МНОГОСЛОЙНАЯ КОНСТРУКЦИЯ СВЕТОДИОДНОГО МОДУЛЯ НА КРЕМНИЕВОЙ ПОДЛОЖКЕ

P15003400RU
МНОГОСЛОЙНАЯ КОНСТРУКЦИЯ СВЕТОДИОДНОГО МОДУЛЯ НА КРЕМНИЕВОЙ ПОДЛОЖКЕ
Область техники
Настоящая полезная модель относится к области светодиодного освещения, в частности, она относится к многослойной конструкции светодиодного модуля на кремниевой подложке и способу изготовления.
Уровень техники
В настоящее время светодиодный модуль представляет собой светодиодные чипы, установленные на опоре; светодиодные чипы и опора электрически соединены золотой проволокой, затем герметизированы кремнием. При сборке лампы светодиодный модуль устанавливается на подложке путем поверхностного монтажа, в результате чего образуется модуль источника света. Модуль источника света, модуль приводной схемы, оболочка и другие оптические компоненты монтируются вместе. Такие комбинации различных компонентов имеют независимую конструкцию, и их комбинирование усложняется тем, что размеры комбинаций не одинаковы; расположение разъемов и соединительные механизмы не нормируются; каждая составляющая комбинации представляет собой полноразмерный компонент, что значительно усложняет уменьшение всей конструкции; кроме того, существующая технология не позволяет осуществить инкапсуляцию модуля источника света и модуля привода в единый модуль.
Из документа CN 1977394, опубликованного 7.07.2007, известен светодиодный модуль, содержащий подложку, по меньшей мере один светодиодный чип, установленный на первой стороне упомянутой подложки, и оптический элемент, покрывающий по меньшей мере один светодиодный чип. При этом указанная подложка снабжена по меньшей мере одним сквозным каналом, проходящим от
первой стороны подложки ко второй, противоположной стороне подложки, при этом указанный сквозной канал снабжен проводящими средствами для электрического соединения указанного по меньшей мере одного светодиодного чипа со схемой управления. Однако, указанное модуль имеет ряд недостатков, в частности, размещение чипа сверху на подложке увеличивает площадь модуля. Кроме того, модуль, раскрытый в Д1, не содержит привод, что усложняет их совместный монтаж при сборке лампы и приводит к дополнительным расходам, а также значительно усложняет уменьшение всей конструкции.
Автор полезной модели провел различные исследования по устранению указанных выше недостатков за счет усовершенствований, которые составляют основу настоящей полезной модели.
Суть полезной модели
Целью настоящей полезной модели является предоставление многослойной конструкции светодиодного модуля с уменьшенной площадью, благодаря которой значительно упрощен монтаж лампы, устранены дополнительные расходы и снижены потери мощности электрических соединений.
Для реализации вышеуказанной цели в настоящей полезной модели предлагается следующее техническое решение: многослойная конструкция светодиодного модуля на кремниевой подложке, содержащая слой модуля источника света и слой модуля привода, при этом слой модуля источника света и слой модуля привода наложены друг на друга и соединены припоем; при этом указанный слой модуля источника света содержит верхнюю подложку и светодиодный чип; при этом поверхность указанной верхней подложки, противоположной слою модуля привода, снабжена первым пазом; при этом указанный светодиодный чип расположен в первом пазу; при этом на указанной верхней подложке расположен первый провод; при этом светодиодный чип снабжен штыревым контактом; при этом один конец первого провода и штыревой контакт светодиодного чипа электрически соединены; при этом указанный слой модуля привода содержит нижнюю подложку и привод IC; при
этом поверхность указанной нижней подложки, противоположной указанному слою модуля источника света, снабжена вторым пазом; при этом указанный привод IC расположен во втором пазу; при этом на указанной нижней подложке расположен второй провод; при этом привод IC снабжен штыревым контактом; при этом один конец второго провода и штыревой контакт привода IC электрически соединены; при этом припой представляет собой токопроводящий припой; при этом другой конец первого провода на верхней подложке и другой конец второго провода на нижней подложке посредством токопроводящего припоя находятся в электрическом контакте.
При этом, существенными отличительными отличиями заявленной многослойной конструкции светодиодного модуля является то, что она состоит из слоя модуля источника света и слоя модуля привода, при этом указанные слой модуля источника света и слой модуля привода соединены припоем, при этом слой модуля источника света состоит из верхней подложки и светодиодного чипа, при этом светодиодный чип расположен в первом пазу верхней подложки; слой модуля привода состоит из нижней подложки и привода IC, при этом привод IC расположен во втором пазу нижней подложки; при этом верхняя подложка и нижняя подложка накладываются друг на друга.
