专利名称：一种大功率led灯及其生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生产照明装置及其工艺，特别涉及一种大功率 LED灯及其生产工艺。
(二)
背景技术：
路灯是城市照明的重要组成部分，其耗电占据整个照明用电的很 大部分。传统的路灯常采用高压钠灯，由于高压钠灯为360度全角发 光，传统的路灯通常在高压钠灯背面加上反光装置使尽可能多的光能 量能被利用在道路上。但是高压钠灯光源庞大，缺乏有效的光学整形 系统，从而造成高压钠灯在路面上形成的光斑通常是一个不均匀的圆 斑，引起两个后果其一，中心处很亮。而在径向衰减很快。为了使 远离中心的道路满足照度标准，就不得不提高路灯功率，使得大量的 光能量浪费在中心附近；其二，高压钠灯路灯发出的光有很大一部分 光浪费在目标照射区域外，不仅进一步降低了能量利用效率，而且易 造成光污染。因此，开发新型高效、节能、长寿命、显色指数较好、 环境友好的路灯对城市照明节能具有十分重要的意义。
(三)
发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种高效节能大功率 LED灯及其生产工艺。
本发明是通过如下技术方案实现的
一种大功率LED灯，包括封装光学系统、散热系统和驱动系统， 其特征在于所述的散热系统采用灯体外表空气对流自然散热方式， 所述的驱动系统为特低电压衡压供电系统，灯具与电源适配器分离。
一种大功率LED灯的生产工艺，包括LED灯的封装工艺、灯具及 光源的生产工艺和灯的生产工艺流程，其特征在于所述的封装工艺 包括一下步骤清洗、装架、压焊、封装、焊接、切膜、装配、测试； 所述的灯具及光源生产工艺包括磨具设计、压铸成型、去屑背丝、线路设计、焊装、密封、组装；所述的灯生产工艺流程，包括板材设置、 焊接收口、液压校直系统、镀锌、喷涂、安装升降器、安装造型支架、 组装。
本发明更优的技术方案是所述的清洗工艺包括采用超声波清洗 PCB或LED支架相应的焊盘上，随后进行烧结使银胶固化。
本发明的有益效果该项目将大功率半导体LED电光源与太阳能 相结合，在LED封装光学系统、散热系统和驱动系统三方面开展创新 性研究。研制的LED节能灯光源采用低压直流供电，具有节能降耗、 高效安全、用途范围广、寿命长、高显色指数、照明均匀、无光斑和 无污染等优点，是荧光灯、白炽灯的替代产品，产品各项指标达到国 家质检标准，可广泛应用于城市道路照明。其生产工艺采用超声波清 洗技术，在封装、压焊、切膜方面技术独特先进；采用新的导光板技 术，在光能散热方面技术属国内首创。
(四)
下面结合附图对本发明作进一步的说明。 附图为l本发明的封装生产工艺流程图； 附图为2本发明的灯具及光源的生产工艺流程图； 附图为3本发明的LED灯的工艺流程图。
具体实施方式
附图为本发明的一种具体实施例。该实施例包括封装光学系
统、散热系统和驱动系统，所述的散热系统采用灯体外表空气对流自 然散热方式，所述的驱动系统为特低电压衡压供电系统，灯具与电源 适配器分离。包括灯的封装工艺、灯具及光源的生产工艺和灯的生产 工艺流程，所述的封装工艺包括一下步骤清洗、装架、压焊、封装、 焊接、切膜、装配、测试；所述的灯具及光源生产工艺包括磨具设计、 压铸成型、去屑背丝、线路设计、焊装、密封、组装；所述的灯生产 工艺流程，包括板材设置、焊接收口、液压校直系统、镀锌、喷涂、 安装升降器、安装造型支架、组装。
所述的清洗工艺包括采用超声波清洗PCB或LED支架相应的焊盘 上，随后进行烧结使银胶固化。所述的压焊工艺包括金丝球焊和铝丝压焊。所述的切膜工艺采用冲床模切背光源需要的扩散膜和反光膜。
