CN201599630U - 带散热装置的led光源模块 - Google Patents

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Abstract

带散热装置的LED光源模块，涉及LED光源。利用半导体光源去制作灯具需要解决光学、热学、材料学等问题，这些问题的解决需要专业人才、时间和资金，这对一般生产传统灯具厂家来说是件难事，降低进入LED灯具生产的门槛为当务之急。本实用新型包括LED光源、用于容纳LED光源的壳体，所述的LED光源包括底座、设于底座上表面的复数个LED芯片，其特征在于：所述的底座下部延伸有凸筋，所述凸筋的中间开设有散热槽；所述的壳体为绝缘的塑料件，其上开设2个以上的透气孔。灯具生产厂无需考虑散热问题，只要把本光源模块纳入灯具即可，装配后的LED灯达到好的散热效果、轻的质量、强的互配性、高的安全性，极大地简化了LED灯具的生产，降低了LED灯具生产的难度。

Description

带散热装置的LED光源模块
【技术领域】
本实用新型涉及LED光源，尤指带散热装置的LED光源模块。
【背景技术】
半导体照明是在世界各国扶持的项目，它蕴藏着巨大的商机，但是半导体光源有着和传统光源非常不同的特性，应用这一光源去制作灯具需要解决散热、光强度分布等一系列光学、热学、材料学的问题，这些问题的解决不仅需要一批专业人材，还要时间和相当大的资金投入，这对一般生产传统灯具的厂家来说几乎是一件不可能的事，如何降低进入LED灯具生产的门槛，已是当务之急。
【实用新型内容】
本实用新型要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有技术的缺陷，提供一种带散热装置的LED光源模块，以达到简化LED灯具生产、降低LED灯具生产难度的目的。为此，本实用新型采取以下技术方案：
带散热装置的LED光源模块，包括LED光源、用于容纳LED光源的壳体，所述的LED光源包括底座、设于底座上表面的复数个LED芯片，其特征在于：所述的底座下部延伸有凸筋，所述凸筋的中间开设有散热槽；所述的壳体为绝缘的塑料件，其上开设2个以上的透气孔。底座上表面为LED芯片承载体，下部为散热装置，与现有技术中LED光源与散热装置分体式结构不同，现有技术中，LED光源和散热器是两个独立的部件，要通过机械方式连接起来，两个部件的接触处一定存在一个热阻，在本技术方案中避免了两者结合处的热阻，LED芯片工作时产生的热量直接通过底座传递给散热片，中间无粘接层等热阻层，大幅提高散热效率，改善了LED灯的散热，热传递快，散热快，故散热装置体积小，从而使用于容纳LED光源的壳体较小，使灯具外观协调，便于灯具整体的设计，因灯具的重量轻，与普通灯相当，通用性好，提高了灯的品质，并且可以使产品标准化、系列化。凸筋及散热槽可增加散热面积，提高散热效率，同时散热槽可用于插接散热片，增强散热效果，而此时的凸筋的两侧面就可作为夹紧的施力面，使插接在散热槽中的散热片卡止在散热槽中，无需采用焊接或粘接的方式，有效提高生产效率。本方案的LED光源散热好，无需采用金属材料的外壳用于加强散热，采用绝缘的塑料件作为壳体的主要材料以避免触电，提高灯具使用的安全性。普通的灯具生产厂无需考虑散热问题，只要简单地把模块纳入灯具即可，装成后的LED灯达到好的散热效果、轻的质量、强的互配性、高的安全性，极大地简化了LED灯具的生产，降低了LED灯具生产的难度，灯具生产厂就无需考虑散热等难题，只要设计制作一个合适的外壳便可，而这是绝大多数灯具厂都能做到的。
作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本实用新型还包括以下附加技术特征：
所述的底座和塑料壳体通过连接装置相连。
所述的连接装置包括延伸于底座外侧的凸耳，所述的壳体内腔对应设有与凸耳相配的限位槽用于限位以防止底座在腔内转动，及位于限位槽中的凸点用于卡止凸耳以防止底座插接后脱落。从而使整个光源通过底座卡止在壳体上，定位可靠，底座上的凸耳沿着限位槽上行，直至越过凸点实现卡止，安装定位方便。
所述的连接装置包括螺钉，所述的底座侧面设螺孔，所述的螺钉穿过壳体与螺孔连接。壳体设用于穿设螺钉的通孔，为增加壳体的强度，可加厚设孔处的壁厚。