Благодаря указанным выше существенным отличительным признакам обеспечивается гибкость полезной модели, значительно снижается площадь модуля, значительно упрощается монтаж лампы, снижаются потери мощности электрических соединений, уменьшается площадь всей системы, устраняются дополнительные расходы на кронштейны и корпуса, снижаются потери в электрических соединениях при выходе на рабочую мощность, снижается сопротивление для повышения охлаждающего эффекта механических соединений.
Кроме того, поверхность указанной нижней подложки, противоположной указанному слою модуля источника света, снабжена по меньшей мере одним
третьим пазом; при этом в третьем пазу расположен указанный токопроводящий припой.
Кроме того, указанный третий паз представляет собой несколько пазов; при этом в поперечном сечении нижней подложки указанные несколько третьих пазов образуют зубчатую конфигурацию.
Кроме того, указанная верхняя подложка вдоль направления толщины снабжена сквозным отверстием, сквозь которое проходит указанный первый провод; при этом нижняя поверхность верхней подложки, снабженной сквозным отверстием, снабжена указанным четвертым пазом.
Кроме того, в указанном втором пазу расположен наполнитель; при этом в наполнителе расположен привод IC.
Для получения вышеуказанной многослойной конструкции светодиодного модуля на кремниевой подложке согласно настоящей полезной модели предлагается способ изготовления многослойной конструкции светодиодного модуля на кремниевой подложке, включающий:
этап получения слоя модуля источника света, включающий: a1 - выбор кремниевой подложки в качестве верхней подложки; применение технологии микрообработки к поверхности верхней подложки для получения первого паза; а2 - применение технологии микрообработки к верхней подложке согласно разным электроцепям для размещения первого провода; а3 - применение технологии микрообработки к первому пазу для расположения светодиодного чипа; электрическое соединение штыревого контакта светодиодного чипа с одним концом первого провода;
этап получения слоя модуля привода, включающий: b1 - выбор кремниевой подложки в качестве нижней подложки; применение технологии микрообработки к поверхности нижней подложки для получения второго паза; b2 - применение технологии микрообработки к нижней подложке согласно разным электроцепям для размещения второго провода; расположение во втором
пазу привода IC; электрическое соединение штыревого контакта привода IC с одним концом второго провода;
этап наложения слоя модуля источника света и слоя модуля привода друг на друга, включающий: c1 - расположение на поверхности полученного на нижней подложке второго паза токопроводящего элемента припоя, предназначенного для других концов электрических проводов, предусмотренных на верхней и нижней подложках; с2 - совмещение друг с другом задней поверхности первого паза верхней подложки полученного слоя модуля источника света и поверхности полученного второго паза нижней подложки; плавление токопроводящего элемента припоя для электрического соединения электрических проводов на верхней и нижней подложках слоя модуля источника света и слоя модуля привода.
Кроме того, на указанном этапе b1 также на верхней поверхности указанной нижней подложки получают по меньшей мере один третий паз; при этом в третьем пазу располагают указанный токопроводящий элемент припоя.
Кроме того, указанный третий паз представляет собой несколько пазов; при этом в поперечном сечении нижней подложки несколько третьих пазов представлены зубцеобразными.
Кроме того, на указанном этапе a1 указанную верхнюю подложку вдоль направления толщины снабжают сквозным отверстием, сквозь которое проходит указанный первый провод; при этом нижнюю поверхность верхней подложки, противоположную нижней подложке и снабженную сквозным отверстием, снабжают указанным четвертым пазом.
Кроме того, на указанном этапе b2 после размещения в указанном втором пазу привода IC во второй паз помещают наполнитель, обволакивающий указанный привод IC.
Кроме того, в способе изготовления многослойной конструкции светодиодного модуля на кремниевой основе применяют микроскопическую обработку,
проводку и инкапсулирование в отношении соответствующего светодиодного чипа и привода IC; и так как требуется точность до микрометра, полученный посредством такой технологии модуль можно получать с контролем точности микроразмеров и монтажа светодиодного чипа и привода IC, при этом окончательный размер можно еще уменьшить.
Описание графических материалов
Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение поперечного сечения многослойной конструкции светодиодного модуля на кремниевой подложке согласно настоящей полезной модели.
Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение последовательности операций способа изготовления многослойной конструкции светодиодного модуля на кремниевой подложке согласно настоящей полезной модели.
Описание ссылочных позиций: 1. верхняя подложка; 11. светодиодный чип; 12. первый паз; 13. сквозное отверстие; 14. четвертый паз; 2. нижняя подложка; 21. привод IC; 22. второй паз; 23. третий паз; 3. припой; 4. токопроводящий металл.
Конкретный пример осуществления
Подробное описание сути полезной модели, характеристики конструкции, а также результаты реализации приведены в примере осуществления ниже со ссылкой на прилагаемые графические материалы.
