光二極管作為光源的球泡燈(bulb-typelamp)及其制造方法。

背景技術(shù):
在照明領(lǐng)域,發(fā)光二極管(LED)光源產(chǎn)品的應(yīng)用正吸引著世人的目光。LED作為一種新型的綠色光源產(chǎn)品,具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、體積小等特點(diǎn),可以廣泛應(yīng)用于各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明和城市夜景等領(lǐng)域。LED是一種固態(tài)半導(dǎo)體器件,其基本結(jié)構(gòu)一般包括帶引線(xiàn)的支架、設(shè)置在支架上的半導(dǎo)體晶片以及將該晶片四周密封起來(lái)的封裝材料(例如熒光硅膠或環(huán)氧樹(shù)脂)。上述半導(dǎo)體晶片包含有P-N結(jié)構(gòu),當(dāng)電流通過(guò)時(shí),電子被推向P區(qū),在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合,然后以光子的形式發(fā)出能量,而光的波長(zhǎng)則是由形成P-N結(jié)構(gòu)的材料決定的。LED在工作過(guò)程中,只有一部分電能被轉(zhuǎn)換為熱能,其余部分都轉(zhuǎn)換成為熱能,從而導(dǎo)致LED的溫度升高,這是其性能劣化和失效的主要原因。在大功率LED照明裝置中,如何高效率地和及時(shí)地將LED產(chǎn)生的熱量散發(fā)到照明裝置外部的問(wèn)題顯得尤為突出。對(duì)于大功率LED照明裝置,目前業(yè)界已經(jīng)從芯片、電路板和系統(tǒng)等諸多層面提出了各種散熱解決方案。就芯片層面而言,一般可以通過(guò)增大芯片尺寸、改變封裝結(jié)構(gòu)和材料等來(lái)提高散熱能力。對(duì)于系統(tǒng)層面,例如比較常見(jiàn)的是將鋁等金屬制成的散熱鰭片用作燈具外殼的一部分,從而通過(guò)增大暴露在外部環(huán)境中的面積來(lái)提高散熱能力。另外一種降低LED溫度的途徑基于主動(dòng)散熱方式,例如可在燈殼內(nèi)部安裝風(fēng)扇,通過(guò)加快散熱器表面的空氣的流動(dòng)來(lái)改善散熱效果。美國(guó)德克薩斯州的Nuventix公司最近研發(fā)了一種稱(chēng)為的 射流器,該裝置內(nèi)部包括一個(gè)隔膜,當(dāng)該隔膜振動(dòng)時(shí),氣流產(chǎn)生于裝置內(nèi)部并且通過(guò)噴嘴向散熱器快速?lài)娚?。噴射的氣流帶?dòng)周?chē)目諝庖黄鸬竭_(dá)散熱器附近,從而以很高的熱交換效率將散熱器的熱量帶走。有關(guān)射流器的進(jìn)一步描述例如可參見(jiàn)JohnStanleyBooth等人于2008年10月16日提交的題為“帶多個(gè)LED和合成噴射熱管理系統(tǒng)的燈具”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.12/288144,該專(zhuān)利申請(qǐng)作為參考文獻(xiàn),以全文引用的方式包含在本申請(qǐng)中。但是需要指出的是,上述各種散熱解決方案都是以制造成本上升和燈具結(jié)構(gòu)復(fù)雜化為代價(jià)的,而這制約著LED光源在大功率照明裝置中的普及應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是提供一種具有較強(qiáng)散熱能力的發(fā)光二極管球泡燈。本發(fā)明的上述目的可通過(guò)下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種發(fā)光二極管球泡燈,包括:燈頭,其側(cè)壁包含由金屬材料構(gòu)成的電極連接區(qū);燈罩,其與所述燈頭結(jié)合在一起以形成空腔;以及發(fā)光二極管燈芯,其包含:金屬散熱器,其設(shè)置在所述空腔內(nèi)并且與所述電極連接區(qū)接觸;基板,其設(shè)置在所述金屬散熱器的外部;至少一個(gè)發(fā)光二極管單元,其設(shè)置在所述基板的表面;以及設(shè)置在所述金屬散熱器內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)電源,其與所述發(fā)光二極管單元電氣連接。在上述方案的發(fā)光二極管球泡燈中,金屬散熱器與燈頭的電極連接區(qū)接觸,因此發(fā)光二極管單元和驅(qū)動(dòng)電源產(chǎn)生的熱量在被金屬散熱器吸收后,一方面以熱輻射的方式透過(guò)燈罩散發(fā)到環(huán)境中去,另一方面,還可經(jīng)由燈頭的電極連接區(qū)散發(fā)到環(huán)境中去,這使得總體散熱面積增大。此外,上述方案無(wú)需對(duì)燈頭的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改動(dòng),即可使其在提供驅(qū)動(dòng)電源與外部電源之間電氣接口的同時(shí),還擔(dān)負(fù)起散熱器的作用,因此降低了制造成本。再者,發(fā)光二極管燈芯被安裝在由燈罩和燈頭 限定的空間內(nèi),這種布局使得將LED球泡燈設(shè)計(jì)為具有與普通白熾燈類(lèi)似的結(jié)構(gòu)成為可能,從而能夠?qū)⒑?jiǎn)單、成熟的白熾燈制造工藝應(yīng)用于LED燈。