一種用于PCB噴印快速成型固化的恒溫UV-LED裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術涉及一種面向電子制造業領域、實現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、制冷及水循環熱交換系統、基板恒溫控制技術。本實用新型專利技術設計的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、水循環熱交換系統、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。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

—種用于PCB噴印快速成型固化的恒溫UV-LED裝置本技術涉及一種面向電子制造業領域的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、制冷及水循環熱交換系統、LED基板恒溫控制等技術。本技術設計的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、油墨呈現立體鋪展的特色，適用于工藝高要求的PCB制造。PCB制造業是我國珠三角地區的優勢制造業，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、自然水循環散熱都難實現恒溫控制。采用制冷劑制冷系統、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。本技術涉及一種面向電子制造業領域、實現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、制冷及水循環熱交換系統、基板恒溫控制技術。本技術設計的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、水循環熱交換系統、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。本技術的整體結構特征在于UV-LED裝置由一個帶控制系統及微型直流變頻壓縮機的可控制冷循環模塊、一個水循環熱交換模塊，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模塊實現制冷機功能，進行循環制冷，水循環熱交換以水為介質進行循環，實現在銅基板與蒸發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，實現制冷循環模塊的制冷功率調節，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)本技術所述的UV-LED裝置的特征之一在于其熱傳遞交換過程制冷循環模塊制冷，制冷劑在水箱式蒸發器中交換制冷量到水循環交換模塊，水循環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，具體說明如下本技術所述的用于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，本技術所述的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制冷，進行抽熱式散熱，制冷劑在水箱式蒸發器中交換制冷量，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，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，在本技術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)本技術所述的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，輸入到制冷循環模塊的控制器，由控制系統處理，控制系統輸出控制數字信號，輸入壓縮機驅動系統，對直流變頻壓縮機進行變頻控制，調節制冷功率，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)本技術所述的UV-LED裝置的制冷循環模塊由一個微型直流變頻壓縮機、一個冷凝器、一個毛細管、一個水箱式蒸發器、控制系統電路、電機驅動系統組成。壓縮機、冷凝器、毛細管、蒸發器構成一個制冷循環系統，制冷循環模塊通過水箱式蒸發器與水循環熱交換模塊交換制冷量；微型直流變頻壓縮機、控制系統電路及配套控制軟件、電機驅動器構成一個制冷控制系統，控制系統具有溫度設定的操作界面，控制系統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)本技術所述的UV-LED裝置的水循環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，進入水箱式蒸發器，介質水與蒸發器產生熱交換傳遞，熱量透過蒸發器管壁傳遞給低溫的制冷劑，進入制冷系統。(5)本技術所述的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模塊的控制系統的溫控輸入端連接。如附圖I所示。(6)本技術所述的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)本技術所述的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。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輸入端，進行濾波、A/D轉換器變成數字信號。制冷控制系統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，根據比較結果(輸出狀態)來控制直流變頻壓縮機的驅動電路，實現直流變頻控制、改變制冷功率，從而達到調節銅基板的溫度。制冷控制本文檔來自技高網...

【技術保護點】
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及微型直流變頻壓縮機的可控制冷循環模塊、一個水循環熱交換模塊，一個或多個照射頭模塊組成。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：廖永紅，楊銘，胡振華，劉華珠，宋瑞，劉雪芳，
申請(專利權)人：東莞凱佳智芯電子科技有限公司，
類型：實用新型
國別省市：