专利名称：具有功率发光二极管的大型照明灯的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种具有功率发光二极管的大型照明灯的制造方法，尤其涉及将在路灯等大型发光二极管照明灯高热通过对流形散热装置迅速地多重分散在大气温度的具有功率发光二极管的大型照明灯的制造方法。
背景技术：
二氧化碳(CO2)、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)是导致地球温暖化的元凶，最近，迫切地要求减少二氧化碳(CO2)、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)使用，随此，照明领域也需要开发一种能够作为绿色增长的技术而受瞩目的新型照明灯以达到显著减少电力消费及资源浪费而增大光源效率，并使环境和经济的相生具体化。利用发光二极管的LED (Light Emitting Diode)照明灯耗电量少且能够半永久使用，并具有环境和经济特性。与霓虹日光灯相比，具有至少8倍以上的长寿命，比白炽灯能节约67%的电力、比日光灯能节约17%的电力，作为无汞光源有利于环境保护。但是，在发光效率方面还有许多要克服的课题。发光二极管照明是使用一个或多个流通红色，绿色，蓝色等电便自发性地发光的发光二极管元件而制成的。发光二极管的发光原理是1907年向半导体施加电压时观测到发光而被发现的。半导体的电子(e)随着外部电压产生能量的偏差，此时从高能量转到低能量的瞬间，会发光。若电子的能量差大即发蓝光，小即发红光，中间即发绿光。1962年美国的General Electronics (GE)首次将红色发光二极管商用化,而1993年日本日亚化学工业的须子中村博士开发出了蓝色发光二极管。1997年日亚在蓝色发光二极管上使用黄色荧光体，开发出了发白光的白色发光二极管。发光二极管从基本要素的红、绿、蓝还发出白色从而制作出多种彩色光。特别是通过白色发光二极管的开发，发光二极管照明的领域从电子产品的显示器扩大到能够代替一般照明的灯使用。因此，代替一般照明的利用发光二极管的LED照明灯，依赖根本技术在多种应用技术的研究开发上倾注全力。即，体现高亮度发光二极管的发光效率的流明/瓦特(lm/W)级的技术，世界上屈指可数的照明企业在争先恐后的研发拥有最高光源效率的产品，而到目前为止，美国的Cree社，德国的欧司朗公司，日本的日亚(NICHIA)公司这3架马车在推出着大部分的产品进而支配着世界市场。目前，高亮光功率发光二极管照明灯按3W级为基准生产VF电压3.3V、IF电流700mA，但在小的发光二极管元件上流通大电流来发光的过程中发生功率发光二极管的后面温度高的问题，而解决高温的散热处理已成为最大的问题。I瓦特(W)级以上的高输出发光二极管的功率发光二极管，电力消耗比较多，电流量很大，因此发光效率也高，但发光二极管芯片的发热量还处于非常高的水准，因此若不树 立散热对策，发光二极管芯片的温度过高导致芯片本身或封装树脂被熔化，从而招来照明度降低等发光效率的低下和减少芯片寿命的结果。为了不损害发光二极管的最大特征的半永久寿命，散热技术的开发是很有必要的。
为了将发光二极管作为照明用光源来使用，模块化技术是很有必要的，其核心技术是将封装材料作为基础的散热设计技术。为此，为了制造利用发光二极管的照明产品，散热设计技术是及其重要的核心技术。目前在使用中的功率发光二极管封装是使用PCB(配线电路用基板)及水平形态，其种类很多。但共同事项是PCB状态下使用高亮度功率发光二极管，会产生体积变大的问题，而使用的芯片的大小是20，28，40mil (1000分之I英尺)，而所述芯片上使用的消费电力是0. 5-1瓦特，因此，耗电多的同时发生很多热量，进而提高功率上有限制。功率发光二极管中最重要的部分是由于热导致的芯片的损失。