優(yōu)選地,在上述發(fā)光二極管球泡燈中,所述金屬材料為包含下列至少一種元素的銅基合金:鋅、鋁、鉛、錫、錳、鎳、鐵和硅。當(dāng)燈頭采用上述銅基合金時(shí),有利于提高耐腐蝕能力,從而使得燈頭的使用壽命與LED光源的工作壽命匹配。優(yōu)選地,在上述發(fā)光二極管球泡燈中,所述基板被固定在所述金屬散熱器的頂部和/或側(cè)部。優(yōu)選地,在上述發(fā)光二極管球泡燈中,所述金屬散熱器被固定在所述燈頭的側(cè)壁上。優(yōu)選地,在上述發(fā)光二極管球泡燈中,所述由金屬材料構(gòu)成的區(qū)域?yàn)殡姌O連接區(qū),其包含內(nèi)螺紋而所述金屬散熱器的端部的外表面包含與所述內(nèi)螺紋適配的外螺紋。上述螺紋配合的結(jié)構(gòu)可以使金屬散熱器與電極連接區(qū)更為緊密地結(jié)合在一起,從而減少了二者之間的熱阻。優(yōu)選地,在上述發(fā)光二極管球泡燈中,所述燈罩的內(nèi)表面和/或外表面覆蓋石墨或常溫遠(yuǎn)紅外陶瓷輻射材料。或者優(yōu)選地,在上述發(fā)光二極管球泡燈中,所述金屬散熱器的外表面覆蓋石墨或常溫遠(yuǎn)紅外陶瓷輻射材料。當(dāng)燈罩和金屬散熱器的表面覆蓋石墨或常溫遠(yuǎn)紅外陶瓷輻射材料時(shí),可以有效提高其熱輻射能力,這對(duì)于大功率發(fā)光二極管球泡燈特別適合。優(yōu)選地,在上述發(fā)光二極管球泡燈中,所述驅(qū)動(dòng)電源的其中一個(gè)輸入端與所述金屬散熱器電氣連接。上述連接結(jié)構(gòu)可以省去將驅(qū)動(dòng)電源的其中一個(gè)電極焊接到燈頭側(cè)壁的工序步驟,而且也節(jié)省了電極材料的消耗。優(yōu)選地,在上述發(fā)光二極管球泡燈中,所述基板由陶瓷材料或?qū)峤^緣高分子復(fù)合材料構(gòu)成。陶瓷材料低廉的價(jià)格可推動(dòng)成本的降低,此外,當(dāng)采用陶瓷材料作為基板時(shí),布線(xiàn)可以通過(guò)銀漿燒結(jié)工藝來(lái)制作,這可以避免銅刻蝕工藝造成的環(huán)境污染。優(yōu)選地,在上述發(fā)光二極管球泡燈中,所述發(fā)光二極管單元為發(fā)光二極管單體,其與形成于所述基板表面的布線(xiàn)通過(guò)焊接方式電氣連接。優(yōu)選地,在上述發(fā)光二極管球泡燈中,所述發(fā)光二極管單元為發(fā)光二極管管芯,其被固定在所述基板的表面并且與形成于所述基板表面的布線(xiàn)通過(guò)綁定工藝或板上倒裝芯片(FCOB)工藝實(shí)現(xiàn)電氣連接。由于將管芯直接安裝在基板表面,因此省去了管芯封裝的環(huán)節(jié),進(jìn)一步降低了制造成本。優(yōu)選地,在上述發(fā)光二極管球泡燈中,所述驅(qū)動(dòng)電源通過(guò)從所述基板引出的引線(xiàn),經(jīng)所述布線(xiàn)與所述發(fā)光二極管單元電氣連接。優(yōu)選地,在上述發(fā)光二極管球泡燈中,所述布線(xiàn)通過(guò)印制電路工藝形成于所述基板表面。優(yōu)選地,在上述發(fā)光二極管球泡燈中,所述布線(xiàn)使得多個(gè)所述發(fā)光二極管單元以串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)或交叉陣列的形式相連。本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種制造上述發(fā)光二極管球泡燈的方法,其具有制造工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的上述目的可通過(guò)下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種制造上述發(fā)光二極管球泡燈的方法,所述發(fā)光二極管燈芯包含金屬散熱器、固定在所述金屬散熱器外部的基板、設(shè)置在所述基板的表面的至少一個(gè)發(fā)光二極管單元和設(shè)置在所述金屬散熱器內(nèi)部并且與所述發(fā)光二極管單元電氣連接的驅(qū)動(dòng)電源,所述方法包含下列步驟:在燈頭的內(nèi)表面和/或所述金屬散熱器的一個(gè)端部的外表面覆蓋粘合劑;使所述金屬散熱器的所述端部伸入燈頭的內(nèi)部并且與形成于所述燈頭側(cè)壁的、由金屬材料構(gòu)成的電極連接區(qū)接觸;將燈罩的開(kāi)口端插入所述燈頭與所述金屬散熱器之間的間隔內(nèi);以及加熱所述燈頭的外表面以使所述粘合劑固化,從而使所述燈頭、所述燈罩和所述發(fā)光二極管燈芯管固定在一起。本發(fā)明的上述目的還可通過(guò)下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種制造上述發(fā)光二極管球泡燈的方法,所述發(fā)光二極管燈芯包含金屬散熱器、固定在所述金屬散熱器外部的基板、設(shè)置在所述基板的表面的至少一個(gè)發(fā)光二極管單元和設(shè)置在所述金屬散熱器內(nèi)部并且與所述發(fā)光二極管單元電氣連接的驅(qū)動(dòng)電源,所述方法包含下列步驟:使所述金屬散熱器的一個(gè)端部伸入燈頭的內(nèi)部并且與形成于所述燈頭側(cè)壁的、由金屬材料構(gòu)成的電極連接區(qū)接觸;在所述燈頭與所述金屬散熱器之間的間隔內(nèi)填充粘合劑;將燈罩的開(kāi)口端插入所述間隔內(nèi);以及加熱所述燈頭的外表面以使所述粘合劑固化,從而使所述燈頭、所述燈罩和所述發(fā)光二極管燈芯管固定在一起。