CN108150854A - Led集成热移芯片及其灯具的制造方法 - Google Patents

Led集成热移芯片及其灯具的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108150854A
CN108150854A CN201711452023.6A CN201711452023A CN108150854A CN 108150854 A CN108150854 A CN 108150854A CN 201711452023 A CN201711452023 A CN 201711452023A CN 108150854 A CN108150854 A CN 108150854A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat
chip
light source
area
led
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711452023.6A
Other languages
English (en)
Inventor
吴鸿平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Branch Technology Co Ltd
Original Assignee
Shenzhen Branch Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Branch Technology Co Ltd filed Critical Shenzhen Branch Technology Co Ltd
Priority to CN201711452023.6A priority Critical patent/CN108150854A/zh
Publication of CN108150854A publication Critical patent/CN108150854A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/90—Methods of manufacture
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V17/00—Fastening of component parts of lighting devices, e.g. shades, globes, refractors, reflectors, filters, screens, grids or protective cages
    • F21V17/10—Fastening of component parts of lighting devices, e.g. shades, globes, refractors, reflectors, filters, screens, grids or protective cages characterised by specific fastening means or way of fastening
    • F21V17/101—Fastening of component parts of lighting devices, e.g. shades, globes, refractors, reflectors, filters, screens, grids or protective cages characterised by specific fastening means or way of fastening permanently, e.g. welding, gluing or riveting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F21V29/51—Cooling arrangements using condensation or evaporation of a fluid, e.g. heat pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F21V29/70—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks
    • F21V29/74—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks with fins or blades
    • F21V29/76—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks with fins or blades with essentially identical parallel planar fins or blades, e.g. with comb-like cross-section
