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LED照明灯具设计制造技术研发应用
添加时间: 2020-12-1 11:13:49 来源: 作者: 点击数:623

项目概述(限300字)

发光二极管(Light Emitting DiodeLED)是新型高效固体光源,具有节能、环保和寿命长等显著优点,LED虽然节能,但与一般白炽灯饰一样,一部分能量转化为光的过程中另外一部分能量转化成热量,尤其是LED为点状发光光源,其所产生的热量也集中在极小的区域, 若产生的热量无法及时散发出去, PE 结的结温将会升高, 加速芯片和封装树脂的老化,还可能导致焊点融化,使芯片失效, 进而直接影响LED的使用寿命与发光表现,尤其是大功率LED, 其发热量更大,对散热技术要求更高。本项目是遵义泰鼎光电科技有限公司和四川畅洋光电科技有限公司合作项目,就如何提高LED散热和如何提高LED配光性能、光效,减轻灯具体积和质量,从而降低生产成本做出了研究。

六、项目的目标与任务(限1000字)

1.项目确定的项目目标与任务需求分析

2.项目目标与任务解决的主要技术难点和问题分析

一 、项目确定的项目目标与任务需求分析

1、项目目标

①LED散热效果达到最佳,延长LED使用寿命。

②减轻LED灯具体积和质量,降低生产成本。

2、任务需求分析为实现如上目标,需完成的任务如下:

   ①试验、研究关键原材料的性能参数。选择导热系数高的基板材料、粘接材料和密封材料

②利用热成像技术、热分析技术与试验相结合,研究合理的灯具结构、散热方式、散热工艺。

③使用超声波连接结构,实现大规模机械化生产。

二 、项目目标与任务解决的主要技术难点和问题分析

①如何获得低热阻与低结温。

   具有低热阻、良好散热能力以及低机械应力的新式封装结构是LED封装的关键技术。不同的封装结构和材料都需要解决芯片的PN结到外延层、外延层到封装基板、封装基板到冷却装置这3个环节的散热问题。

   为解决芯片材料与散热材料之间因热膨胀失配造成电极引线断裂的问题,我公司选用了高导热性的基板材料、粘接材料和密封材料,并对这些材料的配比、成分与热传导性之间的关系反复进行试验分析,得到了热传导性性能、机械强度、出光效率等重要参数,利用参数最佳的材料封装光源,有效地降低了热阻和LED的结温。

②如何保证散热面积的大小与散热成正比。

导热绝缘层是铝基板核心技术之所在,这是LED灯具的第一热传导层,各种铝合金材料根据不同的需要,通过调整配方的成分与比例,可以获得各种不同的特性,适合于不同的应用。导热绝缘层一般由特种陶瓷填充的特殊的聚合物构成,热阻小、粘弹性能优良、具有抗热老化的能力,能够承受机械及热应力。高性能铝基板的导热绝缘层使用了该技术,使其具有极为优良的导热性能和高强度的电气绝缘性能。

足够的散热面积是LED灯具散热的有效方式之一,但受成本与体积、重量的限制,因此LED灯具的散热方式还要从灯具的结构、散热方式、散热工艺等诸多方面入手。我公司在众多的导热硅脂厂家中严格筛选出导热系数高、化学性能稳定材料供应商;这是LED灯具的第二热传导层。在第二热传导层方面,我公司的LED灯具的传热效率有进一步提高。

③提高灯具配光特性,改善灯具光效;提高电源效率和性能,降低电源发热对灯具产生的温升。

我公司的专业光学结构设计师,利用计算机软件模拟和实际试验,经多次反复试验、测试,掌握了具有自主知识产权的配光结构设计;良好的配光特性,减小了光在灯具内部的来回反射,不仅提高了出光率,也减少了光反射产生的热量。我公司的LED电源,比一般LED灯具中的LED驱动电源的效率提高了5%左右;电源效率的提高,降低了电源内部的功耗,降低了温升,同时也提高了整个灯具的光效。

