專利名稱：功率型led直插型支架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LED燈支架，尤其涉及一種用于功率型LED的直插型支架，屬于 LED封裝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
作為L(zhǎng)ED封裝領(lǐng)域的重要部件“LED支架”在過(guò)去經(jīng)歷了這樣的發(fā)展歷程至上世紀(jì)70年代，LED元件開(kāi)啟了全面商用化時(shí)代，LED生產(chǎn)工藝及直插LED支架在這個(gè)階段中， 已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟，以至于對(duì)其后白光LED工藝技術(shù)，起到了承上啟下的作用。隨著藍(lán)光芯片從小功率向大功率；小尺寸芯片向大尺寸芯片；單顆芯片向模塊化或集成化(又稱 IC-LED)方向發(fā)展，“仿流明支架”及“C0B”封裝取代直插LED支架，成為了當(dāng)今本技術(shù)領(lǐng)域的主流技術(shù)。而今的直插LED支架，僅用于封裝傳統(tǒng)單色光及小功率白光LED元件。當(dāng)今直插LED支架的發(fā)展處于停滯階段，它面臨著被邊緣化的境地。
從LED發(fā)展歷程中，我們可以看到，直插LED支架與LED封裝技術(shù)一同發(fā)展，LED封裝技術(shù)的每一次進(jìn)步都與直插LED支架的進(jìn)步密不可分。LED封裝工藝技術(shù)，在當(dāng)今功率型白光LED封裝技術(shù)中仍然在延續(xù)發(fā)展，而目前直插LED支架卻處于停滯和被邊緣化境地。 這主要因?yàn)楸炯夹g(shù)領(lǐng)域?qū)χ辈逯Ъ艽嬖谥缦录夹g(shù)上的偏見(jiàn)
大約在2007年，本技術(shù)領(lǐng)域在小功率白光LED向中功率白光LED轉(zhuǎn)移時(shí)，面臨一個(gè)技術(shù)瓶頸問(wèn)題，即在材質(zhì)為黃銅，厚度為O. 7mm的直插LED支架上，固定O. 5W24mil的藍(lán)光LED芯片，封裝O. 5W白光LED時(shí)，出現(xiàn)了嚴(yán)重的光衰減。即便將該支架材質(zhì)換成紫銅，仍然也解決不了光衰問(wèn)題。更有甚者，在該支架負(fù)極上安裝散熱器，以增大散熱面積，仍然也解決不了光衰問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題當(dāng)時(shí)一直困擾著業(yè)界，因而，業(yè)界出現(xiàn)了一個(gè)共識(shí)，即直插LED 支架不能適應(yīng)白光LED功率化發(fā)展，O. 7mm厚的直插LED支架，也因此，被冠名為“O. 5W支想”O(jiān)
當(dāng)“流明支架”出現(xiàn)后，業(yè)界對(duì)此趨之若鶩，其后的O. 5W乃至IWLED芯片，幾乎全部采用了“流明支架”的散熱解決方案。直至現(xiàn)在“流明支架”與“C0B”封裝一起成為了當(dāng)今封裝功率型LED的主流技術(shù)，而直插LED支架被排除在外了。
而現(xiàn)有技術(shù)中“仿流明支架”、“C0B”封裝，在照明質(zhì)量上卻因?yàn)橄忍斓木窒扌远兄T多不足，在現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中主流的“仿流明支架”、“C0B”LED封裝方式，它們封裝的共性是 SMD封裝，它們與PCB線路板裝配，采用的是SMD焊接工藝。
通過(guò)了解芯片與PCB線路 板之間的高度關(guān)系(參見(jiàn)圖6、圖7)可以對(duì)各封裝進(jìn)行比較
設(shè)芯片的高度為h ;仿流明支架或COB基板的高度為H，仿流明支架或COB基板中 LED芯片的頂平面距離PCB線路板表面的高度為Dl。直插LED支架距離PCB線路板的高度為d，直插LED支架中LED芯片的頂平面距離線路板表面的高度為D2。
I)仿流明支架或COB基板中，LED芯片與PCB線路板的高度關(guān)系
Dl = H+h
2)直插LED支架中，LED芯片與PCB線路板的高度關(guān)系
D2 = d+h
上述兩式中，D2的高度倍數(shù)地大于Dl ;如果再加上封裝體的高度，那么D2 >> D1。
