一種高效散熱的一體化led燈管結(jié)構(gòu)及其生產(chǎn)工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高效散熱的一體化LED燈管結(jié)構(gòu)及其生產(chǎn)工藝，鋁殼的水平壁面為封裝平面，該封裝平面上設(shè)置印制電路層；鋁殼的印制電路層上焊接芯片，鋁殼的打圍膠層所圍成的區(qū)域內(nèi)設(shè)置硅膠層，硅膠層上表面均勻涂敷一層熒光粉涂層；鋁殼的印制電路層上直接焊接智能IC驅(qū)動元件，每個芯片兩端分別連接一個穩(wěn)壓管。本發(fā)明從根本上取消了芯片-支架-鋁基板-管體的多級熱阻障礙，改善傳熱途徑，大大縮短傳熱距離；取消了支架、鋁基板，降低生產(chǎn)成本；解決了出光效率降低、光衰變大等問題；無需外接驅(qū)動模組，完成自動貼合；把智能驅(qū)動IC及電子元件工作時產(chǎn)生的熱量通過鋁管直接傳輸?shù)酵獠?，提升了?qū)動模塊的散熱效果，延長了電源使用壽命。
【專利說明】一種高效散熱的一體化LED燈管結(jié)構(gòu)及其生產(chǎn)工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及LED【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種高效散熱的一體化LED燈管結(jié)構(gòu)及其生
產(chǎn)工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]LED屬于電致發(fā)光器件，其熱量不能輻射散出，只能通過介質(zhì)傳導(dǎo)出去。如果LED器件的熱系統(tǒng)設(shè)計不完善，從PN結(jié)到LED外部環(huán)境的熱阻過大，將導(dǎo)致PN結(jié)結(jié)溫過高，隨之而來的熱效應(yīng)將會變得非常明顯:結(jié)溫升高，直接減少芯片出射的光子，出光效率降低；尤其對于目前所采用的熒光粉直接填充在藍光芯片周邊的白光實現(xiàn)方案，過高的溫度會嚴重影響熒光粉的特性，最終導(dǎo)致波長漂移、顏色不純等一系列問題。因此，散熱技術(shù)是LED燈具壽命及穩(wěn)定性的關(guān)鍵。
[0003]LED散熱問題的解決，最終是通過散熱器將熱量及時導(dǎo)出并散發(fā)到外界環(huán)境中；能否將熱量第一時間從芯片導(dǎo)出到散熱器是解決LED散熱問題的關(guān)鍵，而導(dǎo)熱的熱阻主要與導(dǎo)熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)熱環(huán)節(jié)、接觸面間隙等有關(guān)。因此，要將芯片的熱量導(dǎo)出就必須選用高導(dǎo)熱系數(shù)的導(dǎo)熱載體，盡量減少導(dǎo)熱環(huán)節(jié)、盡量減少接觸面間隙等措施。
[0004]LED燈管目前最常用的結(jié)構(gòu)是采用單顆芯片獨立封裝于各種規(guī)格的支架上，再將封裝好的LED燈珠焊接在電路底板(鋁基板)上，并將電路底板(鋁基板)安裝固定在燈管的殼體(散熱器)上，最后接上驅(qū)動模塊構(gòu)成照明系統(tǒng)。此種結(jié)構(gòu)，其熱阻包括兩組成部分:芯片到鋁基板、鋁基板到散熱器(外殼);LED芯片上產(chǎn)生的熱必須先傳遞到鋁基板上，然后再傳遞到散熱器(外殼)上，由于鋁基板與燈殼之間表面不是緊密貼合，導(dǎo)致熱導(dǎo)率很低，再加上芯片與散熱器(外殼)距離遠，熱傳遞路徑長，導(dǎo)致整體導(dǎo)熱性能不高。
[0005]因此，綜合以上方面，需要對現(xiàn)有技術(shù)進行有效創(chuàng)新，主要原因有以下幾點:
⑴目前的LED燈具多采用先把芯片封裝到支架上，再將封裝后的燈珠焊接在印制有導(dǎo)電線路的鋁基板上，并將鋁基板固定在燈殼上，由于芯片與鋁基板之間隔了一層支架，燈珠和燈殼之間隔了一層鋁基板，且鋁基板與燈殼之間還有一定的間隔空隙，這種結(jié)構(gòu)造成芯片與散熱器之間多級導(dǎo)熱、熱傳遞路徑長，從而增加了他們之間的熱阻，不利于芯片熱量的及時傳導(dǎo)，長時間發(fā)光后LED燈珠積累的熱量較高，從而加速LED燈珠光衰，大大縮短LED燈珠的使用壽命；