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Arrangement Of Elements, Cooling, Sealing, Or The Like Of Lighting Devices (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Abstract

一种室外照明LED芯片集成及其灯具的制造方法，尤其是将LED晶元集成为无热沉的热移芯片，并将其焊接在流体换热器的蒸发管路上，通过：第一步热移芯片的设计及其制造流程；第二步灯具光源面积与相变循环总成规格的设计及其制造流程；第三步灯具安全性的设计及其制造流程；第四步热移芯片与相变循环蒸发管路焊接的制造流程；第五步根据总功率与循环管路腔总容积灌装工质流程，完成相变循环的LED集成热移芯片及其灯具的制造方法，280W灯具重量为2.6公斤，460W中杆灯具重量为3.6公斤，600W高杆灯具重量为5公斤，大幅度降低成本，提高可靠性，替代高压钠灯，应用在各国一线城市快速路与主干路、中、高杆照明中。

Description

LED集成热移芯片及其灯具的制造方法
所属技术领域
本发明涉及一种室外照明LED芯片集成及其灯具的制造方法，尤其是将LED晶元集成为无热沉的热移芯片，并将其焊接在流体换热器的蒸发管路上，通过相变循环将结热近即时移出，形成大功率高效安全可靠耐久工作的LED集成热移芯片及其灯具的制造方法。
背景技术
目前，各种LED照明芯片包括灯珠在内的集成封装产品均在热沉基板或底座上制造的，例如，将LED单位晶片简称晶元通过固晶排列成矩阵，通过共晶焊焊接在厚度为1.0mm-3.0mm的铜或铝良导体制成的基板集成面上，晶元功率的大小及分布的密度代表功率集成度，晶元间通过超声波线焊连接成电路，或通过基板上覆铜焊接成电路，通过模具压胶或点胶机浇灌覆盖电路后，经固化，封装制成LED照明集成芯片，形成功率集成度为4.0～8.0W/cm2，100W/片、200W/片、300W/片系列，功率预测光通量，集成密度预测光强，功率集成度是LED单面光源灯具的设计依据，芯片基板的另一面为导热面，通过导热脂平面粘接由螺丝紧固或直接焊接在散热器底板上，该集成芯片易于标准化规模生产与使用，芯片晶元内结点工作产生的热量首先在基板通过传导使热流密度扩散，结点温度简称结温经传导扩散到整个基板至导热表面，这个过程称为热沉，基板称为热沉基板，然后基板通过导热表面将热量传递给散热器的底板，再次通过传导使热流密度扩散到整个散热器表面进行散热，以芯片集成模式与工作特征称为集成热沉芯片，将其粘或焊接在散热器底板上制造成的工作装置称为集成热沉散热灯具，该灯具实际可以达到的光通量与光强——光源的测试指标，或者说平均照度——被灯具照射表面平均光通量的指标，以及安全性、可靠性、耐久性，取决于连接的散热器二次热沉散热的能力，该灯具若是第四代冷光源代表作，尤其用于路灯光源替代高压钠灯，无红外线和紫外线辐射，光生物安全性好，在光效、色温、显色、光形、穿透性、节能上均比其优异，但若要达到高压钠灯的平均照度，必须具备较高的功率集成度，那么则产生高密度大功率的热量，经设计计算：在82mm×62mm×3mm铜质热沉基板上晶元集成至工作功率为280W/片，安全工作下，方可与400W高压钠灯的平均照度相比拟，安装在城市快速路或主干路标准杆高与间距上发光，达到国标要求，一盏400W高压钠灯的尺寸为40cm×26cm×20cm，重量为10Kg，而一片280WLED芯片，为了达到在50℃环境中实现散热，则需要尺寸66cm×40cm×16cm，重达22Kg的散热器，这是因为结点工作热量产生的速度为电速度，而热量传导为人可感知的秒米速度，两者相差数百万倍，即使热沉基板厚度为3毫米，在最好的散热条件下，结点工作热量在基板中传导扩散沉降后，结温与基板导热表面温度相差近50℃，为了保证结温不超过127℃这个商品化结温极限，基板导热表面温度必须低于77℃，否则芯片衰减率将大于5％/年，此时电流或电压瞬间上升，将会立即烧毁，只好用高导热的材料，形成具有最大散热面积的散热器，方能勉强达到国标，但是，如此大与重的灯头悬挂在高空中，采用如何高强度机械固定，成本再高，也避免不了摇晃与振动，抗风性是设计上必须考虑的问题，无奈之下，只好采取100W/片低功率芯片，将四片分布在尺寸为60cm×32cm×13cm的散热器上，实际工作功率限定在60W/片左右，重量为18Kg，只能参照高压钠灯平均亮度低档值，成本仍极高，当业内人清楚地认识到上述芯片是热流密度大，热沉速度太慢而导致的原因后，包括瓷基板热沉芯片，功率不得大于60W/片，又产生LED灯珠大点阵排列式路灯，即在48cm×28cm×10cm散