CN108332077B

CN108332077B - 一种大功率led灯的导热垫组装方法

Info

Publication number: CN108332077B
Application number: CN201711423416.4A
Authority: CN
Inventors: 王保军; 姚斌雄
Original assignee: Ningbo Klite Electric Manufacture Co Ltd
Current assignee: Ningbo Klite Electric Manufacture Co Ltd
Priority date: 2017-12-25
Filing date: 2017-12-25
Publication date: 2020-02-28
Anticipated expiration: 2037-12-25
Also published as: CN108332077A

Abstract

本发明公开了一种大功率LED灯的导热垫组装方法，包括如下步骤：先将一片低熔点合金制成的金属薄片设置在散热器与LED灯板之间，并使散热器与LED灯板固定连接，从而形成半成品；再将半成品水平放置在一个加热装置的封闭罩内进行加热；当金属薄片的温度到达其熔点温度时，金属薄片熔化呈液态，此时液态的金属薄片充满散热器与LED灯板之间的缝隙以及散热器与LED灯板相互靠近一侧表面的凹凸纹路；当液态的金属薄片温度下降时，即可形成固态的金属导热垫，金属导热垫充满散热器与LED灯板之间的缝隙，并与LED灯板、散热器表面紧密接合，从而完成导热垫的组装。本发明可提高LED灯板与散热器之间的导热垫的导热性能，延长导热垫的使用寿命，并且安装使用方便。

Description

一种大功率LED灯的导热垫组装方法

技术领域

本发明涉及LED照明灯具制造技术领域，尤其是涉及一种大功率LED灯的导热垫组装方法。

背景技术

LED照明灯具由于具有节能、使用寿命长等优点而得到越来越广泛的应用，由于LED灯在工作时其灯板部分会产生一定的热量，如果灯板的热量无法得到有效的控制，会大幅缩短LED灯的使用寿命。为此，通常会在灯板的下面设置一个散热器，同时，为使灯板的热量能快速有效地传导到散热器上，通常会在灯板和散热器之间涂覆导热硅脂。例如，在中国专利文献上公开的一种“导热性能良好的高功率LED 基板的导热绝缘材料”，其请公布号为CN105131493A，按质量百分比计，该导热绝缘材料包括：导热系数大于10W/mk的无机导热粉末30%-80% ；接枝改性剂与聚烯烃类树脂的接枝共聚物10%-60% ；分散剂；0. 25%-10% ，所述无机导热粉末接枝在接枝改性剂上，接枝改性剂接枝在聚烯烃类树脂的支链上，所述接枝改性剂为马来酸酐，所述分散剂为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸纳、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇醋等有机分散剂或硅烷偶联剂的一种或几种。将导热粉末加入到树脂材料中使得树脂材料具有良好的导热性能，增加了树脂材料的刚度。

虽然通过导热硅脂一类的材料可改善LED灯板与散热器之间的热传导效率，然而导热硅脂的导热系数通常为1.0-5.0W/mk，对于一些小功率的LED灯，其导热性能可以满足要求，但是，对于一些大功率的LED灯，导热硅脂的导热性能仍然难以满足要求。另外，导热硅脂呈膏状，当长期在高温状态下使用时，会有游离物质析出，从而污染灯具，降低使用寿命。并且膏状的导热硅脂需要通过手工的方式涂布，其生产效率低，并且均匀性不易保证，同一造成导热硅脂因受到挤压而外泄。

为此，有人采用固态的导热硅胶片替代膏状的导热硅脂，其可显著地提高耐老化性能，并且方便组装，但是其导热系数与导热硅脂的导热系数基本相同，因此，仍然难以提高热传导效率。此外，由于固态的导热硅胶片难以做到与LED灯板以及散热器之间的完全贴合，因此，会不同程度地影响其导热性能。

作为一种较新的改进措施，也有人采用诸如金属汞一类的材料替代导热硅脂，将金属汞涂敷在散热器表面，然后将LED灯板贴合在涂敷金属汞的散热器表面并加以固定即可，从而具有较好的热传导性能，并且不易受热变质，具有较好的抗老化性能。但是该方法仍然存在如下缺陷：首先，由于金属汞具有较大的表面张力，因此，难以实现均匀涂敷，并且涂敷时的厚度难以控制，手工涂敷效率低。另外，金属汞在受热蒸发后形成的汞蒸气具有一定的毒性。特别是，当LED 灯具在倾斜放置或使用时，金属汞容易形成流动，从而造成LED灯驱动电路等的短路等故障。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的LED灯板与散热器之间的导热方式所存在的导热效果差、安装使用困难以及使用寿命短的问题，提供一种大功率LED灯的导热垫组装方法，既可显著地提高LED灯板与散热器之间的导热垫的导热性能，又可延长导热垫的使用寿命，并且安装使用方便，有利于提高生产效率。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种大功率LED灯的导热垫组装方法，包括如下步骤：