Как видно на фиг. 1 и фиг. 2, в варианте осуществления представлена многослойная конструкция светодиодного модуля на кремниевой подложке, содержащая слой модуля источника света и слой модуля привода; при этом слой модуля источника света и слой модуля привода накладываются друг на друга и соединяются припоем; при этом указанный слой модуля источника света содержит верхнюю подложку 1 и светодиодный чип 11; при этом поверхность указанной верхней подложки 1, противоположной слою модуля привода, снабжена первым пазом 12; при этом указанный светодиодный чип 11
расположен в первом пазу 12; при этом на указанной верхней подложке 1 расположен первый провод; при этом светодиодный чип 11 снабжен штыревым контактом; при этом один конец первого провода и штыревой контакт светодиодного чипа 11 электрически соединены; при этом указанный слой модуля привода содержит нижнюю подложку 2 и привод IC 21; при этом поверхность указанной нижней подложки 2, противоположной указанному слою модуля источника света, снабжена вторым пазом 22; при этом указанный привод IC 21 расположен во втором пазу 22; при этом на указанной нижней подложке 2 расположен второй провод; при этом привод IC 21 снабжен штыревым контактом; при этом один конец второго провода и штыревой контакт привода IC электрически соединены; при этом припой 3 представляет собой токопроводящий припой; при этом другой конец первого провода на верхней подложке 1 и другой конец второго провода на нижней подложке 2 посредством токопроводящего припоя 3 находятся в электрическом контакте. Согласно полезной модели светодиодный чип непосредственно соединен с подложкой, что значительно улучшает термический КПД; привод IC встроен в нижнюю подложку, можно использовать внешний источник питания; не требуется внешний привод, что увеличивает удобство использования; способ наложения слоя модуля источника света и слоя модуля привода значительно снижает площадь изделия для экономии места; кроме того, многослойная конструкция светодиодного модуля на кремниевой подложке, в которую входит уменьшенный корпус-опора для комплекта светодиодов, уменьшенный привод и выпрямитель, значительно снижает стоимость изделия.
В примере осуществления поверхность указанной нижней подложки 2, противоположной указанному слою модуля источника света, снабжается по меньшей мере одним третьим пазом 23; при этом в третьем пазу 23 расположен указанный токопроводящий припой 3; таким образом, когда слой модуля источника света и слой модуля привода соединяются путем пайки для наложения друг на друга, обеспечивается удобное расположение припоя и повышаться прочность пайки; кроме того, указанный третий паз 23 представляет собой несколько пазов, при этом в поперечном сечении нижней подложки 2
указанные несколько третьих пазов 23 образуют зубчатую конфигурацию; таким образом, также повышается прочность пайки; в примере осуществления указанный припой 3 расположен в соответствии с конкретной проводкой, согласно конкретной проводке, и припой электрически соединен с проводом между слоем модуля источника света и слоем модуля привода; таким образом, можно удобно осуществлять электрическое соединение слоя модуля источника света и слоя модуля привода и одновременно можно повышать скорость изготовления.
В примере осуществления указанная верхняя подложка 1 вдоль направления толщины снабжена сквозным отверстием 13, сквозь которое проходит указанный первый провод; нижняя поверхность верхней подложки 1, снабженной сквозным отверстием 13, снабжена указанным четвертым пазом 14; посредством четвертого паза 14 и сквозного отверстия 13 можно удобно электрически соединять первый провод на верхней подложке 1, проходящий сквозь сквозное отверстие 13, и второй провод на нижней подложке 2, и посредством четвертого паза 14 можно укрепить первый электрический провод, а также одновременно можно повышать прочность пайки верхней и нижней подложек. Также в примере осуществления указанные первый провод и второй провод, в целом представляющие собой токопроводящий металл 4, согласно разным электроцепям непосредственно располагаются на верхней и нижней подложках, затем токопроводящий металл 4 на верхней подложке посредством сквозного отверстия 13 охватывает поверхность нижней подложки 2 около верхней подложки 1 и посредством токопроводящего припоя 3 электрически соединяется с токопроводящим металлом 4 на нижней подложке 2.
В примере осуществления в указанном втором пазу 22 расположен наполнитель, при этом привод IC 21 находится в наполнителе, и, таким образом, можно защитить привод IC 21.