热器底板上均布3至5W的灯珠，间距为1cm左右，功率集成度在1～3W/cm2，大幅度降低热流密度，总和功率200W，好象散热问题有所解决，重量有所降低，可靠性有所提高，光通量基本没变，但单位面积的功率集成度低了，光强降低了，仍达不到高压钠灯的平均照度，仍需降低杆高与缩短杆距，总之，成本仍很高，尽管LED光源为由点集成到单面的光源，用于路灯，无需截光、无眩光，发射出的光可自然笼在所需65°光角内，除电源损失10％外，光效均可达90lm/W以上，虽然高压钠灯在360度空间发光时光效也能达到100lm/W以上，但必须通过灯具内的反射镜将非照射方向上的光反射到照射方向，其中又受到发光源自身的阻挡，实际应用到照射方向上的光只有70％，加之电源驱动损耗20％的电量，灯具实际光效为50lm/W，业内公认LED灯具存在节电40％的能力，其中，最需要节电的是城市快速路与主干路、中杆灯、高杆灯的照明，20多年来，因LED灯具功率集成度一直上不去，只能采用高压钠灯，耗电量巨大，尽管政府鼓励用LED灯具替换，但各国尚未有成功替换的实例，目前，最大只做到功率120W的灯具，且散热器巨大，仅适用于次干路、支路、非机动车道、人行道、巷道内照明，为了缩小散热器，除车前灯可配备风扇外，只能降低功率至40W以下，适用于一般室内照明，究其原因，关键就是热沉制造法从根本上解决不了结热被阻的问题，总是无法突破功率集成度的限度，由此导致LED灯具无法应用在城市快速路与主干路、中、高杆这些最需要节电的照明中。
发明内容
本发明针对上述弊端，彻底突破LED灯具功率集成度的限度，充分发挥节电特质，可靠地应用在城市快速路与主干路、中杆、高杆照明中，即总结凡有传导必有热阻的教训基础上，惟有利用来自LED内部的工作结热进行相变循环的传热方式，即利用工质潜热定向将结热近即时移出结区，以比纯铜传导率提高四百多倍的速率，改变结热“堆积”的问题，并在工艺上实现新的制造方法，其核心就是将热沉型LED灯具变为热移型LED灯具，先是在制造零件、部件、总成的工艺上全程实现标准化，同样实现易于标准规模化生产与使用，再是根据城市道路照明的需求进行标准化设计，形成适用于快速路、主干路、次干路等，以及高杆、中杆系列化达标LED照明灯具，大幅度降低灯具重量，例如：280W灯具重量为2.6公斤，460W中杆灯具重量为3.6公斤，600W高杆灯具重量为5公斤以下，大幅度降低成本，大幅度提高性能、安全性、可靠性与耐久性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无热沉的LED集成热移芯片焊接在流体换热器的蒸发管路上，通过相变循环将结热近即时移出，形成LED集成热移芯片及其灯具的制造方法，其特征是由如下五步流程完成制造：第一步流程是根据国家城市道路照明光源要求，设计与制造LED热移芯片，即将LED热移芯片内晶元集成在金属化氮化铝或氧化铝的基板上，该基板厚度为0.38mm左右，一面为集成面，金属化形成集成电路图案，另一面为钎焊面，在钎焊面上金属化形成钎焊格图案，为了适于与管路焊接，无热沉基板为平板长方形，条状，管路焊接处形成相应的焊接平面，在集成面上，晶元采用贴片焊接式与倒装金线焊接式，每粒晶元的尺寸规格由0.3mm×0.7mm至3.4mm×3.6mm，其相对应的功率由0.5W/粒至10.0W/粒，功率集成度为10.0W/cm2-30.0W/cm2，其最低值比热沉模式最高值提高20％，其最高值比热沉模式最高值提高三倍，当点光源扩展成面光源，固晶后，通过共晶焊将晶元焊接在集成电路上，由荧光胶封装形成LED照明集成热移芯片，在其发光表面上增封半圆弧型透镜与半念珠状非球面型透镜，发挥光效，由此完成两种标准化热移芯片的制造方法；第二步流程是根据路灯高度、空间、光照面的要求，以标准化热移芯片的功率集成度为依据，设计灯具的光源面积以及相变循环总成的规格，依S热移芯片面积＝功率/功率集成度，计算出热移芯片面积，在确定热移芯片光强与光通量的同时，再确定热移芯片之间的间距比，及其间距总面积，热移芯片面积+间距总面积的和为光源面积，在其内计算出蒸发管的管径及其数量，另外，每一根蒸发管配套冷凝循环管，根据散热总功率及提高散热效率，冷凝管分布间距适当加大，由此形成相变循环管路的长、宽、高尺寸，并由此将蒸发管、冷凝管、连接管件均一形成标准化零件，以标准化管路为骨架，决定了散热翅片的规格与标准化，散热翅片以一定间隔垂直穿插，以相应数量平行分布到管路全程中，由此完成灯具光源面积与相变循环总成的设计及其制造方法，第三步流程是根据路灯国家安全性标准进行密封绝缘性设计，即将灯具的涉及光源面积及其四周电路连线面积上面的散热翅片底折面纵向搭接，并与所处所有的蒸发管横向搭接，蒸发管壁厚不得大于1.0mm，一并与面积对应的光源底板通过模具热压焊接，或热压粘结，一次性使散热翅片底折面所有搭接部分与光源底板形成一体化，由下而上造成光源面积及其四周的电路连线面积彻底与相变循环总成的隔离，同时在光源底板四周框