一种表面微齿结构的LED散热翅片的制作方法

本实用新型涉及光学元件制造领域，具体涉及一种表面微齿结构的LED散热翅片。

背景技术：

LED是一种能够将电能转化为可见光的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与荧光节能灯三基色粉发光的原理，而采用电能发光，具有寿命长、光效高、无辐射、低功耗等众多优点，随着节能和绿色照明理念的提出，LED作为光源逐渐被引入到照明灯具中。

目前，日用灯泡、日光灯等日常照明灯所采用的发光源基本上是以白炽灯泡或荧光日光灯为主，然而，白炽灯泡和荧光日光灯的电光转换效率都比较低，而且其热量大，使用寿命短，一般仅有3000小时左右。

LED灯具功率普遍较大，一般70%以上的功率会被转化为热量，导致LED灯具内部过于热量集中，因此需要通过散热翅片将热量导出。现有LED散热翅片均为平面结构，在有限的翅片固定架的空间里，翅片的散热面积也因此受到限制，热量从芯片传到基板再传到翅片上时，在翅片上的散热效率不够高而导致器件整体温度偏高。通过传统机加工方式在翅片表面上加工结构可在有限的封装空间中增加翅片散热面积，然而传统机加工方式加工翅片表面微齿的效率低，耗资大，且难以加工出小尺寸结构。

而利用化学蚀刻的制造方法所制造的表面微齿结构具有阵列结构复制比高，制造周期短，制造工艺简单经济的优点。

技术实现要素：

为了克服现有LED翅片散热性能不足及传统机加工制造上的缺陷，本实用新型提供一种表面微齿结构的LED散热翅片。

表面微齿结构有效增加散热面积和提高翅片的辐射能力，表面微齿结构产生的扰流作用提高了翅片的对流换热能力。

本实用新型通过化学蚀刻的方式制备具有表面微齿结构的LED散热翅片。

本实用新型通过下述技术方案实现。

一种表面微齿结构的LED散热翅片，该表面微齿结构的LED散热翅片的表面微齿结构为阵列圆台、阵列四棱台或阵列沟槽。

进一步地，所述表面微齿结构的高度为200μm-1000μm。

进一步地，所述阵列圆台或阵列四棱台中，单个圆台或单个四棱台的微齿顶面面积为0.25mm²-6mm²。

进一步地，所述阵列沟槽的顶面宽度为0.5mm-2.8mm。

进一步地，所述表面微齿结构的微齿倾角为70-85°。

所述一种表面微齿结构的LED散热翅片的制备方法，包括如下步骤：

（1）抗蚀模板的制备： AutoCAD软件设计阵列图形，利用喷墨打印将黑色不透明阵列图形打印在透明制版胶片上，得到抗蚀模板；

（2）UV固化：平面的翅片表面经抛光、除油处理后，通过热塑封机将光致抗蚀干膜平整、无气泡地贴合在翅片的表面，再将抗蚀模板对齐贴合在光致抗蚀干膜上，并用透明载玻片压紧，进行UV固化；

（3）显影处理：将UV固化后的翅片完全浸入显影剂溶液中进行显影，每隔10~15s取出翅片并擦拭脱落的光致抗蚀干膜；重复该步骤直至未经UV固化的黑色油墨阵列图形区域的光致抗蚀干膜全部脱落，清水清洗；

（4）蚀刻、脱模处理：将清洗后的翅片用蚀刻剂进行蚀刻后，清水清洗；浸入脱模溶液中进行脱模处理，直至翅片表面所有光致抗蚀干膜脱洗干净；清水清洗，得到所述表面微齿结构的LED散热翅片。

进一步地，步骤（1）中，所述阵列图形为阵列圆形、阵列矩形或阵列条形。

进一步地，步骤（2）中，所述翅片包括铜翅片。

进一步地，步骤（2）中，所述UV固化的固化功率为1kw，UV主波峰为365nm，照射距离为100~150mm，固化时间为10~15s。

进一步地，步骤（3）中，所述显影剂溶液是按照光致抗蚀干膜专用显影剂与水的质量比为1:60~1:80配制的，所述光致抗蚀干膜专用显影剂的主要成分为碳酸钠。

进一步地，步骤（4）中，所述蚀刻剂是200~300g/L的Na₂S₂O₈溶液。

进一步地，步骤（4）中，所述蚀刻是在40~60℃的水浴环境下蚀刻60~120min。

进一步地，步骤（4）中，所述脱模溶液是按照脱模剂与水的质量比为1：40~1:60配制的，所述脱模剂的主要成分为氢氧化钠。

所述一种表面微齿结构的LED散热翅片用于LED封装器件散热时，翅片限位槽通过焊接固定在LED基板底部；具有表面微齿结构的LED散热翅片嵌入翅片限位槽，并通过螺栓和螺母将翅片固定在翅片限位槽中；单个LED封装器件中具有多个翅片通过此方式固定；翅片固定柱向上支撑翅片，翅片固定柱底部通过螺钉固定于LED基板支撑架的底部，并通过调节螺钉将翅片的位置完全固定；物料连接模块连接在LED基板上部，LED模块连接在物料连接模块上部，再用灯罩盖住LED模块。LED模块通过电功率转化的热量通过物料连接模块均匀地扩散在LED基板上，再由LED基板传至底部的表面微齿结构的LED散热翅片进行散热，有效导出LED模块产生的热量。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和有益效果：