4灯具的整体散热设计及我公司灯具的散热特点

散热器的整体热阻就是由与LED模块的接触面开始逐层累计而来,吸热底层内部的热传导阻抗是其中的一部分。为了将吸收的热量有效地传导到尽量多的鳍片上,因此还需要吸热底层有较好的横向热传导能力,我们在设计灯具时首先满足吸热底层有足够的厚度,同时考虑LED模块的安装孔位进行加筋,也加强了灯具的整体性和机械强度。

热阻小:为了提升吸热能力,散热片与LED模块须紧密结合,不留任何空隙,压铸出来的表面这是无法实现的。吸热底层与LED模块之间必然存在一定的空隙,如果空隙中是高热阻的空气,就无法得到良好的导热效果,因此,应采用具有较低热阻及较佳适应性的材料填充其中的空隙,这便是导热膏(导热硅脂)。但导热膏的始终有一定热阻,并非真正的解决之道,要想根本上提高散热片吸热底的吸热能力,就必须提高其底面平整度。平整度是通过表面最大落差高度来衡量的,通常散热片的底部稍经处理即可达到0.1mm以下,采用铣床或多道拉丝处理可以达到0.03mm,散热片的吸热底越平整热阻越小,越有利于热量吸收,为弥补缺陷,有必要使用导热硅脂。

散热快。由于我们将LED模块的吸热底层和散热鳍片压铸成一体,即能够将从LED组吸收的热量迅速的传导到鳍片,整个灯体和散热鳍片上部裸露于空中,且鳍片的方向平行于道路,需要散发的热气与气流方向一致,不会因气流而形成涡流而造成热气的滞留,进而由流动的气流顺利带走而散发,以最快是速度将热量散发。散热器部分采用了镂空结构,使产生的热有了“烟囱效应”的循环散热方式,以利于热门的尽快散发。

七、现有工作基础与优势 (限1000字)

1.国内外现有技术、知识产权和技术标准现状及预期分析

2.项目申请单位及主要参与单位研究基础(已有的研究开发经历,科技成果、科研条件与研究开发队伍现状等)

1.国内外现有技术、知识产权和技术标准现状及预期分析

 我国LED照明技术上的主要差距是核心装备和原材料仍需依赖进口,国内LED企业对设备材料需求旺盛,进口比例从产业的上游到下游呈现由高到低的趋势。目前,我国自主研发供应的LED芯片、外延片产量仍较为有限,产品以中、低档为主,研发技术较薄弱,而且大约85%的大功率芯片还得依靠进口。国内现有LED芯片技术主要是跟踪国外技术的发展,独创性技术很少,缺乏基础层面可持续性的研发,还没有形成自主知识产权的专利体系。对此,政府陆续出台的各种扶持政策,已在加大对关键装备材料国产化的支持力度,并通过鼓励产业内合作和产学研相结合等方式,逐步加快推动国内LED照明产业技术研发和应用实现的进程。对于LED照明产业的封装和应用环节,国内LED照明将逐步向封装高档产品和光源产品升级的方向努力,以改善国内现有LED封装和灯具应用仍主要处于中低端市场应用层面的现状。经相关专利数据库检索可知:我国散热技术专利主要集中在江浙一带,国内多以实用新型专利为主,与本项目研发的散热技术并不冲突。率先采用的LED超声波连接结构也属于国内首创。因此,本项目其研发成功后可带来显著的社会经济效益,技术水平为国内领先。项目实施完成后拟申请发明和使用新型专利各一项。

2.项目申请单位及主要参与单位研究基础

    项目申请单位——遵义泰鼎光电科技有限公司成立于2011年12月,是遵义市LED重点招商引资企业,公司位于遵义市湘江工业园区,注册资金1000万元整。公司目前拥有电子电路等相关专业设计人员10余人,全部为大学本科以上学历。公司致力于大功率LED光源、LED灯具产品和电源配件的产品研发、设计、制造、销售以及安装。目前已拥有各种生产检测设备50台(套),代表国内最先进的生产水平。截止2012年12月,公司总资产4056万元,资产负债率45.5%,经营态势良好,可从生产设施、人员、资金方面保障项目顺利实施。