⑵現(xiàn)有LED封裝工藝是把LED芯片焊接在支架上，然后用拌有熒光粉的硅膠直接填充在LED芯片的表面，由于LED芯片發(fā)光的同時有大量的熱能產(chǎn)生，芯片發(fā)出的熱量直接作用在熒光粉上，熒光粉長期處于高溫高輻射的狀態(tài)下，將會加速老化與衰減，降低發(fā)光效率及光色漂移；
⑶傳統(tǒng)電源外接方式，由于所有電子元器件都焊接在PCB電路板上，造成電子元器件工作時產(chǎn)生的熱量不能傳遞出去，使電子元器件過早老化，從而影響LED的使用壽命；同時容易發(fā)生因電子元器件損壞而導(dǎo)致整條燈管不亮的現(xiàn)象；
⑷另外，傳統(tǒng)日光燈管組成配件較多，裝配流程繁瑣，增加了 LED燈具的制造成本。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對以上缺陷，本發(fā)明針對白光LED封裝技術(shù)中存在的散熱、光衰、光色及出光效率問題，提出一種高效散熱的一體化LED燈管結(jié)構(gòu)及其生產(chǎn)工藝，以解決現(xiàn)有技術(shù)的諸多不足，該結(jié)構(gòu)是直接在燈管殼體散熱器表面采用微細布線技術(shù)印制電路，再將芯片焊接在已印制電路的燈管殼體散熱器上，取消傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的支架及鋁基板；并且在熒光粉與芯片之間填充透明導(dǎo)熱硅膠，使熒光粉與芯片隔開，將驅(qū)動電路電子元器件直接焊接在燈管殼體散熱器上。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種高效散熱的一體化LED燈管的生產(chǎn)工藝，由以下步驟組成:
⑴首先，選取由金屬鋁組成的橫截面為半圓形的管狀鋁殼，采用半圓形結(jié)構(gòu)的PC罩并且PC罩的水平端面與鋁殼的水平端面固定拼接，位于鋁殼的水平壁面設(shè)置為封裝平面，封裝前先在鋁管的封裝平面上涂覆一層絕緣層，進行烘烤硬化之后，在絕緣層上通過微細布線技術(shù)印制電路層，在印制電路層上直接焊接LED芯片及IC驅(qū)動電源；
其中的絕緣層制作過程為:選取由氮化硅、氮化硼、二氧化硅、氧化鋁組成的混合物并且這四種原料的重量份數(shù)比依次為4: 3: 2: 1，加入經(jīng)水解處理后的硅烷偶聯(lián)劑組成混合物，該混合物再與環(huán)氧樹脂以6:4的重量份數(shù)比例混合，制得鋁基板用環(huán)氧膠絕緣層；⑵然后，在已焊接的每個芯片兩端連接一個穩(wěn)壓管，留下放置芯片、穩(wěn)壓管位置和驅(qū)動IC及電子元件插腳位置，其余用絲網(wǎng)印刷白色UV固化阻焊油墨，厚度15-35微米；
⑶在鋁殼的水平壁面邊緣處灌封一圈高度為1.5mm的打圍膠層，此打圍膠層所圍成的區(qū)域內(nèi)均勻填充透明導(dǎo)熱硅膠從而形成硅膠層，該硅膠層高度大于芯片厚度50-100微米，使透明導(dǎo)熱硅膠完全包住芯片并將芯片與打圍膠層之間的間隙填平，形成一個膠層平面；⑷烘烤使硅膠層固化之后，在硅膠層上表面均勻涂敷一層熒光粉涂層(由于芯片被導(dǎo)熱硅膠完全包裹，所以熒光粉涂層接觸不到芯片)并且位于熒光粉涂層與芯片之間由硅膠隔離，最后，在熒光粉涂層上表面再覆蓋一層保護硅膠，使其形成一層膜與外界隔絕。
[0008]相應(yīng)地，位于鋁殼外部弧形壁面上均勻開設(shè)若干凹槽，以改善傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)燈管里面要預(yù)留空間放置電源模塊不能開設(shè)凹槽，未能有效影響散熱的弊端；
在步驟(2 )每個芯片兩端連接一個穩(wěn)壓管之后，可再用絕緣漆對導(dǎo)電線路層進行涂覆，剝?nèi)バ酒叹恢蒙戏胶万?qū)動IC及電子元件插腳位置上的絕緣漆所述阻焊油墨成分為清漆。
