СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВЕТОДИОДНОГО СВЕТИЛЬНИКА И СВЕТОДИОДНЫЙ СВЕТИЛЬНИК, ВЫПОЛНЕННЫЙ ПО ЭТОМУ СПОСОБУ
METHOD FOR MANUFACTURING OF LED LIGHT FIXTURES AND LED LIGHT FIXTURE MANUFACTURED ACCORDING TO THIS METHOD

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способам изготовления осветительного оборудования, а именно к способам изготовления светодиодных светильников.
Уровень техники
Светодиодные светильники из-за их высокой энергетической эффективности являются одними из самых перспективных источников света в системах искусственного освещения, в частности, для офисных и домашних светильников.
Несмотря на высокую эффективность светодиоды в процессе работы выделяют большое количество тепла, которое необходимо эффективно отводить, поскольку при нагреве уменьшается эффективность светодиода, падает световой поток, изменяется цветовая температура и существенно сокращается срок службы.
Известно несколько технических решений, направленных на решение этой проблемы.
Из уровня техники известна монтажная конструкция для светодиодной осветительной структуры (Патент US 20070047243 A1, МПК F21V 19/00, опубл. 01.03.2007), включающая в себя несущий корпус, прикрепленный к схемной плате для установки светодиодных источников света. Схемная плата предпочтительно является печатной платой с проводящими дорожками для питания электрической энергией светодиодных источников света. Несущий корпус выполнен в форме вытянутого параллелепипеда или коробки линейной, круглой, прямоугольной, шестиугольной или восьмиугольной формы. Несущий корпус является вытянутым или прессованным корпусом из легкого материала и предпочтительно имеет хорошую теплопроводность. Несущий корпус включает в себя обратную сторону для установки структуры на опорной поверхности, такая обратная сторона может быть соединена с вспомогательным устройством рассеивания тепла. Дополнительно, несущий корпус может иметь свободное пространство внутри и/или быть, по меньшей мере, частично открытым, для того чтобы предоставить поток охлаждающего воздуха.
Недостатком данного решения является высокое тепловое сопротивление между платой и элементами охлаждения.
Кроме того, из уровня техники известен теплоотвод и способ охлаждения для светодиодной осветительной аппаратуры и других приложений (Патент US 2011280016 А1, МПК B21D 53/02; F21S 4/00; F21S 8/06; F28F 7/00, опубл. 2011-11-17), выполненный с возможностью использования со светодиодными светильниками и в других приложениях, содержащий: первый слой углеродного графита в термической связи с источником тепла и второй слой алюминия в термической связи с указанным первым слоем. Также раскрывается встроенная световая полоса (троффер), включающая в себя рамку, печатную плату, установленную в рамку; массив светодиодов установленных на печатной плате, теплоотвод установленный параллельно печатной плате, и термоинтерфейсный слой, расположенный между теплоотводом и печатной платой. В других вариантах воплощения, изобретенная сборка встроенных световых полос включает в себя множество модулей, установленных в рамке, причем каждый модуль включает в себя печатную плату, установленную в рамке, массив светодиодов, установленных на печатной плате, теплоотвод, установленный параллельно печатной плате, и термоинтерфейсный слой, расположенный между теплоотводом и печатной платой.
Недостатком данного изобретения является тот факт, что используется механический прижимной контакт между слоями светильника. Эффективность такого теплового контакта будет максимальна при равномерном усилии прижима, однако такую равномерность трудно обеспечить, особенно в случае массового производства.
Из уровня техники также известно устройство базовой платы охлаждения, используемое для источников света с поверхностной установкой светодиодов (Патент CN 202013901, МПК F21V 29/00; H01L 33/64; F21Y 101/02, опубл. 2011-10-19), который раскрывает устройство базовой платы охлаждения, используемое для источников света с поверхностной установкой светодиодов. Устройство базовой платы охлаждения содержит базовую плату охлаждения и печатную плату, причем печатная плата приклеена на базовую плату охлаждения и является гибкой печатной платой; и сквозные отверстия размещены на местах установки светодиодных источников света на гибкой печатной плате, так что нижние поверхности установленных светодиодных источников света приклеиваются к поверхности базовой платы охлаждения. В устройстве базовой платы охлаждения, так как светодиодные источники и базовая плата охлаждения не имеют изолирующего слоя для разделения, тепло, генерируемое светодиодными элементами, может быть непосредственно передано на базовую плату охлаждения.
