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CN106159062A - Led灯丝光源、led灯丝球泡灯及其制作方法 - Google Patents

Led灯丝光源、led灯丝球泡灯及其制作方法 Download PDF

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CN106159062A CN201610640695.9A CN201610640695A CN106159062A CN 106159062 A CN106159062 A CN 106159062A CN 201610640695 A CN201610640695 A CN 201610640695A CN 106159062 A CN106159062 A CN 106159062A
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李春雷
冯杰
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Abstract

本发明公开了一种LED灯丝光源、LED灯丝球泡灯及其制作方法，该LED灯丝光源包括钨铜金属复合散热基板、通过磁控溅射生成在钨铜金属复合散热基板表面的高导热绝缘层、通过磁控溅射和电镀生成在高导热绝缘层表面的若干个呈阵列状排布的导电铜层、设置在每一导电铜层上的焊接锡膏层、共晶焊接在焊接锡膏层上的倒装芯片，以及盖设在倒装芯片上的微透镜。本发明采用了倒装芯片、钨铜金属复合散热基板、高导热绝缘层，再结合倒装焊接及共晶工艺实现了倒装芯片与基板间的大电流低热阻通道，具有良好散热性能；因倒装芯片的热源中心点到散热基板之间都采用高导热性能的材料，大大降低了热阻，提高了LED灯丝光源的可靠性。

Description

LED灯丝光源、LED灯丝球泡灯及其制作方法
技术领域
本发明属于LED半导体照明技术领域，尤其涉及一种LED灯丝光源、LED灯丝球泡灯及LED灯丝球泡灯的制作方法。
背景技术
目前，LED发光效率已远高于白炽灯，开始进入占全球电力消耗30％-40％的普通照明领域，成为显著降低照明用电消耗、节约能源的重要途径。由此可知，LED照明将朝着高效节能、清洁环保和高性价比等方向不断创新，推动全球节能减排工程的贯彻实施。但是LED进入普通照明领域一直举步艰难。大角度LED光源的封装虽然让LED达到广角发光的优秀效果，但这种广角始终无法达到传统钨丝灯的完美。室内照明应具备适当亮度、舒适光场、空间和实现色彩均匀性；但目前LED灯多半有空间色偏问题，空间色偏是指LED灯会产生中间偏蓝、周围偏黄的“黄晕”，严重者会在某些角度形成极高色温的光束，对人体造成不良影响。所以各国的专家学者将焦点集中于研究LED灯丝，使之能够真正实现与钨丝灯一样的全角度发光，将带来前所未有的照明体验。目前国内多家厂家使用传统工艺已实现了360度灯丝光源及灯丝球泡的量产，但存在诸多问题，首先，关于散热问题，目前常规的灯丝光源多采用玻璃基板上固定正装芯片，通过金线邦定串联的结构，因采用正装的LED芯片玻璃基板，其蓝宝石衬底和玻璃基板导热散热性能差而导致光源光衰可靠性降低；其次，目前市面上的LED灯丝球泡声称360度全角度发光，但其360度发光不均匀，存在空间色偏且光效还有待提高；再次，目前市面的的灯丝球泡只能满足单一光色出光，不能进行多色光的出光调节，满足不了特殊场合的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中LED灯丝散热不好的缺陷，提供了一种LED灯丝光源，其散热性能好。
