專利名稱：一種用于pcb噴印快速成型固化的恒溫uv-led裝置的制作方法
技術領域：
—種用于PCB噴印快速成型固化的恒溫UV-LED裝置本實用新型涉及一種面向電子制造業(yè)領域的UV-LED裝置設計，其設計內容包括UV-LED基板及散熱冷頭的融合設計、制冷及水循環(huán)熱交換系統(tǒng)、LED基板恒溫控制等技術。本實用新型設計的UV-LED裝置具有單位面積高光效聚集、能使PCB油墨快速成型固化、油墨呈現(xiàn)立體鋪展的特色，適用于工藝高要求的PCB制造。PCB制造業(yè)是我國珠三角地區(qū)的優(yōu)勢制造業(yè)，PCB印制制造的油墨快速干固是生產過程中的重要工藝，主要有兩種溶劑型油墨的熱烘干，UV型油墨的UV紫外光照射快速固化。目前工業(yè)應用上，UV紫外光照射快速固化的主要裝備是UV貢燈，UV貢燈發(fā)熱量大、溫度高，照射固化會影響PCB材質，產生變性、變形等不良結果，UV貢燈壽命短，經常要更換，影響生產，UV貢燈耗電量大，不節(jié)能。UV-LED是替代UV貢燈的產品，其市場占有率正在不斷擴大。用于PCB印制的功能性油墨的墨層厚，油墨中含有功能性的非透光成份多，影響透光，因此對UV-LED的單位面積光功率要求高，由此引起一個關于大功率UV-LED的散熱問題。常見的UV-LED散熱方式是風冷和自然水冷，風冷的散熱體積大，氣流也會影響噴墨印制中的墨滴噴向，風冷、自然水循環(huán)散熱都難實現(xiàn)恒溫控制。采用制冷劑制冷系統(tǒng)、融合LED基板的冷頭、基板溫控反饋，可以較好地解決功率密集型UV-LED的散熱及恒溫控制問題。本實用新型涉及一種面向電子制造業(yè)領域、實現(xiàn)PCB印制UV-LED照射固化的裝置設計，其設計內容包括UV-LED基板及散熱冷頭的融合設計、制冷及水循環(huán)熱交換系統(tǒng)、基板恒溫控制技術。本實用新型設計的UV-LED裝置具有單位面積高光效功率聚集、能使PCB油墨快速成型固化、油墨呈現(xiàn)立體鋪展的特色，能滿足PCB印制制造中的工藝要求，特別適用于PCB噴印制造過程中的油墨快速成型干固。整個裝置包含帶有微型直流變頻壓縮機的制冷系統(tǒng)、水循環(huán)熱交換系統(tǒng)、大功率低壓恒流源、融合UV-LED基板的散熱冷頭、回流焊在基板上的大功率多燈珠串行集成封裝的UV-LED封裝片陣列、照射頭及其二次光學聚光透鏡。本實用新型的整體結構特征在于UV-LED裝置由一個帶控制系統(tǒng)及微型直流變頻壓縮機的可控制冷循環(huán)模塊、一個水循環(huán)熱交換模塊，一個或多個照射頭模塊組成，如附圖
I所示，其整體原理上的特征是可控制冷循環(huán)模塊實現(xiàn)制冷機功能，進行循環(huán)制冷，水循環(huán)熱交換以水為介質進行循環(huán)，實現(xiàn)在銅基板與蒸發(fā)器之間的熱量交換傳遞，融合LED基板的冷頭高效散熱，利用銅基板溫度反饋，控制直流壓縮機進行變頻，實現(xiàn)制冷循環(huán)模塊的制冷功率調節(jié)，達到銅基板溫度恒定。