专利名称：一种用于pcb喷印快速成型固化的恒温uv-led装置的制作方法
技术领域：
—种用于PCB喷印快速成型固化的恒温UV-LED装置本实用新型涉及一种面向电子制造业领域的UV-LED装置设计，其设计内容包括UV-LED基板及散热冷头的融合设计、制冷及水循环热交换系统、LED基板恒温控制等技术。本实用新型设计的UV-LED装置具有单位面积高光效聚集、能使PCB油墨快速成型固化、油墨呈现立体铺展的特色，适用于工艺高要求的PCB制造。PCB制造业是我国珠三角地区的优势制造业，PCB印制制造的油墨快速干固是生产过程中的重要工艺，主要有两种溶剂型油墨的热烘干，UV型油墨的UV紫外光照射快速固化。目前工业应用上，UV紫外光照射快速固化的主要装备是UV贡灯，UV贡灯发热量大、温度高，照射固化会影响PCB材质，产生变性、变形等不良结果，UV贡灯寿命短，经常要更换，影响生产，UV贡灯耗电量大，不节能。UV-LED是替代UV贡灯的产品，其市场占有率正在不断扩大。用于PCB印制的功能性油墨的墨层厚，油墨中含有功能性的非透光成份多，影响透光，因此对UV-LED的单位面积光功率要求高，由此引起一个关于大功率UV-LED的散热问题。常见的UV-LED散热方式是风冷和自然水冷，风冷的散热体积大，气流也会影响喷墨印制中的墨滴喷向，风冷、自然水循环散热都难实现恒温控制。采用制冷剂制冷系统、融合LED基板的冷头、基板温控反馈，可以较好地解决功率密集型UV-LED的散热及恒温控制问题。本实用新型涉及一种面向电子制造业领域、实现PCB印制UV-LED照射固化的装置设计，其设计内容包括UV-LED基板及散热冷头的融合设计、制冷及水循环热交换系统、基板恒温控制技术。本实用新型设计的UV-LED装置具有单位面积高光效功率聚集、能使PCB油墨快速成型固化、油墨呈现立体铺展的特色，能满足PCB印制制造中的工艺要求，特别适用于PCB喷印制造过程中的油墨快速成型干固。整个装置包含带有微型直流变频压缩机的制冷系统、水循环热交换系统、大功率低压恒流源、融合UV-LED基板的散热冷头、回流焊在基板上的大功率多灯珠串行集成封装的UV-LED封装片阵列、照射头及其二次光学聚光透镜。本实用新型的整体结构特征在于UV-LED装置由一个带控制系统及微型直流变频压缩机的可控制冷循环模块、一个水循环热交换模块，一个或多个照射头模块组成，如附图
I所示，其整体原理上的特征是可控制冷循环模块实现制冷机功能，进行循环制冷，水循环热交换以水为介质进行循环，实现在铜基板与蒸发器之间的热量交换传递，融合LED基板的冷头高效散热，利用铜基板温度反馈，控制直流压缩机进行变频，实现制冷循环模块的制冷功率调节，达到铜基板温度恒定。各部分的具体结构及工作原理如下(I)本实用新型所述的UV-LED装置的特征之一在于其热传递交换过程制冷循环模块制冷，制冷剂在水箱式蒸发器中交换制冷量到水循环交换模块，水循环交换模块的介质水流过冷头时带走热量，直接对冷头底部的铜基板降温，具体说明如下本实用新型所述的用于PCB喷印快速成型固化的大功率UV-LED装置，其单位面积的LED电功率可达10W/CM2以上，单位面积的LED光功率可达3W/CM2，为解决LED高密集功率带来的高要求散热问题，本实用新型所述的UV-LED装置采取了两种有特色的热交换设计一是采用制冷剂循环制冷，进行抽热式散热，制冷剂在水箱式蒸发器中交换制冷量，抽走水箱中介质水的热量，形成低温介质水(温度范围2°C-10°C)，由交换模块进行水循环，低温介质水进入冷头，与铜基板进行直接接触式热交换，水循环带走LED铜基板热量，从而达到高效的散热降温效果，介质水散热循环如附图I中箭头所示，散热冷头中流水散热过程如附图2所示；二是采用LED铜基板与散热冷头的一体化融合设计方案，解决散热冷头与铜基板接触式散热受阻问题，在本实用新型所采用的一体化融合设计方案中，UV-LED基板正面贴装UV-LED灯株，背部开刻有散热槽，UV-LED基板直接作为散热冷头底板，LED铜基板与冷头上盖壳间用铜质锣丝紧固，压紧密闭，铜基板与冷头盖板紧固围成一个冷头散热水腔。结构如附图3所示。(2)本实用新型所述的UV-LED装置的特征之一在于其恒温控制方式。