因此仿流明支架或COB封裝的LED，用在室內(nèi)照明時(shí)會(huì)影響光源的照明質(zhì)量，對(duì) LED元件的發(fā)光角度而言，會(huì)因?yàn)殓R頭與LED芯片之間的距離限定，而限制了 LED芯片在鏡頭的調(diào)整距離，從而限制了 LED元件發(fā)光角度的多樣性。這些限制，將直接影響到LED元件在照明光源上的使用。另外在光源“照明質(zhì)量”里，對(duì)照明光源發(fā)光的均勻性是有嚴(yán)格要求的，如點(diǎn)光源在等波面的光強(qiáng)是相等的，鎢絲燈泡中發(fā)光源(鎢絲)在泡殼內(nèi)的位置，就是按照這個(gè)原理設(shè)計(jì)的。
用仿流明支架或COB封裝的LED元件制造的球泡燈，則違背了這個(gè)原理。LED的發(fā)光光型特性是定向發(fā)光，且單顆LED元件的光功率是有限的，為滿足照明的需要，則必需通過(guò)增加LED元件的數(shù)量來(lái)滿足照明的需要。這樣在LED球泡燈的PCB線路板平面上，必然會(huì)分布著，由許多單顆電鍍“仿流明支架”或“C0B”封裝構(gòu)成了 LED組合發(fā)光源。此時(shí)的 LED球泡燈，則可被定義為，定向發(fā)光的平面發(fā)光光源，這樣的結(jié)果與發(fā)光的均勻性相距甚遠(yuǎn)。顯然現(xiàn)有技術(shù)制造的LED球泡燈，與球泡燈的發(fā)光光型要求是相悖的，同樣也是與“光源的照明質(zhì)量”的要求是相悖的。
而用直插LED支架封裝LED元件時(shí)，因D2 > > Dl，這樣便于在設(shè)計(jì)時(shí)，調(diào)整LED光源在球泡燈泡殼內(nèi)的空間位置，處于空間位置的LED元件，在LED燈罩內(nèi)形成的光學(xué)腔內(nèi)， 就能實(shí)施充分的混光，因此，在相同條件下，直插LED支架封裝的LED元件與用“仿流明支架，，或“C0B”封裝的LED元件相比較，直插LED支架發(fā)出的光更均勻、亮度更柔和。特別需要說(shuō)明的是，用仿流明支架或COB封裝的LED元件，理論上它的最大發(fā)光角度(半功率角度)只能做到180度，而直插LED支架封裝的LED元件，則能做到360度，即能夠?qū)崿F(xiàn)全光束空間發(fā)光。
發(fā)光角度仿流明支架或COB封裝實(shí)現(xiàn)角度變化與直插LED支架相比，前者的難度及成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高過(guò)直插LED支架。直插LED支架改變LED的發(fā)光角度，只需要選擇“模條” 上不同的“卡點(diǎn)”就能很容易實(shí)現(xiàn)，而“仿流明支架” “C0B”封裝一般需要改變鏡頭的幾何尺寸才能實(shí)現(xiàn)發(fā)光角度變化。因此，用直插LED支架封裝的LED元件，實(shí)現(xiàn)不同發(fā)光角度時(shí)， 更簡(jiǎn)單、更容易、成本更低。
因此通過(guò)分析可知仿流明支架或COB封裝存在著諸多局限性和不足之處，然而畢竟直插LED支架伴隨著LED封裝技術(shù)的發(fā)展，它已經(jīng)成為世界上結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、效率最高、最利于發(fā)光角度的LED支架。因此推動(dòng)與促進(jìn)直插LED支架向功率化方向發(fā)展，對(duì)整個(gè)LED 照明領(lǐng)域而言意義十分重大。發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明旨在突破技術(shù)偏見(jiàn)提供一種能用于高功率、大尺寸且更簡(jiǎn)單方便、具有更高通用性和可調(diào)整性及低成本的新型LED直插型支架。
