CN102878456B

CN102878456B - 一种板上芯片的大功率led灯具模组

Info

Publication number: CN102878456B
Application number: CN201210328193.4A
Authority: CN
Inventors: 谈彪; 赵�权
Original assignee: ZHEJIANG ZHONGBO LIGHTING TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: ZHEJIANG ZHONGBO LIGHTING TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2032-09-07
Also published as: CN102878456A

Abstract

本发明涉及一种板上芯片的大功率LED灯具模组，包括LED发光单元、均温板（1）以及散热结构（2），其中，LED发光单元固定在均温板（1）上方，散热结构（2）固定在均温板（1）下方，其特征在于：散热结构（2）与均温板（1）之间通过石墨贴片（8）进行传热。本发明在散热结构与均温板之间设有石墨贴片，石墨贴片具有良好的导热性，相比传统的结构减少一层导热硅胶的使用，大大提升了散热效率。

Description

一种板上芯片的大功率LED灯具模组

技术领域

本发明涉及一种LED灯具，尤其是涉及一种板上芯片的大功率LED灯具模组。

背景技术

随着LED发光芯片发光效率不断的提升，LED照明取代传统照明已是指日可待了。灯具的发光效率除了LED芯片自身的发光效率外，封装制程及灯具的光学、机构、驱动电源、散热等设计都很关键。

光学设计在于使用者的需要做出灯具光源配光的设计，另外在透镜及反光镜的透光及反射光设计即关系灯具的光效。驱动电源的转换效率高，代表功耗低，光效自然就提升。好的散热设计可以减少灯具的光衰、增加光校、延长灯具寿命。

集成封装光源的优势在于，接近传统的点光源、面积小、灯具组装方便，但缺点为芯片过于集中，对散热要求特别高，因此常见的集成封装光源，其功率都在60W以内，不敢做太高的功率。

均温板快速导热、短、小、轻便的优势从电子产品散热的应用，已经在LED灯具的散热慢慢被使用，但在每个散热接口都还需要用到导热膏以填补接口间的间隙，避免空气残留，导热膏其导热系数约在1—6之间，相较于铜、铝、陶瓷基板、均温板等的导热效果，导热膏反而成为一个热阻，并且导热膏长时间使用后，易于固化，影响导热效果，因此在追求灯具更佳的散热效果，如何减少或取代导热膏，对于灯具散热设计视很关键的。

另外，为应付LED灯具使用场合不同及散热要求，往往需要不同模具，造成模具多，成本居高不下。

在光学透镜方面，为了降低成本，一般使用塑胶材料，但容易造成老化变形，影响透光率及及直接接触外界空气时的防水性能。

如图1所示，将LED芯片4封装在光源电路基板3上，如果是白光光源，在LED芯片4上方再涂布上一层荧光粉6此时即形成LED集成光源封装芯片。再将封装好之光源底部涂上导热硅胶5，然后固定在均温板1上；最后，将均温板1底部涂上导热硅胶5，固定在散热机构2上，即完成一种光源模块的基本架构。

散热结构2：金属材料，一般为铝材料，结构为鳍片方式；

光源电路基板3：一般使用铜、铝、陶瓷等高导热材料；

均温板1：金属材料，一般为铜或铝材料，中空，里面有毛细组织、支撑体及工作流体。其外观形状可为方形、圆形及不规则形。

发明内容

本发明设计了一种板上芯片的大功率LED灯具模组，其解决的技术问题是：

（1）现有LED封装时，散热结构（2）与均温板（1）之间需要使用到导热硅胶层，导热硅胶的导热系数低特性使其成为热阻，影响散热效果。

（2）现有LED灯具中，各个LED芯片会相互反射和阻挡，容易造成光线耗损，造成低光效和高发热。

（3）现有室外使用的LED灯具中，密封防水效果不好容易导致灯具短路。

（4）现有LED灯具中的散热结构无法满足LED散热要求。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种板上芯片的大功率LED灯具模组，包括LED发光单元、均温板（1）以及散热结构（2），其中，LED发光单元固定在均温板（1）上方，散热结构（2）固定在均温板（1）下方，其特征在于：散热结构（2）与均温板（1）之间通过石墨贴片（8）进行传热。

进一步，在所述LED发光单元上方还设有玻璃透镜（7），所述玻璃透镜（7）通过支撑环（6）、透镜压环（73）以及透镜压环螺丝（72）的配合进行固定，玻璃透镜（7）夹持在支撑环（6）与透镜压环（73）之间，透镜压环螺丝（72）穿过支撑环（6）和透镜压环（73）并固定在散热结构（2）上。