各部分的具體結構及工作原理如下(I)本實用新型所述的UV-LED裝置的特征之一在于其熱傳遞交換過程制冷循環(huán)模塊制冷，制冷劑在水箱式蒸發(fā)器中交換制冷量到水循環(huán)交換模塊，水循環(huán)交換模塊的介質水流過冷頭時帶走熱量，直接對冷頭底部的銅基板降溫，具體說明如下本實用新型所述的用于PCB噴印快速成型固化的大功率UV-LED裝置，其單位面積的LED電功率可達10W/CM2以上，單位面積的LED光功率可達3W/CM2，為解決LED高密集功率帶來的高要求散熱問題，本實用新型所述的UV-LED裝置采取了兩種有特色的熱交換設計一是采用制冷劑循環(huán)制冷，進行抽熱式散熱，制冷劑在水箱式蒸發(fā)器中交換制冷量，抽走水箱中介質水的熱量，形成低溫介質水(溫度范圍2°C-10°C)，由交換模塊進行水循環(huán)，低溫介質水進入冷頭，與銅基板進行直接接觸式熱交換，水循環(huán)帶走LED銅基板熱量，從而達到高效的散熱降溫效果，介質水散熱循環(huán)如附圖I中箭頭所示，散熱冷頭中流水散熱過程如附圖2所示；二是采用LED銅基板與散熱冷頭的一體化融合設計方案，解決散熱冷頭與銅基板接觸式散熱受阻問題，在本實用新型所采用的一體化融合設計方案中，UV-LED基板正面貼裝UV-LED燈株，背部開刻有散熱槽，UV-LED基板直接作為散熱冷頭底板，LED銅基板與冷頭上蓋殼間用銅質鑼絲緊固，壓緊密閉，銅基板與冷頭蓋板緊固圍成一個冷頭散熱水腔。結構如附圖3所示。(2)本實用新型所述的UV-LED裝置的特征之一在于其恒溫控制方式。銅基板上貼裝有熱敏溫控片，熱敏溫控片對銅基板感溫，輸出溫度模擬信號量，輸入到制冷循環(huán)模塊的控制器，由控制系統(tǒng)處理，控制系統(tǒng)輸出控制數(shù)字信號，輸入壓縮機驅動系統(tǒng)，對直流變頻壓縮機進行變頻控制，調節(jié)制冷功率，當銅基板溫度升高時，調高壓縮機制冷功率，當銅基板溫度降低時，調低壓縮機制冷功率，最后達到銅基板溫度在一定范圍內(±1°C)恒定。(3)本實用新型所述的UV-LED裝置的制冷循環(huán)模塊由一個微型直流變頻壓縮機、一個冷凝器、一個毛細管、一個水箱式蒸發(fā)器、控制系統(tǒng)電路、電機驅動系統(tǒng)組成。壓縮機、冷凝器、毛細管、蒸發(fā)器構成一個制冷循環(huán)系統(tǒng)，制冷循環(huán)模塊通過水箱式蒸發(fā)器與水循環(huán)熱交換模塊交換制冷量；微型直流變頻壓縮機、控制系統(tǒng)電路及配套控制軟件、電機驅動器構成一個制冷控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)具有溫度設定的操作界面，控制系統(tǒng)的溫控輸入端連接到銅基板上的熱敏溫控片，如附圖I所示。(4)本實用新型所述的UV-LED裝置的水循環(huán)熱交換模塊由一個微型水泵、水交換接頭組成，微型水泵的工作促使內部的介質水循環(huán)流動，將低溫介質水從水交換接頭的輸出口送到冷頭的輸入口，低溫介質水吸收銅基板熱量后從冷頭另一接口輸出，進入水箱式蒸發(fā)器，介質水與蒸發(fā)器產生熱交換傳遞，熱量透過蒸發(fā)器管壁傳遞給低溫的制冷劑，進入制冷系統(tǒng)。(5)本實用新型所述的UV-LED裝置的照射頭模塊由一個帶貼片式LED燈珠的銅基板、與基板實現(xiàn)一體化的冷頭、LED的燈前聚光透鏡、熱敏溫控片組成。貼片式LED燈珠通過回流焊技術貼裝于銅基板正面電路上，由外部的低壓恒流源供電，LED燈珠將約20%電能轉換為光能，余下的約80%電能轉化為熱能，產生的熱量由一體化的銅基板冷頭散熱；距LED燈前方IOmm安裝有橢圓柱形的聚光透鏡，將UV-LED的發(fā)光聚集為線型光，增加瞬間光強，達到增強穿透油墨的深度，實現(xiàn)深層固化效果；熱敏溫控片貼裝在LED銅基板上，感測LED銅基板溫度，熱敏溫控片的接線與制冷循環(huán)模塊的控制系統(tǒng)的溫控輸入端連接。