本发明的技术方案是：提供了一种LED灯丝光源，包括钨铜金属复合散热基板、通过磁控溅射生成在所述钨铜金属复合散热基板表面的高导热绝缘层、通过磁控溅射和电镀生成在所述高导热绝缘层表面的若干个呈阵列状排布的导电铜层、设置在每一所述导电铜层上的焊接锡膏层、共晶焊接在所述焊接锡膏层上的倒装芯片，以及盖设在所述倒装芯片上的微透镜。
本发明的另一目的在于提供一种LED灯丝球泡灯，包括用于接通电源的电输入接口、设置在所述电输入接口上且与所述所述电输入接口电性连接的灯丝焊接支架、多组交叉设置在所述灯丝焊接支架远离所述电输入接口的一端且如上述所述的LED灯丝光源、设置在所述LED灯丝光源和灯丝焊接支架外侧的灯丝球泡外壳，以及分别与所述电输入接口和LED灯丝光源电性连接的控制电路；多组所述LED灯丝光源的发光方向不同且光色不同。
本发明的另一目的在于提供一种LED灯丝球泡灯的制作方法，包括以下步骤：
采用AlC13+LiAlH4+四氢吠喃+苯有机溶剂电镀体系在钨铜箔片电镀上一定厚度的铝层，并将镀铝层通过阳极氧化的方法转化成氧化铝层，进而制得钨铜金属复合散热基板；
通过磁控溅射的表面处理工艺在钨铜金属复合散热基板表面生成高导热绝缘层，并通过磁控溅射和电镀在高导热绝缘层表面生成若干个呈阵列状排布的导电铜层；
采用焊接锡膏层将倒装芯片共晶焊接在导电铜层上，并在倒装芯片的周围盖设微透镜，进而制得LED灯丝光源；
采用至少两组发光方向不同且发光光色不同的LED灯丝光源进行交叉设置并安装在灯丝焊接支架上，将灯丝焊接支架远离LED灯丝光源的一端连接在丝灯泡电输入接口上，并在LED灯丝光源和灯丝焊接支架的外侧安装灯丝球泡外壳，进而制得LED灯丝球泡灯。
实施本发明的一种LED灯丝光源，具有以下有益效果：相对于常规的灯丝光源产品，本发明采用了倒装芯片、钨铜金属复合散热基板、高导热绝缘层，再结合倒装焊接及共晶工艺实现了倒装芯片与基板间的大电流低热阻通道；因倒装芯片的热源中心点到散热基板之间都采用高导热性能的材料，大大降低了热阻，再者因为基板的材质为钨铜金属复合材料，具有良好散热性能，热量从倒装芯片导出后也可以进行更好的散热，可通过多种方式，从而使散热性能得以解决，大大提高了LED灯丝光源的可靠性。
实施本发明的一种LED灯丝球泡灯，具有以下有益效果：LED灯丝光源的排布实现灯丝球泡灯空间出光的均匀性，其中所使用的灯丝光源满足亮度，色温的一致性，满足光谱，坐标的统一性，进一步的提高了灯丝球泡灯出光的光色一致性；在灯丝球泡外壳内部涂覆了涂覆层，其完善了灯丝球泡灯全角度出光的均匀性，该涂覆层采用了透过率高，散射性能好的光学材料；通过控制电路连接实现相对独立的电输出回路，从而实现对灯丝球泡灯的双色调光功能。
实施本发明的一种LED灯丝球泡灯的制作方法，具有以下有益效果：采用该方法制作的LED灯丝球泡灯，其实现了散热性能的提高、全角度出光，以及双色调光功能，同时实现了LED灯丝球泡灯的量产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的LED灯丝光源的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的LED灯丝球泡灯的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的LED灯丝球泡灯的双色调光结构电路；
图4是本发明实施例提供的LED灯丝球泡灯的制作方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接或间接在另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接或间接连接到另一个元件。
