CN207074667U - 高铁专用led远光灯 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种高铁专用LED远光灯，属于LED特种照明及封装技术领域。该高铁专用LED远光灯包括：铜散热基板、通过锡膏焊接于铜散热基板正面的AlN陶瓷倒装光源、安装于铜散热基板反面的散热器、包覆AlN陶瓷倒装光源的硅胶透镜以及设置于硅胶透镜上方的自由曲面透镜；AlN陶瓷倒装光源包括AlN陶瓷基板、P电极和N电极分别通过锡膏焊接于AlN陶瓷基板的LED倒装晶片、包覆LED倒装晶片的荧光粉层以及包覆荧光粉层的硅胶层；AlN陶瓷基板为DPC工艺双面板；硅胶透镜用于将AlN陶瓷倒装光源面光源120°出光角缩小为90°出光角，自由曲面透镜用于将工作光线修正为平行光线。本实用新型提供的LED远光灯具备导热效率高、出光角度小，出光密度大的优点，完全满足高铁列车的照明需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及LED特种照明及封装技术领域，特别涉及一种高铁专用LED远光灯。
背景技术
在国家高铁走向世界之际，高铁列车车头大灯的生产也逐渐成为各大LED厂商角逐的焦点。
高铁列车车头大灯的使用环境较为复杂，高铁列车车头大灯所发出的光束要求在1km的投光范围依然能产生15lux的中心照度，这对LED光源及应用设计方案无疑提出了挑战。
从LED封装光源层面上来讲，现有技术提供的列车车头大灯通常采用以下设计方案：1、多颗大功率模组光源与组合透镜搭配进行光学处理配光，从而有效解决散热问题和实现高光通量，但是单颗透镜配出来的光线存在独立的光束角，在远程投光上应用必定会造成大光束角输出，降低聚光度，导致车灯的中心照度降低，从而加重产品设计的成本；2、采用垂直白光芯片模组，使用垂直芯片可有效提高远程投光的中心照度，但由于芯片结构设计须采用银胶固晶工艺，线路设计困难，很容易导致产品产生热效率较高，光输出较低，难以实现小出光面，大光输出密度的要求。
发明内容
为解决现有技术存在的相关问题，本实用新型提供了一种高铁专用LED远光灯。
根据本实用新型实施例的一个方面，提供一种高铁专用LED远光灯，包括：
铜散热基板、通过锡膏焊接于所述铜散热基板正面的AlN陶瓷倒装光源、安装于所述铜散热基板反面的散热器、包覆所述AlN陶瓷倒装光源的硅胶透镜以及设置于所述硅胶透镜上方的自由曲面透镜；
其中，所述AlN陶瓷倒装光源包括AlN陶瓷基板、P电极和N电极分别通过锡膏焊接于所述AlN陶瓷基板的LED倒装晶片、包覆所述LED倒装晶片的荧光粉层以及包覆所述荧光粉层的硅胶层；
所述AlN陶瓷基板为DPC工艺双面板；
所述硅胶透镜用于对所述AlN陶瓷倒装光源发出的工作光线进行二次光学处理，将面光源120°出光角缩小为90°出光角，所述自由曲面透镜用于将所述二次光学处理后的工作光线修正为平行光线。
可选的，所述铜散热基板为导热效率为240W/℃的红铜基板，所述铜散热基板的厚度为3.0mm。
可选的，所述AlN陶瓷基板为导热效率为170W/℃的AlN基板，厚度为0.635mm。
可选的，所述AlN陶瓷倒装光源通过锡膏印刷工艺焊接于所述铜散热基板正面，所述LED倒装晶片的P电极和N电极通过锡膏印刷工艺焊接于所述AlN陶瓷基板，二次焊接的焊接方式均为回流焊方式，焊接时所采用的锡膏的导热效率均为55W/℃，焊接厚度为30-60um。
可选的，所述LED倒装晶片的最大驱动电流为700MA。
可选的，所述高铁专用LED远光灯还包括电源驱动模块，所述电源驱动模块与所述AlN陶瓷倒装光源电连接。
可选的，所述铜散热基板的两侧对应设置有连接端子。
本实用新型的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