由于热导致发光二极管急剧被老化，进而导致照明度降低。为解决这部分问题，国内外的封装企业在争先恐后地开发的领域是散热板，且同时开发中的又一领域是用低电流来体现高效率的方法。从根 本上讲，光能是依据热来发光的，因此没有热便不能发光。因此，将所述的热转化为多少光能成为提高产品的效率且具竞争性的因素。换句话说，功率发光二极管上施加VF电压和IF电流来保持预定的散热点温度时，目前为止，地球上最具发光效率的发光二极管光源能占据一定位置(参考图I)，但至今为止还尚未根本地解决功率发光二极管后面的散热处理技术问题。代替此，使用如下方式及形态来控制发热。即，在不灭掉功率发光二极管元件的程度上，减少VF电压和IF电流，使用数十mA的电流来驱动，来将功率发光二极管元件的发光效率降低30-40%程度的方式，及电流不变而提高电压的形态来控制发热。即，若3瓦特，理应使用700mA-750mA，但用提高电压，电流不变的形态来进行封装，使功率对比电流变小，进而减少发热。目前的应用技术是使用所述方式来解决散热问题。但是，需要大型照明灯的路灯，保安灯，公园灯，隧道灯，工厂灯，广场后光灯，进行特殊活动的军部队用，探照灯等需要大光源的场所上使用功率发光二极管时，不减低VF电压和IF电流，反而提高VF电压和IF电流，使用数百mA的高电流来驱动，使发光二极管元件的系统效率升级为70-85%。一方面，最近国内开发出了可适用在汽车前照灯上的2500流明/瓦特(lm/W)、热电阻I卡尔文/瓦特(K/W)的白色照明用发光二极管光源模块，但为了散热处理，热电阻
0.95K/W上使用了 70个散热芯片。如上所述，由于在功率发光二极管后面的发热部位的发热点上发生相当多的高热，因此，不得不解决散热处理问题，而且只有具有散热处理功能的高亮度功率发光二极管照明灯用具才能诱发竞争力。因此，本发明提出随着大型发光二极管照明灯用具的生产，对于功率发光二极管元件的后面散热设计的新的应用技术。
发明内容
本发明是为解决所述问题点而提出的，本发明的具体目的是提出具有功率发光二极管的大型照明灯的制造方法，根据与功率发光二极管后面发热部位的散热点和大型散热构造体的所谓铝结构能够直接接触的多通孔内的传热介质，将积累的热向大气温度迅速地多重分散，增加散热效率，以少量发光二极管也能放射大光源，提高发光二极管元件的光源系统效率，来生产大型发光二极管照明灯具。
为达成所述目的，本发明要达成的技术问题是，提供具有功率发光二极管的大型照明灯的制造方法，其特征在于，包括以下步骤(A)步骤，FR-4材料具备能够固定所述功率发光二极管的引线框架(+极、-极)的焊料垫，将在所述FR-4材料的上下部附着有铜(Cu)箔面的两面基板(FR-4PCB)，根据所述功率发光二极管的形状及大小不贯穿整个两面基板而通过冲压加工仅在上部一部分形成一个通孔；(B)步骤贯穿从所述一个通孔延长的所述两面基板的剩余部分形成多个通孔，不冲压所述两面基板(FR-4PCB)的下部铜(Cu)箔面形成2层结构的多通孔；(C)步骤，在所述2层结构的多通孔使用机械装置注入无铅焊料至所述焊接垫的闻度为止以便具有散热块功能；
(D)步骤，注入所述无铅焊料之后，在极板适当地安装所述功率发光二极管，利用移动型高温设备将所述无铅焊料焊接成所述功率发光二极管后面散热部位的散热点和所述无铅焊料及所述两面基板的下部铜(Cu)箔面成为一体，从而完成印刷电路板组件；(E)步骤，将所述印刷电路板组件安装在大型散热构造体的所谓铝结构，提高作为发光二极管照明灯的散热效率。优选，所述2层结构的多通孔穿设于与所述功率发光二极管散热部位的散热点垂直一致的地点。优选，在加工所述两面基板(FR-4PCB)时，事先穿设所述2层结构的多通孔。优选，所述2层结构的多通孔的穿设形态为圆形或四边形。优选，所述一个通孔具有注入到所述一个通孔的所述无铅焊料通过所述移动型高温设备成为焊接结构的传热介质瞬时间积累在所述功率发光二极管散热部位的散热点产生的闻热的功能。