Недостатком описанного в патенте CN 202013901 устройства является увеличение теплового сопротивления при неравномерном нанесении теплопроводящего клея, обусловленное неравномерностью нажима при склеивании и возможностью попадания пузырьков воздуха.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению и выбранным в качестве прототипа является патент РФ №RU 2366120 «Светильник» (МПК H05B33/02, F21S 4/00, опубл. http://www.fips.ru/cdfi/fips.dll?ty=29&docid=2366120&cl=9&path=http://195.208.85.248/Archive/PAT/2009FULL/2009.08.27/DOC/RUNWC1/000/000/002/366/120/document.pdf" \o "Официальная публикация в формате PDF" \t "_blank). Для эффективного отвода тепла от светодиодных групп в данном светильнике применена технология вальцевания или прижатия печатной платы к полукруглой поверхности корпуса путем изгиба краев корпуса. Такой способ крепления печатных плат позволяет получить максимально возможную степень передачи тепла в отличие от широко известных способов прикручивания или заклепывания. За счет незначительной деформации печатной платы на полукруглой поверхности корпуса происходит прижатие к центральной части полукруга и осуществляется эффективная передача тепла.
Недостатком данного изобретения также является невозможность обеспечения плотного прижима равномерно по всей поверхности контакта печатной платы и корпуса.
Таким образом, в уровне техники не выявлено технического решения, которое бы позволяло осуществлять надежное соединение печатной платы на металлической основе с корпусом, выполняющим функции радиатора, с обеспечением плотного равномерного прижима по всей поверхности контакта для уменьшения теплового сопротивления между платой и радиатором.
Сущность изобретения
В одном аспекте изобретения раскрыт способ изготовления светодиодного светильника, содержащий этапы, на которых: крепят светодиодные группы, установленные, по меньшей мере, на одной печатной плате, выполненной на металлической основе, к несущему металлическому корпусу, выполняющему роль радиатора, посредством этапа холодного сдавливания, причем этап включает в себя этапы, на которых: фиксируют печатную плату и радиатор в специальной оснастке, для точного позиционирования места соединения, осуществляют выдавливание металлов металлической основы печатной платы и корпуса посредством центрального штока до упора в нижнюю опору оснастки, осуществляют дальнейшее сжатие металлов, при этом ограничивают расширение сжимаемых металлов по сторонам, раздвигающимися подвижными головками, образуя прочное соединение между печатной платой и корпусом (радиатором), возвращают оснастку в исходное состояние и извлекают соединенную деталь; устанавливают источник питания и клеммную колодку в корпус светодиодного светильника; осуществляют электрическое соединение клеммной колодки, источника питания и светодиодной группы, установленной на печатной плате; устанавливают защитное оптическое рассеивающее стекло; и закрепляют боковую крышку на металлическом корпусе прибора.
При этом предпочтительно металлическая основа печатной платы выполняется из алюминия или меди. Этап крепления одного соединения холодным сдавливанием выполняется за время, не превышающее 0,5 с. Защитное оптическое стекло может быть изготовлено из светопропускающих материалов, выбранных из группы, состоящей из поликарбоната, полиметилметакрилата или полистирола. Несущий металлический корпус и боковую крышку изделия изготавливают предпочтительно из листовой стали или листового алюминия.
В другом аспекте изобретения раскрыт светодиодный светильник, изготовленный согласно описанным выше способам.
При изготовлении светодиодных светильников одним из основных моментов требующих особого внимания является отвод тепла, выделяемого при работе светодиодов.
Основной задачей, решаемой заявленным изобретением, является предоставление способа изготовления светодиодного светильника, позволяющего уменьшить тепловое сопротивление и повысить теплопередачу от светодиодов к радиатору. Дополнительно заявленным изобретением решаются задачи увеличения производительности технологической линии сборки светодиодных светильников и повышения уровня ее автоматизации.
Сущность изобретения заключается в том, что металлическая печатная плата соединяется с радиатором посредством технологии холодного сдавливания, при котором предоставляется надежное, механически прочное точечное соединение двух деталей. При этом соединение возможно осуществлять не только по краям соединяемых элементов, но и по всей их поверхности с высокой точностью позиционирования и за достаточно малое время.
Благодаря этому предоставляется плотный равномерный контакт между печатной платой с установленными на ней светодиодами и радиатором. Кроме того, ускоряется процесс соединения, поскольку не требуется дополнительных этапов обработки соединяемых деталей, таких как сверление отверстий, совмещение отверстий на соединяемых деталях и т.д. Последнее обстоятельство также способствует повышению уровня автоматизации технологической линии, за счет исключения этапов, требующих сложного оборудования.
Таким образом, технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в повышении теплопередачи от светодиодов к радиатору, а также в увеличении производительности технологической линии сборки светодиодных светильников и повышении уровня ее автоматизации.
Краткое описание чертежей.
Фиг. 1 изображает конструкцию светодиодного светильника;
Фиг. 2 изображает технологический процесс соединения посредством холодного сдавливания;
Фиг. 3 изображает пример соединения печатной платы и радиатора
Фиг. 4 изображает изометрическую проекцию соединения печатной платы и радиатора, выполненного посредством холодного сдавливания.
Осуществление изобретения.