进一步，第一橡胶环（61）和第三橡胶环（71）分别设置在透镜压环（73）底部两个独立凹槽内；其中，第一橡胶环（61）密封支撑环（6）与透镜压环（73）之间的空隙，第三橡胶环（71）密封玻璃透镜（7）与密封支撑环（6）之间的空隙；第二橡胶环（62）设置在支撑环（6）底部凹槽内，第二橡胶环（62）密封支撑环（6）与散热结构（2）之间的空隙。

进一步，透镜压环螺丝（72）的螺帽下方设有梯形橡胶垫圈（723），梯形橡胶垫圈（723）的下方设有梯形面（722），螺丝杆上套有一与该梯形面（722）相配合的梯形橡胶垫圈（723），透镜压环（73）螺孔位置亦有梯形面，大小与橡胶垫圈（723）外梯形面形成相互干涉和密封。

进一步，散热结构（2）由多个散热鳍片（22）组成，散热结构（2）与均温板（1）的连接面上设有多个通风孔（21）。

进一步，LED发光单元包括电路层（31）、多个LED芯片（4）、金线（44）以及反光片支架（43），多个LED芯片（4）设置在电路层（31）上并被反光片支架（43）包围，每行LED芯片（4）通过金线（44）和多个电路层（31）连接成串联电路（311），每列所有的LED芯片（4）都并联连接在两个相邻的电路层（31）之间形成并联电路（312），在电路层（31）上设有与外界电源连接的正电极接点（313）和负电极接点（314）。

进一步，在每个LED芯片（4）上套有一反光杯（45），反光杯（45）内部为梯台结构或锥台结构。

进一步，在反光杯（45）中装填有荧光粉（41）。

进一步，电路层（31）上的正电极接点（313）和负电极接点（314）分别与电缆线（34）一端的两条电线（33）连接，电缆线（34）另一端设有一防水接头（341）；电缆线（34）穿过散热结构（2）并通过两个防水堵头（324）与散热结构（2）上通孔进行密封。

进一步，在均温板（1）边缘处设有均温板压环（15），均温板压环螺丝（16）依次穿过均温板压环（15）、均温板（1）边缘处、石墨贴片（8）以及散热结构（2）并进行固定。

该板上芯片的大功率LED灯具模组及其制作方法具有以下有益效果：

（1）本发明在散热结构与均温板之间设有石墨贴片，石墨贴片具有良好的导热性，相比传统的结构减少一层导热硅胶的使用，大大提升了散热效率。

（2）本发明由于通过芯片支架在每个LED芯片上形成一个反光杯，避免LED芯片发出的光线彼此阻挡，以增加LED芯片出光效率和降低了芯片的散热量。

（3）本发明中反光杯为倒锥形台结构或倒梯形台结构，相比现有白光LED灯具，可以减少荧光粉的使用量，但灯具的照明亮度反而提高了。

（4）本发明在透镜压环和支撑环上设有三个橡胶环，该三个橡胶环分别阻止了透镜压环与支撑环之间、透镜压环与玻璃透镜之间以及支撑环与散热结构之间进水，保证了电路的干燥性，避免了电路短路。

（5）本发明在散热结构与均温板的连接面上设有多个通风孔，因而使得散热结构不仅仅可以进行热传导，还可以利用空气对流进行热传递，提高了传热效果。

（6）本发明在光学透镜方面，采用玻璃材料，解决透镜老化、变形问题，不会有变形问题而造成透镜直接接触外界空气时的防水问题。

（7）本发明均温板内部使用蜂窝结构支撑体，利用蜂窝结构的坚固性和高强度的优点，避免了上、下盖板之间的坍塌，同时蜂窝的多孔结构不会对工作流体流动产生任何阻碍，工作流体可以在蜂窝腔体内进行高速流动及传热，因此可以实现支撑效果和传热效果的最大优化。

