一种高精度广谱固化LED模组和牙科光固化机的制作方法

一种高精度广谱固化led模组和牙科光固化机
技术领域
1.本实用新型涉及光固化领域，特别是涉及一种高精度广谱固化led模组和牙科光固化机。


背景技术：

2.牙科光固化机是主要用于修复牙齿的口腔设备，是牙科修复树脂固化需要的口腔医疗器械。牙科光固化机，利用牙科修复树脂材料聚合的光引发剂所需要的特定波长，发出对应相匹配的光波长，从而引发牙科修复树脂的光引发剂，使得牙科修复树脂迅速完成聚合固化或牙齿矫正的正畸托槽的粘结。
3.一方面，现有的牙科宽谱光固化机，led灯珠包含三颗蓝光芯片和一颗紫光芯片，呈正方形排列，芯片通电时，紫光芯片发射出来的光无法与蓝光芯片发射出来的光进行360
°
的相互延伸混合交叠，会出现两种治疗风险，一是使用樟脑醌(cq)作为光引发剂的牙科修复树脂实际需要吸收波长为450～460nm的蓝光，可能会被照射到的是紫光波长395～405nm的光强中心区域；二是使用tpo(二苯基氧化磷)作为光引发剂的牙科修复树脂实际需要吸收紫光波长395～405nm，可能会被照射到的是蓝光波长450～460nm的光强中心区域；上述两种情况都会导致修复树脂固化不完全，引起变色、敏感、脱落等一系列后续临床问题，增加口腔患者治疗成本和风险；且蓝光芯片和紫光芯片发出的光强度分布不均匀，指向性不明确，医生使用时很难准确判断光照射位置，不便于操作。
4.另一方面，现有的牙科光固化机，led灯珠在高光强脉冲固化模式下高电流工作带来的led热量迅速上升并传导至金属机头的出光面与底座背面，做牙齿固化治疗的过程中，容易对脆弱的牙髓、牙神经及口腔内壁粘膜造成高温损伤，并且对口腔患者做牙齿固化治疗时的舒适度带来较差的体验感。


技术实现要素：

5.针对现有的牙科宽谱光固化机led灯珠存在的三个问题：牙科光固化机的紫光芯片发射出来的光无法与蓝光芯片发射出来的光进行360
°
的相互延伸混合交叠，导致修复树脂固化不完全。(2)蓝光芯片和紫光芯片发出的光强度分布不均匀，指向性不明确的技术问题。(3)、led灯珠在高光强脉冲固化模式下，容易对脆弱的牙髓、牙神经及口腔内壁粘膜造成高温损伤。针对以上技术问题，本实用新型提供一种高精度广谱固化led模组和牙科光固化机。
6.为了解决上述技术问题，一方面，本实用新型提供一种高精度广谱固化led模组，包括封装基板，安装于所述封装基板上的灯珠晶片，设于所述封装基板上且电连接于所述灯珠晶片的控制电路，以及封装于所述灯珠晶片上的光学透镜；
7.所述灯珠晶片包括若干颗蓝光led芯片和若干颗紫光led芯片，若干颗所述蓝光led芯片和若干颗所述紫光led芯片间隔排布在所述封装基板上，形成m行n列矩阵结构，其中，m为大于等于4的非零偶数，n为大于等于3的正整数,且m大于等于n。
8.进一步地，所述高精度广谱固化led模组还包括与所述控制电路电连接的电路焊盘，所述电路焊盘包括正极焊盘、紫光负极焊盘、蓝光负极焊盘和引电电路焊盘；
9.所述正极焊盘设于所述灯珠晶片一侧，所述紫光负极焊盘和所述蓝光负极焊盘设于所述灯珠晶片另一侧；所述引电电路焊盘设于所述灯珠晶片底部，用于与所述蓝光led芯片或者紫光led芯片连接。
10.进一步地，所述控制电路包括m/2组蓝光串联电路和m/2组紫光串联电路，每组蓝光串联电路为利用键合线串联分别位于不同列上的所述蓝光led芯片形成的电路；每组紫光串联电路为利用键合线串联分别位于不同列上的所述紫光led芯片形成的电路。
11.进一步地，m/2组蓝光串联电路的正极端和m/2组紫光串联电路的正极端同连接于正极焊盘，所述m/2组蓝光串联电路的负极端连接于所述蓝光负极焊盘，m/2组紫光串联电路的负极端连接于所述紫光负极焊盘。