優(yōu)選地,在上述方法中,利用裝頭機(jī)加熱所述燈頭的外表面。裝頭機(jī)是普通燈泡制造過(guò)程中被廣泛使用的設(shè)備,因此本實(shí)施例的方法可以在現(xiàn)有的燈泡生產(chǎn)線(xiàn)上實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地,在上述方法中,利用火焰或高溫氣體加熱所述燈頭的外表面。優(yōu)選地,在上述方法中,借助所述電極連接區(qū)與所述金屬散熱器的所述端部的螺紋配合,使得所述金屬散熱器的所述端部與所述電極連接區(qū)緊密接觸在一起。優(yōu)選地,在上述方法中,所述粘合劑為膠泥。附圖說(shuō)明本發(fā)明的上述和/或其它方面和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)以下結(jié)合附圖的各個(gè)方面的描述變得更加清晰和更容易理解,附圖中相同或相似的單元采用相同的標(biāo)號(hào)表示,附圖包括:圖1為按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的發(fā)光二極管球泡燈的分解示意圖。圖2為圖1所示發(fā)光二極管球泡燈的剖面示意圖。圖3為圖1和2所示發(fā)光二極管球泡燈中所包含的光源模塊的示意圖。圖4為按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的發(fā)光二極管球泡燈的分解示意圖。圖5為圖4所示發(fā)光二極管球泡燈的剖面示意圖。圖6示出了按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的發(fā)光二極管球泡燈制造方法的流程圖。圖7A和7B示出了發(fā)光二極管燈芯與燈頭裝配在一起時(shí)的狀態(tài)示意圖。圖8示出了按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的發(fā)光二極管球泡燈制造方 法的流程圖。附圖標(biāo)號(hào)列表:1發(fā)光二極管球泡燈10燈罩20燈頭210燈頭端部220燈頭側(cè)壁230燈頭絕緣部分30發(fā)光二極管燈芯310金屬散熱器311金屬散熱器下部312金屬散熱器頂部320光源模塊321基板3211通孔322發(fā)光二極管單元323布線(xiàn)3231焊盤(pán)3232A、3232B走線(xiàn)324引線(xiàn)325A、325B導(dǎo)線(xiàn)330驅(qū)動(dòng)電源331電極引線(xiàn)331A第一電極引線(xiàn)331B第二電極引線(xiàn)具體實(shí)施方式下面參照其中圖示了本發(fā)明示意性實(shí)施例的附圖更為全面地說(shuō)明本發(fā)明。但本發(fā)明可以按不同形式來(lái)實(shí)現(xiàn),而不應(yīng)解讀為僅限于本文給出的各實(shí)施例。給出的上述各實(shí)施例旨在使本文的披露全面完整,更為全面地傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員本發(fā)明的保護(hù)范圍。術(shù)語(yǔ)在本說(shuō)明書(shū)中,術(shù)語(yǔ)“照明裝置”應(yīng)該廣義地理解為所有能夠通過(guò)提供光線(xiàn)以實(shí)現(xiàn)實(shí)用的或美學(xué)的效果的設(shè)備,包括但不限于球泡燈、臺(tái)燈、壁燈、射燈、吊燈、吸頂燈、路燈、手電筒、舞臺(tái)布景燈和城市景觀燈等。除非特別說(shuō)明,在本說(shuō)明書(shū)中,術(shù)語(yǔ)“半導(dǎo)體晶圓”指的是在半導(dǎo)體材料(例如硅、砷化鎵等)上形成的多個(gè)獨(dú)立的單個(gè)電路,“半導(dǎo)體晶片”或“晶片(die)”指的是這種單個(gè)電路,而“封裝芯片”指的是半導(dǎo)體晶片經(jīng)過(guò)封裝后形成的物理結(jié)構(gòu),在典型的這種物理結(jié)構(gòu)中,半導(dǎo)體晶片例如被安裝在支架上并且用密封材料封裝。術(shù)語(yǔ)“發(fā)光二極管單元”指的是包含電致發(fā)光材料的單元,這種單元的例子包括但不限于P-N結(jié)無(wú)機(jī)半導(dǎo)體發(fā)光二極管和有機(jī)發(fā)光二極管(OLED和聚合物發(fā)光二極管(PLED))。P-N結(jié)無(wú)機(jī)半導(dǎo)體發(fā)光二極管可以具有不同的結(jié)構(gòu)形式,例如包括但不限于發(fā)光二極管管芯和發(fā)光二極管單體。其中,“發(fā)光二極管管芯”指的是包含有P-N結(jié)構(gòu)的、具有電致發(fā)光能力的半導(dǎo)體晶片,而“發(fā)光二極管單體”指的是將管芯封裝后形成的物理結(jié)構(gòu),在典型的這種物理結(jié)構(gòu)中,管芯例如被安裝在支架上并且用密封材料封裝。術(shù)語(yǔ)“布線(xiàn)”、“布線(xiàn)圖案”和“布線(xiàn)層”指的是在絕緣表面上布置的用于元器件間電氣連接的導(dǎo)電圖案,包括但不限于走線(xiàn)(trace)和孔(如焊盤(pán)、元件孔、緊固孔和金屬化孔等)。