本發(fā)明技術(shù)方案為一種功率型LED直插型支架，包括支架本體及導(dǎo)熱柱，所述的支架本體負(fù)極管腳上端設(shè)有金屬調(diào)整塊；所述的導(dǎo)熱柱為設(shè)有卡槽的柱狀結(jié)構(gòu)，該導(dǎo)熱柱通過(guò)所述卡槽嵌入所述金屬調(diào)整塊與支架本體相連接。進(jìn)一步的所述的導(dǎo)熱柱可通過(guò)卡槽在金屬調(diào)整塊上的不同卡位來(lái)進(jìn)行調(diào)整，其 調(diào)整極限為導(dǎo)熱柱不能與支架本體上的正極管腳相觸。更進(jìn)一步的所述的金屬調(diào)整塊可以是獨(dú)立的也可以是與所述支架本體一體成型 的。更進(jìn)一步的所述的支架本體及導(dǎo)熱柱優(yōu)選金屬支架本體及金屬導(dǎo)熱柱。根據(jù)實(shí)施例所述的本發(fā)明進(jìn)一步特征為優(yōu)選的支架本體及導(dǎo)熱柱采用導(dǎo)熱系數(shù) 為389W/mk的紫銅并進(jìn)行過(guò)電鍍銀處理；其中所述支架本體總寬7. 5mm,厚度0. 7mm,導(dǎo)熱距 離5. Omm,所述導(dǎo)熱柱直徑4. Omm,高度5. 0mm。本發(fā)明專利在LED直插支架能夠?qū)崿F(xiàn)大功率LED的應(yīng)用之后其自身的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 效率高、穩(wěn)定性好、可發(fā)光角度大等先天優(yōu)勢(shì)便得到了充分發(fā)揮，應(yīng)用前景廣闊，其具體有 益效果包括I、由于采用了導(dǎo)熱柱及金屬調(diào)整塊的結(jié)構(gòu)，解決了大功率LED發(fā)光芯片光衰減的 問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了 LED直插支架在大功率LDE上的應(yīng)用，打破了技術(shù)上的偏見(jiàn)；2、導(dǎo)熱柱及金屬調(diào)整塊的結(jié)構(gòu)可以在封裝時(shí)進(jìn)行卡位調(diào)整進(jìn)行輔助安裝及散熱， 能夠使得一個(gè)支架夠適應(yīng)不同功率LED發(fā)光芯片的安裝需要，因此節(jié)省了開(kāi)模的大筆費(fèi) 用；3、導(dǎo)熱柱還具有導(dǎo)電功能使電路安裝更為便捷；4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有兩個(gè)零部件；5、承載功率高，通用性強(qiáng)，本專利直插LED支架，在一套直插LED支架上，能夠適應(yīng) 導(dǎo)熱柱尺寸、形體上的多種變化；在發(fā)光角度上，能夠適應(yīng)從幾度到全光束360度空間發(fā)光 的變化，因而具有很強(qiáng)的通用性。6、生產(chǎn)效率高，它可以與傳統(tǒng)封裝工藝實(shí)現(xiàn)無(wú)差異對(duì)接，無(wú)需專用封裝設(shè)備，投入 產(chǎn)出比高。7、用直插LED支架封裝的大功率LED白光元件，在室內(nèi)外照明光源中，通用性更 強(qiáng)、光源“照明質(zhì)量”更高。8、成本低。以下通過(guò)實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)做進(jìn)一步說(shuō)明


圖I為仿流明支架結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為COB封裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖3-1、圖3-2為本專利功率型LED直插型支架之導(dǎo)熱柱側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖及俯視示 意圖；圖4為本專利結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本專利之俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為仿流明支架或COB封裝等主流技術(shù)的芯片與PCB板位置關(guān)系示意7為直插LED支架芯片與PCB板位置關(guān)系示意8為本專利實(shí)施例之整體結(jié)構(gòu)示意圖
圖9為本專利結(jié)構(gòu)變化示意圖
圖10-1、圖10-2為本專利另一結(jié)構(gòu)變化之側(cè)面及俯視圖示意圖中U0. 5W直插LED支架；2、導(dǎo)熱柱；3、電極片；4、LED芯片；5、反光杯；6、鏡頭；7、導(dǎo)熱柱支架；8、塑料座；9、C0B基板；10、卡槽；11、導(dǎo)熱柱；12、支架本體；13、PCB線路板；14、焊錫；15、金屬調(diào)整塊；17、導(dǎo)熱柱輔助安裝面。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)結(jié)合背景技術(shù)參見(jiàn)圖1、2，圖為目前主流技術(shù)的仿流明支架結(jié)構(gòu)示意圖和COB 封裝結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖1所示的是采用了導(dǎo)熱柱2、電極片3、LED芯片4、反光杯5、鏡頭6、導(dǎo)熱柱支架7、塑料座8的仿流明支架結(jié)構(gòu)；以及組要包括LED芯片4及專用COB基板9 的COB封裝結(jié)構(gòu)。