12.进一步地，当固晶位置内的第一行第一列的芯片为蓝光led芯片时，第一行和最后一行的蓝光led芯片通过引电电路焊盘串联形成一组蓝光串联电路；当固晶位置内的第一行第一列的芯片为紫光led芯片时，第一行和最后一行的紫光led芯片通过引电电路焊盘串联形成一组紫光串联电路。
13.进一步地，所述高精度广谱固化led模组还包括散热件，所述散热件安装在所述封装基板。
14.进一步地，所述封装基板一表面向内凹陷形成容置槽，所述容置槽用于容纳所述灯珠晶片和所述控制电路；所述封装基板向所述散热件方向凸设有若干金属围坝，若干金属围坝和所述容置槽的外侧壁之间形成安装凹槽，所述散热件设有安装凸台，所述安装凹槽与所述安装凸台适配。
15.进一步地，所述蓝光led芯片波长范围是：420nm～480nm；所述紫光led芯片波长范围是：380nm～420nm。
16.进一步地，还包括所述封装基板底部的导热焊盘，所述导热焊盘呈蜂窝形设置。
17.另一方面，本技术提供一种牙科光固化机，包括以上所述的一种高精度广谱固化led模组。
18.本实用新型有益效果：
19.本技术提供的本技术提供的一种高精度广谱固化led模组和牙科光固化机，高精度广谱固化led模组若干颗所述蓝光led芯片和若干颗所述紫光led芯片间隔排布形成m行n列矩阵结构，可以实现高密度小间距芯片集成封装；蓝光led芯片发出的光和紫光led芯片发出的光能够以接近同等光形和同等大小，360度进行相互混合交叠，产生均匀的可使牙科修复树脂有效固化的广谱混合光波，修复树脂固化效果更佳。灯珠中心发出的光形呈圆形，出光指向性明确，便于牙医为口腔患者进行检测；单独开启紫光led芯片可以用于快速检测、识别龋齿。金属散热杯安装在封装基板上，以吸收蓝光led芯片和/或紫光led芯片产生的热量，因此，传导至金属机头出光面与底座背面的温度明显下降，可以保护牙髓、牙神经及口腔内壁粘膜组织不被高温灼伤。
附图说明
20.图1一种高精度广谱固化led模组一视角的爆炸图；
21.图2一种高精度广谱固化led模组另一视角的爆炸图；
22.图3为图1中灯珠晶片和控制电路的结构示意图；
23.图4为图3中灯珠晶片的放大图。
24.说明书附图中的附图标记如下：
25.1、铜基板；2、导热焊盘；3、封装基板；31、容置槽；32、金属围坝；4、灯珠晶片；41、紫光led芯片；42、蓝光led芯片；5、电路焊盘；51、正极焊盘；52、紫光负极焊盘；53、蓝光负极焊盘；54、引电电路焊盘；55、键合线；6、光学透镜；7、散热件。
具体实施方式
26.为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
27.如图1至4所示，本实用新型提供的高精度广谱固化led模组，包括依次连接的铜基板1、导热焊盘2、封装基板3、安装于封装基板3上的灯珠晶片4，设于封装基板3上且电连接于灯珠晶片4的控制电路，封装于灯珠晶片4上的光学透镜6，以及安装在封装基板3上的散热件7；灯珠晶片4包括若干颗蓝光led芯片42和若干颗紫光led芯片41，若干颗蓝光led芯片42和若干颗紫光led芯片41间隔排布在封装基板3上，形成m行n列矩阵结构，其中，m为大于等于4的非零偶数，n为大于等于3的正整数,且m大于等于n。示例性地，m为4，此时，n为3或者4。m为6，此时，n为3、4、5、6中的任一种。当然m和n也可以为其他数值，在此不做限定。