通过将LED倒装晶片直接固晶于AlN陶瓷基板上，使得油墨开窗精确度更高，覆晶工艺直通率比现有技术提供的基板要高出10%-20%，采用锡膏焊接工艺，可有效避免了银胶导热相对低下，且高温下不稳定的问题；AlN陶瓷基板为DPC工艺双面板，所采用的双面覆铜工艺在高温状态下，依然能够保证高速有效的热量传导，使得LED倒装晶片产生的高热量直接从电极导入AlN陶瓷基板，再由铜散热基板将热量吸出，传递给散热器；此外，本实用新型采用锡膏替代助焊剂，无需选用AU/SN合金，降低了生产成本；采用单颗光源出光密度更高，配光更简单，轻易实现远程小角度投光，可解决多颗光源远程投光的配光角度问题。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本实用新型。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并于说明书一起用于解释本实用新型的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种高铁专用LED远光灯的示意图。
图2是根据一示例性实施例示出的一种预设指纹数据库的示意图。
图3是根据一示例性实施例示出的连接端子在铜散热基板的安装示意图。
图4是根据一示例性实施例示出的一种高铁专用LED远光灯主要构成件连接方式及热结构示意图。
图5是根据一示例性实施例示出的一种高铁专用LED远光灯的光学构成件及光结构示意图。
图6是根据一示例性实施例示出的一种高铁专用LED远光灯中AlN陶瓷倒装光源的结构示意图。
图7是根据一示例性实施例示出的一种高铁专用LED远光灯的二次散热结构件及热结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
请参考图1，其示出了根据一示例性实施例示出的一种高铁专用LED远光灯的示意图，该高铁专用LED远光灯包括：
铜散热基板10、通过锡膏焊接于所述铜散热基板10正面的AlN陶瓷倒装光源20、安装于所述铜散热基板10反面的散热器30、包覆所述AlN陶瓷倒装光源20的硅胶透镜40以及设置于所述硅胶透镜40上方的自由曲面透镜50。
其中，所述AlN陶瓷倒装光源20包括AlN陶瓷基板21、P电极和N电极分别通过锡膏焊接于所述AlN陶瓷基板21的LED倒装晶片22、包覆所述LED倒装晶片22的荧光粉层23以及包覆所述荧光粉层的硅胶层24。
所述AlN陶瓷基板21为DPC（Direct plating copper，直接镀铜）工艺双面板。
可选的，所述AlN陶瓷基板21为导热效率为170W/℃的AlN基板，厚度为0.635mm。
需要说明的是，DPC工艺双面板的设计可以有效缩短导热通道，导热更快。
所述硅胶透镜40用于对所述AlN陶瓷倒装光源20发出的工作光线进行二次光学处理，将面光源120°出光角缩小为90°出光角，所述自由曲面透镜50用于将所述二次光学处理后的工作光线修正为平行光线。
可选的，所述AlN陶瓷倒装光源20通过锡膏印刷工艺焊接于所述铜散热基板10正面，所述LED倒装晶片22的P电极和N电极通过锡膏印刷工艺焊接于所述AlN陶瓷基板21，二次焊接的焊接方式均为回流焊方式，焊接时所采用的锡膏的导热效率均为55W/℃，焊接厚度为30-60um。
焊接时采用锡膏可以使得LED远光灯在长时间工作产生的高温下导热效率依旧稳定，所采用的二次回流焊工艺可以有效避开重融难题，解决光源稳定性问题。
可选的，所述铜散热基板10为导热效率为240W/℃的红铜基板，所述铜散热基板10的厚度为3.0mm。
铜散热基板10的选材为红铜基板，使得高温下铜散热基板10的导热效率也不会下降。
比如，铜散热基板10的原料可以采用红铜C194，其导热效率高于AlN陶瓷倒装光源20中AlN陶瓷基板21的导热效率，等同于吸热效应。
可选的，所述LED倒装晶片22的最大驱动电流为700MA。
可选的，所述高铁专用LED远光灯还包括电源驱动模块60，所述电源驱动模块60与所述AlN陶瓷倒装光源20电连接。
电源驱动模块60用于给AlN陶瓷倒装光源20提供驱动电流，从而使得高铁专用LED远光灯能够正常工作，电源驱动模块60与AlN陶瓷倒装光源20的简单连接电路可以如图2所示。
需要说明的是，本实用新型的主要创新点在于对传统LED远光灯的结构上的改变，对于AlN陶瓷倒装光源20与电源驱动模块60的连接电路以及AlN陶瓷倒装光源20中LED倒装晶片22的安装电路仅作说明，具体连接电路可使用现有技术提供的电源驱动与LED灯之间的连接电路。
可选的，所述铜散热基板10的两侧对应设置有连接端子70。
连接端子70为整体应用方案提供了便捷简单连接方式，该连接端子70在铜散热基板10的安装示意图可以如图3所示。
为了更好地对本实用新型实施例提供的高铁专用LED远光灯进行说明，示出如图4所示的高铁专用LED远光灯主要构成件连接方式及热结构示意图。
