Led燈的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)、照明技術(shù)、COB封裝技術(shù)。它通過一種合適的電路結(jié)構(gòu)，把多顆芯片串聯(lián)形成芯片陣列來適應(yīng)高電壓直接驅(qū)動LED燈，克服了目前的LED燈驅(qū)動器體積大、難以把它嵌入燈頭內(nèi)的問題，實現(xiàn)了LED燈小型化、標(biāo)準(zhǔn)化、低價化的要求；本發(fā)明運用一種COB封裝技術(shù)，把芯片(23)均勻地固化到線路板(22)上，分散了發(fā)熱點，擴(kuò)大了散熱面，較好地解決了LED燈的散熱問題；本發(fā)明通過模型固化技術(shù)，使骨架(21)、線路板(22)、芯片(23)、膠層(24)有機(jī)固化在一起，形成一個光滑透明的圓柱形燈管(13)，達(dá)到燈管牢固、絕緣安全、光滑美觀、且能向四周360度范圍發(fā)射光線效果。
【專利說明】LED燈
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明采用裸芯片作為發(fā)光源材料，以印刷電路板為基板，以COB封裝工藝為制造工藝，以多顆芯片同向串聯(lián)以適應(yīng)市電高電壓驅(qū)動，從而制作的圓柱形狀的固態(tài)二極管節(jié)能燈。它是半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)、照明技術(shù)、及COB封裝技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)品。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體照明亦稱固態(tài)照明，是指用固態(tài)發(fā)光器件作為光源的照明，具有耗電量少、壽命長、色彩豐富、耐震動、可控性強(qiáng)等特點。
[0003]20世紀(jì)90年代以來，半導(dǎo)體照明技術(shù)不斷突破，應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)展。在指示、顯示領(lǐng)域的技術(shù)基本成熟，已得到廣泛應(yīng)用；在中大尺寸背光源領(lǐng)域的技術(shù)日趨成熟，市場占有率逐步提高；在功能性照明領(lǐng)域的技術(shù)剛剛起步，處于試點示范階段。此外，醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等特殊領(lǐng)域的半導(dǎo)體照明技術(shù)方興未艾。
[0004]從長遠(yuǎn)發(fā)展看，世界照明工業(yè)正在轉(zhuǎn)型，許多國家提出淘汰白熾燈、推廣節(jié)能燈計劃，將半導(dǎo)體照明節(jié)能產(chǎn)業(yè)作為未來新的經(jīng)濟(jì)增長點。隨著我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、發(fā)展方式轉(zhuǎn)變進(jìn)程的加快，半導(dǎo)體照明節(jié)能產(chǎn)業(yè)作為節(jié)能減排的重要措施迎來了新的發(fā)展機(jī)遇期。
[0005]雖然，LED燈開發(fā)方興未艾，但是LED燈生產(chǎn)須要解決三個問題:一是目前的LED燈普遍采用低壓直流驅(qū)動LED燈的方式，它把市電220V變壓后整流成低壓直流電供給LED燈，這種交流-直流變壓整流電源(簡稱:驅(qū)動器，下同)體積大、質(zhì)量大，不宜放入常用燈頭窄小空間內(nèi)；二是散熱瓶頸，要做成大功率LED燈，必須要先解決散熱問題，目前市場上的大功率LED燈都有一個體積較大的散熱裝置；三是價格高，由于驅(qū)動器及散熱裝置價格較高，所以整個LED燈價格很高，影響廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明采用沒有經(jīng)過封裝的發(fā)光二極管裸芯片(簡稱:芯片，下同)作為發(fā)光源，以印刷電路板(簡稱:線路板，下同)為基板，以COB封裝(C0B封裝即chip On board,就是將裸芯片用導(dǎo)電或非導(dǎo)電膠粘附在互連基板上，然后進(jìn)行引線鍵合實現(xiàn)其電連接)工藝為制造工藝，以多顆芯片同向串聯(lián)組成的芯片陣列以適應(yīng)市電高電壓驅(qū)動，從而制作的圓柱形狀的固態(tài)二極管節(jié)能燈-LED燈。它可直接用于市電螺口燈座上，無需其它驅(qū)動器，使用方便、安全、節(jié)能。