项目参加单位——四川畅洋泰鼎科技有限公司,成立于2008年8月,公司注册资金1000万,是由畅洋实业有限公司(注册资金1个亿,曾承建了成都富士康项目)投资创办的企业。作为LED照明产品的专业制造商和服务商,本公司采用国际上先进的产品设计和生产工艺,生产和研发了多种LED光电产品,产品已销往美、欧及亚洲市场。公司拥有专业化的研发队伍,研发实力雄厚,有南开大学信息技术科学学院电子科学与微电子系作为技术支撑。该我国最早从事电子与微电子科学研究与教学的院系之一。自83年以来承担多项国家自然科学基金项目、863项目、973项目、军工项目以及重大横向项目等40余项,发表学术论文500多篇,其中被SCI和EI收录200余篇,获得国家发明专利授权30余项。成为四川畅洋泰鼎科技有限公司有力的技术依托。

八、任务分解与考核指标 (限3000字)

1.项目研究内容、技术路线和创新点

2.主要技术指标(如形成的知识产权、技术标准、新技术、新产品、新装置、论文专著等数量、指标及其水平,与国内外同类技术或产品的竞争分析,满足项目所依托的重大工程建设或重大装备研制的需求情况等)

3.主要经济、社会、环境效益(如技术及产品应用产业化前景,在项目实施期内能够形成的市场规模与效益,对保障国家安全、促进社会可持续发展及提升我国相关产业竞争力的作用等)(限500字)

4、试验地点和试验规模

5.项目实施中可能形成的示范基地、中试线、生产线及其规模

6.人才队伍建设

7.其他应考核的指标

一、项目研究内容、技术路线和创新点

1)研究内容

本项目针对目前一般LED灯具在散热结构、性能、光效等方面存在的不足,主要从以下几点对LED进行技术研究:①LED热阻与温升的关系。②如何提高LED光源利用率。③如何利用超声波连接结构提高生产效率,实现大规模生产。

2)技术路线

产品技术原理采用公司3项自主专利技术:

序号

专利号

专利名称

专利类型

进展

1

201220520503.8

LED筒灯反射器

实用新型

专利受理

2

201220520650.5

LED筒灯散热体

实用新型

专利受理

3

201220520110.7

LED筒灯超声波连接结构

实用新型

专利受理

3)创新点

①散热结构

解决芯片的PN结到外延层、外延层到封装基板、封装基板到散热体之间散热方式。提高灯具配光特性,改善灯具光效;提高电源效率和性能,降低电源发热对灯具产生的温升;灯具的整体散热设计;解决第一热传导层:导热绝缘层是铝基板核心技术。

②超声波连接结构:

LED目前各零部件的装配过程中多采用螺丝固定,这种装配方式造成LED灯具外观不美观,人工成本较高,难以实现机械化生产。本结构可使灯具外观更加美观,减少灯具在装配过程中的人工成本,可实现大规模机械化生产。

二、主要技术经济指标

1LED灯具反射器采用高反射性能的材料,材料反射率在0.9以上,从而提高灯具光能利用率;

(2) LED光效达到801m/w~1101m/W.

(3) LED功率因素>0.9

(1) LED色温达到2700k~6500k. LED热阻≤10/W

(2) 发表论文1~2篇。

(3) 申请发明专利实用新型专利各一项。

三、主要经济、社会、环境效益

项目实施符合国家节能减排的政策,是建立资源节约型、环境友好型社会的必然要求。使大功率LED能够得到广泛应用,同时能够保证良好的散热效果,延长使用寿命;采用高反射型PC材料能够提高LED灯具光能利用率,提高产品质量。对于推进LED照明行业产业,促进全省产业结构升级换代,形成产业化生产,促进就业等方面具有显著的社会效益。

该项目形成LED筒灯2000KW,以目前市场价11/瓦计算,能够为企业增加销售收入2200万元,经济效益可观。

 、试验地点和试验规模

1. 试验地点:遵义泰鼎光电科技有限公司

2. 试验规模: 年产2000KWLED照明灯具

五、项目实施中可能形成的示范基地、中试线、生产线及其规模

中试在遵义泰鼎光电科技有限公司完成,达到年产2000 KWLED照明灯具生产能力。

六、人才队伍建设

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