所述的凸筋截面呈梯形、矩形或渐开线齿形，所述的散热槽中插接散热片，散热槽与散热片过盈配合以使散热片卡止在散热槽中。LED芯片产生的热从底座的上表面传递至凸筋，凸筋的两侧面用于施力使散热槽向内变形而使散热片卡止在槽内，同时凸筋的设置增大了散热面积，提高散热效果。采用机械加压的方式固定散热片，提高工作效率，保证产品质量。底座采用高导热材料，可为金属材料或非金属材料，例如碳纳米材料；散热片由质量轻、导热率高的材料制成，可以是薄片状的金属材料，如铜或铝，也可以是碳素材料，如石墨、纳米碳、复合碳素材料等，还可以是陶瓷材料，如氮化铝、氧化铝等；底座与散热片分别制成，在保证各自功能的前提下，有效降低散热装置的重量、成本；散热片与散热槽为过盈配合以使散热片卡止在散热槽中，散热片与安装座的散热槽壁直接贴附，接触面大，且中间不存在热阻材料，LED芯片产生的热量通过底座直接传递给紧贴的散热片，热传递快，散热快，相比同样的散热效果的产品，体积小，重量轻，便于灯具设计、安装。
所述的凸筋平行或放射状排布于底座的背面。采用相配的模具，当模具压凸筋两侧使散热槽宽度变窄而夹持散热片，一次便可夹紧所有的散热片。
所述的底座的上表面为LED芯片承载面，其上方设复数个与LED芯片相配的导电区，LED芯片之间以串联、并联或串并联结合方式电连接。一导电区放一LED芯片。
所述的导电区包括置LED芯片区及连线区，所述的置LED芯片区的面积大于LED芯片面积，所述的导电区与底座之间电绝缘，导电区之间电绝缘。导电区的面积应大于安放在它上面的芯片面积，以利散热，连线区用于接线，使LED芯片相连接。若底座为导电体，则需要导电区与底座之间设绝缘层，用于LED芯片之间绝缘，若散热底座由不导电的高导热的材料制成，则可不设绝缘层，在散热底座上直接制作导电区和电极引出区即可。
所述的LED芯片承载面的外周设有高于LED芯片的围框。围框便于透光介质层的涂布，防止外溢，因围框高于LED芯片，可有效防止LED芯片在制作、使用、运输过程中损坏。
所述的LED芯片上方覆有光学材料层或光转换材料层。以满足生产不同光色光源的要求，例如在发蓝光的芯片上覆荧光粉，就可以做成白光LED。
所述LED光源模块还包括驱动电源，所述的底座上设有与LED芯片电连接的电极引出区，所述的驱动电源与电极引出区电连接。驱动电源与LED光源相匹配，装配完成的光源模块，接入电源便可工作，一旦光源损坏，只需更换光源便可，不必丢弃整灯，节约资源，利于环保。
有益效果：
1、极大地简化了LED灯具的生产，降低了LEDD灯具生产的难度，采用了本技术制作的模块，灯具生产厂就无需考虑散热等难题，只要设计制作一个合适的外壳就可以，而这是绝大多数灯具厂都能做到的。
2、因为模块采用了电绝缘材料-塑料做壳体，使用安全性大大提高，替代现有技术中制作的LED总带有起散热作用的金属外壳，消除金属导电的安全隐患。
3、有利于提高产品质量。底座上表面作为LED芯片的承载体，下部作为散热装置，大幅度地简化了制灯的工艺流程，免去了LED光源焊接或以其它方式安装到单独的散热器上的工序，消除了LED光源与散热器间的热阻，降低整体热阻，提高工作可靠性，保证了LED的寿命，更不会发生因两者之间接触不良，导热不好，以致损坏LED的情况发生，且LED光源模块相比同样散热效果的产品，体积小、重量轻，便于灯具设计、安装。
4、便于实现产品标准化、系列化、产业化的批量生产，在本技术中“带散热装置的光源”是标准化、系列化的产品，光源和外壳的安装简单，易于实现标准化、系列化的批量生产
5.有利于整灯效率的提高，特别是对功率在10W以下的灯效率有较大幅度的提高。目前功率在10W以下的LED驱动电压多在12V以下，而电流往往达到几百毫安，如此驱动电源的效率很难做高。一般只能做到50％-60％。应用本方法可以把电压提高到100V以上，而电流仅几十毫安，驱动电源的效率很容易做到80％以上，大大提高了整灯效率。
【附图说明】
图1是LED光源俯视结构示意图；
图2是LED光源另一结构俯视结构示意图；
图3是LED光源主视结构示意图；
图4是本实用新型爆破结构示意图；
图5是本实用新型装配结构示意图；
图6是LED球泡灯结构示意图。
【具体实施方式】
以下结合说明书附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明。