该项目将大功率半导体LED电光源与太阳能相结合，在LED封装光学 系统、散热系统和驱动系统三方面开展创新性研究。研制的LED节能 灯光源采用低压直流供电，具有节能降耗、高效安全、用途范围广、 寿命长、高显色指数、照明均匀、无光斑和无污染等优点，是荧光灯、 白炽灯的替代产品，产品各项指标达到国家质检标准，可广泛应用于 城市道路照明。其生产工艺采用超声波清洗技术，在封装、压焊、切 膜方面技术独特先进；采用新的导光板技术，在光能散热方面技术属 国内首创。
按照网格划分方法一分离变量映射方法和新的三维表面造型方 法一不连续表面三维造型方法，成功设计可以形成均匀矩形照度分布 的路灯光学透镜，不仅具有很高的封装效率，而且对环境友好和人眼 友好，采用高效率、高可靠性的LED驱动技术。开发了针对路灯应用 的配电方案，有效降低了线路损耗，获得的电源转换效率接近90%。 同时，适合高温环境要求的电路元器件、新型的稳流设计、特有的过 热保护功能保证了大功率LED高效节能灯的可靠性，提高了 LED节能 路灯的寿命。独特的产业化LED节能路灯装配制造技术。新型LED节 能路灯的产业化装配制造技术集成了模具加工、电镀、金属快速精密 加工等最新产业化工艺技术，具有成品率高、生产效率高、成本低的 优势，而且具有许多独特的优点同一套模具可以适应多种规格的路 灯；路灯模块安装和拆卸方便，而且可以实现自动化操作；基于非成 像光学的透镜设计，使得路灯模块可以无限无缝拼接，形成42W—350 W的多种产品线。
具体设计方案如下-
(l)对路灯光学系统来说，将每颗功率型LED的输出光分布设计 成与道路照明标准规定面积一致的均匀矩形的照度分布。当多颗LED 集群为LED节能路灯时，道路上的照度分布与单颗LED的照度分布一 致，照度的大小是多颗LED作用效果的简单叠加。基于这种设计理念， 相邻LED节能路灯的照度分布可以实现无缝连接，而且道路照度的大 小可以根据实际情况随意调整LED的数目，单颗LED的失效不会在路面造成暗斑。这种设计理念可以最大限度的发挥LED的优势，提高LED 的光能利用效率，增强LED节能路灯的安全稳定性，是引领世界发展 潮流的新的设计理念。
(2) 限制大功率LED大规模应用于照明领域的主要因素是散热问 题。LED产生的热量如果无法顺利导出，将会导致LED工作温度不断 提高，从而降低LED的效率。同时，LED工作在较高温度时寿命也会 縮短。路灯的散热设计一方面要控制LED的工作温度，另一方面要限 制散热装置的重量。
在散热方式的选择上，要考察路灯的应用环境和要求。路灯的应 用环境相当恶劣，首先要经受风沙、雨水的侵蚀。其次还要面临可能 遇到的冲击、震动。所以路灯散热设计的要求一定是密封性好，可靠 性高，坚固，耐腐蚀。综合散热能力、效率、成本、稳定性、寿命等 因素，LED节能路灯采用灯体外表空气对流自然散热方式，提高电光 效率，降低灯具成本，提高灯具的稳定性和寿命。 我们采用先进的散热器优化软件来优化LED节能路灯的散热装置，得 到限定灯具重量情况下的散热装置的最佳尺寸、比例、翅片数等各个 参数。用热学模拟软件模拟路灯装配制定散热装置后在各种环境下的 工作情况，通过试验验证散热装置的可靠性。
(3) LED的驱动电路设计是影响路灯发光效率、寿命性能的另一个 重要因素。我们选用适合高温环境工作的高品质电子元器件，确保电 路的稳定性；采用安全特低电压恒压供电，路灯与电源适配器分离， 减少灯体体积和重量，便于散热和维修；LED按13或14灯1个串联
回路，恒流输出电路供电；设温度、电流保护；设计灯具温度异常时 自动调节灯具功率之功能。 工艺详解 1、生产工艺
a) 清洗采用超声波清洗PCB或LED支架，并烘干。