[0007]本發(fā)明所要解決的第一個技術(shù)問題是，如何解決笨重的驅(qū)動器問題，做到LED燈小而輕。目前的LED燈用驅(qū)動器驅(qū)動，這種驅(qū)動器存在以下問題:一是驅(qū)動器體積大而重，一般的難以放入窄小的燈頭空間內(nèi)，因此，大功率LED燈一般燈和驅(qū)動器分離，影響了在的普通燈座上的使用；二是驅(qū)動器相較于芯片易損壞，由于LED燈溫度較高，變壓器與電子元件易損壞，影響了整個LED燈的整體壽命；三是驅(qū)動器的成本很高，占LED燈成本一半。以上三點影響了 LED燈的廣泛應(yīng)用。因此，如何解決LED燈驅(qū)動器的問題，使LED燈能做到小、輕、省，是LED燈需要攻克的技術(shù)難題。[0008]本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題是，如何有效解決大功率LED燈的散熱問題。目前大功率LED燈發(fā)熱點集中，散熱采用特制的鋁散熱片的散熱裝置來解決散熱問題，這樣既增加了成本，又增加了 LED燈的體積。如何在不增加成本及體積的條件下，解決散熱問題是從事LED燈生產(chǎn)需要考慮的問題？
[0009]本發(fā)明所要解決的第三個技術(shù)問題是，如何延長LED燈的整體使用壽命。LED芯片其壽命一般在10萬小時，而目前LED燈其壽命只有4000至5000小時，其原因:一是驅(qū)動器壽命較短，影響了整體LED燈的使用壽命；二是有效散熱問題，由于目前大功率LED燈其發(fā)熱點(即發(fā)光點)集中，影響了有效散熱，如果不能有效解決LED燈的散熱問題，使芯片溫度超過安全值后，其安全電流區(qū)就會下降，這時供電電流應(yīng)相應(yīng)減小，否則會使光線衰減直至損壞。因些要延長LED燈的使用壽命，需要解決散熱、驅(qū)動器及電流穩(wěn)定與溫度補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)問題。
[0010]本發(fā)明所要解決的第四個技術(shù)問題是，如何做到此LED燈安全、牢固及美觀。由于本發(fā)明采用市電直接驅(qū)動LED燈，因此用電安全十分重要，在LED燈生產(chǎn)過程及使用過程中，必須要解決其安全技術(shù)，同時必須考慮LED燈的牢固性和美觀性。
[0011]本發(fā)明要解決的第五個問題是，如何用低成本制造出方便、實用的大功率LED燈。
[0012]因此，LED燈要廣泛應(yīng)用，需要解決重量、體積、壽命與價格這幾方面。本發(fā)明的解決方案如下:
[0013]本發(fā)明解決上述第一個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一是設(shè)計一個好的芯片陣列(指以多顆發(fā)光二極管芯片同向串聯(lián)來達(dá)到適應(yīng)市電高電壓驅(qū)動的芯片組，下同)，本發(fā)明設(shè)計二種電路圖(如圖3和圖4)，利用多顆芯片(23)串聯(lián)來適應(yīng)高壓電源，從而省略笨重的驅(qū)動器。串聯(lián)芯片數(shù)量由供電電壓、芯片特性及限流電阻值而定，可按公式來計算:n=(Vin-1R)/V，式中η為串聯(lián)的芯片(23)數(shù)量，Vin為供電電壓，1、V為芯片(23)的正常工作電流與工作壓降，R為串接限流模塊的總電阻。二是采用COB封裝技術(shù)制作燈管(13)，其COB封裝工藝如下:選擇芯片(23)為裸芯片，芯片(23)經(jīng)過固晶工藝，固定于置晶位置
(29)，然后經(jīng)過綁定工藝，使芯片(23)與線路板(22)進(jìn)行引線鍵合實現(xiàn)其電連接，然后在芯片(23)上點熒光膠工藝后完成一張燈面制作，然后把這張制作好的燈面粘附在圓柱形骨架(21)上，最后經(jīng)過模型固膠，使燈面外固化上一層透明光滑的膠面(24)。這種工藝制作的燈管(13)，其絕緣牢固、結(jié)構(gòu)緊湊、一致性好，并且制作效率高、制造成本低。
