一种基于相变材料的发光二极管温度报警器的制作方法

本发明涉发光二极管及报警器的技术领域，具体涉及一种基于相变材料的发光二极管温度报警器。

背景技术：

目前，LED的应用越来越广泛，用于日常室内和户外照明的LED灯具也正越来越普及。目前的LED照明越来越朝着大功率方向发展，大功率LED带来的高热量是困扰LED普及的一个重要因素。如果LED长期在高温下工作，则其寿命会大大缩短，造出死灯现象，导致灯具报废。如果在超温时能够自动发出报警信号，提醒维修人员采取相应的维修操作或能及时断电防止过热，即能延长LED模组的使用寿命。

相变材料相变材料PCMs(Phase Change Materials)是指在一定狭窄明确的温度范围,即通常所说的相变范围内可以改变物理状态,如从固态转变为液态或从液态变为固态的材料[1]。在相变过程中,体积变化很小,热焓高,因此以潜热形式从周围环境吸收或释放大量热量,热的吸收量或释放量比一般加热和冷却过程(显热形式)要大得多,而此时PCMs的温度保持不变或恒定。

利用相变材料的性能在发光二极管的过热保护和温度报警器中的应用还未见报道。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种基于相变材料的发光二极管温度报警器。在传统发光二极管的封装过程中，加入了相变材料作为封装的一部分，当相变材料达到熔点发生相变，使得在一定温度时电流断开和发光停止的报警效果。该报警器成本低廉，结构简单，可实现对LED芯片或外部环境的某一温度点或温度段的准确报警。

本发明涉及的一种基于相变材料的发光二极管温度报警器，具体为：在传统发光二极管的封装过程中，加入了相变材料作为封装的一部分，并选用环氧树脂或硅胶作为密封剂，获得相变材料与LED芯片直接接触的封装结构，LED芯片的发热或外部环境的温度升高，使得部分相变材料到达熔点并发生相变，相变时急剧膨胀产生的热应力，使芯片与封装结构的连接线偏移导致LED断路，达到了在一定温度时电流断开和发光停止的报警效果。LED断路后芯片温度的下降或外部环境温度的下降，使得芯片与封装结构的连接线重新与芯片上电极接触，LED导通，从而警报自动消除。

所述相变材料是电气绝缘的，固液相变熔点在30～200℃，相变时热膨胀系大，在液态下几乎是透明的材料。

报警温度可通过选择不同熔点的相变材料来调节，如相变材料熔点为T0，测报警温度一般在T0-10℃到T0+5℃之间。

报警信号可以是电流信号的突变，如到达报警温度后，电流变为0；报警信号也可以是光信号的突变，如到达报警温度后，LED的发光停止；报警信号也可以连接LED的，对LED的电和光信号传感的外部器件的信号。

芯片与封装结构的连接线可以是金线、铝线、铜线等LED封装用的导线材料。

LED芯片的正负电极与连接导线可以是球焊或压焊后焊接在一起，也可以是与芯片上的电极简单的接触，只要部分相变材料发生相变时，热膨胀的应力足够使连接导线与LED芯片的电极偏移即可。

LED芯片断路后芯片温度下降，或外部环境温度的下降，使得温变材料冷缩且结合重力因素，芯片与封装结构的连接线能在LED芯片温度或外部环境温度下降1～10℃内重新连接，恢复LED芯片的通电。

本发明所述的报警器成本低廉，结构简单，可实现对LED芯片或外部环境的某一温度点或温度段的准确报警。

附图说明

图1-3为金丝球焊接过程。

图1：其中一电极第一焊接在支架引脚，拉出一定长度金线后剪断，另一电极正常焊接

图2：对金线打火烧球

图3：金球移到芯片电极

图4为用液体石蜡覆盖LED芯片

图5为在LED芯片上覆盖固体石蜡的LED样品

图6为注入环氧树脂固化后的LED样品

图7为相变材料发生相变时的内部变化

图8为300mA电流下样品的结温-时间曲线。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施方式进行说明。

1.如图1-3所示，金丝球焊时，其中一电极第一焊接在支架引脚上，拉动一定距离金线并剪断，对金线剪断端手动打火烧球一次，将烧制成的金球移动到芯片的焊点上，另一极正常焊接。

2.使用石蜡作为相变材料，如图4-6，利用固定夹具将可动金线固定，石蜡加热成液体后通过带孔模具以较慢的速度滴入芯片，最后形成一个半球状固体。装上模条滴入环氧树脂，静置两个小时后脱模，再静置24小时。

3.在LED正常工作时，芯片温度升高，升高至石蜡的熔点49度前后，石蜡发生相变，热膨胀产生的应力使金线脱离LED的电极，如图7所示，则LED开始断路，当芯片温度下降至一定程度，金线与LED电极重新连接，形成导通，LED芯片温度再次上升，到达报警温度，金线再次脱离，LED断路；上述过程可重复进行，实现了对某个温度段的自动报警和恢复。

4.实现效果如图8所示。图8是采用正向电压法将电压信号转换成LED芯片的结区温度，可以看到，LED芯片的结温到达41度左右，LED芯片将自动断路，当结温下降，LED芯片将自动导通，实现恢复。此案例中，实现报警的温度是41度，比温变材料石蜡熔点低8度。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。