如图4、5所示，本实用新型包括LED光源、用于容纳LED光源的壳体5，如图1-3所示，LED光源包括底座1、设于底座1上表面的复数个LED芯片3，底座1下部延伸有凸筋11，凸筋11的中间开设有散热槽12；壳体5为绝缘的塑料件，其上开设2个以上的透气孔51。凸筋11截面呈梯形、矩形或渐开线齿形，散热槽12中插接散热片2，散热槽12与散热片2过盈配合以使散热片2卡止在散热槽12中，为加强对散热片2的固定，可在散热片2的下端增设一与底座1连接的固定板15，固定板15相应设与散热片2相配的插接槽，如图4所示。凸筋11平行或放射状排布于底座1的背面。底座1的上表面为LED芯片承载面13，其上方设复数个与LED芯片3相配的导电区4，LED芯片3之间以串联、并联或串并联结合方式电连接。导电区4包括置LED芯片区41及连线区42，置LED芯片区41的面积大于LED芯片3面积，导电区4与底座1之间电绝缘，导电区4之间电绝缘。LED芯片承载面13的外周设有高于LED芯片3的围框7。LED芯片3上方覆有光学材料层或光转换材料层。底座1及塑料壳体5通过连接装置相连，连接装置可为延伸于底座1或/和固定板15外侧的凸耳1414，壳体5内腔对应设有与凸耳1414相配的限位槽52用于限位以防止底座1在腔内转动，及位于限位槽52中的凸点用于卡止凸耳14以防止底座1插接后脱落，如图4所示；连接装置也可为螺钉10，如图5所示，在底座1侧面设螺孔，螺钉10穿过壳体5与螺孔连接，为增加壳体5的强度，可加厚壳体5设孔处的壁厚。LED光源模块还包括驱动电源9，底座1上设有与LED芯片3电连接的电极引出区43，驱动电源9与电极引出区43电连接。
LED光源模块制作方法包括以下步骤：
1)底座1加工步骤，制造带凸筋11的底座1；
2)散热槽12加工步骤，找正定位底座1后，用机加工的方式在凸筋11上开对应的散热槽12，散热槽12的宽度略大于散热片2厚度；
3)插接散热片2步骤，将散热片2插入散热槽12中；
4)变形夹紧步骤，对凸筋11两侧施压，使散热槽12向内变形，使散热片2卡止在散热槽12中；
5)导电区4加工步骤，若底座1为导电体，则在底座1的LED芯片承载面13上设绝缘层6，并在绝缘层6上覆设导电层，导电层经腐蚀后形成导电区4及电极引出区43；若底座1为绝缘体，则直接在的底座1覆设导电层后经腐蚀形成导电区4及电极引出区43；
6)设围框7步骤，底座1LED芯片承载面13外周设围框7，采用直接粘接或卡接的方式连接；
7)LED芯片3粘结、连线步骤，将LED芯片3覆于导电区4上，并通过导线将LED芯片3与电极引出区43相连；
8)覆层步骤，在围框7内的表面上覆有光学材料层或光转换材料层，完成LED光源的制作；
9)装配步骤，将完成的带散热装置的LED光源装配至壳体5中，至此完成模块的制作。
用一种高导热材料制作底座1，最常用的材料就是合金铝，也可以用非金属材料，例如碳纳米材料。底座1的形状可以是圆形、多边形等。底座1的一个面为芯片承载面13，其为一平面。如果该底座1的材料是铝，那么可以按照一般制作铝基线路板的工艺，把它制成一种特殊的新颖的带有散热凸筋11的铝基线路板，即先在基本平的一面上做上绝缘层6，再覆上导电层，然后把导电层制成设计好的图形。底座1的LED芯片承载面13上的每一个小区是一个独立的导电区4，它和铝质的底座1绝缘，也和相邻的导电区4绝缘，导电区4的面积有两部分：一部分用于放置芯片3，为置LED芯片区41，面积较大，另一部分面积较小，为连线区42，用于接线以向芯片3底部供电。图2中，电极引出区43供芯片3电连结的终端和外驱动电源9连接之用。芯片3的面积可以从8mil×8mil到50mil×50mil，对功率不大的可以用8mil×8mil或12mil×12mil芯片3。对功率很大的可以用40mil×40mil，甚至更大芯片3。芯片3数量可以从几个到几十个甚至100多个。导电区4的面积、形状和个数由采用的芯片3种类和数量而定，导电区4的面积应大于安放在它上面的芯片3面积，且尽可能大，以利散热。电极引出区43的设计以便于芯片3之间的电连接而定，芯片3通过连接线8与电极引出区43相连，而电极引出区43与驱动电源9相连，从而实现驱动电源9向芯片3供电。如果散热底座1为不导电且高导热的材料制成，那就可以省去绝缘层6，在散热底座1上直接制作导电区4和电极引出区43。在导电区4和电极引出区43的外围加上一围框7，便于透光介质层的涂布和对芯片3的保护。这样就成了一种全新的具备了散热功能的适合集成封装的LED底座1。