如附圖I所示。(6)本實用新型所述的UV-LED裝置選用大功率3W的UV-LED單株燈珠，LED波長范圍360-410nM，貼裝工藝是先將4-6株LED單株由LED封裝廠進行二次集成封裝成片，再將UV-LED集成封裝片按陣列式布局到銅基板上，為保證LED的PN結與銅基板間的良好導熱性，要求LED芯片的貼片加工采用回流焊技術。UV-LED銅基板典型的電路布局是5串4并，LED燈板的電功率范圍在200-300W，UV-LED供電采用低壓恒流源方式，恒流電流為700mA。(7)本實用新型所述的UV-LED裝置要求對銅基板的溫度進行測量，并反饋到制冷控制系統(tǒng)。采用溫度傳感器，將銅基板溫度變化轉換成相應的電信號，放大后送到制冷控制系統(tǒng)輸入端，進行濾波、A/D轉換器變成數(shù)字信號。制冷控制系統(tǒng)將實際測量溫度的信號與溫度的設定值(基準電壓)進行比較，根據(jù)比較結果(輸出狀態(tài))來控制直流變頻壓縮機的驅動電路，實現(xiàn)直流變頻控制、改變制冷功率，從而達到調節(jié)銅基板的溫度。制冷控制系統(tǒng)的工作原理如圖8所示。由于溫度傳感器的直接輸出信號非常微弱，為了更好的測量，設置一級放大器、濾波器對感溫信號進行預處理，放大器的精度要求高，輸入失調電壓和輸入失調電流要小，要有抑制共模干擾信號的能力，本實用新型采用的前置放大電路如圖9所示。本實用新型設計的有益效果是I.采用UV-LED基板及散熱冷頭的融合設計，雖然增加了基板及散熱冷頭的加工難度，但避免了基板和冷頭間傳熱阻隔問題，相比分離的基板與冷頭底板間擠壓接觸式散熱方式，基板及冷頭的融合設計大大改進了基板的散熱效果，為單位面積高光效聚集、功率密集型的LED發(fā)光面設計提供了條件，使得本實用新型設計的UV-LED裝置能滿足PCB噴印快速成型固化的工藝要求。2. UV-LED的發(fā)光效率與基板的溫度直接相關，基板溫度變化會引起照射PCB油墨的光功率波動，影響PCB的固化品質。采用制冷劑制冷，進行抽熱式散熱，既可以達到高效的散熱降溫效果，還可通過溫控反饋，由控制系統(tǒng)對直流變頻壓縮機進行變頻控制，調節(jié)制冷功率，實現(xiàn)銅基本散熱的恒溫調節(jié)功能，保持PCB的固化品質穩(wěn)定。圖I為恒溫UV-LED裝置的整體結構圖；圖2為基板及冷頭融合體的散熱示意圖；圖3為基板冷頭融合體的設計結構分解圖；圖4為基板冷頭融合體的外觀3D視圖；圖5為UV-LED在銅基板上的貼裝規(guī)格圖；圖6為UV-LED在銅基板上的布局規(guī)格圖；圖7為基板冷頭融合體的底部基板實物圖；圖8為制冷模塊控制系統(tǒng)的溫控原理框圖；圖9為溫度傳感器前置預處理電路原理圖；本實用新型提供了一種用于PCB噴印快速成型固化的恒溫UV-LED裝置的整體設計，特別是UV-LED基板及散熱冷頭的融合設計、制冷及水循環(huán)熱交換系統(tǒng)設計、基板恒溫控制方式。制冷機系統(tǒng)的零部件微型直流變頻壓縮機、冷凝器、毛細管、水箱式蒸發(fā)器、電機驅動器，可以在市場上采購，或選用北京同洲維普科技有限公司的冰雪AE系列微型工業(yè)制冷設備配件；控制系統(tǒng)采用FPGA芯片組EP2C8Q208C8、AD/DA芯片PCF8591、高精度集成運算放大器TLE2142，熱敏溫控片采用集成溫度傳感器AD590，其外形采用T0-52金屬圓殼封裝結構，是一種二端元件，屬于一種高阻電流源，電流溫度靈敏度是luA/K，當溫度升高或降低1°C時，AD590的輸出電流就增大或減小luA，測量溫度范圍是-55 +150°C，在整個測溫范圍內的非線性誤差小于±0. 