Чтобы получить вышеуказанную многослойную конструкцию светодиодного модуля на кремниевой подложке, в полезной модели раскрывается способ
изготовления многослойной конструкции светодиодного модуля на кремниевой подложке, включающий:
этап получения слоя модуля источника света, включающий: a1 - выбор кремниевой подложки в качестве верхней подложки 1; применение технологии микрообработки к поверхности верхней подложки 1 для получения первого паза 12; одновременное сверление в верхней подложке 1 проходящего вдоль направления толщины сквозного отверстия 13, сквозь которое проходит указанный первый провод; получение на поверхности нижней подложки четвертого паза напротив выполненного в верхней подложке сквозного отверстия; а2 - применение технологии микрообработки к верхней подложке 1 согласно разным электроцепям для размещения первого провода; а3 - применение технологии микрообработки к первому пазу 12 для расположения светодиодного чипа 11; электрическое соединение штыревого контакта светодиодного чипа 11 с одним концом первого провода, и введение другого конца в указанное сквозное отверстие 13;
этап получения слоя модуля привода, включающий: b1 - выбор кремниевой подложки в качестве нижней подложки 2; применение технологии микрообработки к поверхности нижней подложки 2 для получения второго паза 22; одновременное получение по меньшей мере одного третьего паза 23; b2 - применение технологии микрообработки к нижней подложке 2 согласно разным электроцепям для размещения второго провода; расположение во втором пазу 22 привода IC 21; электрическое соединение штыревого контакта привода IC 21 с одним концом второго провода; последующее введение во второй паз 22 наполнителя, обволакивающего указанный привод IC;
этап наложения слоя модуля источника света и слоя модуля привода друг на друга, включающий: c1 - расположение предназначенного для других концов первого и второго электрических проводов, предусмотренных на верхней и нижней подложках, токопроводящего элемента припоя (формы припоя 3) на поверхности полученного на нижней подложке 2 второго паза 22; в варианте
осуществления третий паз 23 и четвертый паз 14 равномерно снабжены токопроводящим элементом припоя; с2 - совмещение друг с другом задней поверхности первого паза 12 верхней подложки 1 полученного слоя модуля источника света и поверхности полученного второго паза 22 нижней подложки 2; плавление токопроводящего элемента припоя для электрического соединения электрических проводов на верхней и нижней подложках слоя модуля источника света и слоя модуля привода; в процессе спаивания применяют припой натяжение поверхности способ наложения с самовыравниванием.
В примере осуществления указанный третий паз 23 представляет собой несколько пазов; при этом в поперечном сечении нижней подложки 2 несколько третьих пазов представлены зубцеобразными, таким образом, также повышается прочность пайки.
В примере осуществления полученные первый паз 12, второй паз 22, третий паз 23 и четвертый паз 14 верхней и нижнее подложек в равной мере получены технологией микрообработки; при этом проводка указанных первого провода и второго провода на верхней и нижней подложках также осуществляется с применением технологии микрообработки; аналогично монтаж светодиодного чипа и привода IC также осуществляется посредством технологии микрообработки, при этом технология микрообработки (Micromachining) является технологией изготовления, основывающейся на микроэлектромеханических системах (Micro Electro-Mechanical System, MEMS), похожей на технологию производства полупроводников, например микрообработка поверхности, микрообработка конструкций и т.д. Точность изготовления в целом составляет микрометры, поэтому полученный посредством такой технологии модуль можно получать с контролем точности микроразмеров и осуществлять монтаж посредством соответственных маленьких элементов, при этом окончательный размер можно еще уменьшить.
Согласно полезной модели при наложении и пайке верхней и нижней подложки поверхностное натяжение используемого в процессе пайки токопроводящего
припоя используется как способ самовыравнивания поверхности; это - простой и точный способ самовыравнивания поверхности; при этом способ самовыравнивания поверхности припоя благодаря поверхностному натяжению припоя является самым распространенным способом самовыравнивания при пайке. При нагреве до 200-300 градусов по Цельсию припой переходит в жидкую форму, поверхностное натяжение припоя в жидкой форме стремится минимизировать морфологическую деформацию поверхности припоя; благодаря поверхностному натяжению припоя можно выравнивать и верхнюю, и нижнюю контактную площадку, таким образом можно исправить некоторые огрехи перед окончательной пайкой, что значительно упрощает процесс пайки.
Согласно полезной модели способ изготовления многослойной конструкции светодиодного модуля на кремниевой подложке, способ наложения подложек и принцип соединения светодиодного чипа и привода IC позволяют увеличить гибкость многослойной конструкции светодиодного модуля на кремниевой подложке, также позволяют установить необходимою по проекту электрику в первом пазу или во втором пазу; поскольку уменьшается количество точек соединения линии и используется только пайка токопроводящим припоем, снижаются потери в электрических соединениях при выходе на рабочую мощность, увеличивается мощность, экономится электроэнергия; устраняются дополнительные расходы на кронштейны и корпуса, снижается сопротивление для повышения охлаждающего эффекта механических соединений.
С учетом описанный выше предпочтительный вариант осуществления настоящей полезной модели и без ограничения им объема настоящей полезной модели любое использование содержания настоящего описания и прилагаемых графических материалов, а также созданных в соответствии с ними конструкций или аналогичных процессов, либо прямое или косвенное использование их в смежных областях техники, входит в объем защиты настоящей полезной модели.