b) 装架在LED管芯(大圆片)底部电极备上银胶后进行扩张， 将扩张后的管芯(大圆片)安置在刺晶台上，在显微镜下用刺晶笔将 管芯一个一个安装在PCB或LED支架相应的焊盘上，随后进行烧结使银胶固化。
C)压焊用铝丝或金丝焊机将电极连接到LED管芯上，以作电流
注入的引线。LED直接安装在PCB上的， 一般采用铝丝焊机。(制作白 光T0P-LED需要金线焊机)
d) 封装通过点胶，用环氧将LED管芯和焊线保护起来。在PCB 板上点胶，对固化后胶体形状有严格要求，这直接关系到背光源成品 的出光亮度。这道工序还将承担点荧光粉(白光LED)的任务。
e) 焊接如果背光源是采用SMD-LED或其它已封装的LED,则在装 配工艺之前，需要将LED焊接到PCB板上。
f) 切膜用冲床模切背光源所需的各种扩散膜、反光膜等。
g) 装配根据图纸要求，将背光源的各种材料手工安装正确的位置。
h) 测试检查背光源光电参数及出光均匀性是否良好。
i) 包装将成品按要求包装、入库。
2、封装工艺
(1) LED的封装的任务是将外引线连接到LED芯片的电极 上，同时保护好LED芯片，并且起到提高光取出效率的作用。关键工 序有装架、压焊、封装。
(2) LED封装形式LED封装形式可以说是五花八门，主要 根据不同的应用场合采用相应的外形尺寸，散热对策和出光效果。LED 按封装形式分类有Lamp-LED、 TOP-LED 、 Side-LED、 SMD-LED 、 High-Power-LED等。
(3) LED封装工艺流程
(4) 封装工艺说明
1) 芯片检验镜检材料表面是否有机械损伤及麻点麻坑 (lockhill)芯片尺寸及电极大小是否符合工艺要求电极图案是否完整。
2) 扩片由于LED芯片在划片后依然排列紧密间距很小(约 0. lmm)，不利于后工序的操作。我们采用扩片机对黏结芯片的膜进行 扩张，使LED芯片的间距拉伸到约0.6mm。3) 点胶在LED支架的相应位置点上银胶或绝缘胶。工艺难 点在于点胶量的控制，在胶体高度、点胶位置均有详细的工艺要求。 由于银胶和绝缘胶在贮存和使用均有严格的要求，银胶的醒料、搅拌、 使用时间都是工艺上必须注意的事项。
4) 备胶和点胶相反，备胶是用备胶机先把银胶涂在LED背 面电极上，然后把背部带银胶的LED安装在LED支架上。备胶的效率 远高于点胶，但不是所有产品均适用备胶工艺。
5) 手工刺片将扩张后LED芯片(备胶或未备胶)安置在刺 片台的夹具上，LED支架放在夹具底下，在显微镜下用针将LED芯片 一个一个刺到相应的位置上。手工刺片和自动装架相比有一个好处， 便于随时更换不同的芯片，适用于需要安装多种芯片的产品.
6) 自动装架自动装架其实是结合了沾胶(点胶)和安装芯 片两大步骤，先在LED支架上点上银胶(绝缘胶)，然后用真空吸嘴 将LED芯片吸起移动位置，再安置在相应的支架位置上。自动装架在 工艺上主要要熟悉设备操作编程，同时对设备的沾胶及安装精度进行 调整。在吸嘴的选用上尽量选用胶木吸嘴，防止对LED芯片表面的损 伤，特别是兰、绿色芯片必须用胶木的。因为钢嘴会划伤芯片表面的 电流扩散层。
7) 烧结烧结的目的是使银胶固化，烧结要求对温度进行监 控，防止批次性不良。银胶烧结的温度一般控制在15(TC，烧结时间 2小时。根据实际情况可以调整到170°C， 1小时。绝缘胶一般150°C， 1小时。银胶烧结烘箱的必须按工艺要求隔2小时(或1小时)打开 更换烧结的产品，中间不得随意打开。烧结烘箱不得再其他用途，防 止污染。