[0009]相應(yīng)地，位于智能IC驅(qū)動元件外部接入整流橋堆部分，此外，該智能IC驅(qū)動元件帶有濾波電容；其中的智能IC驅(qū)動元件、電流調(diào)節(jié)電阻、整流橋堆部分、濾波電容組成一個驅(qū)動電源模組并且這個驅(qū)動電源模組以SMT的形式焊接于導(dǎo)電線路層上。
[0010]另外，在步驟(I)印制電路層之后，留下放置芯片、穩(wěn)壓管位置和驅(qū)動IC及電子元件插腳位置，其余用絲網(wǎng)(100目)印刷白色UV固化阻焊油墨(SD 2490/201 UV-FLEX-HF)，厚度15-35微米；將鋁管平面處理成反光基板；這種油墨即使經(jīng)過回流焊或是不同溫度處理后仍能依舊保持純白的顏色；在白色LED下，能完全保證燈光顏色不受基板影響。所述阻焊油墨(SD 2490/201 UV-FLEX-HF)顏色為白色，主要成分為極為穩(wěn)定的清漆(lacquers)，優(yōu)點是流變性能好，粘合力極佳，邊緣覆蓋性能可靠，阻燃等級UL 94- V，在高溫及環(huán)境可靠性測試中結(jié)果優(yōu)異，有出色的抗黃變和良好的反光性能。
[0011]相應(yīng)地，驅(qū)動電源由智能驅(qū)動IC模塊、整流橋堆、濾波電容、調(diào)節(jié)電阻組成，外部交流電源(220V)首先接入整流橋堆，通過整流橋?qū)⒔涣麟娮優(yōu)橹绷麟?，再通過濾波電容降低交流脈動波紋系數(shù)提升高效平滑直流，使濾波后輸出的電壓為穩(wěn)定的直流電壓供給智能驅(qū)動IC模塊，最后控制IC輸出恒定電流驅(qū)動LED發(fā)光，并保證LED的特性穩(wěn)定。
[0012]此外，本燈管可引入智能驅(qū)動IC模塊，最大限度簡化電路電子器件，提高功率因數(shù)(功率因數(shù)可達0.98以上)，節(jié)省無功損耗；該電源驅(qū)動電路由智能驅(qū)動IC模塊、整流橋堆、濾波電容、電流電流調(diào)節(jié)電阻組成，且所有電子元器件都以SMT形式焊接于導(dǎo)電線路層上。
[0013]本發(fā)明所述的高效散熱的一體化LED燈管結(jié)構(gòu)及其生產(chǎn)工藝的有益效果為:
⑴由于導(dǎo)電線路板無需再經(jīng)過支架及鋁基板傳熱，從根本上取消了芯片一支架一鋁基板一管體的多級熱阻障礙，大大縮短傳熱距離，提高散熱系數(shù)，有利于減少LED燈珠的光衰，延長使用壽命；
⑵取消了支架及鋁基板，直接將導(dǎo)電線路層制作于鋁殼水平端面，節(jié)省了原材料、減少裝配流程、縮短裝配時間、降低生產(chǎn)成本；
⑶改變了以往芯片的熱量直接加載在熒光粉層上的方式，解決了 LED光色因熒光粉層受熱福射而產(chǎn)生的波長漂移、光色不穩(wěn)定和突光粉近場激發(fā)方式使得一部分背向散射光損失，使得出光效率降低、光衰變大等問題；采取熒光粉層與芯片之間用硅膠等隔開，使得熒光粉層和芯片兩部分熱量分離，提高出光效率，降低光衰；
⑷無需外接驅(qū)動模組，完成自動貼合，節(jié)省人工外接電源的工序，減低成本，大大提高生產(chǎn)效率；
(5)另一方面，驅(qū)動電源直接焊接于導(dǎo)電線路層上，使驅(qū)動IC及電子元件的熱量通過鋁管直接傳輸?shù)酵獠?，提升了?qū)動模塊的散熱效果，延長了電源的壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下面根據(jù)附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0015]圖1是本發(fā)明實施例所述高效散熱的一體化LED燈管的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明實施例所述高效散熱的一體化LED燈管的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖中:
1、鋁殼；2、PC罩；3、芯片；4、穩(wěn)壓管；5、熒光粉涂層；6、硅膠層；7、打圍膠層；8、智能IC驅(qū)動元件；9、電流調(diào)節(jié)電阻；10、整流橋堆部分；11、濾波電容。