还需要说明的是，本发明实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
如图1所示，本发明实施例提供的LED灯丝光源包括导热散热性能较高的钨铜金属复合散热基板1、通过磁控溅射的表面处理工艺生成在钨铜金属复合散热基板1表面的高导热绝缘层2(类金钢石薄膜)、通过磁控溅射和电镀形成在高导热绝缘层2表面的若干个呈阵列状排布的导电铜层3、设置在每一导电铜层3上的焊接锡膏层4、共晶焊接在焊接锡膏层4上的倒装芯片5，以及盖设在倒装芯片5上的微透镜6。若干个微透镜6形成微透镜阵列，微透镜6及微透镜阵列不仅具有传统透镜相同功能：对光束进行汇聚、发散、整合、均匀分配等，还具有高集成化、折衍混合等特点。这些优点使得微透镜6及微透镜阵列应用于LED灯丝光源的封装优势明显。根据LED灯丝光源封装要求对微透镜阵列做具体设计，通过合理设计微透镜阵列的光学参数(形状、焦距、排布、占空比等)和微透镜的面型，使得LED灯丝光源得到优良的光学性能。
本发明实施例采用钨铜金属复合材料的新型散热基板技术，通过采用特殊的钨铜材料及半导体工艺解决了表面高平整性LED散热基板的一个基础问题，规避了耐蚀性差、可焊性差、表面难于绝缘化等缺点。应用低热阻LED互连技术，选取匹配的芯片和焊料采用共晶工艺实现良好的共晶焊接技术，达到良好的热匹配性及导电性能。相对于常规的灯丝光源产品，本发明实施例采用了倒装芯片5、钨铜金属复合散热基板1、高导热绝缘层2，再结合倒装焊接及共晶工艺实现了倒装芯片5与基板间的大电流低热阻通道；因倒装芯片5的热源中心点到散热基板之间都采用高导热性能的材料，大大降低了热阻，再者因为基板的材质为钨铜金属复合材料，具有良好散热性能，热量从倒装芯片导出后也可以进行更好的散热，可通过多种方式，从而使散热性能得以解决，大大提高了LED灯丝光源的可靠性。
如图2和图3所示，本发明实施例提供的LED灯丝球泡灯包括为电输入接口10、灯丝焊接支架20、第一LED灯丝光源30、第二灯丝光源40、灯丝球泡外壳60、涂覆层50及控制电路70。其中，电输入接口10呈螺旋状，其用于接通电源；灯丝焊接支架20设置在电输入接口10上且与电输入接口10电性连接，灯丝焊接支架20的作用是对灯丝光源进行支撑以及导电；第一LED灯丝光源30和第二灯丝光源40均设置在灯丝焊接支架20远离电输入接口10的一端，且第一LED灯丝光源30和第二灯丝光源40均为上述所述的LED灯丝光源，其交叉设置且发光方向和光色不同；灯丝球泡外壳60设置在第一LED灯丝光源30、第二灯丝光源40和灯丝焊接支架20的外侧，其一端连接在电输入接口10上。另一端封闭，以将第一LED灯丝光源30、第二灯丝光源40和灯丝焊接支架20密封；涂覆层50涂覆在灯丝球泡外壳60的内表面，该涂覆层50完善了LED灯丝球泡灯的全角度出光的均匀性；控制电路70分别与电输入接口10和第一LED灯丝光源30及第二灯丝光源40电性连接。
具体地，在灯丝焊接支架20上设置有四组LED灯丝光源，且每两组LED灯丝光源交叉设置；交叉设置的两组LED灯丝光源为上述第一LED灯丝光源30和第二LED灯丝光源40，即在灯丝焊接支架20上设置有两组上述第一LED灯丝光源30和两组上述第二LED灯丝光源40。第一LED灯丝光源30和第二LED灯丝光源40为两组发光方向不同且发光光色不同的光源。交叉的第一LED灯丝光源30和第二灯丝光源40相对灯丝焊接支架20向左右两个方向成15度至30度角度的倾斜，即第一LED灯丝光源30和第二LED灯丝光源40之间的夹角为30度至60度，以实现全角度出光。如需要采用更多的LED灯丝光源，其空间排布结构以此类推，在此种灯丝的排布结构下，实现灯丝球泡灯空间出光的均匀性，其中所使用的灯丝光源满足亮度，色温的一致性，满足光谱，坐标的统一性，进一步的提高了灯丝球泡灯出光的光色一致性。