a. 将一片低熔点合金制成的金属薄片设置在散热器与LED灯板之间，并使散热器与LED灯板固定连接，从而形成半成品；

b. 将半成品水平放置在一个加热装置的封闭罩内进行加热；

c. 当金属薄片的温度到达其熔点温度时，金属薄片熔化呈液态，此时液态的金属薄片充满散热器与LED灯板之间的缝隙以及散热器与LED灯板相互靠近一侧表面的凹凸纹路；

d. 停止加热装置的加热，当液态的金属薄片温度下降时，即可形成固态的金属导热垫，所述金属导热垫充满散热器与LED灯板之间的缝隙，并与LED灯板、散热器表面紧密接合，从而完成导热垫的组装。

首先，本发明的金属薄片可通过冲压工艺制成与LED灯板适配的形状，从而可方便准确地将低熔点合金制成的金属薄片设置在散热器与LED灯板之间以形成半成品，避免金属薄片的外露而破坏美观。当半成品水平放置到一个加热装置的封闭罩内进行加热而到达金属薄片的熔点时，金属薄片由固态变为液态，从而可完全填充散热器与LED灯板之间的空隙以及散热器与LED灯板表面的凹凸纹路。当半成品的温度低于熔点温度时，液态的金属薄片固化而形成金属导热垫，从而使散热器与LED灯板实现可靠的连接。这样，当LED灯板工作发光发热时，其热量可通过密致接合的金属导热垫快速地传导到散热器上，从而实现LED灯的良好散热。由于本发明的金属薄片可通过冷轧等工艺得到，因此可确保其厚度的均匀一致，同时方便组装，有利于实现组装的自动化，并且可避免因厚度不均匀造成的外泄等缺陷。

作为优选，所述金属薄片的熔点在58℃-60℃之间。这样，当加热装置的温度到达上述温度时，即可使金属薄片由固态转变成液态，从而避免过高的加热温度导致LED灯板的损坏。特别是，大功率的LED灯板在工作时的温度通常会超过60℃，这样，当大功率的LED灯工作时，固态的金属导热垫贴合LED灯板一侧会重新转变成液态，而金属薄导热垫贴合散热器一侧则因为散热器的散热作用会保持固态不变。我们知道，物质在由固态转变成液态时会吸收大量的相变热量，并且此时该物质的温度保持不变。也就是说，对于熔点在60℃的金属导热垫而言，当LED灯板的温度大于60℃时，金属导热垫贴合LED灯板一侧会吸收大量的相变热量，从而使金属薄导热垫由60℃的固态转变成60℃的液态；而金属导热垫贴合散热器一侧会向散热器释放大量的相变热量，使金属导热垫保持固态。也就是说，此时的金属薄导热垫具有60℃的液态和60℃的固态二种状态。我们知道，热量的传递主要有热传导、对流传热和辐射传热三种基本方式，对于固态和液态的金属导热垫而言，其通过热传导和辐射传热的方式所传导的热量是基本不变的。而液态的金属导热垫则还具有对流传热方式，因此，相比单一固态的金属导热垫，其具有更加良好的传热效果。

作为优选，所述金属薄片内嵌设有若干铜质的支撑点，所述金属薄片采用如下方法制成：先将低熔点合金轧制成薄板坯料，然后若干薄板坯料叠合固定在一起形成坯料堆；接着在叠合在一起的坯料堆上钻出若干间隔分布的镶嵌孔；将钻有镶嵌孔的坯料堆放置到一块轧制底板上，并在镶嵌孔内填充紫铜粉；在坯料堆上放置一块轧制顶板，然后进入轧钢机冷轧；分开坯料堆的每一层薄板坯料，此时薄板坯料的镶嵌孔内的紫铜粉因受到碾压延展而胀紧在镶嵌孔内；将薄板坯料进入轧钢机冷轧，从而得到符合厚度要求的金属薄片，镶嵌孔内的紫铜粉被轧制成与金属薄片等厚的支撑点。

当加热装置的温度高于金属薄片的熔点时，金属薄片会转变成液态，此时嵌设在金属薄片内由紫铜制成的支撑点仍然保持固态不变，从而可对LED灯板与散热器形成良好的支撑，使LED灯板与散热器之间的间隙保持不变，避免液态的金属薄片因受到挤压而从LED灯板与散热器之间的间隙内向外泄出，进而使冷却后形成的金属导热垫始终保持其厚度不变。由于紫铜具有良好的延展性，因此，当坯料堆进入轧钢机冷轧时，充满在坯料堆的镶嵌孔内的紫铜粉会因为挤压延展而相互粘结在一起，从而使每一片薄板坯料的镶嵌孔内的紫铜粉与薄板坯料连接成一体。当薄板坯料再次进入轧钢机冷轧后，既可得到符合厚度要求的金属薄片，同时使镶嵌孔内的紫铜粉被轧制成与金属薄片等厚的支撑点，并且支撑点与金属薄片可靠连接在一起。可以理解的是，由薄板坯料叠合在一起形成的坯料堆可方便地加工出镶嵌孔，并在镶嵌孔内填充紫铜粉。本发明通过现有的冷轧工艺便可实现支撑点在金属薄片内的方便嵌设，从而有利于提高其生产效率。