铜基板上贴装有热敏温控片，热敏温控片对铜基板感温，输出温度模拟信号量，输入到制冷循环模块的控制器，由控制系统处理，控制系统输出控制数字信号，输入压缩机驱动系统，对直流变频压缩机进行变频控制，调节制冷功率，当铜基板温度升高时，调高压缩机制冷功率，当铜基板温度降低时，调低压缩机制冷功率，最后达到铜基板温度在一定范围内(±1°C)恒定。(3)本实用新型所述的UV-LED装置的制冷循环模块由一个微型直流变频压缩机、一个冷凝器、一个毛细管、一个水箱式蒸发器、控制系统电路、电机驱动系统组成。压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器构成一个制冷循环系统，制冷循环模块通过水箱式蒸发器与水循环热交换模块交换制冷量；微型直流变频压缩机、控制系统电路及配套控制软件、电机驱动器构成一个制冷控制系统，控制系统具有温度设定的操作界面，控制系统的温控输入端连接到铜基板上的热敏温控片，如附图I所示。(4)本实用新型所述的UV-LED装置的水循环热交换模块由一个微型水泵、水交换接头组成，微型水泵的工作促使内部的介质水循环流动，将低温介质水从水交换接头的输出口送到冷头的输入口，低温介质水吸收铜基板热量后从冷头另一接口输出，进入水箱式蒸发器，介质水与蒸发器产生热交换传递，热量透过蒸发器管壁传递给低温的制冷剂，进入制冷系统。(5)本实用新型所述的UV-LED装置的照射头模块由一个带贴片式LED灯珠的铜基板、与基板实现一体化的冷头、LED的灯前聚光透镜、热敏温控片组成。贴片式LED灯珠通过回流焊技术贴装于铜基板正面电路上，由外部的低压恒流源供电，LED灯珠将约20%电能转换为光能，余下的约80%电能转化为热能，产生的热量由一体化的铜基板冷头散热；距LED灯前方IOmm安装有椭圆柱形的聚光透镜，将UV-LED的发光聚集为线型光，增加瞬间光强，达到增强穿透油墨的深度，实现深层固化效果；热敏温控片贴装在LED铜基板上，感测LED铜基板温度，热敏温控片的接线与制冷循环模块的控制系统的温控输入端连接。如附图I所示。(6)本实用新型所述的UV-LED装置选用大功率3W的UV-LED单株灯珠，LED波长范围360-410nM，贴装工艺是先将4-6株LED单株由LED封装厂进行二次集成封装成片，再将UV-LED集成封装片按阵列式布局到铜基板上，为保证LED的PN结与铜基板间的良好导热性，要求LED芯片的贴片加工采用回流焊技术。UV-LED铜基板典型的电路布局是5串4并，LED灯板的电功率范围在200-300W，UV-LED供电采用低压恒流源方式，恒流电流为700mA。(7)本实用新型所述的UV-LED装置要求对铜基板的温度进行测量，并反馈到制冷控制系统。采用温度传感器，将铜基板温度变化转换成相应的电信号，放大后送到制冷控制系统输入端，进行滤波、A/D转换器变成数字信号。制冷控制系统将实际测量温度的信号与温度的设定值(基准电压)进行比较，根据比较结果(输出状态)来控制直流变频压缩机的驱动电路，实现直流变频控制、改变制冷功率，从而达到调节铜基板的温度。制冷控制系统的工作原理如图8所示。由于温度传感器的直接输出信号非常微弱，为了更好的测量，设置一级放大器、滤波器对感温信号进行预处理，放大器的精度要求高，输入失调电压和输入失调电流要小，要有抑制共模干扰信号的能力，本实用新型采用的前置放大电路如图9所示。本实用新型设计的有益效果是I.采用UV-LED基板及散热冷头的融合设计，虽然增加了基板及散热冷头的加工难度，但避免了基板和冷头间传热阻隔问题，相比分离的基板与冷头底板间挤压接触式散热方式，基板及冷头的融合设计大大改进了基板的散热效果，为单位面积高光效聚集、功率密集型的LED发光面设计提供了条件，使得本实用新型设计的UV-LED装置能满足PCB喷印快速成型固化的工艺要求。2. UV-LED的发光效率与基板的温度直接相关，基板温度变化会引起照射PCB油墨的光功率波动，影响PCB的固化品质。采用制冷剂制冷，进行抽热式散热，既可以达到高效的散热降温效果，还可通过温控反馈，由控制系统对直流变频压缩机进行变频控制，调节制冷功率，实现铜基本散热的恒温调节功能，保持PCB的固化品质稳定。