術(shù)語(yǔ)“熱輻射”指的是物體由于具有溫度而輻射電磁波的現(xiàn)象。在本發(fā)明中,發(fā)光二極管單元和驅(qū)動(dòng)電源產(chǎn)生的熱量可以借助經(jīng)表面覆蓋紅外輻射材料的散熱管,主要以熱輻射方式被傳送到環(huán)境中去。術(shù)語(yǔ)“熱傳導(dǎo)”指的是熱量在固體中從溫度較高的部分傳送到溫度較低的部分的傳遞方式。術(shù)語(yǔ)“陶瓷材料”泛指需高溫處理或致密化的非金屬無(wú)機(jī)材料,包括但不限于硅酸鹽、氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、硼化物等。術(shù)語(yǔ)“導(dǎo)熱絕緣高分子復(fù)合材料”指的是這樣的高分子材料,通過(guò)填充高導(dǎo)熱性的金屬或無(wú)機(jī)填料在其內(nèi)部形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈,從而具備高的導(dǎo)熱系數(shù)。導(dǎo)熱絕緣高分子復(fù)合材料例如包括但不限于添加氧化 鋁的聚丙烯材料、添加氧化鋁、碳化硅和氧化鉍的聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物等。有關(guān)導(dǎo)熱絕緣高分子復(fù)合材料的具體描述可參見(jiàn)李麗等人的論文“聚碳酸酯及聚碳酸酯合金導(dǎo)熱絕緣高分子材料的研究”(《材料熱處理學(xué)報(bào)》2007年8月,Vol.28,No.4,pp51-54)和李冰等人的論文“氧化鋁在導(dǎo)熱絕緣高分子復(fù)合材料中的應(yīng)用”(《塑料助劑》2008年第3期,pp14-16),這些文獻(xiàn)以全文引用的方式包含在本說(shuō)明書(shū)中。術(shù)語(yǔ)“紅外輻射材料”指的是在工程上能夠吸收熱量而發(fā)射大量紅外線(xiàn)的材料,其具有較高的發(fā)射率。紅外輻射材料的例子例如包括但不限于石墨和常溫紅外陶瓷輻射材料。進(jìn)一步地,常溫紅外陶瓷輻射材料例如包括但不限于下列材料中的至少一種:氧化鎂、氧化鋁、氧化鈣、氧化鈦、氧化硅、氧化鉻、氧化鐵、氧化錳、氧化鋯、氧化鋇、堇青石、莫來(lái)石、碳化硼、碳化硅、碳化鈦、碳化鉬、碳化鎢、碳化鋯、碳化鉭、氮化硼、氮化鋁、氮化硅、氮化鋯、氮化鈦、硅化鈦、硅化鉬、硅化鎢、硼化鈦、硼化鋯和硼化鉻。有關(guān)紅外陶瓷輻射材料的詳細(xì)描述可參見(jiàn)李紅濤和劉建學(xué)等人的論文“高效紅外輻射陶瓷的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用”(《現(xiàn)代技術(shù)陶瓷》2005年第2期(總第104期),pp24-26)和王黔平等人的論文“高輻射紅外陶瓷材料的研究進(jìn)展及應(yīng)用”(《陶瓷學(xué)報(bào)》2011年第3期),這些文獻(xiàn)以全文引用的方式包含在本說(shuō)明書(shū)中。在本發(fā)明中,比較好的是將下列準(zhǔn)則作為選用紅外輻射材料的其中一個(gè)考慮因素:在設(shè)定的發(fā)光二極管單元的P-N結(jié)溫度(例如50-80攝氏度范圍內(nèi)的一個(gè)溫度值)以下,紅外輻射材料仍然具有較高的發(fā)射率(例如大于或等于70%)?!半姎膺B接”應(yīng)當(dāng)理解為包括在兩個(gè)單元之間直接傳送電能量或電信號(hào)的情形,或者經(jīng)過(guò)一個(gè)或多個(gè)第三單元間接傳送電能量或電信號(hào)的情形。“驅(qū)動(dòng)電源”或“LED驅(qū)動(dòng)電源”指的是連接在照明裝置外部的交流(AC)或直流(DC)電源與作為光源的發(fā)光二極管之間的“電子控制裝置”,用于為發(fā)光二極管提供所需的電流或電壓(例如恒定電流、恒定電壓或恒定功率等)。在具體的實(shí)施方案中,驅(qū)動(dòng)電源可以模塊化的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn),例如其包含印刷電路板和一個(gè)或多個(gè)安裝在印 刷電路板上并通過(guò)布線(xiàn)電氣連接在一起的元器件,這些元器件的例子包括但不限于LED驅(qū)動(dòng)控制器芯片、整流芯片、電阻器、電容器和線(xiàn)圈等。此外,可選地,可以將印刷電路板和元器件安裝在一個(gè)外殼內(nèi)。諸如“包含”和“包括”之類(lèi)的用語(yǔ)表示除了具有在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中有直接和明確表述的單元和步驟以外,本發(fā)明的技術(shù)方案也不排除具有未被直接或明確表述的其它單元和步驟的情形。諸如“第一”和“第二”之類(lèi)的用語(yǔ)并不表示單元在時(shí)間、空間、大小等方面的順序而僅僅是作區(qū)分各單元之用。以下借助附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。發(fā)光二極管球泡燈圖1為按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的發(fā)光二極管球泡燈的分解示意圖。圖2為圖1所示發(fā)光二極管球泡燈的剖面示意圖。