优选地，上述涂覆层50采用了透过率高、散射性能好的光学材料，其透光率在90％以上，其涂覆采用喷涂的工艺方式。
进一步地，本发明实施例采用两组不同光色灯丝并行排布通过红外等无线控制的方式实现灯丝球泡灯的双色可调。具体地，在本发明实施例中，第一LED灯丝光源30和第二LED灯丝光源40为两组发出不同光色的光源。
如图3所示，两组并排的灯丝光源分别为第一LED灯丝光源30和第二LED灯丝光源40，在结构上特殊的结构排布实现全角度出光的同时，通过控制电路70连接实现相对独立的电输出回路，进而实现双色调光功能。该控制电路70包括分别与电输入接口10和第一LED灯丝光源30及第二LED灯丝光源40电性连接的电输入转换模块71、与电输入转换模块71电性连接的信号反馈调节模块72，以及与信号反馈调节模块72电性连接的信号接收模块73。
优选地，信号接收模块73接收的方式主要采用红外模块或蓝牙模块等无线控制的方式实现对信号反馈调节模块72的控制；而第一LED灯丝光源30及第二LED灯丝光源40是两组不同光色的灯丝光源，分别接入电输入转换模块71，通过电输入转换模块71转换成不同的输入电流分别对两组灯丝光源进控制，从而实现对灯丝球泡的双色调光功能。
另外，本发明实施例的LED灯丝球泡灯能够发出较好的光品质，光品质主要包括出光的稳定性和空间光色的一致性，出光的稳定性是指光源工作过程中其输出光通量稳定，无衰减，无频闪，其根源主要是由LED驱动电源引起的，一般LED灯驱动电源带有电解电容，电解电容随着温度的升高而降低寿命，但是LED灯丝球泡灯有一道封头工序，通过150℃的高温胶泥来固定灯头，这样处于灯头内部的电解电容寿命就会大打折扣，与LED芯片的寿命不匹配。针对此问题本发明实施例使用了去电解电容驱动电源，使用此驱动电源不仅使体积变小，而且还去掉了白色塑件，直接上线生产，降低了成本，延长了寿命。
本发明还提供了一种LED灯丝球泡灯的制作方法，如图4所示，其具体包括以下步骤：
S1、采用AlC13+LiAlH4+四氢吠喃+苯有机溶剂电镀体系在钨铜箔片电镀上一定厚度的铝层，并将镀铝层通过阳极氧化的方法转化成氧化铝层，进而制得钨铜金属复合散热基板1；
S2、通过磁控溅射的表面处理工艺在钨铜金属复合散热基板1表面生成高导热绝缘层2，并通过磁控溅射和电镀在高导热绝缘层2表面生成若干个呈阵列状排布的导电铜层3；
S3、采用焊接锡膏层4将倒装芯片5共晶焊接在导电铜层3上，并在倒装芯片5的周围盖设微透镜6，进而制得LED灯丝光源；
S4、采用至少两组发光方向不同且发光光色不同的LED灯丝光源进行交叉设置并安装在灯丝焊接支架20上，将灯丝焊接支架20远离LED灯丝光源的一端连接在丝灯泡电输入接口10上，并在LED灯丝光源和灯丝焊接支架20的外侧安装灯丝球泡外壳60，进而制得LED灯丝球泡灯。
在步骤S1至S3中，完成了LED灯丝光源的设计与制作，主要是针对散热及出光要求，分别对钨铜金属复合材料新型散热基板、GaN基倒装LED芯片、芯片与基板互联工艺、微透镜阵列设计与制作等实现了散热性能优异出光均匀LED灯丝光源的技术工艺方案。
在步骤S4中，实现了LED灯丝球泡灯的全角度出光，主要通过设计散热优异出光均匀的LED灯丝光源，采用特殊灯丝空间结构排布，出光面增加扩散层的方案实现了灯丝球泡的全角度出光；同时实现了LED灯丝球泡灯的可调光，设计了两组相对独立的光源通道，并结合可调光控制电路70，实现灯丝光源全角度出光。其中，灯丝球泡外壳60内表面涂覆有涂覆层50，该涂覆层50采用了透过率高、散射性能好的光学材料，其透光率在90％以上，其涂覆采用喷涂的工艺方式。