附图说明

图1：现有LED集成封装使用均温板的示意图；

图2：本发明中LED芯片封装在均温板上的结构示意图；

图3：图2的俯视图；

图4：本发明中LED芯片封装在均温板上另一结构（加反光杯）侧视图；

图5：图4的俯视图；

图6：本发明中LED芯片封装在均温板的成品示意图；

图7：本发明板上芯片的大功率LED灯具光源模组侧视图；

图8：图7中的透镜压环螺丝结构示意图；

图9：图7的俯视图；

图10：本发明中支撑体的结构示意图；

图11：本发明中蜂窝单边薄片的结构示意图；

图12：图11的俯视图。

附图标记说明：

1—均温板；11—支撑体；111—蜂窝单边薄片；1111—沟槽；1112—连接部；1113—卡接槽；1114—扣接薄片；112—蜂窝孔；12—毛细组织；13—注入口；14—封口；15—均温板压环；16—均温板压环螺丝；2—散热结构；21—通风孔；22—散热鳍片；3—电路基板；31—电路层；311—串联电路；312—并联电路；313—正电极接点；314—负电极接点；32—绝缘介质层；33—电线；34—电缆线；341—防水接头；342—防水堵头；4—LED芯片；41—荧光粉；42—芯片支架；43—反光片支架；44—金线；45—反光杯；5—导热硅胶层；6—支撑环；61—第一橡胶环；62—第二橡胶环；7—玻璃透镜；71—第三橡胶环；72—透镜压环螺丝；721—螺丝垫圈；722—梯形面；723—梯形橡胶垫圈；73—透镜压环；8—石墨贴片。

具体实施方式

下面结合图2至图9，对本发明做进一步说明：

如图2所示，板上芯片的大功率LED灯具模组中的“板上芯片”是指将芯片直接封装在均温板上的，其具体结构如下：

将均温板1内壁贴附好毛细组织12，支撑,11之均温板密封好，并留有一个注入口13，在均温板1上盖表面涂覆一层高导热的绝缘介质，形成一个绝缘介质层32。

再在此绝缘介质层32上制作一电路层31，透过固晶、打金线、上反光片支架43、加萤光粉41（制作白光光源才需要）等制程，完成第一阶段制程。

将完成以上制程的结构，在注入口13加入工作流体及抽真空，接着将注入口13密封起来即完成板上芯片的制程。

均温板1：金属材料，一般为金属材料，如铜或铝。形状为方型、圆型或矩形。注入口13：为抽真空及注入工作流体用。

LED芯片4四周放置反光片支架43，将光集中起来，可增加光效。

如图3所示，多个LED芯片4设置在电路层31上并被反光片支架43包围，每行LED芯片4通过金线44和多个电路层31连接成串联电路311，每列所有的LED芯片4都并联连接在两个相邻的电路层31之间形成并联电路312，在电路层31上设有与外界电源连接的正电极接点313和负电极接点314。因此，电路层31电路设计为串并连方式，不会因为其中一颗芯片故障，不会影响其它LED芯片4正常发亮。

如图4和图5所示，将反光杯45套在每一个LED芯片4上方，使LED芯片4侧边光线得以反射出来，增加光效。反光杯45配合LED芯片4排列方式，以塑料成型方式一体成型。

如图6所示，均温板1与LED发光单元之间设有绝缘介质层32，LED发光单元包括电路层31、多个LED芯片4、金线44以及反光片支架43，多个LED芯片4设置在电路层31上并被反光片支架43包围。均温板1包括均温板上盖板和均温板下盖板组合而成的腔体，在腔体内壁附有一层毛细组织12。上、下盖板之间通过支撑体11进行支撑。

如图7所示，在LED发光单元上方还设有玻璃透镜7，玻璃透镜7通过支撑环6、透镜压环73以及透镜压环螺丝72的配合进行固定，玻璃透镜7夹持在支撑环6与透镜压环73之间，透镜压环螺丝72穿过支撑环6和透镜压环73并固定在散热结构2上。

LED发光单元通过以下设置进行密封防水：第一橡胶环61和第三橡胶环71分别设置在透镜压环73底部两个独立凹槽内；其中，第一橡胶环61密封支撑环6与透镜压环73之间的空隙，第三橡胶环71密封玻璃透镜7与密封支撑环6之间的空隙；第二橡胶环62设置在支撑环6底部凹槽内，第二橡胶环62密封支撑环6与散热结构2之间的空隙。

如图8所示，透镜压环螺丝72与透镜压环73也存在防水密封，通过以下机构和方式实现：透镜压环螺丝72的螺帽下方设有梯形橡胶垫圈723，梯形橡胶垫圈723的下方设有梯形面722，螺丝杆上套有一与该梯形面722相配合的梯形橡胶垫圈723，透镜压环73螺孔位置亦有梯形面，大小与橡胶垫圈723外梯形面形成相互干涉和密封。此外，透镜压环螺丝72的螺帽与透镜压环73之间还设有螺丝垫圈721，螺丝垫圈721的大于透镜压环73螺孔的面积。

由此可见，螺丝垫圈721可以起到防止雨水进入透镜压环73螺孔中，同时透镜压环螺丝72的螺帽设有梯形橡胶垫圈723可以进一步阻止雨水进入LED发光单元中。

如图9所示，散热结构2由多个散热鳍片22组成，散热结构2与均温板1的连接面上设有多个通风孔21。因而使得散热结构不仅仅可以进行热传导，还可以利用空气对流进行热传递，提高了传热效果。