按照本實(shí)施例的發(fā)光二極管球泡燈1主要包括燈罩10、燈頭20和發(fā)光二極管燈芯30。參見(jiàn)圖1和2,燈罩10可以與燈頭20固定在一起,從而形成可容納發(fā)光二極管燈芯10的空腔。燈罩10可采用透明或半透明材料(例如玻璃或塑料)制成,為了使光線(xiàn)更柔和、更均勻地向空間發(fā)散,其內(nèi)表面或外表面可進(jìn)行磨砂處理。可選地,可以例如通過(guò)靜電噴涂或真空噴鍍工藝,在燈罩10的內(nèi)/外表面形成紅外輻射材料層(例如包括但不限于石墨或常溫紅外陶瓷材料等),這種處理一方面增強(qiáng)了燈罩10的散熱能力,另外也抑制或消除了LED的眩光效應(yīng)。燈頭20為發(fā)光二極管燈芯30提供了與外部電源(例如各種直流電源或交流電源)電氣連接的接口,其例如可采用與普通白熾燈和節(jié)能燈類(lèi)似的螺紋狀旋接口或旋轉(zhuǎn)卡口等形式。參見(jiàn)圖1和2,燈頭20的端部210由諸如金屬之類(lèi)的導(dǎo)電材料制成,側(cè)壁220的至少一部分由金屬材料制成,因此可以將端部210和側(cè)壁220的金屬材料制成的區(qū)域作為電極連接區(qū),并且利用絕緣部分230(例如由塑料之類(lèi)的絕緣材料制成)將端部210與側(cè)壁220的金屬部分隔開(kāi)。普通的照明線(xiàn)路一般包含火線(xiàn)和零線(xiàn)兩根電線(xiàn),在本實(shí)施例中,考慮到使用的安全性,端部210和側(cè)壁220作為電極連接區(qū)可以經(jīng)燈座(未畫(huà)出)的電極被 分別連接至火線(xiàn)和零線(xiàn)。在本實(shí)施例中,用于側(cè)壁220的金屬材料可以采用包含下列至少一種元素的銅基合金:鋅、鋁、鉛、錫、錳、鎳、鐵和硅。采用上述銅基合金可以提高耐腐蝕能力,從而使得燈頭的使用壽命與發(fā)光二極管光源的工作壽命匹配,此外上述銅基合金也可改善加工性能。為了擴(kuò)大散熱面積,比較好的是使側(cè)壁220全部由金屬材料構(gòu)成。此外,如圖1和2所示,側(cè)壁220的外表面開(kāi)設(shè)有螺紋。更好的是,側(cè)壁220的內(nèi)表面也開(kāi)設(shè)螺紋,以使發(fā)光二極管燈芯的金屬散熱器310能夠更緊密地與側(cè)壁220接觸。發(fā)光二極管燈芯30包括金屬散熱器310、光源模塊320和驅(qū)動(dòng)電源330。本實(shí)施例的金屬散熱器310呈管狀,其被設(shè)置在由燈罩10和燈頭20限定的空腔內(nèi),其下部311與燈頭20的側(cè)壁220接觸??山柚澈蟿?例如膠泥)將金屬散熱器310固定于燈頭20的側(cè)壁220,從而實(shí)現(xiàn)如圖2所示的結(jié)構(gòu)。除了采用粘合劑以外,也可在金屬散熱器下部311的外表面上開(kāi)設(shè)與側(cè)壁內(nèi)表面上的螺紋適配的螺紋,以將金屬散熱器310與燈頭20固定在一起。為了使金屬散熱器310與側(cè)壁220更為緊密地接觸,可以同時(shí)采用粘合劑和螺紋連接這兩種方式。再者,為了擴(kuò)大散熱面積,可以如圖1和2所示,在金屬散熱器310的整個(gè)外表面都開(kāi)設(shè)螺紋。值得指出的是,金屬散熱器310還可以采用除管狀以外的其它形狀,例如包括但不限于棱柱體和錐體等多面體。另外,金屬散熱器310可以是一體成形的部件,也可以由多個(gè)分立的部件組成,這些分立的部件例如可以通過(guò)粘合或螺栓連接等方式組裝在一起。在本實(shí)施例中,金屬散熱器310吸收光源模塊320和驅(qū)動(dòng)電源330產(chǎn)生的熱量,這些熱量一部分以熱輻射的形式,經(jīng)燈罩10發(fā)散到周?chē)h(huán)境中,還有一部分熱量則以熱傳導(dǎo)的方式傳遞給燈頭20,再經(jīng)燈頭20發(fā)散出去。為了提高金屬散熱器310的熱輻射能力,可以例如通過(guò)噴涂工藝在其外表面覆蓋紅外輻射材料(例如包括但不限于石墨或常溫紅外陶瓷材料等)。繼續(xù)參見(jiàn)圖1和2,光源模塊320被設(shè)置在金屬散熱器310的頂部312的外表面,其包括基板321和一個(gè)或多個(gè)設(shè)置在基板321上的發(fā)光二極管單元322。需要指出的是,這里所示的金屬散熱器310的頂部 312是一個(gè)封閉的表面,但是其頂部也可以是開(kāi)口的以形成環(huán)形的表面,前者與后者相比,光源模塊320與金屬散熱器310的頂部312之間的接觸面積增大,因而具有更佳的熱傳導(dǎo)能力,但是采用后者可以降低金屬散熱器的重量。圖3為圖1和2所示發(fā)光二極管球泡燈中所包含的光源模塊的示意圖?;?21可以采用絕緣導(dǎo)熱材料(例如陶瓷材料或?qū)峤^緣高分子復(fù)合材料等)或兼具絕緣導(dǎo)熱能力的紅外輻射材料(例如碳化硅)制成,也可以采用鋁基板之類(lèi)的印刷電路板材料制成。參見(jiàn)圖3,發(fā)光二極管單元322設(shè)置在基板321的表面,借助形成在表面上的布線(xiàn)323,發(fā)光二極管單元322連接在一起。優(yōu)選地,可以采用模具壓制法來(lái)制作陶瓷材料構(gòu)成的基板,這種方法制造的基板較厚(例如1.5-3mm)并且硬度高。在圖3所示的實(shí)施例中,發(fā)光二極管單元322采用管芯形式,它們通過(guò)粘附方式設(shè)置在基板321的表面上以在發(fā)光二極管單元322與基板321之間形成較好的熱傳導(dǎo)。