【具體實施方式】
[0017]如圖1-2所示，本發(fā)明實施例所述的高效散熱的一體化LED燈管，包括鋁殼I與PC罩2，其中的PC罩2為半圓形結(jié)構(gòu)并且PC罩2的水平端面與鋁殼I的水平端面固定拼接，所述鋁殼I是由高導(dǎo)熱系數(shù)(12(T200 ff/m-K)的金屬鋁組成橫截面為半圓形的管體，位于鋁殼I外部弧形壁面上均勻開設(shè)若干凹槽，起散熱作用，位于鋁殼I的水平壁面為封裝平面，封裝前先在鋁管的封裝平面上涂覆上一層由環(huán)氧樹脂、氧化物、高分子材料構(gòu)成的絕緣層，烘烤硬化之后在絕緣層上面采用微細布線技術(shù)印制電路層，再用絲網(wǎng)(100目)印刷厚度15-35微米的白色UV固化阻焊油墨(SD 2490/201 UV-FLEX-HF)，將鋁管平面處理成白色反光基板，通過此種改變封裝模式縮短導(dǎo)熱路徑及改善散熱結(jié)構(gòu)，從而減少散熱熱阻；上述絕緣層以環(huán)氧樹脂為基體樹脂且用量為40 wt%，該絕緣層的基體樹脂混合填料的重量配比為氮化硅:氮化硼:二氧化硅:氧化鋁=4: 3: 2: I，并加入經(jīng)水解處理后的硅烷偶聯(lián)劑以增加與樹脂的相容性，制備了一種導(dǎo)熱絕緣性能優(yōu)異的鋁基板用環(huán)氧膠；當經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的混合填料用量為60 wt%時，該膠的熱導(dǎo)率可達3.81 W/(m*K)，介電常數(shù)和體積電阻率能達到4.5X 1014 Q*cm，進而提高了導(dǎo)熱絕緣膠的熱導(dǎo)率和絕緣性能。
[0018]相應(yīng)地，所述鋁殼I的印制電路層上焊接兩列芯片3，位于鋁殼I的水平壁面邊緣處灌封一圈高度為1.5_的打圍膠層7，此打圍膠層7所圍成的區(qū)域內(nèi)均勻填充透明導(dǎo)熱硅膠從而形成娃膠層6,該娃膠層6高度大于芯片3厚度50-100微米,使透明導(dǎo)熱娃膠完全包住封芯片3并將芯片3與打圍膠層7之間的間隙填平，形成一個膠層平面，此硅膠層6可最大限度減少熒光粉的用量，而且不會造成因為熒光粉沉積產(chǎn)生的色差；烘烤使硅膠層6固化后，在娃膠層6上表面均勻涂敷一層突光粉涂層5,這時突光粉涂層5與芯片3之間被娃膠層6隔離，再次烘烤使熒光粉涂層5固化后，在熒光粉涂層5上表面再覆蓋一薄層保護硅膠，使熒光粉涂層5與外界隔絕；
相應(yīng)地，所述鋁殼I的印制電路層上直接焊接智能IC驅(qū)動元件8并且該智能IC驅(qū)動元件8與每一列芯片3之間增設(shè)一個電流調(diào)節(jié)電阻9，位于此智能IC驅(qū)動元件8外部接入整流橋堆部分10，此外，在驅(qū)動IC元件8另一輸入端接入濾波電容11，驅(qū)動IC元件8、電流調(diào)節(jié)電阻9、整流橋堆10、濾波電容11組成一個恒流恒壓智能驅(qū)動電源模組并且這個驅(qū)動電源模組以SMT的形式焊接于導(dǎo)電線路層上，在鋁管封裝平面上實現(xiàn)驅(qū)動模塊的智能驅(qū)動功能；另一方面，每一列的每個芯片3外部分別連接一個穩(wěn)壓管4，在使用過程中，當燈串中某一 LED芯片3發(fā)生開路故障時，可由穩(wěn)壓管4導(dǎo)通電路，因而保持整個電路導(dǎo)通，使其它LED芯片3通過電流不變，正常工作，避免了因一顆LED芯片3損壞而導(dǎo)致整個燈組不亮的現(xiàn)象，當遇到加在燈組兩端的電壓波動時，穩(wěn)壓管亦能起到穩(wěn)壓緩沖作用，不影響LED燈的使用壽命和發(fā)光效果。
[0019]絕緣層以環(huán)氧樹脂為基體樹脂(用量為40 wt%),以氮化硅:氮化硼:二氧化硅:氧化鋁=4: 3: 2:1 (質(zhì)量比)組成的混合物為填料，并加入經(jīng)水解處理后的硅烷偶聯(lián)劑以增加與樹脂的相容性，制備了一種導(dǎo)熱絕緣性能優(yōu)異的鋁基板用環(huán)氧膠。當經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的混合填料用量為60 wt%時，該膠的熱導(dǎo)率可達3.81 W/(m*K)，介電常數(shù)和體積電阻率能達到4.5X1014 Q*cm，進而提高了導(dǎo)熱絕緣膠的熱導(dǎo)率和絕緣性能。