图I为恒温UV-LED装置的整体结构图；图2为基板及冷头融合体的散热示意图；图3为基板冷头融合体的设计结构分解图；图4为基板冷头融合体的外观3D视图；图5为UV-LED在铜基板上的贴装规格图；图6为UV-LED在铜基板上的布局规格图；图7为基板冷头融合体的底部基板实物图；图8为制冷模块控制系统的温控原理框图；图9为温度传感器前置预处理电路原理图；本实用新型提供了一种用于PCB喷印快速成型固化的恒温UV-LED装置的整体设计，特别是UV-LED基板及散热冷头的融合设计、制冷及水循环热交换系统设计、基板恒温控制方式。制冷机系统的零部件微型直流变频压缩机、冷凝器、毛细管、水箱式蒸发器、电机驱动器，可以在市场上采购，或选用北京同洲维普科技有限公司的冰雪AE系列微型工业制冷设备配件；控制系统采用FPGA芯片组EP2C8Q208C8、AD/DA芯片PCF8591、高精度集成运算放大器TLE2142，热敏温控片采用集成温度传感器AD590，其外形采用T0-52金属圆壳封装结构，是一种二端元件，属于一种高阻电流源，电流温度灵敏度是luA/K，当温度升高或降低1°C时，AD590的输出电流就增大或减小luA，测量温度范围是-55 +150°C，在整个测温范围内的非线性误差小于±0. 3°C，工作电压范围4 30V。基板散热冷头的融合体按图3所示结构进行设计、加工，为保证散热的良好效果，基板采用铜T2材料；UV-LED灯珠采用IOW的旭明S63N-ULED贴片集成封装芯片，LED透镜采用东莞雷迪克光学有限公司的定制设计产品。给UV-LED供电的电源采用恒流方式，选用茂硕品牌LED恒流电源MSL-TB500IC12. 0，LED恒流电源参数要求下
权利要求1.一种用于PCB喷印快速成型固化的恒温UV-LED装置，其特征在于UV-LED装置由一个带控制系统及微型直流变频压缩机的可控制冷循环模块、一个水循环热交换模块，一个或多个照射头模块组成。
2.权利要求I所述的一种用于PCB喷印快速成型固化的恒温UV-LED装置，其特征之一在于热传递交换及恒温控制方式制冷循环模块制冷，制冷剂在水箱式蒸发器中交换制冷量到水循环交换模块，水循环交换模块的制冷水流过冷头时带走热量，直接对冷头底部的铜基板降温，铜基板上贴装的热敏温控片输出温度模拟信号量，输入到制冷循环模块的控制器，由控制系统处理，经驱动电路对直流压缩机进行变频控制，调节制冷功率。
3.权利要求I所述的一种用于PCB喷印快速成型固化的恒温UV-LED装置，其特征之一为UV-LED基板及散热冷头的融合设计，UV-LED铜基板正面贴装UV-LED灯株，背部开刻有散热槽，UV-LED铜基板直接作为散热冷头底板，与冷头盖板紧固围成冷头散热水腔。
4.权利要求I所述的一种用于PCB喷印快速成型固化的恒温UV-LED装置，其特征之一在于制冷循环模块由一个微型直流变频压缩机、一个冷凝器、一个毛细管、一个水箱式蒸发器、一个控制系统、电机驱动系统组成。
5.权利要求I所述的一种用于PCB喷印快速成型固化的恒温UV-LED装置，其特征为水循环热交换模块由一个微型水泵、水交换接头组成，照射头模块由带贴片灯珠的铜基板、与基板一体的冷头、LED灯前聚光透镜、热敏温控片组成。
专利摘要本实用新型涉及一种面向电子制造业领域、实现PCB印制UV-LED照射固化的装置设计，其设计内容包括UV-LED基板及散热冷头的融合设计、制冷及水循环热交换系统、基板恒温控制技术。本实用新型设计的UV-LED装置具有单位面积高光效功率聚集、能使PCB油墨快速成型固化、油墨呈现立体铺展的特色，能满足PCB印制制造中的工艺要求，特别适用于PCB喷印制造过程中的油墨快速成型干固。整个装置包含带有微型直流变频压缩机的制冷系统、水循环热交换系统、大功率低压恒流源、融合UV-LED基板的散热冷头、回流焊在基板上的大功率多灯珠串行集成封装的UV-LED封装片阵列、照射头及其二次光学聚光透镜。
文档编号B41J11/00GK202805952SQ201220489809
公开日2013年3月20日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者廖永红, 杨铭, 胡振华, 刘华珠, 宋瑞, 刘雪芳 申请人:东莞凯佳智芯电子科技有限公司