另一方面,位于表面上的布線(xiàn)323包含多個(gè)焊盤(pán)3231和走線(xiàn)3232A和3232B(例如通過(guò)在陶瓷材料或紅外輻射材料上燒結(jié)銀漿圖案而形成布線(xiàn)),發(fā)光二極管單元322通過(guò)引線(xiàn)324(例如金絲、銀絲或合金絲)直接連接至焊盤(pán)3231以形成串聯(lián)的發(fā)光二極管組,該發(fā)光二極管組兩端的發(fā)光二極管單元通過(guò)引線(xiàn)324連接至走線(xiàn)3232A和3232B,而走線(xiàn)3232A和3232B則經(jīng)穿越通孔3211的導(dǎo)線(xiàn)325A和325B連接至下面將要描述的驅(qū)動(dòng)電源330。在本實(shí)施例中,可以利用綁定工藝實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管管芯經(jīng)引線(xiàn)到布線(xiàn)的連接。如果需要調(diào)整發(fā)光二極管單元322的發(fā)光波長(zhǎng),可以用混合熒光粉的環(huán)氧樹(shù)脂或硅膠將發(fā)光二極管單元322粘附在基板321的表面上,或者在發(fā)光二極管單元322的表面涂覆熒光層,再將其借助環(huán)氧樹(shù)脂或硅膠粘合到基板321的表面上。值得指出的是,雖然在圖3所示的實(shí)施例中,利用綁定工藝將管芯形式的發(fā)光二極管單元322直接連接到布線(xiàn)323上,但是也可以利用在板上倒裝芯片(FCOB)工藝將發(fā)光二極管管芯與布線(xiàn)電氣連接。此外,發(fā)光二極管單元322也可以采用發(fā)光二極管單體的形式,此時(shí) 可以通過(guò)焊接方式將發(fā)光二極管單元電氣連接到基板表面的布線(xiàn)。再者,雖然在圖3所示實(shí)施例中,發(fā)光二極管單元322以串聯(lián)方式連接在一起,但是也可以并聯(lián)、混聯(lián)或交叉陣列的形式連接在一起。驅(qū)動(dòng)電源330可以多種驅(qū)動(dòng)方式(例如恒壓供電、恒流供電和恒壓恒流供電等方式)向發(fā)光二極管單元322提供合適的電流或電壓。根據(jù)外部供電的方式,驅(qū)動(dòng)電源330可采用各種拓?fù)浼軜?gòu)的電路,例如包括但不限于非隔離降壓型拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)、反激式拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)和半橋LLC拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)等。有關(guān)驅(qū)動(dòng)電源電路的詳細(xì)描述可參見(jiàn)人民郵電出版社2011年5月第1版的《LED照明驅(qū)動(dòng)電源與燈具設(shè)計(jì)》一書(shū),該出版物以全文引用方式包含在本說(shuō)明書(shū)中。參見(jiàn)圖2,驅(qū)動(dòng)電源330被設(shè)置在金屬散熱器310的內(nèi)部,例如可以借助粘合或螺栓連接的方式將驅(qū)動(dòng)電源330固定在金屬散熱器310的內(nèi)壁。在本實(shí)施例中,可以采用下列將要作進(jìn)一步描述的單電極引線(xiàn)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光源模塊320、驅(qū)動(dòng)電源330和燈頭20之間的電氣連接。在本實(shí)施例中,如上所述,金屬散熱器310與燈頭20的側(cè)壁220接觸在一起,因此只需將驅(qū)動(dòng)電源330的其中一個(gè)輸入端(未畫(huà)出)連接到金屬散熱器310上即可實(shí)現(xiàn)與側(cè)壁220上的電極連接區(qū)以及照明線(xiàn)路的零線(xiàn)的電氣連接。與此同時(shí),如圖2所示,驅(qū)動(dòng)電源330的另外一個(gè)輸入端借助伸入燈頭20內(nèi)部并到達(dá)端部210的電極引線(xiàn)331,實(shí)現(xiàn)與照明線(xiàn)路的火線(xiàn)的電氣連接。此外,驅(qū)動(dòng)電源330與光源模塊320之間的電氣連接也可以采用上述單電極引線(xiàn)的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。具體而言,圖3所示的導(dǎo)線(xiàn)305A和305B中的其中一條以及驅(qū)動(dòng)電源330的其中一個(gè)輸出端可連接在金屬散熱器310上,而導(dǎo)線(xiàn)305A和305B中的另外一條則與驅(qū)動(dòng)電源330的另外一個(gè)輸出端相連。上述單電極引線(xiàn)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了各個(gè)單元之間的電氣連接,因此提高了可靠性并且有利于降低制造成本。但是需要指出的是,這種單電極引線(xiàn)的結(jié)構(gòu)并非是必需的,對(duì)于本實(shí)施例,多電極引線(xiàn)的結(jié)構(gòu)也是適用的。