形成光角，在其下形成灯罩接口，光源底板焊接前冲压出热移芯片中心线与蒸发管路中心线对称的热移芯片区位，该区位四周与热移芯片四边留有适当的绝缘密封间距与深度，并在区位之间冲压出弧面笼光栅，在灯罩接口内置密封圈，由此完成灯具热移光源面积的安全性设计及其制造方法，第四步流程是将LED集成热移芯片通过金属化钎焊图案，沿其钎焊面长边方向中心线垂直对称钎焊在流体换热器蒸发管路焊接平面的中心线上，经焊接清洗检验合格后，通过超声波线焊将集成热移芯片构成串并联电路及总功率，在热移芯片与光源底板区位形成的间距中浇灌绝缘胶固化，最后，光源底板灯罩接口通过密封圈与耐热玻璃制成的灯罩完成安装，将光源面积及其四周电路连线面积彻底密封笼罩，由此完成热移芯片与相变循环管路焊接的制造方法，第五步流程是根据总功率与循环管路腔总容积灌装工质，达到几无热阻地吸收LED热移芯片的结热，即时产生相变，近即时将结热单向移至冷凝器，相变温度与冷凝管进入端的检测温度之差为2～6℃，由此完成LED集成热移芯片及其灯具的制造方法。
本发明的有益效果是：颠覆现行利用传导热沉的制造方法，唯有热移法制造的灯具，才能达到实际所需可靠的功率集成度，并随环境温度的提高，循环速度也能随之提高，工质沸点遏制了超比温升，形成良性循环，在55℃±2℃环境中，无对流风，无任何有源辅助散热，连续测试360小时，实测出蒸发管相变工作温度为96℃以下，与结衰点尚存ΔT＞18℃的可靠工作温差，光衰率低于5％，保证60000小时使用寿命，相变温度与冷凝管进入端检测温度之差为2～6℃，形成高效散热器，大幅度缩小体积与减少散热翅片的数量，连同保护罩、安装架，灯具总重量仅有3至5公斤，加之集成热移芯片成本低，只要实现标准化规模量产，成本可大幅度降低，扩展灯具功率150W-700W，在达到光效90lm/W以上，比第三代气体激发光源节电40％的前提下，成为完善的第四代冷光源，应用到城市快速路与主干路、中、高杆照明中，改进城市道路照明设计——CJJ-45-2015国家标准中只推荐高压钠灯的不足，便于在各国一线城市中推广应用，并便于在集鱼灯、高铁前灯与直升机照射灯中推广应用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1为本发明实施例第一步流程，并分图1-1、图1-2、图1-3说明热移芯片的设计及其制造方法。
图2为本发明实施例第二步流程，说明灯具光源面积与相变循环总成规格的设计及其制造方法。
图3为本发明实施例第三步流程，说明灯具安全性的设计及其制造方法。
图4为本发明实施例第四步流程，说明热移芯片与相变循环蒸发管路焊接的制造方法
图中：1.晶元 2.基板 3.集成电路 4.钎焊格 5.钎焊间隙 6.荧光胶 7.透镜 8.线焊 9.热移芯片面积 10.芯片间距 11.光源面积 12.蒸发管 13.冷凝管 14.连接管件15.散热翅片 16.光源底板 17.灯罩框 18.灯罩接口 19.密封圈 20.灯罩 21.底折面 22.区位 23.笼光栅 24.间距
图1及其分图为本发明实施例第一步流程，根据国家城市道路照明光源要求，说明LED热移芯片的设计与制造方法，图1-1示意贴片式LED照明晶元(1)集成在金属化氮化铝的基板(2)上，该基板厚度为0.38mm，金属化厚度为0.03mm，正面为集成面，金属化形成集成电路(3)图案，反面为焊接面，形成钎焊格图案，为了适于与管路焊接，无热沉基板为平板长方形，条状，长为20.0mm至72.0mm，宽为3.0mm至5.0mm，在集成面上，晶元采用贴片焊接式，每粒晶元的尺寸规格由0.3mm×0.7mm至1.0mm×2.1mm，其相对应的功率由0.5W/粒至2.0W/粒，功率集成度为10.0W/cm2-30.0W/cm2，固晶后，通过共晶焊将晶元焊接在集成电路上，集成电路由液态荧光胶(6)覆盖，高温固化后形成所需色温，露出电路正负极，半圆弧形透镜(7)覆盖密封在基板四周，发挥光效，形成贴片式功率为25～50W/条，色温可调，显指75％，光效大于100流明/瓦的LED照明集成热移芯片，图1-2示意焊接面形成“田”字形金属化钎焊格(4)图案，“田”字格之间为钎焊间隙(5)，未未被金属化，在钎焊料融化时为排气与溢料处，便于焊料凝固时减小内应力，图1-3示意倒装式LED照明晶元(1)集成在金属化氧化铝的基板(2)上，金属化厚度为0.03mm，正面为集成面，金属化形成集成电路(3)图案，每粒晶元的尺寸规格由2.0mm×2.1mm至3.4mm×3.6mm，其相对应的功率由3.0W/粒-10.0W/粒，功率集成度为15.0W/cm2-30.0W/cm2，固晶后，通过共晶焊将晶元焊接在集成电路上，由超声波线焊(8)形成串联集成电路，在晶元表面由液态荧光胶(6)覆盖，高温固化后形成所需色温，露出电路正负极，半念珠状非球面型透镜(7)分别覆盖每颗晶粒上并密封在基板四周，发挥光效，封装形成倒装式功率为25～50W/条，色温可调，显指75％，光效大于100流明/瓦的LED照明集成热移芯片，焊接面相同，由此完成两种标准化热移芯片的设计与制造方法。