优选，所述多个通孔具有将瞬时间积累在所述一个通孔的高热快速地多重分散的功能。优选，在所述两面基板(FR-4PCB)安装所述功率发光二极管之前先注入所述无铅焊料。优选，所述印刷电路板组件通过焊接(Soldering)或散热膏(Thermal Grease)来固定在大型散热构造体的铝结构。根据本发明可期待如下效果。根据本发明，通过与功率发光二极管后面散热部位的散热点和大型散热构造体的所谓铝结构能够直接接触的多通孔内的传热介质将积累的高热迅速地分散发射到大气温度，(I)增加散热效果以少量发光二极管也发射大光源而能够提高发光二极管光源系统的发光效率。(2)顺利散热处理能够生产路灯等大型发光二极管照明灯具。(3)随着大型发光二极管照明灯具的生产，对功率发光二极管元件的后面散热设计提出新型应用技术。
图Ia及图Ib是示出从理论上考察功率发光二级光的VF-IF特性及散热效率-寿命的图表。图2是示出功率发光二极管的一般结构的图。图3a、图3b及图3c是在根据本发明的优选实施例的具有功率发光二极管的大型照明灯的制造方法中示出印刷电路板组件的制造过程的图。图4是在根据本发明的优选实施例的具有功率发光二极管的大型照明灯的制造方法中示出已完成的印刷电路板组件的图。图5是在根据本发明的优选实施例的具有功率发光二极管的大型照明灯的制造方法中示出将印刷电路板组件安装固定在大型散热构造体的所谓铝结构的状态的图。图6是说明根据本发明的优选实施例的具有功率发光二极管的大型照明灯的制造方法的流程图。图7是在根据所述图6的具有功率发光二极管的大型照明灯的制造方法中说明2层结构的多通孔的流程图。
图8是根据所述图6的具有功率发光二极管的大型照明灯的制造方法中说明将无铅焊料和印刷电路板组件附着在大型散热构造体的所谓铝结构的步骤的流程图。100 :功率发光二极管，101 :极板，110 :反射镜，120 :阳极⑷，130 :金(Au)焊线，140 :凹透镜，150 :阴极(K), 160 :树脂模，170 :凸透镜180 :散热部位，190 :散热点，200 :两面基板(FR-4PCB)，210 :FR-4材料，220 :上部铜(Cu)箔面，221 :下部铜(Cu)箔面，230 :2层结构的多通孔，231 :—个通孔，232a 232d :多个通孔，240 :圆形，250 :四边形，300 :无铅焊料，310 :散热块，320 :焊接垫，400 :移动型高温设备，500 :印刷电路板组件，600 :大型散热构造体的所谓铝结构
具体实施例方式以下，参照附图详细说明本发明的优选实施例。对图面的构成元件标注符号时，即使在不同的图中，对相同的构成元件标注相同的符号。在说明本发明时，若判断对相关公知构成或功能的具体说明会导致本发明的要旨不明确，则省略对其的详细说明。图Ia及图Ib示出从理论上考察功率发光二极管的VF-IF特性及散热效率-寿命的图表。根据图1，将高亮度功率发光二极管的发光输出设为3W时，为了开始放电而施加VF电压3. 3V、IF电流700mA时能够保持预定的散热点，因此1000小时时能保持100%的发光效率、10，000小时时能保持95%的发光效率、100，000小时时能保持90%以上的发光效率，由此能照样保持发光二极管所具有的长寿命的优点。为了将高亮度功率发光二极管用作照明灯，需要流通数百mA以上的大电流，此时，由于发光二极管芯片的温度过高而芯片本身或封装树脂被熔化，最终导致照明度降低等发光效率降低并缩短芯片寿命的结果。为了保持发光二极管的最大特点的半永久寿命需要开发散热设计技术。因此，本发明的核心技术的特征是设计为将发光二极管芯片发生的高热发射到大气温度中的自然对流形。图2是示出功率发光二极管的一般结构。根据图2，高亮度功率发光二极管，在极板101固定“V”字形反射镜110，在所述极板一侧连接阳极A端子120，为了使部件之间确实地电接触在所述阳极A端子120由金Au而成的半圆形金Au焊接线130朝阴极K端子150侧弯曲。