例如驅(qū)動(dòng)電源330可以包含兩條電極引線(xiàn),其中一條延伸至入燈頭20內(nèi)部并與端部210相接,而另外一條則在伸出金屬散熱器310之后向上折返并抵靠住燈頭20的側(cè)壁220,由此實(shí)現(xiàn)與照明線(xiàn)路的火線(xiàn)和零線(xiàn)的電氣連接??蛇x地,在驅(qū)動(dòng)電源330中還可以集成實(shí)現(xiàn)其它功能的電路,例如調(diào)光控制電路、傳感電路、功率因數(shù)校正電路、智能照明控制電路、通信電路和保護(hù)電路等。圖4為按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的發(fā)光二極管球泡燈的分解示意圖。圖5為圖4所示發(fā)光二極管球泡燈的剖面示意圖。與上述借助圖1-3所示的實(shí)施例相比,本實(shí)施例的主要不同之處在于燈頭20的接口形式以及發(fā)光二極管燈芯30的結(jié)構(gòu)。為避免贅述,以下重點(diǎn)描述與圖1-3所示實(shí)施例相同的方面。按照本實(shí)施例的發(fā)光二極管球泡燈1同樣包括燈罩10、燈頭20和發(fā)光二極管燈芯30。燈罩10可采用上面描述的各種特征,其與燈頭20固定在一起從而形成可容納發(fā)光二極管燈芯10的空腔。參見(jiàn)圖4和5,作為發(fā)光二極管燈芯30與外部電源(例如各種直流電源或交流電源)電氣連接的接口,本實(shí)施例的燈頭20采用與普通白熾燈類(lèi)似的旋轉(zhuǎn)卡口形式。同樣,燈頭20包含由諸如金屬之類(lèi)的導(dǎo)電材料制成的端部210、至少一部分由金屬材料制成的側(cè)壁220以及位于二者之間的絕緣部分230,并且用于側(cè)壁220的金屬材料可以采用包含下列至少一種元素的銅基合金:鋅、鋁、鉛、錫、錳、鎳、鐵和硅。典型地,在端部210上并列地設(shè)置兩個(gè)相互絕緣的電極連接區(qū)或焊點(diǎn),它們適于經(jīng)燈座(未畫(huà)出)的電極分別連接至火線(xiàn)和零線(xiàn)。發(fā)光二極管燈芯30包括金屬散熱器310、光源模塊320和驅(qū)動(dòng)電源330。可通過(guò)導(dǎo)電的粘合劑(例如膠泥)將金屬散熱器310固定于燈頭20的側(cè)壁220,由此被如圖4所示地設(shè)置在由燈罩10和燈頭20限定的空腔內(nèi)。在本實(shí)施例中,光源模塊320和驅(qū)動(dòng)電源330產(chǎn)生的熱量以下列途徑散發(fā)出去:其中一部分熱量以熱輻射的形式,經(jīng)燈罩10發(fā)散到周?chē)h(huán)境中,還有一部分熱量則以熱傳導(dǎo)的方式傳遞給燈頭20,再經(jīng)燈頭20發(fā)散出去。同樣,為了提高散熱能力,可以例如通過(guò)靜電噴涂或真空噴鍍工藝,在燈罩10的內(nèi)/外表面形成紅外輻射材料層(例如包括但不限于石墨或常溫紅外陶瓷材料等),或者可以例如通過(guò)噴涂工藝在金屬散熱器的外表面覆蓋紅外輻射材料(例如包括但不限于石墨或 常溫紅外陶瓷材料等)。參見(jiàn)圖4和5,與前一實(shí)施例不同,光源模塊320包括多個(gè)子模塊,每個(gè)子模塊都包含基板321和一個(gè)或多個(gè)設(shè)置在基板321上的發(fā)光二極管單元322。對(duì)于每個(gè)子模塊,其例如可以是具有上面借助圖3描述的各種特征的光源模塊。繼續(xù)參見(jiàn)圖4和5,與前一實(shí)施例的另外一個(gè)不同之處是,光源模塊除了設(shè)置在金屬散熱器310的頂部312的外表面以外,在金屬散熱器310的側(cè)部的外表面上也有設(shè)置。為了方便設(shè)置,金屬散熱器310的外形呈棱柱狀并且下部311的尺寸大于上部的尺寸。在本實(shí)施例中,由于光源模塊320的子模塊可以同時(shí)被設(shè)置在金屬散熱器310的頂部和側(cè)部,因此增大了發(fā)光二極管球泡燈的發(fā)光角度。參見(jiàn)圖5,驅(qū)動(dòng)電源330被設(shè)置在金屬散熱器310的內(nèi)部,其包含第一和第二電極引線(xiàn)331A和331B,分別電氣連接至燈頭20的端部210的兩個(gè)電極連接區(qū)。除了與燈頭20的電氣連接方式以外,本實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)電源可以具有上面借助圖1-3所述的各種特征。發(fā)光二極管球泡燈的制造方法圖6示出了按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的發(fā)光二極管球泡燈制造方法的流程圖。為闡述方便起見(jiàn),本實(shí)施例以圖1-5所示的發(fā)光二極管球泡燈為例進(jìn)行描述。如圖6所示,首先在步驟S610中,在燈頭20的內(nèi)表面覆蓋粘合劑(例如膠泥)。該步驟可以借助典型的燈泡生產(chǎn)設(shè)備完成,例如可以利用膠泥機(jī)將膠泥擠出到燈頭20的內(nèi)表面??蛇x地,在本步驟中,也可以將粘合劑涂覆在發(fā)光二極管燈芯30的金屬散熱器310下部311的外表面;或者可選地,可以考慮在燈頭20的內(nèi)表面和下部311的外表面都覆蓋粘合劑。隨后進(jìn)入步驟S620,將燈頭20與發(fā)光二極管燈芯30裝配在一起。圖7A示出了圖1-3所示實(shí)施例中的發(fā)光二極管燈芯與燈頭裝配在一起時(shí)的狀態(tài)示意圖。