3°C，工作電壓范圍4 30V。基板散熱冷頭的融合體按圖3所示結構進行設計、加工，為保證散熱的良好效果，基板采用銅T2材料；UV-LED燈珠采用IOW的旭明S63N-ULED貼片集成封裝芯片，LED透鏡采用東莞雷迪克光學有限公司的定制設計產品。給UV-LED供電的電源采用恒流方式，選用茂碩品牌LED恒流電源MSL-TB500IC12. 0，LED恒流電源參數(shù)要求下
權利要求1.一種用于PCB噴印快速成型固化的恒溫UV-LED裝置，其特征在于UV-LED裝置由一個帶控制系統(tǒng)及微型直流變頻壓縮機的可控制冷循環(huán)模塊、一個水循環(huán)熱交換模塊，一個或多個照射頭模塊組成。
2.權利要求I所述的一種用于PCB噴印快速成型固化的恒溫UV-LED裝置，其特征之一在于熱傳遞交換及恒溫控制方式制冷循環(huán)模塊制冷，制冷劑在水箱式蒸發(fā)器中交換制冷量到水循環(huán)交換模塊，水循環(huán)交換模塊的制冷水流過冷頭時帶走熱量，直接對冷頭底部的銅基板降溫，銅基板上貼裝的熱敏溫控片輸出溫度模擬信號量，輸入到制冷循環(huán)模塊的控制器，由控制系統(tǒng)處理，經驅動電路對直流壓縮機進行變頻控制，調節(jié)制冷功率。
3.權利要求I所述的一種用于PCB噴印快速成型固化的恒溫UV-LED裝置，其特征之一為UV-LED基板及散熱冷頭的融合設計，UV-LED銅基板正面貼裝UV-LED燈株，背部開刻有散熱槽，UV-LED銅基板直接作為散熱冷頭底板，與冷頭蓋板緊固圍成冷頭散熱水腔。
4.權利要求I所述的一種用于PCB噴印快速成型固化的恒溫UV-LED裝置，其特征之一在于制冷循環(huán)模塊由一個微型直流變頻壓縮機、一個冷凝器、一個毛細管、一個水箱式蒸發(fā)器、一個控制系統(tǒng)、電機驅動系統(tǒng)組成。
5.權利要求I所述的一種用于PCB噴印快速成型固化的恒溫UV-LED裝置，其特征為水循環(huán)熱交換模塊由一個微型水泵、水交換接頭組成，照射頭模塊由帶貼片燈珠的銅基板、與基板一體的冷頭、LED燈前聚光透鏡、熱敏溫控片組成。
專利摘要本實用新型涉及一種面向電子制造業(yè)領域、實現(xiàn)PCB印制UV-LED照射固化的裝置設計，其設計內容包括UV-LED基板及散熱冷頭的融合設計、制冷及水循環(huán)熱交換系統(tǒng)、基板恒溫控制技術。本實用新型設計的UV-LED裝置具有單位面積高光效功率聚集、能使PCB油墨快速成型固化、油墨呈現(xiàn)立體鋪展的特色，能滿足PCB印制制造中的工藝要求，特別適用于PCB噴印制造過程中的油墨快速成型干固。整個裝置包含帶有微型直流變頻壓縮機的制冷系統(tǒng)、水循環(huán)熱交換系統(tǒng)、大功率低壓恒流源、融合UV-LED基板的散熱冷頭、回流焊在基板上的大功率多燈珠串行集成封裝的UV-LED封裝片陣列、照射頭及其二次光學聚光透鏡。
文檔編號B41J11/00GK202805952SQ201220489809
公開日2013年3月20日 申請日期2012年9月24日 優(yōu)先權日2012年9月24日
發(fā)明者廖永紅, 楊銘, 胡振華, 劉華珠, 宋瑞, 劉雪芳 申請人:東莞凱佳智芯電子科技有限公司