[0020]上述對實施例的描述是為了便于該【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員能夠理解和應(yīng)用本案技術(shù)，本案不限于以上實施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本案的揭示，對于本案做出的改進和修改都應(yīng)該在本案的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高效散熱的一體化LED燈管的生產(chǎn)工藝，其特征在于，由以下步驟組成: ⑴首先，選取由金屬鋁組成的橫截面為半圓形的管狀鋁殼，采用半圓形結(jié)構(gòu)的PC罩并且PC罩的水平端面與鋁殼的水平端面固定拼接，位于鋁殼的水平壁面設(shè)置為封裝平面，封裝前先在鋁管的封裝平面上涂覆一層絕緣層，進行烘烤硬化之后，在絕緣層上通過微細布線技術(shù)印制電路層，在印制電路層上直接焊接LED芯片及IC驅(qū)動電源； 其中的絕緣層制作過程為:選取由氮化硅、氮化硼、二氧化硅、氧化鋁組成的混合物并且這四種原料的重量份數(shù)比依次為4: 3: 2: 1，加入經(jīng)水解處理后的硅烷偶聯(lián)劑組成混合物，該混合物再與環(huán)氧樹脂以6:4的重量份數(shù)比例混合，制得鋁基板用環(huán)氧膠絕緣層；⑵然后，在已焊接的每個芯片兩端連接一個穩(wěn)壓管，防止由于其中一顆芯片損壞導(dǎo)致整個燈串不亮的現(xiàn)象； ⑶在鋁殼的水平壁面邊緣處灌封一圈高度為1.5mm的打圍膠層，此打圍膠層所圍成的區(qū)域內(nèi)均勻填充透明導(dǎo)熱硅膠從而形成硅膠層，該硅膠層高度大于芯片厚度50-100微米，使透明導(dǎo)熱硅膠完全包住芯片并將芯片與打圍膠層之間的間隙填平，形成一個膠層平面；⑷烘烤使硅膠層固化之后，在硅膠層上表面均勻涂敷一層熒光粉涂層并且位于熒光粉涂層與芯片之間由硅膠隔離，最后，在熒光粉涂層上表面再覆蓋一層保護硅膠，使其形成一層膜與外界隔絕。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效散熱的一體化LED燈管的生產(chǎn)工藝，其特征在于:位于鋁殼外部弧形壁面上均勻開設(shè)若干凹槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效散熱的一體化LED燈管的生產(chǎn)工藝，其特征在于:在步驟(2)每個芯片兩端連接一個穩(wěn)壓管之后，留下放置芯片、穩(wěn)壓管位置和驅(qū)動IC及電子元件插腳位置，其余用絲網(wǎng)印刷白色UV固化阻焊油墨，厚度15-35微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高效散熱的一體化LED燈管的生產(chǎn)工藝，其特征在于:所述阻焊油墨成分為清漆。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效散熱的一體化LED燈管的生產(chǎn)工藝，其特征在于:位于智能IC驅(qū)動元件外部接入整流橋堆部分，此外，該智能IC驅(qū)動元件帶有濾波電容。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高效散熱的一體化LED燈管的生產(chǎn)工藝，其特征在于:其中的智能IC驅(qū)動元件、電流調(diào)節(jié)電阻、整流橋堆部分、濾波電容組成一個驅(qū)動電源模組并且這個驅(qū)動電源模組以SMT的形式焊接于導(dǎo)電線路層上。
【文檔編號】F21V23/00GK104019389SQ201410234246
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】李立勉 申請人:廣東金源照明科技有限公司