28.若干颗蓝光led芯片42和若干颗紫光led芯片41间隔排布在封装基板3上，形成m行n列矩阵结构。即在矩阵结构的每一行中，蓝光led芯片42和紫光led芯片41间隔排布，在矩阵结构的每一列中，蓝光led芯片42和紫光led芯片41间隔排布，此结构可以实现高密度小间距芯片集成封装；而且蓝光led芯片42发出的光和紫光led芯片41发出的光能够以接近同等光形和同等大小，360度进行相互混合交叠，有非常好的交叠混光效果，在不同的照射距离，不同波长的led芯片的照射出来的光斑都能够做到相近大小，产生均匀的可使牙科修复树脂有效固化的广谱混合光波，修复树脂固化效果更佳。解决了现有led灯珠产品可能引起的变色、敏感、脱落等临床问题，有效的降低口腔患者的治疗成本和风险，有效保障患者安全。同时灯珠中心发出的光形呈圆形，出光指向性明确，便于牙医为口腔患者进行牙齿修复光固化治疗及检测龋齿。
29.本技术提供的蓝光led芯片42、紫光led芯片41为正方形或者长方形。蓝光led芯片42波长范围是：420nm～480nm；紫光led芯片41波长范围是：380nm～420nm，在其他的应用场景中，也可以根据实际需要选择其他波长的led芯片，在此不做限定。
30.本实施例中，封装基板3为陶瓷基板，陶瓷基板尺寸为5mm～9mm，陶瓷基板形状为正方形或长方形，与蓝光led芯片42、紫光led芯片41形状相对应。陶瓷基板上安装光学透镜的金属台阶，与光学透镜6的底部尺寸相匹配。
31.如图1所示，封装基板3一表面向内凹陷形成容置槽31，容置槽31用于容纳灯珠晶片4和控制电路；封装基板3向散热件7方向凸设有若干金属围坝32，若干金属围坝32和容置槽31的外侧壁之间形成安装凹槽，散热件7设有安装凸台，安装凹槽与安装凸台适配。
32.高光强脉冲固化模式下高电流工作会让蓝光led芯片42和/或紫光led芯片41热量
迅速上升，经由底座1传导至牙科光固化机的出光面与底座背面，做牙齿固化治疗的过程中，容易对脆弱的牙髓、牙神经及口腔内壁粘膜造成高温损伤。本实施例中，散热件7为金属散热杯，金属散热杯安装在封装基板3上，以吸收蓝光led芯片和/或紫光led芯片产生的热量，因此，传导至金属机头的出光面与底座背面的温度明显下降，可以保护牙神经、牙髓及口腔内壁粘膜组织不被高温灼伤，为口腔患者做牙齿固化治疗带来更加舒适的体验感，解决了高光强脉冲固化模式下高电流工作带来的led热量迅速上升的散热技术问题。组装时，将金属散热杯底部的安装凸台嵌入安装凹槽完成固定焊接，以避免焊接材料存在助焊剂对粘接光学透镜6的胶水产生化学污染。
33.如图3和图4所示，电路焊盘5接通外部电源，与控制电路、蓝光led芯片42、紫光led芯片41形成导电通路。电路焊盘5包括正极焊盘51、紫光负极焊盘52、蓝光负极焊盘53和n组引电电路焊盘54；正极焊盘51设于灯珠晶片4一侧，紫光负极焊盘52和蓝光负极焊盘53设于灯珠晶片4另一侧；引电电路焊盘设于灯珠晶片4底部，用于与蓝光led芯片42或者紫光led芯片41连接。本技术中，从正极焊盘51往紫光负极焊盘52/蓝光负极焊盘53的方向为矩阵结构的列方向，行方向垂直于列方向，请参见图3，列方向为x轴指示的方向，行方向为y轴指示的方向。
34.控制电路包括m/2组蓝光串联电路和m/2组紫光串联电路；每组蓝光串联电路为利用键合线55串联分别位于不同列上的蓝光led芯片42形成的电路，每组紫光串联电路为利用键合线55串联分别位于不同列上的紫光led芯片41形成的电路。m/2组蓝光串联电路的正极端和m/2组紫光串联电路的正极端同连接于正极焊盘51，m/2组蓝光串联电路的负极端连接于蓝光负极焊盘53，m/2组紫光串联电路的负极端连接于紫光负极焊盘52。