[0014]本發(fā)明解決上述第二個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，本發(fā)明采用均勻分散發(fā)熱點、增大散熱有效面積及合理的散熱構(gòu)造等技術(shù)解決LED燈的散熱問題。其方法一是，設(shè)計線路板(22)時，置晶位置(29)均勻分布于基板(22)上，如圖5所示，使發(fā)熱體(23)的發(fā)熱點在線路板(22)上均勻分布。二是線路板(22)采用薄的玻璃纖維板，并緊貼在金屬骨架
(21)上，芯片(23)所發(fā)出的熱量一部分透過基板(22)傳遞給金屬骨架(21)，由金屬骨架向管腔(25)并向空氣散發(fā)熱量。三是燈面外側(cè)固化一層約I至2ΜΜ厚的膠面(24)，該層采用熱傳導(dǎo)性好且絕緣、透明、耐高溫的硅膠固化而成，熱量通過該層也向空中散發(fā)熱量。這樣采用發(fā)熱點均勻布、增大內(nèi)外散熱面積，可有效改善散熱條件。
[0015]本發(fā)明解決上述第三個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，一是省略驅(qū)動器，這一技術(shù)方案在上述第一個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案中已論述；二是有效改善散熱條件，這一技術(shù)方案在上述第二個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案中已論述；三是增設(shè)了限流模塊，如圖3、圖4所示，每一個芯片陣列(27)在電路中均設(shè)限流模塊，限流模塊(26)它有一個固定限流電阻Rll及具有正溫度系統(tǒng)的熱敏電阻R12并聯(lián)或者串聯(lián)而成，當(dāng)LED燈內(nèi)部溫度高于芯片(23)的安全工作溫度時，熱敏電阻R12增大，使注入芯片(23)的電流減小，從而保護(hù)了芯片(23)因過流而損壞。以上三種方案均確保LED燈壽命的延長。
[0016]本發(fā)明解決上述第四個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，骨架(21)采用金屬材料制成，形狀為圓柱狀，內(nèi)空，它既作為散熱閑置又支承燈管的作用，線路板(22)緊粘骨架(21)上，線路板(22)及芯片(23)外固化上一層透明的、高硬度的膠層(24)，形成圓柱形燈管(13)。這樣的工藝使燈管(13)牢固，光束360度向四周發(fā)散，由于膠層(24)對整個燈管封膠，因此其絕緣性、密封性很好，安全性也很高，能防震，易于各種環(huán)境下應(yīng)用。
[0017]本發(fā)明解決上述第五個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，一是省略了驅(qū)動器，這一技術(shù)方案在上述第一個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案中已論述。二是增加芯片(23)在線路板(22)上的密度，由于芯片(23)面積很小，線路板(22)可以設(shè)計多組芯片陣列(27)，可達(dá)到LED燈的功率成倍增大。三是采用先進(jìn)的COB封工藝，使制造成本下降，實現(xiàn)了用低成本制造出方便、實用的大功率LED燈。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:一是本發(fā)明能夠做到體積小，重量輕、使用方便。目前市場上的LED燈均由驅(qū)動器驅(qū)動，且有特制的散熱裝置，驅(qū)動器和燈管往往分離，給使用者帶來較大不便，而本發(fā)明因省去驅(qū)動器，發(fā)熱點分散，且散熱結(jié)構(gòu)合理，整個LED燈結(jié)構(gòu)如目前的節(jié)能熒光燈大小，能夠在現(xiàn)有的燈座上使用。二是本發(fā)明采用了 COB封裝工藝，使多顆芯片易于組成芯片陣列(27)，可利用市電高壓驅(qū)動芯片(23)，省略了高壓經(jīng)過變壓器變成低壓的電路(即驅(qū)動器)，制造成本大大下降。三是采用芯片(23)均勻分布于線路板(22)上，使發(fā)熱點分散，改進(jìn)了目前的LED燈其發(fā)光點集中的缺點，散熱效果大大提高，省略了特制的散熱裝置。四是采用了整個燈管(13)固化一層堅硬透明的膠層(24)，絕緣性能很好，既牢固、防震，又安全、美觀、不怕高溫與低溫。五是工藝先進(jìn)，目前圓柱形LED燈制作工藝基本上以已經(jīng)封裝好的發(fā)光二極管(草帽LED或帖片LED)作為發(fā)光單元，焊在線路板上，然后一片片拼接成圓柱形，因此，它體積大，外表看起來是一個個發(fā)光二極管；而本發(fā)明的工藝是利用裸芯片(23)作為發(fā)光基材，采用COB封裝工藝技術(shù)，膠層