图2为本发明实施例第二步流程，俯视说明灯具光源面积与相变循环总成规格的设计及其制造方法，根据路灯高度、空间、光照面的要求，设计灯具的功率集成度，其核心是设计光源面积，依S热移芯片面积＝功率/功率集成度，计算出热移芯片面积(9)，在确定热移芯片光强与光通量的同时，再确定热移芯片间矩(10)及间距比，及其间距总面积，热移芯片面积+间距总面积的和为光源面积(11)，在其内计算出蒸发管(12)的管径及其数量，另外，每一根蒸发管配套冷凝管(13)，根据散热总功率及提高散热效率，冷凝管分布间距适当加大，由此形成相变循环管路的长、宽、高尺寸，并由此将蒸发管、冷凝管、连接管件(14)均一形成标准化零件，以标准化管路为骨架，决定了散热翅片(15)的规格与标准化，散热翅片以一定间隔垂直穿插，以相应数量平行分布到管路全程中，当灯具功率150W-700W，蒸发管管径为5～8mm，数量为6～22根，芯片间距比为1∶0.6～1∶1.8，中心芯片间距最大，两旁逐渐减小，由此完成灯具光源面积与相变循环总成规格的设计及其制造方法。
图3为本发明实施例第三步流程，俯剖视说明灯具安全性的设计及其制造方法，图的上部分示意在光源面积及其四周电路连线面积上面所涉及的相变循环总成中沿蒸发管(12)与冷凝管(13)剖视的部分，图的中部分示意光源底板(16)，图的下部分示意光源底板灯罩框(17)灯罩接口(18)、密封圈(19)、耐热玻璃灯罩(20)，实现密封的方法是将涉及光源面积及其四周电路连线面积上面的散热翅片(15)底折面(21)纵向搭接，并与所处所有的蒸发管横向搭接，散热翅片的厚度在0.3～0.6mm，蒸发管壁厚不得大于1.0mm，一并与面积对应的光源底板通过模具热压焊接，或热压粘结，一次性使散热翅片底折面所有搭接部分与光源底板的底板部分形成一体化，由下而上造成光源面积及其四周的电路连线面积彻底与相变循环总成的隔离，同时由光源底板相对的灯罩框形成65°光角，其下四周形成的灯罩接口通过密封圈与灯罩安装，光源底板在焊接前冲压出热移芯片中心线与蒸发管路中心线对称的长条孔状的热移芯片区位(22)，该区位四周与热移芯片四边留有1.0～1.5mm的绝缘密封间距，其深度由热移芯片与蒸发管焊接后决定，在区位之间冲压出弧面笼光栅(23)，由此完成光源面积及其四周电路连线面积的安全性设计及其制造方法。
图4为本发明实施例第四步流程，仰视说明LED热移芯片与相变循环管路焊接的制造方法，即将LED热移芯片通过金属化钎焊图案，沿其钎焊面长边方向中心线垂直对称钎焊在流体换热器蒸发管路(12)焊接平面的中心线上，即中心线对称坐落在长条孔状的热移芯片区位(22)中，经焊接清洗检验合格后，在区位四周与热移芯片四边形成的1.0～1.5mm间距(24)中浇灌绝缘密封胶，深度由热移芯片基板厚度以及与管路焊接后决定，因管路存在弧面，深度不低于1.0～2.0mm，热固后，保证电器安全性、可靠性与耐久性，通过超声波大直径线焊(8)将集成热移芯片构成串并联电路及总功率，最后，光源底板灯罩接口(18)通过密封圈与耐热玻璃制成的灯罩完成安装，将光源面积及其四周电路连线面积彻底密封笼罩，如此在利用散热翅片底折面，不增加重量，利用区位之间冲压出弧面笼光栅(23)和光源底板灯罩框形成的光角，发挥光效的前提下，达到最大幅度地降低成本，由此完成热移芯片与相变循环管路焊接的制造方法。
本发明实施例第五步流程是对循环管路灌装工质，根据总功率与循环管路管腔总容积，首先将其抽空至1.3KPa以内，然后向其内灌装纳米水基、丙酮基非共沸混合工质或制冷剂，其剂量在标准状态下，液相量充满蒸发管，LED热移芯片通电产生的结热，，几无热阻地全部被工质吸收，即时产生相变，近即时将结热单向移至冷凝器，其检测指标是芯片处蒸发管检测温度即相变温度与冷凝管进入端检测温度之差为2～6℃，形成高效散热器，大幅度缩小体积与减少散热翅片的数量，结点温度与相变温度差＜15℃，便可在50℃环境中，当相变温度达到110℃时，结点才发生衰减，而实测相变温度最高为92℃，尚有18℃可靠工作温差，故工质相变循环保证了新型第四代冷光源的高效可靠性与耐久性，大幅度降低成本，由此完成LED集成热移芯片及其灯具的制造方法。

Claims (6)