Конструкция светодиодного светильника представлена на фиг. 1. Данная конструкция содержит следующие элементы: корпус (1), боковую крышку (2), печатную плату (3), источник питания (4), защитное оптическое рассеивающее стекло (5), клеммную колодку (6), светоизлучающие диоды (7).
Корпус (1) и боковая крышка (2) изготавливаются из листовой стали или листового алюминия.
Печатная плата (3) выполняется на металлической основе предпочтительно из алюминия или меди.
Защитное оптическое рассеивающее стекло изготавливается из светопропускающих материалов, выбранных из группы поликарбоната, полиметилметакрилата ПММА или полистирола.
Светодиоды в процессе эксплуатации, в отличие от ламп накаливания, требуют строгого соблюдения температурных режимов. Это требование связано с тем, что при нагреве эффективность работы и срок службы светодиодов значительно снижаются. Основной причиной нагрева светодиода является тепло, вырабатываемое в процессе его работы. Поэтому для организации правильного режима работы требуется обеспечить эффективный отвод тепла.
Для эффективного отвода тепла в рамках настоящего изобретения используется холодное сдавливание для соединения печатной платы и корпуса, выполняющего функцию радиатора.
Технологический процесс соединения металлической печатной платы и корпуса-радиатора посредством холодного сдавливания содержит три основных этапа (фиг. 2).
1 этап. Захват:
печатную плату и корпус фиксируют в специальной оснастке, для точного позиционирования места соединения;
2 этап. Вытяжка металла:
осуществляют выдавливание металлов металлической основы печатной платы и корпуса посредством центрального штока до упора в нижнюю опору оснастки;
3 этап. Смыкание:
осуществляют дальнейшее сжатие металлов, при этом сжимаемые металлы начинают расширяться по сторонам, это расширение ограничивается раздвигающимися подвижными головками, в результате чего образуется прочное соединение между печатной платой и радиатором.
После осуществления трех описанных выше этапов оснастка возвращается в исходное состояние, и соединенные детали извлекаются.
Одно соединение печатной платы и корпуса-радиатора посредством холодного сдавливания осуществляется за время, не превышающее 0,5 с. Это позволяет ускорить процесс сборки светодиодного светильника, например, по сравнению с соединением посредством заклепок, когда такое соединение осуществляется за 3-5 секунд. Расстояние между соседними соединениями определяется конструктивными особенностями платы. Поскольку при соединении с холодным сдавливанием не нарушается целостность, платы соединения можно выполнять с меньшим расстоянием между соседними соединениями, что позволяет обеспечить лучший прижим между платами и улучшить тепловой контакт (уменьшить тепловое сопротивление) между ними, особенно в случае использования корпуса сложной формы. Использование холодного сдавливания уменьшает количество требуемых технологических операций за счет, например, исключения этапов сверления, совмещения центров отверстий на соединяемых деталях и т.д. Это позволяет уменьшить вероятность брака и повысить уровень автоматизации технологического процесса изготовления светодиодного светильника.
Полученное в результате холодного сдавливания соединение представлено на фиг. 3. Это соединение отличается высокой прочностью и хорошим контактом с низким тепловым сопротивлением.
Сборку корпуса светодиодного светильника осуществляют согласно способу, содержащему следующие этапы, на которых:
крепят светодиодные группы (7), установленные на печатной плате (3), выполненной на металлической основе, к несущему металлическому корпусу (1), выполняющему роль радиатора, посредством холодного сдавливания;
устанавливают источник (4) питания и клеммную колодку (6) в корпус светодиодного светильника;
осуществляют электрическое соединение клеммной колодки (6), источника (4) питания и светодиодных групп (7), установленных на печатных платах (3);
устанавливают защитное оптическое рассеивающее стекло (5); и
закрепляют боковую крышку (2) на металлическом корпусе (1) прибора.
При этом, предпочтительно, металлическая основа печатной платы выполняется из алюминия или меди. Защитное оптическое стекло может быть изготовлено из светопропускающих материалов, выбранных их группы, состоящей из поликарбоната, полиметилметакрилата или полистирола. Несущий металлический корпус изделия изготавливают предпочтительно из листовой стали или листового алюминия.
В другом аспекте изобретения раскрыт светодиодный светильник, содержащий: корпус (1), боковую крышку (2), печатную плату (3), источник питания (4), защитное оптическое рассеивающее стекло (5), клеммную колодку (6), светоизлучающие диоды (7) и изготовленный согласно описанным выше способам.
Изготовленные согласно настоящему изобретению светодиодные светильники имеют следующие преимущества:
1. Повышение теплопередачи от светодиодов к радиатору (уменьшение теплового сопротивления между печатной платой и радиатором);
2. Увеличение производительности технологической линии сборки светодиодных ламп;
3. Повышение уровня автоматизации технологической линии;
4. Обеспечение герметичности соединения печатной платы и радиатора (корпуса лампы);
5. Уменьшение процента брака, за счет уменьшения количества операций, выполняемых с печатной платой.