作为优选，所述低熔点合金包括铋、铟、铜、银，其中铋的质量百分比为60%-70%，铟的质量百分比为20%-35%，铜的质量百分比为2%-8%，银的质量百分比为0.2%-3.5%。

铋可以有效地降低合金的熔点；而铟既可以提高合金的延展性，便于金属薄片的冷轧加工，又可降低合金的熔点，提高合金的导热能力；铜和银可显著地提升合金的导热能力，并且具有良好的延展性。本发明的低熔点合金具有良好的导热能力和延展性，从而可通过冷轧等工艺压延形成厚度均匀的金属薄片。

作为优选，所述金属薄片的厚度在0.1-0.2mm之间，所述薄板坯料的厚度等于金属薄片厚度的1.5倍至2倍。

通过合理地设计金属薄片的厚度，既可实现LED灯板与散热器之间热量的有效传导，同时方便加工和组装，薄板坯料通过冷轧后可方便压延形成符合厚度要求的金属薄片，同时确保压延后的金属薄片的镶嵌孔内的支撑点与金属薄片的可靠连接。

作为优选，所述散热器表面设有用于安装LED灯板的固定区域，在所述固定区域的边缘设有环形隔离槽。

当金属导热垫由固态转变成液态时，环形隔离槽可有效地避免液态的金属薄片向固定区域外侧扩散。

因此，本发明具有如下有益效果：既可显著地提高LED灯板与散热器之间的导热垫的导热性能，又可延长导热垫的使用寿命，并且安装使用方便，有利于提高生产效率。

附图说明

图1是大功率LED灯的一种结构示意图。

图2是金属薄片的一种结构示意图。

图中：1、LED灯板 2、散热器 3、金属导热垫 4、金属薄片 5、支撑点 6、环形隔离槽。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

一种大功率LED灯的导热垫组装方法，如图1所示，该大功率LED灯包括LED灯板1以及用于散热的散热器2，在散热器上靠近LED灯板一侧具有用于安装LED灯板的固定区域，该固定区域的形状与LED灯板相适配，LED灯板即固定安装在该固定区域内。具体包括如下步骤：

a. 将一片由低熔点合金制成的金属薄片设置在散热器与LED灯板之间，散热器与LED灯板通过螺钉固定连接，从而形成半成品。需要说明的是，金属薄片的形状应与LED灯板的形状相适配，金属薄片可通冲压工艺制成，从而有利于提高生产效率；

b. 将半成品水平放置在一个加热装置的封闭罩内进行加热；

d. 停止加热装置的加热，当液态的金属薄片温度下降时，形成固态的金属导热垫3，该金属导热垫充满散热器与LED灯板之间的缝隙，并与LED灯板、散热器表面紧密接合，从而完成导热垫的组装。

需要说明的是，大功率的LED灯板在工作时的温度通常会超过60℃，因此，我们可通过合理地调整制造金属薄片的低熔点合金的成分，使金属薄片的熔点在58℃-60℃之间。这样，当加热装置的温度到达金属薄片的熔点温度时，即可使金属薄片由固态转变成液态，从而避免过高的加热温度导致LED灯板的损坏。具体地，低熔点合金包括铋、铟、铜、银，其中铋的质量百分比为60-70%，铟的质量百分比为20%-35%，铜的质量百分比为2%-8%，银的质量百分比为0.2%-3.5%。当铋的质量百分比为60%、铟的质量百分比为20%时，该低熔点合金的熔点为100℃；当铋的质量百分比为70%、铟的质量百分比为35%时，该低熔点合金的熔点为50℃。