（1）本实用新型表面微齿结构的LED散热翅片的表面微齿结构有效增加散热面积和提高翅片的辐射能力，表面微齿结构产生的扰流作用提高了翅片的对流换热能力，实现LED封装器件散热性能的优化，提高了LED封装器件使用可靠性和寿命；

（2）本实用新型利用化学蚀刻的制造方法所制造的表面微齿结构具有阵列结构复制比高，制造周期短，制造工艺简单经济的优点。

附图说明

图1为阵列圆形结构抗蚀模板的示意图；

图2为表面具有阵列圆台微齿结构的LED散热翅片的SEM示意图；

图3为表面具有阵列圆台微齿结构的LED散热铜翅片上的自然对流示意图；

图4为表面具有阵列圆台微齿结构的LED散热翅片的轴测图；

图5为表面具有阵列圆台微齿结构LED散热翅片的LED封装器件的结构示意图；

图6为表面具有阵列四棱台微齿结构的LED散热翅片的轴测图；

图7为表面具有阵列沟槽微齿结构的LED散热翅片的轴测图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围作出更为清楚明确的界定。

实施例1

制备表面具有阵列圆台微齿结构的LED散热翅片

（1）抗蚀模板的制备：利用AutoCAD软件设计阵列圆形图形，将黑色不透光阵列圆形图形利用喷墨打印的方式打印至透明制版胶片上，制成抗蚀模板；得到的阵列圆形结构的抗蚀模板的示意图如图1所示；

（2）对材料为铜的平面翅片进行表面抛光及除油处理，通过热塑封机将光致抗蚀干膜平整、无气泡地贴合在翅片表面；将抗蚀模板对齐贴合放置在表面有光致抗蚀干膜的铜翅片上，并用1mm厚透明载波片压紧抗蚀模板，放置于手提UV固化机底部进行UV固化，UV固化功率为1kw，UV主波峰为365nm，照射距离为150mm，固化时间为15s；

（3）将主要成分为碳酸钠的光致抗蚀干膜专用显影剂与水按照1：60的质量比配置成显影剂溶液，将表面光致抗蚀干膜进行过UV固化处理的铜翅片完全浸入显影剂溶液中进行显影，每间隔15s取出铜翅片并用无尘布对翅片表面经显影处理而脱落的光致抗蚀干膜进行擦拭，再放入显影剂溶液中急需显影；重复该步骤直至未经UV固化的黑色油墨阵列圆形图形区域的光致抗蚀干膜全部脱落，取出翅片并清水清洗；

（4）配置300g/L的Na₂S₂O₈的蚀刻剂，在40℃水浴环境下进行120min蚀刻，把完成蚀刻的铜翅片清水清洗干净；按照1：40的质量比将主要成分为氢氧化钠的脱模剂与水配比，配置脱模溶液，并把清洗干净后的铜翅片完全浸入脱模溶液中进行脱模处理，直至铜翅片表面所有光致抗蚀干膜脱洗干净，再次使用清水进行清洗，得到表面具有阵列圆台微齿结构的LED散热翅片。

得到的表面具有阵列圆台微齿结构的LED散热翅片的SEM示意图如图2所示，单个圆台的微齿顶面面积为6mm²，上台面为近似圆形，发生侧蚀现象使圆台微齿产生倾角。

得到的表面具有阵列圆台微齿结构的LED散热翅片上的自然对流示意图如图3所示，由图3可知，气流经过圆台表面时产生了扰流现象，更大的散热面积以及更长的气体流动距离使得散热效果得到增强。

图4为得到的表面具有阵列圆台微齿结构的LED散热翅片的轴测图，由图4可知，圆台微齿结构的高度为960μm，微齿倾角为70°。

得到的表面具有阵列圆台微齿结构的LED散热翅片用于LED封装器件的散热，LED封装器件的结构如图5所示，包括： LED模块1，灯罩2，物料连接模块3， LED基板4，表面微齿结构翅片5，LED基板支撑架6，底部螺钉7，螺栓8，螺母9，翅片限位槽10，翅片固定柱11。

物料连接模块3连接在LED基板4上部，LED模块1连接在物料连接模块3上部，灯罩2盖住LED模块1；翅片限位槽通10过焊接固定在LED基板4底部，表面具有圆台阵列微齿结构的LED散热翅片5嵌入翅片限位槽10，并通过螺栓8与螺母9将翅片5固定于翅片限位槽10中，单个LED封装器件中具有8个翅片通过此方式固定；翅片固定柱11向上支撑翅片5，翅片固定柱11底部通过螺钉7固定于LED基板支撑架6底部，并通过调节螺钉7将翅片5位置完全固定。