如圖7A所示,金屬散熱器110的下部311伸入燈頭20的內(nèi)部,使得驅(qū)動(dòng)電源330的電極引線(xiàn)331與燈頭20的端部接觸,并且使得金屬散熱器110的下部的外表面與燈頭20的側(cè)壁220 的內(nèi)表面接觸。在圖7A所示的情形中,還借助于金屬散熱器下部311外表面與側(cè)壁220內(nèi)表面之間的螺紋配合,使金屬散熱器310與側(cè)壁220更為緊密地接觸。圖7B示出了圖4和5所示實(shí)施例中的發(fā)光二極管燈芯與燈頭裝配在一起時(shí)的狀態(tài)示意圖。同樣,金屬散熱器110的下部311伸入燈頭20的內(nèi)部,使得驅(qū)動(dòng)電源330的第一和第二電極引線(xiàn)331A和331B分別與燈頭20端部的兩個(gè)電極連接區(qū)接觸,并且使得金屬散熱器110的下部的外表面與燈頭20的側(cè)壁220的內(nèi)表面接觸。在圖7A和7B所示的裝配狀態(tài)下,步驟S610中使用的粘合劑因?yàn)榱鲃?dòng)性可全部或部分填充于燈頭20與金屬散熱器310之間的間隙內(nèi)。步驟S620的裝配操作也可以在典型的燈泡生產(chǎn)線(xiàn)(例如白熾燈生產(chǎn)線(xiàn))上完成。例如,在圖7A所示的情形下,可以將發(fā)光二極管燈芯30通過(guò)傳輸帶輸送到相應(yīng)的裝配工位,由人工或機(jī)械將燈頭20旋緊在發(fā)光二極管燈芯30的金屬散熱器310的下部311;或者在圖7B所示的情形下,可以將發(fā)光二極管燈芯30通過(guò)傳輸帶輸送到相應(yīng)的裝配工位,由人工或機(jī)械將燈頭20套住發(fā)光二極管燈芯30的金屬散熱器310的下部311。但是需要指出的是,裝配操作并非唯一地局限于上述一種方式,實(shí)際上例如也可以將發(fā)光二極管燈芯30通過(guò)傳輸帶輸送到裝配工位,由人工或機(jī)械將金屬散熱器310的下部311旋入或插入燈頭20的內(nèi)部。接著進(jìn)入步驟S630,將燈罩10與燈頭20和發(fā)光二極管燈芯30裝配在一起。例如參照?qǐng)D2和5,可通過(guò)使燈罩10的開(kāi)口端伸入燈頭20與金屬散熱器310之間的間隙內(nèi)完成該裝配操作。本步驟的裝配操作也可以在典型的燈泡生產(chǎn)線(xiàn)上完成。例如可以將步驟S620中完成裝配的燈頭20與發(fā)光二極管燈芯30通過(guò)傳輸帶輸送到相應(yīng)的裝配工位,在那里由人工或機(jī)械將燈罩10插入燈頭20與金屬散熱器310之間的間隙內(nèi)。隨后進(jìn)入步驟S640,通過(guò)加熱使燈頭20與金屬散熱器310之間的間隙內(nèi)的粘合劑固化,將步驟S630中完成裝配操作的燈罩10、燈頭20和發(fā)光二極管燈芯30固定在一起,從而制造出作為成品的發(fā)光二極管球泡燈1。粘合劑的固化也可以利用典型的燈泡生產(chǎn)設(shè)備完成。例如可以利用傳輸帶將步驟S630中完成裝配操作的燈罩10、燈頭20和發(fā)光二極管燈芯30輸送到白熾燈生產(chǎn)過(guò)程中用于封接燈頭和燈罩的裝頭機(jī),在那里通過(guò)加熱燈頭20的外表面使粘合劑固化。雖然裝頭機(jī)一般都是利用火焰來(lái)加熱燈頭的外表面,但是也可以采用其它加熱方式,例如利用高溫氣體作為加熱介質(zhì)。圖8示出了按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的發(fā)光二極管球泡燈制造方法的流程圖。為闡述方便起見(jiàn),本實(shí)施例同樣以圖1-5所示的發(fā)光二極管球泡燈為例進(jìn)行描述。與圖6所示的實(shí)施例相比,本實(shí)施例的主要不同之處在于,在將燈頭20與發(fā)光二極管燈芯30裝配在一起之后再涂覆粘合劑。參見(jiàn)圖8,在步驟S810中,通過(guò)使燈罩10的開(kāi)口端伸入燈頭20與金屬散熱器310之間的間隙內(nèi),將燈頭20與發(fā)光二極管燈芯30裝配在一起。顯然,同樣可以在典型的燈泡生產(chǎn)線(xiàn)上完成步驟S810的裝配操作。隨后進(jìn)入步驟S820,在燈頭20與發(fā)光二極管燈芯10的金屬散熱器310之間的間隙內(nèi)填充粘合劑。接著進(jìn)入步驟S830,將燈罩10與燈頭20和發(fā)光二極管燈芯30裝配在一起。在該裝配狀態(tài)下,燈罩30的開(kāi)口端位于燈頭20與金屬散熱器310之間的間隙內(nèi)。同樣,本步驟的裝配操作也可以如在上述實(shí)施例的步驟S630中那樣,在典型的燈泡生產(chǎn)線(xiàn)上完成。隨后進(jìn)入步驟S840,通過(guò)加熱使燈頭20與金屬散熱器310之間的間隙內(nèi)的粘合劑固化,從而將步驟S830中完成裝配操作的燈罩10、燈頭20和發(fā)光二極管燈芯30固定在一起。粘合劑的固化也可以如在上述實(shí)施例的步驟S640中那樣,利用典型的燈泡生產(chǎn)設(shè)備完成,并且可以采用火焰或高溫氣體作為加熱介質(zhì)。雖然已經(jīng)展現(xiàn)和討論了本發(fā)明的一些方面,但是本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)該意識(shí)到,可以在不背離本發(fā)明原理和精神的條件下對(duì)上述方面進(jìn)行改變,因此本發(fā)明的范圍將由權(quán)利要求以及等同的內(nèi)容所限定。
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