1.一种无热沉的LED集成热移芯片焊接在流体换热器的蒸发管路上，通过相变循环将结热近即时移出，形成LED集成热移芯片及其灯具的制造方法，其特征是由如下五步流程完成制造：第一步流程是根据国家城市道路照明光源要求，设计与制造LED热移芯片，即将LED热移芯片内晶元集成在金属化氮化铝或氧化铝的基板上，该基板厚度为0.38mm左右，一面为集成面，金属化形成集成电路图案，另一面为钎焊面，在钎焊面上金属化形成钎焊格图案，为了适于与管路焊接，无热沉基板为平板长方形，条状，管路焊接处形成相应的焊接平面，在集成面上，晶元采用贴片焊接式与倒装金线焊接式，每粒晶元的尺寸规格由0.3mm×0.7mm至3.4mm×3.6mm，其相对应的功率由0.5W/粒至10.0W/粒，功率集成度为10.0W/cm2-30.0W/cm2，其最低值比热沉模式最高值提高20％，其最高值比热沉模式最高值提高三倍，当点光源扩展成面光源，固晶后，通过共晶焊将晶元焊接在集成电路上，由荧光胶封装形成LED照明集成热移芯片，在其发光表面上增封半圆弧型透镜与半念珠状非球面型透镜，发挥光效，由此完成两种标准化热移芯片的制造方法；第二步流程是根据路灯高度、空间、光照面的要求，以标准化热移芯片的功率集成度为依据，设计灯具的光源面积以及相变循环总成的规格，依S热移芯片面积＝功率/功率集成度，计算出热移芯片面积，在确定热移芯片光强与光通量的同时，再确定热移芯片之间的间距比，及其间距总面积，热移芯片面积+间距总面积的和为光源面积，在其内计算出蒸发管的管径及其数量，另外，每一根蒸发管配套冷凝循环管，根据散热总功率及提高散热效率，冷凝管分布间距适当加大，由此形成相变循环管路的长、宽、高尺寸，并由此将蒸发管、冷凝管、连接管件均一形成标准化零件，以标准化管路为骨架，决定了散热翅片的规格与标准化，散热翅片以一定间隔垂直穿插，以相应数量平行分布到管路全程中，由此完成灯具光源面积与相变循环总成的设计及其制造方法，第三步流程是根据路灯国家安全性标准进行密封绝缘性设计，即将灯具的涉及光源面积及其四周电路连线面积上面的散热翅片底折面纵向搭接，并与所处所有的蒸发管横向搭接，蒸发管壁厚不得大于1.0mm，一并与面积对应的光源底板通过模具热压焊接，或热压粘结，一次性使散热翅片底折面所有搭接部分与光源底板形成一体化，由下而上造成光源面积及其四周的电路连线面积彻底与相变循环总成的隔离，同时在光源底板四周框形成光角，在其下形成灯罩接口，光源底板焊接前冲压出热移芯片中心线与蒸发管路中心线对称的热移芯片区位，该区位四周与热移芯片四边留有适当的绝缘密封间距与深度，并在区位之间冲压出弧面笼光栅，在灯罩接口内置密封圈，由此完成灯具热移光源面积的安全性设计及其制造方法，第四步流程是将LED集成热移芯片通过金属化钎焊图案，沿其钎焊面长边方向中心线垂直对称钎焊在流体换热器蒸发管路焊接平面的中心线上，经焊接清洗检验合格后，通过超声波线焊将集成热移芯片构成串并联电路及总功率，在热移芯片与光源底板区位形成的间距中浇灌绝缘胶固化，最后，光源底板灯罩接口通过密封圈与耐热玻璃制成的灯罩完成安装，将光源面积及其四周电路连线面积彻底密封笼罩，由此完成热移芯片与相变循环管路焊接的制造方法，第五步流程是根据总功率与循环管路腔总容积灌装工质，达到几无热阻地吸收LED热移芯片的结热，即时产生相变，近即时将结热单向移至冷凝器，相变温度与冷凝管进入端的检测温度之差为2～6℃，由此完成LED集成热移芯片及其灯具的制造方法。
2.根据权利要求1所述的LED集成热移芯片及其灯具的制造方法，第一步流程特征是：根据国家城市道路照明光源要求，LED热移芯片其一由贴片式LED照明晶元(1)集成在金属化氮化铝的基板(2)上，该基板厚度为0.38mm，金属化厚度为0.03mm，正面为集成面，金属化形成集成电路(3)图案，反面为焊接面，形成钎焊格图案，为了适于与管路焊接，无热沉基板为平板长方形，条状，长为20.0mm至72.0mm，宽为3.0mm至5.0mm，在集成面上，晶元采用贴片焊接式，每粒晶元的尺寸规格由0.3mm×0.7mm至1.0mm×2.1mm，其相对应的功率由0.5W/粒至2.0W/粒，功率集成度为10.0W/cm2-30.0W/cm2，固晶后，通过共晶焊将晶元焊接在集成电路上，集成电路由液态荧光胶(6)覆盖，高温固化后形成所需色温，露出电路正负极，半圆弧形透镜(7)覆盖密封在基板四周，发挥光效，形成贴片式功率为25～50W/条，色温可调，显指75％，光效大于100流明/瓦的LED照明集成热移芯片，图1-2示意焊接面形成“田”字形金属化钎焊格(4)图案，“田”字格之间为钎焊间隙(5)，未未被金属化，在钎焊料融化时为排气与溢料处，便于焊料凝固时减小内应力，其二是由倒装式LED照明晶元(1)集成在金属化氧化铝的基板(2)上，金属化厚度为0.03mm，正面为集成面，金属化形成集成电路(3)图案，每粒晶元的尺寸规格由2.0mm×2.1mm至3.4mm×3.6mm，其相对应的功率由3.0W/粒-10.0W/粒，功率集成度为15.0W/cm2-30.0W/cm2，固晶后，通过共晶焊将晶元焊接在集成电路上，由超声波线焊(8)形成串联集成电路，在晶元表面由液态荧光胶(6)覆盖，高温固化后形成所需色温，露出电路正负极，半念珠状非球面型透镜(7)分别覆盖每颗晶粒上并密封在基板四周，发挥光效，封装形成倒装式功率为25～50W/条，色温可调，显指75％，光效大于100流明/瓦的LED照明集成热移芯片，焊接面相同，由此完成两种标准化热移芯片的设计与制造。