另外，在步骤S4之后还包括对LED灯丝球泡灯进行抽真空、充气、装配、检测和包装。
综上所述，采用本发明实施例的方法制作的LED灯丝球泡灯，其实现了散热性能的提高、全角度出光，以及双色调光功能，同时实现了LED灯丝球泡灯的量产。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种LED灯丝光源，其特征在于，包括钨铜金属复合散热基板、通过磁控溅射生成在所述钨铜金属复合散热基板表面的高导热绝缘层、通过磁控溅射和电镀生成在所述高导热绝缘层表面的若干个呈阵列状排布的导电铜层、设置在每一所述导电铜层上的焊接锡膏层、共晶焊接在所述焊接锡膏层上的倒装芯片，以及盖设在所述倒装芯片上的微透镜。
2.一种LED灯丝球泡灯，其特征在于，包括用于接通电源的电输入接口、设置在所述电输入接口上且与所述所述电输入接口电性连接的灯丝焊接支架、多组交叉设置在所述灯丝焊接支架远离所述电输入接口的一端且如权利要求1所述的LED灯丝光源、设置在所述LED灯丝光源和灯丝焊接支架外侧的灯丝球泡外壳，以及分别与所述电输入接口和LED灯丝光源电性连接的控制电路；多组所述LED灯丝光源的发光方向不同且光色不同。
3.如权利要求2所述的LED灯丝球泡灯，其特征在于，所述灯丝焊接支架上设置有四组所述LED灯丝光源，且每两组所述LED灯丝光源交叉设置；交叉设置的两组所述LED灯丝光源为第一LED灯丝光源和第二LED灯丝光源，所述第一LED灯丝光源和第二LED灯丝光源为两组发光方向不同且发光光色不同的光源。
4.如权利要求3所述的LED灯丝球泡灯，其特征在于，所述第一LED灯丝光源和第二LED灯丝光源之间的夹角为30度至60度。
5.如权利要求2所述的LED灯丝球泡灯，其特征在于，所述LED灯丝球泡灯还包括涂覆在所述灯丝球泡外壳内表面的涂覆层。
6.如权利要求5所述的LED灯丝球泡灯，其特征在于，所述涂覆层的透光率大于90％。
7.如权利要求2所述的LED灯丝球泡灯，其特征在于，所述控制电路包括分别与所述电输入接口和LED灯丝光源电性连接的电输入转换模块、与所述电输入转换模块电性连接的信号反馈调节模块，以及与所述信号反馈调节模块电性连接的信号接收模块。
8.如权利要求7所述的LED灯丝球泡灯，其特征在于，所述信号接收模块为红外模块或蓝牙模块。
9.一种LED灯丝球泡灯的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用AlC13+LiAlH4+四氢吠喃+苯有机溶剂电镀体系在钨铜箔片电镀上一定厚度的铝层，并将镀铝层通过阳极氧化的方法转化成氧化铝层，进而制得钨铜金属复合散热基板；
通过磁控溅射的表面处理工艺在钨铜金属复合散热基板表面生成高导热绝缘层，并通过磁控溅射和电镀在高导热绝缘层表面生成若干个呈阵列状排布的导电铜层；
采用焊接锡膏层将倒装芯片共晶焊接在导电铜层上，并在倒装芯片的周围盖设微透镜，进而制得LED灯丝光源；
采用至少两组发光方向不同且发光光色不同的LED灯丝光源进行交叉设置并安装在灯丝焊接支架上，将灯丝焊接支架远离LED灯丝光源的一端连接在丝灯泡电输入接口上，并在LED灯丝光源和灯丝焊接支架的外侧安装灯丝球泡外壳，进而制得LED灯丝球泡灯。
10.如权利要求9所述的LED灯丝球泡灯的制作方法，其特征在于，所述方法还包括在安装灯丝球泡外壳后对LED灯丝球泡灯进行抽真空、充气、装配、检测和包装。
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