另請(qǐng)參見(jiàn)圖3-1、3_2、4、5，圖為本專組要技術(shù)特征，如圖所示，本發(fā)明所述之功率型LED直插型支架包括支架本體12及導(dǎo)熱柱11，特別之處在于，所述的支架本體負(fù)極管腳上端設(shè)有金屬調(diào)整塊15 ;所述的導(dǎo)熱柱為設(shè)有卡槽10的柱狀結(jié)構(gòu)，該導(dǎo)熱柱通過(guò)所述卡槽 10嵌入所述金屬調(diào)整塊15與支架本體12相連接。
以下通過(guò)圖8的一個(gè)實(shí)施例來(lái)驗(yàn)證本專利的發(fā)明效果，在本實(shí)施例中優(yōu)選的支架本體12材質(zhì)采用紫銅(導(dǎo)熱系數(shù)389W/mk)，直插LED支架總寬7. 5mm,厚度O. 7mm,導(dǎo)熱距離 5. 0mm，承載 LED 芯片的功率 Iff ;藍(lán)光芯片尺寸為 60mil (1. 524mm*1. 524mm = 2. 32mm Λ 2)； 固晶采用導(dǎo)熱系數(shù)為20W/mk的銀膠，銀膠固化后的厚度O.1mm ;銀膠固化后的展開(kāi)面積為 2. 32*1. 3 = 3. Olmm Λ 2 ;導(dǎo)熱柱直徑4. Omm,高度5. Omm,材質(zhì)為紫銅(導(dǎo)熱系數(shù)389W/mk)； 導(dǎo)熱柱母線上卡槽與支架本體12裝配結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)緊配合裝配。
則根據(jù)導(dǎo)熱柱截面積+負(fù)極截面積=導(dǎo)熱通道截面積可得出下述計(jì)算結(jié)果
1、計(jì)算本發(fā)明專利導(dǎo)熱通道熱阻值Rth
Rth = R (銀膠)+R (導(dǎo)熱通道截面積)
Rl = L/ ( λ * S)
R (銀膠)
R(銀膠)=O. 1*10 Λ -3/(20*3. 01*10 Λ _6)
=1. 66°C /ff
R2 (紫銅支架)
R2 (紫銅支架)=L/ ( λ * S)
= 5. 0*10 Λ -3/ {389* [( Π R Λ 2) + (1. 75*0. 7) ] *10 Λ -6}
= 5. 0*10 Λ 3/389*13. 785
= O. 932 0C /W
Rth = R (銀膠)+R (導(dǎo)熱通道截面積)
=1. 66+0. 932
= 2. 59°C /ff << 125°C芯片的結(jié)溫
故，本發(fā)明專利導(dǎo)熱通道的熱阻值Rth等于2. 59°C/ff<< 125°CLED芯片的結(jié)溫。
2、當(dāng)，固晶采用錫膏共晶時(shí)，λ = 67W/mk,上述計(jì)算參數(shù)中,其它條件不變時(shí)計(jì)算本發(fā)明專利導(dǎo)熱通道熱阻值Rth’
Rth’ = R(錫膏)+R(導(dǎo)熱通道截面積)
= O. 496+0. 932
=1. 428°C /ff << 125°C LED 芯片的結(jié)溫
可見(jiàn)，當(dāng)固晶材料改變時(shí)，本發(fā)明專利的熱阻還大幅度降低了，從另外一個(gè)角度也證明了，本發(fā)明專利承載功率的潛質(zhì)以及它的發(fā)展空間是巨大的。另外由于本專利導(dǎo)熱柱 11及金屬調(diào)整塊15的結(jié)構(gòu)可以在封裝時(shí)進(jìn)行卡位調(diào)整進(jìn)行輔助安裝及散熱，能夠使得一個(gè)支架夠適應(yīng)不同功率LED芯片4的安裝需要，因此節(jié)省了開(kāi)模的大筆費(fèi)用；
另請(qǐng)參見(jiàn)圖9，圖9是本專利之結(jié)構(gòu)變化，圖9與圖4的不同之處在于，所述的金屬調(diào)整塊15是一個(gè)獨(dú)立配件，它可以通過(guò)錫焊14焊接在支架本體12上形成功能結(jié)構(gòu)，因此金屬調(diào)整塊15及可以是與支架本體12 —體成型也可以是獨(dú)立配件另行焊接的，可以跟好的適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)安裝的需要。