为了确保金属导热垫的厚度保持不变，如图2所示，我们可在金属薄片4内嵌设若干直径在1-2mm的圆形的支撑点5，该支撑点可用紫铜制成，既可确保金属薄片的导热性能，又可避免金属薄片由固态转变成液态时支撑点的相变。具体地，金属薄片可采用如下方法制成：第一步，先用冷轧等工艺将低熔点合金轧制成薄板坯料，然后若干薄板坯料叠合固定在一起形成坯料堆；第二部，在叠合在一起的坯料堆上钻出若干间隔分布的镶嵌孔，镶嵌孔的孔径在1-2mm之间，各镶嵌孔在坯料堆上形成矩形阵列排布。也就是说，此时各薄板坯料上的镶嵌孔相互重合在一起；第三部，将钻有镶嵌孔的坯料堆放置到一块轧制底板上，并在坯料堆的上表面撒布粉末状的紫铜粉，通过来回划扫紫铜粉，即可使紫铜粉进入并充满镶嵌孔。可以理解的是，为了便于紫铜粉充满镶嵌孔，我们可先将少量的薄板坯料叠合在轧制底板上从而形成高度较低的坯料堆，等该坯料堆的镶嵌孔内充满紫铜粉后，我们可刮干净该坯料堆的上表面，然后在上面在叠合少量的薄板坯料，并在镶嵌孔内重新注入紫铜粉。以此类推，即可确保在高度较高的坯料堆的镶嵌孔内充满紫铜粉；第四部，在坯料堆上放置一块轧制顶板，使中间的坯料堆被夹持在轧制顶板和轧制底板之间，此时即可使坯料堆连同上下两侧的轧制顶板和轧制底板一起进入轧钢机冷轧；第五步，完成冷轧后，分开坯料堆的每一层薄板坯料，此时薄板坯料的镶嵌孔内的紫铜粉因受到碾压延展而胀紧在镶嵌孔内；第六步，将单张的薄板坯料进入轧钢机再次进行冷轧，从而得到符合厚度要求的金属薄片，此时镶嵌孔内的紫铜粉被轧制成与金属薄片等厚的圆形的支撑点。

当步骤c中金属薄片的温度到达其熔点温度时，或者当LED灯工作时的温度高于金属薄片的熔点温度时，金属薄片熔化呈液态，此时嵌设在金属薄片内由紫铜制成的支撑点仍然保持固态不变，从而可对LED灯板与散热器形成良好的支撑，使LED灯板与散热器之间的间隙保持不变，避免液态的金属薄片因受到挤压而从LED灯板与散热器之间的间隙内向外泄出，进而使金属薄片始终保持其厚度不变。

本发明的金属薄片的厚度可控制在0.1-0.2mm之间，相应地，薄板坯料的厚度可控制在金属薄片厚度的1.5倍至2倍之间，从而方便薄板坯料通过冷轧工艺形成金属薄片。

本发明的大功率LED灯优选地作为安装在房间顶棚的吸顶灯，也就是说，在使用时，散热器和LED灯板相互靠近的侧面基本成水平状态，散热器上的固定区域位于散热器的下表面上。我们还可在散热器的固定区域边缘设置一个环形隔离槽6。当LED灯工作时，金属导热垫由固态转变成液态时，环形隔离槽可阻止液态的金属导热垫向外蔓延扩散，确保金属导热垫始终保持在LED灯板与散热器之间的间隙内。

Claims

1.一种大功率LED灯的导热垫组装方法，其特征是，包括如下步骤：

b. 将半成品水平放置在一个加热装置的封闭罩内进行加热；

d. 停止加热装置的加热，当液态的金属薄片温度下降时，即可形成固态的金属导热垫，所述金属导热垫充满散热器与LED灯板之间的缝隙，并与LED灯板、散热器表面紧密接合，从而完成导热垫的组装；

所述金属薄片内嵌设有若干铜质的支撑点，所述金属薄片采用如下方法制成：先将低熔点合金轧制成薄板坯料，然后若干薄板坯料叠合固定在一起形成坯料堆；接着在叠合在一起的坯料堆上钻出若干间隔分布的镶嵌孔；将钻有镶嵌孔的坯料堆放置到一块轧制底板上，并在镶嵌孔内填充紫铜粉；在坯料堆上放置一块轧制顶板，然后进入轧钢机冷轧；分开坯料堆的每一层薄板坯料，此时薄板坯料的镶嵌孔内的紫铜粉因受到碾压延展而胀紧在镶嵌孔内；将薄板坯料进入轧钢机冷轧，从而得到符合厚度要求的金属薄片，镶嵌孔内的紫铜粉被轧制成与金属薄片等厚的支撑点。

2.根据权利要求1所述的一种大功率LED灯的导热垫组装方法，其特征是，所述金属薄片的熔点在58℃-60℃之间。

3.根据权利要求1所述的一种大功率LED灯的导热垫组装方法，其特征是，所述低熔点合金包括铋、铟、铜、银，其中铋的质量百分比为60%-70%，铟的质量百分比为20%-35%，铜的质量百分比为2%-8%，银的质量百分比为0.2%-3.5%。

4.根据权利要求1所述的一种大功率LED灯的导热垫组装方法，其特征是，所述金属薄片的厚度在0.1-0.2mm之间，所述薄板坯料的厚度等于金属薄片厚度的1.5倍至2倍。

5.根据权利要求1所述的一种大功率LED灯的导热垫组装方法，其特征是，所述散热器表面设有用于安装LED灯板的固定区域，在所述固定区域的边缘设有环形隔离槽。