并且，在所述“V”字形反射镜110的中央设置凹透镜140，在其下端连接阴极K端子150。在所述阳极A端子120和阴极K端子150施加电压时，通过连接在所述阳极A端子120的金Au焊接线130半导体电子e向所述阴极K端子150从高能量转换为低能量的偏差开始放电的同时产生光。在所述“V”字形反射镜110的内部填充树脂模160，在上部设置凸透镜170。并且，在功率发光二极管散热部位180形成散热点190。图3a、图3b及图3c是在根据本发明的优选实施例的具有功率发光二极管的大型照明灯的制造方法中示出印刷电路板组件500的制造过程的图。首先，根据图3a，在两面基板(FR-4PCB)，根据功率发光二极管的形状及大小，通过冲压加工形成2层结构的多通孔(Multi-Through Hole)。所述两面基板(FR_4PCB)200是用于安装所述功率发光二极管的单元，在FR-4材料210的上、下部附着铜(Cu箔面)220、221，所述？1 -4材料210具备能够固定所述功率发光二极管的引线框架(+极、-极)的焊接垫。所述两面基板(FR-4PCB)与高价的金属芯的印刷电路板(Metal Core PrintedCircuit Board)及散热垫相比提供能够节约费用，实现整个模块部件的轻量化，并且印刷电路板的粘接平坦度良好的印刷电路板组件。所述多通孔230具有2层结构，是容纳将高热从所述功率发光二极管散热部位180的散热点190传递至散热构造体的所谓铝结构600的传热介质的穿通部，在所述两面基板(FR-4PCB)200上部的所述功率发光二极管所处的每个地方形成一个通孔231，在从所述一个通孔231延伸的下部通过冲压加工形成多个通孔232a-232d。此时，要注意所述两面基板(FR-4PCB) 200的下部铜(Cu)箔面221被冲压。在此，不穿孔所述两面基板(FR-4PCB)200的下部铜(Cu)箔面221是因为与通过后述的移动型高温设备400焊接的无铅焊料300接触，而将在所述功率发光二极管产生的高热传递到大型散热构造体的所谓铝结构600。并且，图3b示出在两面基板(FR-4PCB) 200根据功率发光二极管的形状及大小通过冲压加工形成2层结构的多通孔的穿通部注入无铅焊料的状态。所述无铅焊料300是具有散热块310的功能的传热介质，在所述多通孔230内使用机械装置注入相应于所述焊料垫高度的焊料。并且，图3c示出在两面基板(FR-4PCB) 200根据功率发光二极管100的形状及大小通过冲压加工形成2层结构的多通孔的穿通部注入无铅焊料300之后，用移动型高温设备进行焊接的状态。所述移动型高温设备400是对所述无铅焊料300施加高热定型为传热介质的设备，注入所述无铅焊料300之后，将所述功率发光二极管100适当地安装在基板(+、_)，焊接所述无铅焊料300，或用高温焊接与所述功率发光二极管100的引线框架(或阳极及阴极)连接的焊接垫320。图4示出根据本发明的优选实施例的具有功率发光二极管的大型照明灯的制造方法中已完成的印刷电路板组件500。根据图4，所述印刷电路板组件500是将所述功率发光二极管100、所述两面基板 (FR-4PCB)200及所述无铅焊料300封装为一体的单元，通过所述移动型高温设备400构成焊接结构，即所述功率发光二极管100的后面散热部位180的散热点190和注入在所述多通孔230内的无铅焊料300及两面基板(FR-4PCB)200的下部铜(Cu)箔面221成为一体并成为传热介质，用固定型站立构造形成两极而构成的单元。