如图10所示，均温板1包括上盖板本体和下盖板本体，上盖板本体和下盖板本体之间的支撑体11为蜂窝结构。均温板1内部支撑体11由复数片蜂窝单边薄片111组成，相邻两片蜂窝单边薄片111之间形成一排六边形蜂窝孔112。支撑体上的蜂窝孔112在上盖板本体和下盖板本体之间形成工作流体通道。

如图11所示，每片蜂窝单边薄片111包括多个沟槽1111和多个连接部1112，任意两个沟槽1111之间通过连接部1112过渡，任意两片蜂窝单边薄片11通过连接部1112之间的固定连接形成蜂窝孔112或者通过沟槽1111底部之间的固定连接形成蜂窝孔112。

如图12所示，在蜂窝单边薄片111上冲压出多条卡接槽1113，每两条卡接槽1113平行设置并且在两条卡接槽1113之间形成一个扣接薄片1114；相邻蜂窝单边薄片111上的扣接薄片1114相互通过扣接方式进行固定。

均温板1内部使用蜂窝结构支撑体11，利用蜂窝结构的坚固性和高强度的优点，避免了上、下盖板本体之间的坍塌，同时蜂窝的多孔结构不会对工作流体流动产生任何阻碍，工作流体可以在蜂窝腔体内进行高速流动及传热，因此可以实现支撑效果和传热效果的最大优化。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种板上芯片的大功率LED灯具模组，包括LED发光单元、均温板(1)以及散热结构(2)，其中，LED发光单元固定在均温板(1)上方，散热结构(2)固定在均温板(1)下方，其特征在于：散热结构(2)与均温板(1)之间通过石墨贴片(8)进行传热；在所述LED发光单元上方还设有玻璃透镜(7)，所述玻璃透镜(7)通过支撑环(6)、透镜压环(73)以及透镜压环螺丝(72)的配合进行固定，玻璃透镜(7)夹持在支撑环(6)与透镜压环(73)之间，透镜压环螺丝(72)穿过支撑环(6)和透镜压环(73)并固定在散热结构(2)上；第一橡胶环(61)和第三橡胶环(71)分别设置在透镜压环(73)底部两个独立凹槽内；其中，第一橡胶环(61)密封支撑环(6)与透镜压环(73)之间的空隙，第三橡胶环(71)密封玻璃透镜(7)与密封支撑环(6)之间的空隙；第二橡胶环(62)设置在支撑环(6)底部凹槽内，第二橡胶环(62)密封支撑环(6)与散热结构(2)之间的空隙；透镜压环螺丝(72)的螺帽下方设有梯形橡胶垫圈(723)，梯形橡胶垫圈(723)的下方设有梯形面(722)，螺丝杆上套有一与该梯形面(722)相配合的梯形橡胶垫圈(723)，透镜压环(73)螺孔位置亦有梯形面，大小与橡胶垫圈(723)外梯形面形成相互干涉和密封；散热结构(2)由多个散热鳍片(22)组成，散热结构(2)与均温板(1)的连接面上设有多个通风孔(21)；LED发光单元包括电路层(31)、多个LED芯片(4)、金线(44)以及反光片支架(43)，多个LED芯片(4)设置在电路层(31)上并被反光片支架(43)包围，每行LED芯片(4)通过金线(44)和多个电路层(31)连接成串联电路(311)，每列所有的LED芯片(4)都并联连接在两个相邻的电路层(31)之间形成并联电路(312)，在电路层(31)上设有与外界电源连接的正电极接点(313)和负电极接点(314)；在每个LED芯片(4)上套有一反光杯(45)，反光杯(45)内部为梯台结构或锥台结构；在反光杯(45)中装填有荧光粉(41)；电路层(31)上的正电极接点(313)和负电极接点(314)分别与电缆线(34)一端的两条电线(33)连接，电缆线(34)另一端设有一防水接头(341)；电缆线(34)穿过散热结构(2)并通过两个防水堵头(324)与散热结构(2)上通孔进行密封；在均温板(1)边缘处设有均温板压环(15)，均温板压环螺丝(16)依次穿过均温板压环(15)、均温板(1)边缘处、石墨贴片(8)以及散热结构(2)并进行固定；均温板(1)包括上盖体本体和下盖体本体，上盖体本体和下盖体本体之间的支撑体(11)为蜂窝结构，均温板(1)内部支撑体(11)由复数片蜂窝单边薄片(111)组成，相邻两片蜂窝单边薄片(111)之间形成一排六边形蜂窝孔(112)，支撑体(11)上的蜂窝孔(112)在上盖体本体和下盖体本体之间形成工作流体通道。