8) 压焊压焊的目的将电极引到LED芯片上，完成产品内外 引线的连接工作。LED的压焊工艺有金丝球焊和铝丝压焊两种。压焊 是LED封装技术中的关键环节，工艺上主要需要监控的是压焊金丝(铝 丝)拱丝形状，焊点形状，拉力。对压焊工艺的深入研究涉及到多 方面的问题，如金(铝)丝材料、超声功率、压焊压力、劈刀(钢嘴) 选用、劈刀(钢嘴)运动轨迹等等。9)点胶封装LED的封装主要有点胶、灌封、模压三种。基本 上工艺控制的难点是气泡、多缺料、黑点。手动点胶封装对操作水平 要求很高(特别是白光LED)，主要难点是对点胶量的控制，因为环氧 在使用过程中会变稠。公司采用最新的喷射式点胶封装，解决了白光 LED的点胶存在的荧光粉沉淀导致出光色差的问题。
10) 灌胶封装Lamp-LED的封装采用灌封的形式。灌封的过程 是先在LED成型模腔内注入液态环氧，然后插入压焊好的LED支架， 放入烘箱让环氧固化后，将LED从模腔中脱出即成型。
11) 模压封装将压焊好的LED支架放入模具中，将上下两副 模具用液压机合模并抽真空，将固态环氧放入注胶道的入口加热用液 压顶杆压入模具胶道中，环氧顺着胶道进入各个LED成型槽中并固化。
12) 固化与后固化固化是指封装环氧的固化， 一般环氧固化 条件在135X:， l小时。模压封装一般在150°C， 4分钟。
13) 后固化后固化是为了让环氧充分固化，同时对LED进行 热老化。后固化对于提高环氧与支架(PCB)的粘接强度非常重要。 一般条件为120°C， 4小时。
14) 切筋和划片由于LED在生产中是连在一起的(不是单个)， Lamp封装LED采用切筋切断LED支架的连筋。SMD-LED则是在 一 片PCB 板上，需要划片机来完成分离工作。
15) 测试测试LED的光电参数、检验外形尺寸，同时根据客 户要求对LED产品进行分选。
16) 包装将成品进行计数包装。超高亮LED需要防静电包装。 该项目产品符合国家节能减排政策和鼓励支持发展的产业化项
目，其总体技术工艺在同行业中达到国内领先水平。
权利要求
1. 一种大功率LED灯，包括封装光学系统、散热系统和驱动系统，其特征在于所述的散热系统采用灯体外表空气对流自然散热方式，所述的驱动系统为特低电压衡压供电系统，灯具与电源适配器分离。
2. 如权利要求1所属的大功率LED灯的生产工艺，包括灯的封装工艺、 灯具及光源的生产工艺和灯的生产工艺流程，其特征在于所述的封装工艺包括一下步骤清洗、装架、压焊、封装、焊接、切膜、 装配、测试；所述的灯具及光源生产工艺包括磨具设计、压铸成型、 去屑背丝、线路设计、焊装、密封、组装；所述的灯生产工艺流程， 包括板材设置、焊接收口、液压校直系统、镀锌、喷涂、安装升降 器、安装造型支架、组装。
3. 根据权利要求2所述的所述的大功率LED灯的生产工艺，其特征在 于所述的清洗工艺包括采用超声波清洗PCB或LED支架相应的焊 盘上，随后进行烧结使银胶固化。
4. 根据权利要求2所述的所述的大功率LED灯的生产工艺，其特征在 于所述的压焊工艺包括金丝球焊和铝丝压焊。
5. 根据权利要求2所述的所述的大功率LED灯的生产工艺，其特征在 于所述的切膜工艺采用冲床模切背光源需要的扩散膜和反光膜。
全文摘要
本发明公开了一种生产照明装置及其工艺，特别公开了一种大功率LED灯及其生产工艺。该大功率LED灯，包括封装光学系统、散热系统和驱动系统，其特征在于所述的散热系统采用灯体外表空气对流自然散热方式，所述的驱动系统为特低电压衡压供电系统，灯具与电源适配器分离。该大功率LED灯的生产工艺，包括灯的封装工艺、灯具及光源的生产工艺和灯的生产工艺流程，其特征在于所述的封装工艺包括一下步骤清洗、压焊、封装、所述的灯生产工艺流程，包括板材设置、焊接收口、液压校直系统、镀锌、喷涂、安装升降器、安装造型支架、组装。本发明的有益效果节能降耗、高效安全。
文档编号F21V23/00GK101532610SQ20091002052
公开日2009年9月16日 申请日期2009年4月17日 优先权日2009年4月17日
发明者宋国兴 申请人:宋国兴