在图4中，LED倒装晶片22共晶于AlN陶瓷基板21，通过沉积封装成为300w的AlN陶瓷倒装光源20，获得光效为110LM/W，超出现有高密度光源所产生的光通量20%；AlN陶瓷倒装光源20通过锡膏焊接于铜散热基板10，从而将光源产生的巨大热量垂直低热阻传递出，并释放于散热器30，如此一体高效化的热传递方式，可轻松解决光源散热难题。
此外，为了更好地对本实用新型实施例提供的高铁专用LED远光灯的光学构成件及光结构进行说明，还示出图5所示的高铁专用LED远光灯的光学构成件及光结构示意图。
在图5中，AlN陶瓷倒装光源20与散热器30组装完毕后，搭配硅胶透镜40对AlN陶瓷倒装光源20工作时发出的工作光线进行二次光学处理，从而将面光源120度出光角缩小为90度出光角，使工作光线更为集中，再搭配自由曲面透镜50将工作光线平行（或极小角度）射出，最终实现1000m投光，中心光强超过15lux。
为了更好地对本实用新型实施例提供的高铁专用LED远光灯中AlN陶瓷倒装光源20进行说明，特示出图6所示的高铁专用LED远光灯中AlN陶瓷倒装光源20的结构示意图。
在图6中，大功率的LED倒装晶片22的P电极、N电极通过锡膏印刷工艺焊接在AlN陶瓷基板21上，其中，倒装焊接方式为回流焊方式，通过回流焊炉将LED倒装晶片22的P电极和N电极分别与印刷于AlN陶瓷基板21上的锡膏进行焊接，锡膏的厚度为30um-60um，再在LED倒装晶片22的表面沉积荧光粉形成荧光粉层23，最后采用有机硅胶包覆荧光粉层23形成硅胶层24进行保护密封。
需要说明的是，在图6示出的AlN陶瓷倒装光源20中，LED倒装晶片22产生的热量传导过程均为垂直传导，比如，LED倒装晶片22在正常工作时，LED倒桩晶片22产生的热量分别P电极和N电极垂直传导至锡膏，再从锡膏垂直传导至AlN陶瓷基板21。
本实用新型从热量产生及传导的过程进行精确的计算，已满足本实用新型提供的技术方案的稳定性。其中，LED倒装晶片22采用40mil倒装晶片，晶片1000MA驱动结温度为150℃，本实用新型为了使提供的AlN陶瓷倒装光源20的光通量能达到高铁列车的使用要求，将LED倒装晶片22的驱动电流设置为最大700MA，所产生的瞬间热量为300*0.6*1.2*0.7=151.2W，晶片焊盘为0.825*0.288*2=0.4752平方毫米， LED倒装晶片22所产生的在锡膏范围的热传导量为151.2/0.4752=318W，锡膏导热效率为55W/℃，则280个焊点的面积约为66平方毫米，在满足瞬间散热的情况下锡膏所面临的温度为110℃+25℃=135℃，AlN陶瓷基板21的导热效率为170W/℃，AlN陶瓷基板21厚度为0.635mm，解热为81平方毫米20W（120℃），那么解320W所需的AlN陶瓷基板21面积为1296平方毫米，本实用新型综合AlN裁板标准选用尺寸40*35=1400平方毫米，留有一定余量，且不增加成本。AlN陶瓷基板21采用双面DPC工艺，表面导热性高且耐高温油墨，为光源获得更高光效提供基础。
本实用新型还示出了本实用新型实施例提供的高铁专用LED远光灯的二次散热结构件及热结构示意图，如图7所示。
在图7中，AlN陶瓷倒装光源20通过锡膏印刷工艺焊接于铜散热基板10的裸铜区域，其中，AlN陶瓷倒装光源20中AlN陶瓷基板21经过网格纹的DPC工艺处理，表面经过镀银处理增强了可焊性能，使得AlN陶瓷基板21能够与铜散热基板10的裸铜区域进行“零热阻”焊接，焊接后锡膏的厚度为30um-60um，保证了焊接质量以及热传导效率；铜散热基板10的选材为红铜C194，导热效率为240 W/℃，大于AlN陶瓷基板21的导热效率，等同于吸热效应，铜散热基板10的厚度为3.0mm，铜散热基板10与AlN陶瓷基板21的外观比例为1.5：1作为最佳散热效果组合，从而充分保障AlN陶瓷基板21的热量被充分传递，其中，图7中的箭头方向为AlN陶瓷倒装光源20向铜散热基板10进行热传递的方向，传递方式为垂直传递。
综上所述，本实用新型提供的高铁专用LED远光灯，通过将LED倒装晶片直接固晶于AlN陶瓷基板上，使得油墨开窗精确度更高，覆晶工艺直通率比现有技术提供的基板要高出10%-20%，采用锡膏焊接工艺，可有效避免了银胶导热相对低下，且高温下不稳定的问题；AlN陶瓷基板为DPC工艺双面板，所采用的双面覆铜工艺在高温状态下，依然能够保证高速有效的热量传导，使得LED倒装晶片产生的高热量直接从电极导入AlN陶瓷基板，再由铜散热基板将热量吸出，传递给散热器；此外，本实用新型采用锡膏替代助焊剂，无需选用AU/SN合金，降低了生产成本；采用单颗光源出光密度更高，配光更简单，轻易实现远程小角度投光，可解决多颗光源远程投光的配光角度问题。