3.根据权利要求1所述的LED集成热移芯片及其灯具的制造方法，第二步流程特征是：根据路灯高度、空间、光照面的要求，设计灯具的功率集成度，其核心是设计光源面积，依S热移芯片面积＝功率/功率集成度，计算出热移芯片面积(9)，在确定热移芯片光强与光通量的同时，再确定热移芯片间矩(10)及间距比，及其间距总面积，热移芯片面积+间距总面积的和为光源面积(11)，在其内计算出蒸发管(12)的管径及其数量，另外，每一根蒸发管配套冷凝管(13)，根据散热总功率及提高散热效率，冷凝管分布间距适当加大，由此形成相变循环管路的长、宽、高尺寸，并由此将蒸发管、冷凝管、连接管件(14)均一形成标准化零件，以标准化管路为骨架，决定了散热翅片(15)的规格与标准化，散热翅片以一定间隔垂直穿插，以相应数量平行分布到管路全程中，当灯具功率150W-700W，蒸发管管径为5～8mm，数量为6～22根，芯片间距比为1∶0.6～1∶1.8，中心芯片间距最大，两旁逐渐减小，由此完成灯具光源面积与相变循环总成规格的设计与制造。
4.根据权利要求1所述的LED集成热移芯片及其灯具的制造方法，第三步流程特征是：将涉及光源面积及其四周电路连线面积上面的散热翅片(15)底折面(21)纵向搭接，并与所处所有的蒸发管横向搭接，散热翅片的厚度在0.3～0.6mm，蒸发管壁厚不得大于1.0mm，一并与面积对应的光源底板通过模具热压焊接，或热压粘结，一次性使散热翅片底折面所有搭接部分与光源底板的底板部分形成一体化，由下而上造成光源面积及其四周的电路连线面积彻底与相变循环总成的隔离，同时由光源底板相对的灯罩框形成65°光角，其下四周形成的灯罩接口通过密封圈与灯罩安装，光源底板在焊接前冲压出热移芯片中心线与蒸发管路中心线对称的长条孔状的热移芯片区位(22)，该区位四周与热移芯片四边留有1.0～1.5mm的绝缘密封间距，其深度由热移芯片与蒸发管焊接后决定，在区位之间冲压出弧面笼光栅(23)，由此完成光源面积及其四周电路连线面积的安全性设计与制造。
5.根据权利要求1所述的LED集成热移芯片及其灯具的制造方法，第四步流程特征是：将LED热移芯片通过金属化钎焊图案，沿其钎焊面长边方向中心线垂直对称钎焊在流体换热器蒸发管路焊接平面的中心线上，即中心线对称坐落在长条孔状的热移芯片区位(22)中，经焊接清洗检验合格后，在区位四周与热移芯片四边形成的1.0～1.5mm间距(24)中浇灌绝缘密封胶，深度由热移芯片基板厚度以及与管路焊接后决定，因管路存在弧面，深度不低于1.0～2.0mm，热固后，保证电器安全性、可靠性与耐久性，通过超声波大直径线焊(8)将集成热移芯片构成串并联电路及总功率，最后，光源底板灯罩接口(18)通过密封圈与耐热玻璃制成的灯罩完成安装，将光源面积及其四周电路连线面积彻底密封笼罩，如此在利用散热翅片底折面，不增加重量，利用区位之间冲压出弧面笼光栅(23)和光源底板灯罩框形成的光角，发挥光效，由此完成热移芯片与相变循环管路焊接的制造。
6.根据权利要求1所述的LED集成热移芯片及其灯具的制造方法，第五步流程特征是：根据总功率与循环管路管腔总容积，首先将其抽空至1.3KPa以内，然后向其内灌装纳米水基、丙酮基非共沸混合工质或制冷剂，其剂量在标准状态下，液相量充满蒸发管，LED热移芯片通电产生的结热，几无热阻地全部被工质吸收，即时产生相变，近即时将结热单向移至冷凝器，其检测指标是芯片处蒸发管检测温度即相变温度与冷凝管进入端检测温度之差为2～6℃，结点温度与相变温度差＜15℃，便可在50℃环境中，尚有18℃可靠工作温差，工质相变循环保证了新型第四代冷光源的高效可靠性与耐久性，由此完成LED集成热移芯片及其灯具的制造方法。
CN201711452023.6A 2017-12-27 2017-12-27 Led集成热移芯片及其灯具的制造方法 Pending CN108150854A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711452023.6A CN108150854A (zh) 2017-12-27 2017-12-27 Led集成热移芯片及其灯具的制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711452023.6A CN108150854A (zh) 2017-12-27 2017-12-27 Led集成热移芯片及其灯具的制造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108150854A true CN108150854A (zh) 2018-06-12

Family

ID=62463536

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711452023.6A Pending CN108150854A (zh) 2017-12-27 2017-12-27 Led集成热移芯片及其灯具的制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108150854A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109590171A (zh) * 2018-12-11 2019-04-09 格力电器（郑州）有限公司 散热膏涂覆工装