(24)固化于整個燈管表面，整個燈管(13)成了一個光滑的圓柱狀。本發(fā)明具備了 LED燈體積小、重量輕、安全、美觀、牢固、使用方便且價格低的特性，如圖1所示。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明LED燈實物圖。
[0020]圖2為本發(fā)明的局部剖視圖和截面圖。A-A為垂直于燈管軸心的截面圖，B-B為經(jīng)過燈管軸心的局部剖面圖。
[0021]圖3為本發(fā)明所采用的電路原理圖。
[0022]圖4為本發(fā)明的采用的電路原理圖。
[0023]圖5為本發(fā)明按圖3繪制的線路圖(按一組芯片陣列繪制)。
[0024]圖6為本發(fā)明的線路板(22)經(jīng)過固晶、綁定、點膠后形成的燈面示意圖。
[0025]圖7為本發(fā)明的制作流程圖
[0026]圖中:[0027]11-燈頭，是LED燈與燈座連接部；
[0028]12-燈身，連接燈頭和燈管，內(nèi)腔安置LED燈的限流模塊和整流模塊；
[0029]13-燈管，是LED燈的主要部分，加電后燈管發(fā)光；
[0030]21-骨架，金屬材料，中空，起到支承燈管及散熱用。
[0031]22-線路板，按照圖3或圖4在該板上刻制電路。
[0032]23-芯片，它為發(fā)光二極管裸芯片
[0033]24-膠層，在圓柱形線路板外固化一層透明、絕緣、堅硬光滑膠面，起保護(hù)作用。
[0034]25-骨架內(nèi)空腔，起燈管散熱用；
[0035]26-限流模塊，它與芯片陣列(27)串聯(lián)，起到限流及溫度補(bǔ)償作用。
[0036]27-芯片陣列，由多個芯片(23)在線路板(22)上串聯(lián)而成，以適應(yīng)高電壓供電。
[0037]28-整流模塊，給按圖4進(jìn)行設(shè)計的線路板提供高壓直流電。
[0038]29-置晶位置，放置芯片(23)的地方，芯片通過引線鍵合實現(xiàn)與線路板電連接；
[0039]30-線路板(22)上的導(dǎo)電金屬線；
[0040]31-線路板(22)的電源引入點。
【具體實施方式】
[0041]本發(fā)明LED燈實物圖1包括燈頭11、燈身12、燈管13三大部分。
[0042]本發(fā)明的燈頭(11)用于LED燈與外界燈座電源連接。
[0043]本發(fā)明的燈身(12)連接燈頭(11)和燈管(13)，內(nèi)置限流模塊(26)和整流電路
(28)。
[0044]本發(fā)明的燈管(13)它包括燈管骨架(21)、線路板(22)、芯片(23)、膠層(24)，燈管內(nèi)腔(25)。
[0045]本發(fā)明的骨架(21)用于支承線路板(22)及散熱作用，由金屬材料制成。
[0046]本發(fā)明的線路板(22)由厚約0.15mm的絕緣而耐高溫的玻璃纖維作基板。
[0047]本發(fā)明的芯片(23)是一種發(fā)光二極管裸芯片,它加電會發(fā)光發(fā)熱。
[0048]本發(fā)明的膠層(24)是由一種透明的、導(dǎo)熱性及絕緣性好的硅膠經(jīng)模型固化而
O O
[0049]本發(fā)明的限流模塊(26)，由一個固定電阻Rll和具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻并聯(lián)或串聯(lián)組成，當(dāng)腔內(nèi)溫度上升時，其電阻值增大，使得流經(jīng)芯片陣列I的電流下降，芯片發(fā)熱下降，保護(hù)芯片免被損壞。
[0050]本發(fā)明的芯片陣列(27)，它由多顆芯片(23)串聯(lián)組成，線路板可設(shè)計I組或多組芯片陣列(27)，從而改變燈的功率大小。
[0051]本發(fā)明的高壓整流電路(28)，它經(jīng)過高壓整流后，通過電容(C1、C2、C3)、電感(L)的容抗濾波，把脈動的直流電變成較平穩(wěn)的高壓直流電驅(qū)動芯片陣列(27)。
[0052]該發(fā)明的【具體實施方式】如下:
[0053]第一步，準(zhǔn)備好燈頭(11)、燈身(12)及骨架(21)。
[0054]第二步，選擇電路原理圖3還是圖4，本文以選擇圖3為例。