图5是在根据本发明的优选实施例的具有功率发光二极管的大型照明灯的制造方法中示出将印刷电路板组件500固定在大型散热构造体的所谓铝结构600的状态的图。首先，根据图5，所述印刷电路板500安装在大型散热构造体的所谓铝结构600以增大作为发光二极管照明灯的散热效率，并示出使用多个所述印刷电路板组件500能够制作路灯等大型发光二极管照明灯结构的实物形态的状态。图6是说明根据所述图3a、3b、3c至图5的具有功率发光二极管的大型照明灯的制造方法的流程图。根据图6，本发明在制造具有功率发光二极管的大型照明灯的方法具有以下步骤。A步骤FR_4材料210具备能够固定所述功率发光二极管的引线框架 (+极、-极)的焊料垫320，将在所述FR-4材料210的上下部附着有铜(Cu)箔面220、221的两面基板(FR-4PCB) 200，根据所述功率发光二极管的形状及大小不贯穿整个两面基板而通过冲压加工仅在上部一部分形成一个通孔(S100)。B步骤贯穿从所述一个通孔231延长的所述两面基板的剩余部分形成多个通孔232a-232d，不冲压所述两面基板(FR-4PCB) 200的下部铜(Cu)箔面221形成2层结构的多通孔 230(S200)。在此，根据图7，所述2层结构的多通孔230穿孔于与所述功率发光二极管散热部位180的散热点190垂直一致的地点(S210)。在加工所述两面基板(FR_4PCB)200时，事先穿设所述2层结构的多通孔230(S220)。所述2层结构的多通孔230根据所述功率发光二极管的形状及大小穿设成圆形240 或四边形 250(S230)。所述一个通孔231具有以下功能，即注入到所述一个通孔231的所述无铅焊料300通过所述移动型高温设备400成为焊接构造的传热介质而积累在所述功率发光二极管发热部位180的散热点190产生的高热的功能(S240)。所述多个通孔232a_232d具有迅速地多重分散积累在所述一个通孔231的高热的功能(S250)。根据本发明实施例的核心技术思想的特征是构成具备所述一个通孔231及所述多个通孔232a-232d的2层结构的多通孔230。即，从所述功率发光二极管散热部位180的散热点190发生的热，越是路灯等大型发光二极管照明灯越增加电流提高发光效率，越增加电流，发热部位的散热点温度越变高。此时，传热介质容纳在体积比所述多个通孔232a-232d更宽的具有散热块功能的所述一个通孔231，在所述一个通孔231瞬时间积累散热之后，如伯努利定理，具有高热膨胀系数的高温散热迅速地多重分散在体积比所述一个通孔231小的多个通孔232a-232d，从而能够加倍提高散热效果。换言之，将在所述功率发光二极管散热部位180的散热点190产生的热一次性地瞬间积累在无铅焊料300，无铅焊料注入在具有散热块功能的一个通孔231内。此时，积累在所述一个通孔231的功率发光二极管的热具有高的热膨胀系数。注入到所述多个通孔232a-232d内的无铅焊料300通过焊接直接与所述两面基板(FR-4PCB) 200的下部铜(Cu)箔面221焊接，第二，迅速地多重分散积累在所述一个通孔231的散热。并且，第三，通过直接固定所述两面基板(FR-4PCB)200的下部铜(Cu)箔面221和大型散热构造体的所谓铝结构600，从而更加扩散散热范围，并极其增大散热效果。如上所述的构成可谓是尚未开发出的本发明人的独特的散热设计技术。C步骤，在所述2层结构的多通孔230使用机械装置注入无铅焊料300至所述焊接垫的高度为止以便具有散热块功能(S300)。根据图8，在所述两面基板(FR-4PCB) 200安装所述功率发光二极管之前先注入所述无铅焊料300。D步骤，注入所述无铅焊料300之后，在极板适当安装所述功率发光二极管100，利用移动型高温设备400将所述无铅焊料300焊接成所述功率发光二极管后面散热部位的散热点和所述无铅焊料及所述两面基板的下部铜(Cu)箔面成为一体，从而完成印刷电路板 组件 600 (S400)。E步骤，将所述印刷电路板组件500安装在大型散热构造体的所谓铝结构600，提高作为发光二极管照明灯的散热效率(S500)。根据图8，所述印刷电路板组件500和大型散热构造体的所谓铝结构600通过焊接或散热膏来固定(S510)。