另請(qǐng)參見(jiàn)圖10-1及圖10-2，圖中列舉了一個(gè)在本專利基礎(chǔ)上的機(jī)構(gòu)變化，如圖所示，圖10導(dǎo)熱柱11上切削出一個(gè)臺(tái)階，在該臺(tái)階形成的平面上與支架本體12上的裝配結(jié)構(gòu)，用錫焊14焊接，以實(shí)現(xiàn)功率型LED直插型支架的一體化，為保障導(dǎo)熱柱11與支架本體 12的裝配精度，在導(dǎo)熱柱11上沖或切削出了一個(gè)導(dǎo)熱柱輔助安裝面17。
最后請(qǐng)參見(jiàn)圖6、7，圖6為仿流明支架和COB封裝結(jié)構(gòu)中LED芯片4與PCB線路板 13的結(jié)構(gòu)關(guān)系圖，圖7為采用了 O. 5W直插LED支架I的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的直插 LED支架LED芯片 4與PCB線路板13的結(jié)構(gòu)關(guān)系圖，參見(jiàn)圖及結(jié)合背景技術(shù)中的計(jì)算可以顯而易見(jiàn)的得出兩者的差別。
需要說(shuō)明的是上述實(shí)施例只為說(shuō)明本專利技術(shù)方案之用而非對(duì)其的限制，任何在本專利技術(shù)方案基礎(chǔ)上進(jìn)行的如安裝方式、配件結(jié)構(gòu)形狀、材質(zhì)變化等等非創(chuàng)造性變化均因?qū)儆诒緦＠Ｗo(hù)的范疇內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種功率型LED直插型支架，其特征在于包括支架本體及導(dǎo)熱柱，所述的支架本體負(fù)極管腳上端設(shè)有金屬調(diào)整塊；所述的導(dǎo)熱柱為設(shè)有卡槽的柱狀結(jié)構(gòu)，該導(dǎo)熱柱通過(guò)所述卡槽嵌入所述金屬調(diào)整塊與支架本體相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率型LED直插型支架其特征在于所述的導(dǎo)熱柱可通過(guò)卡槽在金屬調(diào)整塊上的不同卡位來(lái)進(jìn)行調(diào)整，其調(diào)整極限為導(dǎo)熱柱不能與支架本體上的正極管腳相觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的功率型LED直插型支架其特征在于所述的支架本體及導(dǎo)熱柱為金屬支架本體及金屬導(dǎo)熱柱。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率型LED直插型支架其特征在于所述的支架本體及導(dǎo)熱柱采用導(dǎo)熱系數(shù)為389W/mk的紫銅并進(jìn)行過(guò)電鍍銀處理；其中所述支架本體總寬7. 5mm，厚度O. 7mm,導(dǎo)熱距離5. Omm,所述導(dǎo)熱柱直徑為4. Omm,高度5. 0mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的功率型LED直插型支架其特征在于所述的金屬調(diào)整塊可以是獨(dú)立的也可以是與所述支架本體一體成型的。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種能用于高功率、大尺寸且更簡(jiǎn)單方便、具有更高通用性和可調(diào)整性及低成本的新型LED直插型支架。其主要技術(shù)是一種功率型LED直插型支架，其特征在于包括支架本體及導(dǎo)熱柱，所述的支架本體負(fù)極管腳上端設(shè)有金屬調(diào)整塊；所述的導(dǎo)熱柱為設(shè)有卡槽的柱狀結(jié)構(gòu)，該導(dǎo)熱柱通過(guò)所述卡槽嵌入所述金屬調(diào)整塊與支架本體相連接。
文檔編號(hào)H01L33/64GK103066194SQ201310024908
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月22日
發(fā)明者陳建偉 申請(qǐng)人:陳建偉