CN114576576A (zh) * 2020-12-02 2022-06-03 Lb营销公司 多面板照明设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2469555Y (zh) * 2001-01-02 2002-01-02 吴鸿平 翅片底折面金属一体化散热器
CN1442900A (zh) * 2002-03-05 2003-09-17 吴鸿平 散热翅片、热管或穿管、母板金属一体化散热器
CN103817391A (zh) * 2014-03-10 2014-05-28 吴鸿平 插片式流体换热器的制造方法
CN105261596A (zh) * 2015-09-23 2016-01-20 吴鸿平 照明led集成热移装置
CN106524080A (zh) * 2016-11-09 2017-03-22 吴鸿平 Led照明集成热移换热装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2469555Y (zh) * 2001-01-02 2002-01-02 吴鸿平 翅片底折面金属一体化散热器
CN1442900A (zh) * 2002-03-05 2003-09-17 吴鸿平 散热翅片、热管或穿管、母板金属一体化散热器
CN103817391A (zh) * 2014-03-10 2014-05-28 吴鸿平 插片式流体换热器的制造方法
CN105261596A (zh) * 2015-09-23 2016-01-20 吴鸿平 照明led集成热移装置
CN106524080A (zh) * 2016-11-09 2017-03-22 吴鸿平 Led照明集成热移换热装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109590171A (zh) * 2018-12-11 2019-04-09 格力电器（郑州）有限公司 散热膏涂覆工装
CN114576576A (zh) * 2020-12-02 2022-06-03 Lb营销公司 多面板照明设备

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104896330A (zh) Led光源模组
CN107845722A (zh) 一种led车灯导热封装结构、led车灯及制造方法
CN202871787U (zh) 一种均温板上直接封装芯片的结构
CN203517379U (zh) 一种基于倒装led芯片与透明陶瓷基板的灯泡
CN105070808A (zh) 一种提高发光效率的多晶led支架及其固晶方法
CN108150854A (zh) Led集成热移芯片及其灯具的制造方法
CN101526204A (zh) 大功率强制散热型热管led照明装置
CN101561129B (zh) 带相变散热结构的由led构成的灯
KR101508958B1 (ko) 히터파이프형 방열체를 구비한 led 조명등
CN202888245U (zh) 一种大功率led热沉
CN106524080A (zh) Led照明集成热移换热装置
CN201448618U (zh) 一种分散型液体散热led灯具
CN201443693U (zh) 一种led光源模块
CN207602619U (zh) 一种led车灯导热封装结构、led车灯
CN106524090A (zh) 大功率led散热用圆管式热管群散热器
CN202419582U (zh) 加强散热led电路板及led灯
CN101598305A (zh) 一种led散热基座封装结构
CN201502974U (zh) 一种led散热基座封装结构
CN102842668A (zh) 一种均温板上直接封装芯片的结构及其制作方法
CN201436449U (zh) Led光源
CN208566643U (zh) 快速散热铝制散热器及灯具
CN207394786U (zh) 一种大功率led模组的散热装置
CN202001932U (zh) 高光效和高显色性的led路灯
CN201242104Y (zh) 大功率led封装结构
CN207262072U (zh) 一种led软灯丝

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180612

RJ01 Rejection of invention patent application after publication