LED芯片3的安装、接线制作，把LED芯片3粘结或焊接到置LED芯片区41上，每一置LED芯片区41上安放一个芯片3，然后在芯片3之间进行电连接。它们之间可以串联、并联或串并结合。对于平面结构的LED芯片3，因为芯片3的正、负电极都在芯片3的上表面，芯片3之间的电连接十分方便。无论是串联、并联或先串联成几组再加以并联都无困难，如图1所示。如果用的是垂直结构的芯片3，则要用导电的物质，例如焊锡、银浆。把芯片3安装到导电区4上，导电区4上面积较小的部分连线区42就成了芯片3底面电极的引出线，就可以通过它来进行电连接。图2画出了一种用垂直结构芯片3电连接的示意图。底座1面积的大小、所含凸筋11的多少和高度根据需要制作的LED的功率而定。在功率非常小的情况下，可以不插散热片2，而在功率较大的情况下，为改善散热，提高产品性能同时减小体积和重量，在凸筋11顶部开的散热槽12中插入纳米碳片(也可以是其它的高散热材料薄片)。可以用此系列产品中功耗最大的来设计散热，定型以后可以通过选择芯片3的大小来调整功率，所以便于标准化、系列化。
在本实用新型中一个LED中所包含的LED芯片3可以是发单一波长光的，也可以是多种发不同波长光的LED芯片3组合在一起制成一个LED。调整通过每一种光色的LED芯片3的电流，就可以让LED发出数百种的光色，实现智能化照明。
对于已确定的LED光源，配上合适的恒流驱动电源9，就可以工作了。图6是用本实用新型装配灯罩、灯座后制作而成的一个LED球泡灯。
以上图1-6所示的带散热装置的LED光源模块是本实用新型的具体实施例，已经体现出本实用新型实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本实用新型的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (10)

1.带散热装置的LED光源模块，包括LED光源、用于容纳LED光源的壳体(5)，所述的LED光源包括底座(1)、设于底座(1)上表面的复数个LED芯片(3)，其特征在于：所述的底座(1)下部延伸有凸筋(11)，所述凸筋(11)的中间开设有散热槽(12)；所述的壳体(5)为绝缘的塑料件，其上开设2个以上的透气孔(51)。
2.根据权利要求1所述的带散热装置的LED光源模块，其特征在于：所述的底座(1)和塑料壳体(5)通过连接装置相连。
3.根据权利要求2所述的带散热装置的LED光源模块，其特征在于：所述的连接装置包括延伸于底座(1)外侧的凸耳(14)，所述的壳体(5)内腔对应设有与凸耳(14)相配的限位槽(52)用于限位以防止底座(1)在腔内转动，及位于限位槽(52)中的凸点用于卡止凸耳(14)以防止底座(1)插接后脱落。
4.根据权利要求2所述的带散热装置的LED光源模块，其特征在于：所述的连接装置包括螺钉(10)，所述的底座(1)侧面设螺孔，所述的螺钉(10)穿过壳体(5)与螺孔连接。
5.根据权利要求1-4任意权利要求所述的带散热装置的LED光源模块，其特征在于：所述的凸筋(11)截面呈梯形、矩形或渐开线齿形，所述的散热槽(12)中插接散热片(2)，散热槽(12)与散热片(2)过盈配合以使散热片(2)卡止在散热槽(12)中。
6.根据权利要求5所述的带散热装置的LED光源模块，其特征在于：所述的凸筋(11)平行或放射状排布于底座(1)的背面。
7.根据权利要求6所述的带散热装置的LED光源模块，其特征在于：所述的底座(1)的上表面为LED芯片承载面(13)，其上方设复数个与LED芯片(3)相配的导电区(4)，LED芯片(3)之间以串联、并联或串并联结合方式电连接。
8.根据权利要求7所述的带散热装置的LED光源模块，其特征在于：所述的导电区(4)包括置LED芯片区(41)及连线区(42)，所述的置LED芯片区(41)的面积大于LED芯片(3)面积，所述的导电区(4)与底座(1)之间电绝缘，导电区(4)之间电绝缘。
9.根据权利要求8所述的带散热装置的LED光源模块，其特征在于：所述的LED芯片承载面(13)的外周设有高于LED芯片(3)的围框(7)，在所述的围框(7)内覆有光学材料层或光转换材料层。
10.根据权利要求9所述的带散热装置的LED光源模块，其特征在于：所述LED光源模块还包括驱动电源(9)，所述的底座(1)上设有与LED芯片(3)电连接的电极引出区(43)，所述的驱动电源(9)与电极引出区(43)电连接。
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