根据本发明的优选实施例，本发明通过与功率发光二极管后面散热部位的散热点和大型散热构造体的所谓铝结构能够直接接触的多通孔内的传热介质将积累的高热迅速地多重分散在大气温度中，随着路灯等大型发光二极管照明灯具的生产，对功率发光二极管元件的后面散热设计方法提出新型应用技术。以上说明只不过是举例说明本发明的技术思想而已，只要是本发明所属技术领域的技术人员可在不脱离本发明的本质特性的范围内进行各种修改及变形。所以，本发明所示实施例是用来说明本发明的技术思想而提供的，并不是用来限定本发明的技术思想，本发明的技术思想范围并不由所述实施例限定。本发明的保护范围应由权利要求范围来决定，与其同等范围内的所有技术思想应包含于本发明的权利要求范围内。
权利要求
1.ー种具有功率发光二极管的大型照明灯的制造方法，其特征在于，包括以下步骤 (A)在两面基板(FR-4PCB)的上部的一部分根据所述功率发光二极管的形状及大小通过冲压加工不贯穿整个两面基板地形成ー个通孔；在所述两面基板的上、下部附着有铜箔面，所述两面基板由FR-4材料制成且具有能够固定功率发光二极管的引线框架(+扱、-扱)的焊料垫； (B)从所述一个通孔延伸，贯穿所述两面基板的剰余部分而形成多个通孔，从而形成两层结构的多通孔；所述两面基板的下部的铜箔面不被冲穿； (C)使用机械装置在所述两层结构的多通孔中注入无铅焊料直至达到所述焊接垫的高度为止，以便提供散热块功能； (D)注入所述无铅焊料之后，在极板适当地安装所述功率发光二极管，然后利用移动型高温设备通过无铅焊料焊接，将功率发光二极管后面散热部位的散热点、所述被注入的无铅焊料及所述两面基板的下部铜箔面焊接成一体，从而完成印刷电路板组件； (E)将所述印刷电路板组件安装于作为大型散热构造体的铝结构，以提高发光二极管照明灯的散热效率。
2.根据权利要求I所述的具有功率发光二极管的大型照明灯的制造方法，其特征在于，所述两层结构的多通孔穿设干与所述功率发光二极管散热部位的散热点垂直一致的地点。
3.根据权利要求2所述的具有功率发光二极管的大型照明灯的制造方法，其特征在于，所述两层结构的多通孔在加工所述两面基板时被预先冲压加工。
4.根据权利要求3所述的具有功率发光二极管的大型照明灯的制造方法，其特征在于，所述两层结构的多通孔是以圆形或四边形冲压设置的。
5.根据权利要求I所述的具有功率发光二极管的大型照明灯的制造方法，其特征在于，注入到所述ー个通孔的无铅焊料通过所述移动型高温设备成为焊接结构形式的传热介质，因而所述一个通孔具有瞬时间积累从所述功率发光二极管散热部位的散热点产生的高热的功能。
6.根据权利要求5所述的具有功率发光二极管的大型照明灯的制造方法，其特征在于，所述多个通孔具有将瞬时间积累在所述ー个通孔的高热快速地多路分散的功能。
7.根据权利要求I所述的具有功率发光二极管的大型照明灯的制造方法，其特征在于，所述无铅焊料在所述功率发光二极管安装于所述两面基板之前注入。
8.根据权利要求I所述的具有功率发光二极管的大型照明灯的制造方法，其特征在于，所述印刷电路板组件和大型散热构造体的所谓铝结构通过焊接或散热膏来固定。
全文摘要
本发明涉及一种具有功率发光二极管的大型照明灯的制造方法，所述具有功率发光二极管的大型照明灯将路灯等大型发光二极管照明灯的高热通过自然对流形散热装置迅速地多重分散到大气温度中。根据本发明具有以下效果，即增大散热效率以少量发光二极管也发射大的光源而能够提高发光二极管光源系统的发光效率，并且，由于顺利地进行散热处理，随着路灯等大型发光二极管照明灯的生产，对功率发光二极管元件的后面散热处理提出新的应用技术。
文档编号F21V29/00GK102695916SQ201080053924
公开日2012年9月26日 申请日期2010年11月4日 优先权日2009年11月27日
发明者李永燮 申请人:泰恒有限公司