35.固晶位置内的第一行第一列的芯片可以为蓝光led芯片42或者紫光led芯片41；当固晶位置内的第一行第一列的芯片为蓝光led芯片42时，第一行和最后一行的蓝光led芯片42通过引电电路焊盘串联形成一组蓝光串联电路；当固晶位置内的第一行第一列的芯片为紫光led芯片41时，第一行和最后一行的紫光led芯片41通过引电电路焊盘串联形成一组紫光串联电路。其中，固晶位置是蓝光led芯片42和紫光led芯片41固定在封装基板3的位置。
36.在本实施例中，蓝光串联电路或紫光串联电路采用波形打线键合的方式进行串联。蓝光led芯片42与紫光led芯片41的负极电路是分开的，正极是共用的，电路不形成干扰。因此，利用控制电路可以实现以下操作：一是单独开启或者关闭蓝光led芯片42，二是单独开启或者关闭紫光led芯片41，三是同时开启蓝光led芯片42和紫光led芯片41。
37.在利用灯珠晶片4进行修复牙齿固化树脂时，蓝光led芯片42发出的蓝光和紫光led芯片41发出的紫光的波长在中心区域呈360
°
平滑延伸混合交叠，使交叠的区域混合成对牙科修复树脂材料固化真正有效的广谱固化光波，能够满足使用樟脑醌光引发剂时的蓝光波长450nm～460nm需求，同时也能满足使用二苯基氧化磷为光引发剂时的紫光波长395nm～405nm需求，促进修复树脂的固化。
38.单独使用紫光led芯片41可以用于检测龋齿，其原理为波长405nm的光照射到牙体组织表面，健康釉质和牙本质中的羟磷灰石及其他无机成分几乎不会产生反射光，但是在龋损部位，因细菌代谢产物中含有卟啉
ⅸ
，可产生明显的反射光，通过滤光片过滤500nm以下的短波长，肉眼可快速的识别出龋损牙体组织和正常牙体组织。牙医为口腔患者做龋齿检测时无需更换装置，只需单独开启紫光led芯片41，就可以为口腔患者做龋齿检测。当然，
若干颗所述蓝光led芯片42和若干颗所述紫光led芯片41间隔排布在所述封装基板3上，形成m行n列矩阵结构，还可以应用在其他设备上，如消毒设备等，在此不做限定。
39.本技术中，引电电路焊盘54为若干个，若干个引电电路焊盘54依次位于矩阵结构的区域，示例性地，当m等于8，n等于3，则电路焊盘5包括1个引电电路焊盘54，该引电电路焊盘54与第二列的蓝光led芯片42(或者紫光led芯片41)电连接；当m等于8，n等于4，则电路焊盘5包括2个引电电路焊盘54，2个引电电路焊盘54分别与第二列和第四列的蓝光led芯片42(或者紫光led芯片41)电连接，当然，m和n也可以是其他数值，在此不做限定。
40.如图2，导热焊盘2设置在封装基板3和铜基板1之间，所述导热焊盘3呈蜂窝形设置，这种蜂窝形的导热焊盘3可以排出焊接时封装基板3和铜基板1的中间的空气层，降低焊接层的空洞率，使得封装基板3和铜基板1贴合度更好，提升焊接导热效果。
41.另一方面，本技术提供一种牙科光固化机，包括上述的一种高精度广谱固化led模组。
42.与现有技术相比，本技术提供的一种高精度广谱固化led模组和牙科光固化机，若干颗蓝光led芯片42和若干颗紫光led芯片41间隔排布形成m行n列矩阵结构，可以实现高密度小间距芯片集成封装；蓝光led芯片42发出的光和紫光led芯片41发出的光能够以接近同等光形和同等大小，360度进行相互混合交叠，产生均匀的可使牙科修复树脂有效固化的广谱混合光波，修复树脂固化效果更佳。灯珠中心发出的光形呈圆形，出光指向性明确，便于牙医为口腔患者进行检测；单独开启紫光led芯片41可以用于快速检测、识别龋齿。金属散热杯安装在封装基板3上，以吸收蓝光led芯片42和/或紫光led芯片41产生的热量，因此，传导至金属机头的出光面及背面的温度明显下降，可以保护牙髓、牙神经及口腔内壁粘膜组织不被高温灼伤。
43.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。