[0055]第三步，根據(jù)圖3制作線路板(22)，如圖5所示(圖5以一組芯片陣列(27)而繪制的電路圖)。[0056]第四步，線路板(22)表面(放芯片面)涂上絕緣熒光涂料。在線路板(22)的置晶位置(29)及電源引線片(31)上鍍金，其它部位涂上絕緣熒光涂料，涂料色彩根據(jù)所制LED燈的色彩而定。主要作用是美觀及提高光效。
[0057]第五步，固晶及綁定:通過固晶工藝把芯片(23)置入線路板(22)的置晶位置
(29)并固化；通過綁定工藝，使引線鍵合實現(xiàn)芯片(23)與線路板(22)的電連接。
[0058]第六步，點膠:對已經(jīng)固晶及綁定好的芯片(23)點熒光膠。經(jīng)過以上三步，一張完整的LED燈面板制作完成，如圖6所示。
[0059]第七步，成形，把線路板(22)粘貼到骨架(21)上，使其燈面成圓柱形。
[0060]第八步，焊線，在線路板(22)的連接片(31)處焊接二根導(dǎo)出線，做好固膠前的準(zhǔn)備。
[0061]第九步，固膠，用模型在燈面外固膠，形成一個內(nèi)空、外面光潔透明的圓柱形燈管
(13)。
[0062]第十步，連線及套管，連接燈頭(11)-—限流模塊(26)—引出線(31)，然后，把燈管(13)套入燈身(12)中并固化。
[0063]第十一步，檢驗，檢測LED燈是否合格。
[0064]經(jīng)過一至十一步，整個LED燈制作完成
[0065]上述實施例僅用于解釋說明本發(fā)明構(gòu)思，而非對本發(fā)明權(quán)利保護(hù)的限定，凡利用此構(gòu)思對本發(fā)明進(jìn)行非實質(zhì)性的改動，均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種LED燈，包括燈頭(11)、燈身(12)和燈管(13)，及置于燈身(12)內(nèi)的限流模塊(26)及整流模塊(28)，其特征在于:所述燈管(13)由骨架(21)、線路板(22)、芯片(23)及膠層(24)組成。
2.如權(quán)利要求1所述的LED燈，其特征在于:骨架(21)由金屬材質(zhì)制成，圓管狀，既是燈管的支承架，同時又是該燈的散熱裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的LED燈，其特征在于:發(fā)光體為由多顆芯片(23)經(jīng)線路板(22)上的電路串聯(lián)所組成的芯片陣列(27)，以此來適應(yīng)市電的高電壓驅(qū)動。
4.如權(quán)利要求1所述的LED燈，其特征在于:燈管(13)發(fā)光面為圓柱表面，發(fā)光體芯片(23)均勻分布于該面上。
5.如權(quán)利要求1所述的LED燈，其特征在于:發(fā)光面上一次性固化一層薄而透明的膠層(24)，形成了圓形燈管(13)的最外層。
6.如權(quán)利要求1所述的LED燈，其特征在于:線路板(22)表面涂有絕緣熒光涂料，其基材是薄的玻璃纖維板，線路板(22)上的電路按芯片陣列(27)設(shè)計，線路板(22)上的所置的芯片陣列(27)根據(jù)LED燈功率大小而設(shè)計成一組或多組。
7.如權(quán)利要求1所述的LED燈，其特征在于燈管(13)是采用COB封裝工藝制成的而制成的圓柱形燈面，首先把芯片(23)和線路板(22)經(jīng)過固晶、綁定、點熒光膠工藝制成一張燈面，然后把這張燈面粘附在圓柱形骨架(21)成圓筒形，再經(jīng)過模型固膠，使燈管(13)表面固化上一層透明光滑的膠面(24)。
8.如權(quán)利要求所述的LED燈，其特征在于芯片陣列(27)串接一限流模塊(26)，該限流模塊具有控制電流作用，當(dāng)LED燈的溫度處在安全溫度內(nèi)時，使流經(jīng)芯片陣列(27)的電流限定在一安全電流值內(nèi)，當(dāng)LED燈內(nèi)溫度超過安全值時，內(nèi)有一正溫度系數(shù)的熱敏電阻的阻值變大，則流經(jīng)芯片陣列(27)的電流減小，以達(dá)到保護(hù)芯片(23)不至損壞的目的。
9.如權(quán)利要求所述的LED燈，其特征在于整流模塊(28)由4個高壓二極管進(jìn)行整流，并經(jīng)電感L和電容C進(jìn)行濾波，變?yōu)楸容^平穩(wěn)的直流電，用于該發(fā)明中。
【文檔編號】F21V19/00GK103453349SQ201210184512
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月31日
【發(fā)明者】沈春和 申請人:沈春和