采用表面具有阵列圆台微齿结构的LED散热翅片组装的LED封装器件与普通具有平面翅片结构的LED封装器件相比，工作温度降低26.3%。

实施例2

制备表面具有阵列四棱台微齿结构的LED散热翅片

（1）抗蚀模板的制备：利用AutoCAD软件设计阵列矩形图形，将黑色不透光阵列矩形图形利用喷墨打印的方式打印至透明制版胶片上，制成抗蚀模板；

（2）对材料为铜的平面翅片进行表面抛光及除油处理，通过热塑封机将光致抗蚀干膜平整、无气泡地贴合在翅片表面；将抗蚀模板对齐贴合放置在表面有光致抗蚀干膜的铜翅片上，并用1mm厚透明载波片压紧抗蚀模板，放置于手提UV固化机底部进行UV固化，UV固化功率为1kw，UV主波峰为365nm，照射距离为120mm，固化时间为12s；

（3）将主要成分为碳酸钠的光致抗蚀干膜专用显影剂与水按照1：70的质量比配置成显影剂溶液，将表面光致抗蚀干膜进行过UV固化处理的铜翅片完全浸入显影剂溶液中进行显影，每间隔12s取出铜翅片并用无尘布对翅片表面经显影处理而脱落的光致抗蚀干膜进行擦拭，再放入显影剂溶液中急需显影；重复该步骤直至未经UV固化的黑色油墨阵列矩形图形区域的光致抗蚀干膜全部脱落，取出翅片并清水清洗；

（4）配置250g/L的Na₂S₂O₈的蚀刻剂，在50℃水浴环境下进行90min蚀刻，把完成蚀刻的铜翅片清水清洗干净；按照1：50的质量比将主要成分为氢氧化钠的脱模剂与水配比，配置脱模溶液，并把清洗干净后的铜翅片完全浸入脱模溶液中进行脱模处理，直至铜翅片表面所有光致抗蚀干膜脱洗干净，再次使用清水进行清洗，得到表面具有阵列四棱台微齿结构的LED散热翅片。

得到的表面具有阵列四棱台微齿结构的LED散热翅片的轴测图如图6所示，由图6可知，单个四棱台的微齿顶面面积为5.5mm²，四棱台微齿结构的高度为550μm，微齿倾角为80°。

采用表面具有阵列四棱台微齿结构的LED散热翅片组装的LED封装器件与普通具有平面翅片结构的LED封装器件相比，工作温度降低22.7%。

实施例3

制备表面具有阵列沟槽微齿结构的LED散热翅片

（1）抗蚀模板的制备：利用AutoCAD软件设计阵列条形图形，将黑色不透光阵列条形图形利用喷墨打印的方式打印至透明制版胶片上，制成抗蚀模板；

（2）对材料为铜的翅片进行表面抛光及除油处理，通过热塑封机将光致抗蚀干膜平整、无气泡地贴合在翅片表面；将抗蚀模板对齐贴合放置在表面有光致抗蚀干膜的铜翅片上，并用1mm厚透明载波片压紧抗蚀模板，放置于手提UV固化机底部进行UV固化，UV固化功率为1kw，UV主波峰为365nm，照射距离为100mm，固化时间为10s；

（3）将主要成分为碳酸钠的光致抗蚀干膜专用显影剂与水按照1：80的质量比配置成显影剂溶液，将表面光致抗蚀干膜进行过UV固化处理的铜翅片完全浸入显影剂溶液中进行显影，每间隔10s取出铜翅片并用无尘布对翅片表面经显影处理而脱落的光致抗蚀干膜进行擦拭，再放入显影剂溶液中急需显影；重复该步骤直至未经UV固化的黑色油墨阵列条形图形区域的光致抗蚀干膜全部脱落，取出翅片并清水清洗；

（4）配置200g/L的Na₂S₂O₈的蚀刻剂，在60℃水浴环境下进行60min蚀刻，把完成蚀刻的铜翅片清水清洗干净；按照1：60的质量比将主要成分为氢氧化钠的脱模剂与水配比，配置脱模溶液，并把清洗干净后的铜翅片完全浸入脱模溶液中进行脱模处理，直至铜翅片表面所有光致抗蚀干膜脱洗干净，再次使用清水进行清洗，得到表面具有阵列沟槽微齿结构的LED散热翅片。

得到的表面具有阵列沟槽微齿结构的LED散热翅片的轴测图如图7所示，由图7可知，沟槽的顶面宽度为2.8mm，沟槽微齿结构的高度为220μm，微齿倾角为85°。

采用表面具有阵列圆台微齿结构的LED散热翅片组装的LED封装器件与普通具有平面翅片结构的LED封装器件相比，工作温度降低15.2%。

以上仅仅说明本实用新型的设计思路，在系统允许的情况下，本实用新型可以扩展为其他的阵列结构形式，也可为其他组件提供强化散热功能，从而最大限度扩展其功能。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方法，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权力要求书所限定的保护范围为准。