本实用新型提供的的高铁专用LED远光灯具有良好的耐高温性能以及持久的高光输出效率，LED倒装晶片及荧光粉层所产生的热量直接从电极通过锡膏导入AlN陶瓷基板，再通过二次散热结构将热量导出。
本实用新型的光组合件，工艺简单，成本低廉，且光效高。
本实用新型的二次锡膏焊接均采用印刷工艺，无锡膏重融问题，大大增强光源稳定性。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高铁专用LED远光灯，其特征在于，包括：
铜散热基板、通过锡膏焊接于所述铜散热基板正面的AlN陶瓷倒装光源、安装于所述铜散热基板反面的散热器、包覆所述AlN陶瓷倒装光源的硅胶透镜以及设置于所述硅胶透镜上方的自由曲面透镜；
其中，所述AlN陶瓷倒装光源包括AlN陶瓷基板、P电极和N电极分别通过锡膏焊接于所述AlN陶瓷基板的LED倒装晶片、包覆所述LED倒装晶片的荧光粉层以及包覆所述荧光粉层的硅胶层；
所述AlN陶瓷基板为DPC工艺双面板；
所述硅胶透镜用于对所述AlN陶瓷倒装光源发出的工作光线进行二次光学处理，将面光源120°出光角缩小为90°出光角，所述自由曲面透镜用于将所述二次光学处理后的工作光线修正为平行光线。
2.根据权利要求1所述的高铁专用LED远光灯，其特征在于，所述铜散热基板为导热效率为240W/℃的红铜基板，所述铜散热基板的厚度为3.0mm。
3.根据权利要求1所述的高铁专用LED远光灯，其特征在于，所述AlN陶瓷基板为导热效率为170W/℃的AlN基板，厚度为0.635mm。
4.根据权利要求1所述的高铁专用LED远光灯，其特征在于，所述AlN陶瓷倒装光源通过锡膏印刷工艺焊接于所述铜散热基板正面，所述LED倒装晶片的P电极和N电极通过锡膏印刷工艺焊接于所述AlN陶瓷基板，二次焊接的焊接方式均为回流焊方式，焊接时所采用的锡膏的导热效率均为55W/℃，焊接厚度为30-60um。
5.根据权利要求1所述的高铁专用LED远光灯，其特征在于，所述LED倒装晶片的最大驱动电流为700MA。
6.根据权利要求1所述的高铁专用LED远光灯，其特征在于，所述高铁专用LED远光灯还包括电源驱动模块，所述电源驱动模块与所述AlN陶瓷倒装光源电连接。
7.根据权利要求1所述的高铁专用LED远光灯，其特征在于，所述铜散热基板的两侧对应设置有连接端子。
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|---|---|---|---|
| CN201720868482.1U CN207074667U (zh) | 2017-07-18 | 2017-07-18 | 高铁专用led远光灯 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107316933A (zh) * | 2017-07-18 | 2017-11-03 | 中山市圣上光电科技有限公司 | 高铁专用led远光灯 |
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2017
- 2017-07-18 CN CN201720868482.1U patent/CN207074667U/zh active Active
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Legal Events
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| CP02 | Change in the address of a patent holder |
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| TR01 | Transfer of patent right |
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