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LED支架防濕氣結(jié)�(gòu)�(shè)�(jì)方案分析

編輯:admin 2014-06-25 14:53:05 瀏覽�1204  �(lái)源:

  LED支架�LED燈珠在封裝之前的基板,起到保�(hù)固晶焊線和硅膠成型的作用,導(dǎo)通電路,并影響到光、電特性。支架結(jié)�(gòu)性能的好壞直接影響到LED燈珠性能,目前很多燈珠死燈,�(jīng)顯微鏡觀察,燈珠�(nèi)的芯片并�(méi)出現(xiàn)異常,而是連接芯片的合金線與金屬基板脫離造成斷路。如�1所示�

LED支架防濕氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案分析

�1:連接芯片的合金線與金屬基板脫離造成斷路

  同時(shí),發(fā)�(xiàn)造成此種�(xiàn)象的燈珠都是直接或間接地裸露在空氣中�(diǎn)亮,空氣中存在有水汽。由此可以推斷出�LED支架的防濕氣�(jié)�(gòu)做得不好,導(dǎo)致濕氣滲入燈珠內(nèi),從而造成封裝膠在LED燈珠�(zhǎng)期點(diǎn)亮的�(huán)境下易與金屬基板脫離,使得拔斷焊接在金屬基板上的合金線,從而形成電路斷開�

  隨著全球光源市場(chǎng)�(duì)LED的需求越�(lái)越大,LED燈珠的使用范圍越�(lái)越廣,使用者對(duì)LED燈珠性能的要求也越來(lái)越嚴(yán)苛。如果LED支架的防濕氣�(jié)�(gòu)�(shè)�(jì)的不好,不可避免的限制LED燈珠的使用條件、使用區(qū)域、使用領(lǐng)域等等。作為L(zhǎng)ED�(shè)�(jì)者和制造者,必定要在LED支架的防濕氣�(jié)�(gòu)上有所突破�

  一、液體流�(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)

  流動(dòng)液體的性質(zhì)介于氣體和液體之間。它一方面像固體,具有一定的體積,不易壓縮;另一方面又像氣體,沒(méi)有一定的形狀,具有流�(dòng)性。流�(dòng)液體由于慣性力,粘性力等影響,�(nèi)部任意某處各�(gè)方向的壓力不相等�

  流動(dòng)的液體在沿途中�(huì)受沿程阻力和局部阻力,由沿程阻力引起的�(jī)械能損失稱為沿程損失,克服局部阻力的能量損失稱為局部損失。全部的流動(dòng)液體的能量損失等于各段的沿程損失和各局部損失的總和�

  二、防濕氣�(jié)�(gòu)�(shè)�(jì)的五�(gè)要點(diǎn)

  防濕氣結(jié)�(gòu)�(shè)�(jì),顧名思義,就是要將濕氣擋之于外,或者是�?jié)駳庠谄鋬?nèi)部停止流�(dòng)。支架的塑料與金屬基板是兩種不同屬性的材料,靠外力使兩者粘接在一起,是屬于物理粘接,即使肉眼上看不出其粘接瑕疵,但在幾十倍的放大鏡上,其界面上必定存有縫隙,如圖2所示。這就決定了支架不能將濕氣擋在體外,也就是�(shuō)一定會(huì)有濕氣滲入其�(nèi)。因此,支架的防濕氣�(jié)�(gòu)�(shè)�(jì),嚴(yán)格意義來(lái)講,是依靠其�(nèi)的相�(guān)�(jié)�(gòu)�(shè)�(jì)減少滲入其內(nèi)的流體。要使流體減少,也就是說(shuō),要使流體的所有能量盡可能�?fù)p失在各沿程損失和各局部損失上�

LED支架防濕氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案分析

�2:支架的塑料與金屬基板“物理粘接”后的界面存在縫�

  以TOP VIEW型號(hào)的支架做�(gè)�(shí)�(yàn),將空支架浸入紅墨水中,紅墨水略淹蓋在支架引腳上即可(注:如果要使�(shí)�(yàn)效果更加明顯,在紅墨水中倒�(jìn)酒精,比�1�1攪拌混合)�5分鐘后終止實(shí)�(yàn)。全�(guò)程用顯微鏡觀察支架杯體內(nèi)的情況。實(shí)�(yàn)�(jié)論為:有些支架滲得快,有些支架滲得慢,有些支架滲得輕微,有些支架滲得�(yán)重。取某些做完�(shí)�(yàn)后的支架,馬上沿著塑料與金屬基板的縫隙處用剪鉗剖開,可發(fā)�(xiàn)金屬基板的表面和邊緣有紅墨水痕跡。因此,由實(shí)�(yàn)可總�(jié)出:紅墨水滲入支架杯體內(nèi)的途徑有二,一為塑料包裹的銅材邊緣處,二為塑料包裹的銅材表面處,且銅材正反面都有,后者比前者更為嚴(yán)重�

  解析以上論斷,可從三�(gè)方面解決�(wèn)題:其一,尋求塑料與金屬基板的最佳配合,這關(guān)系到材料�(xué)方面的知�(shí),不在本文討論范圍;其二,管控塑料的注塑工藝,追求最佳的模溫和壓模時(shí)間,這關(guān)系到注塑工藝方面的內(nèi)容,在本文也不做分析;其三,就是在金屬基板作處理,也就是本文所�(shuō)的防濕氣�(jié)�(gòu)�(shè)�(jì)�

  防濕氣結(jié)�(gòu)�(shè)�(jì)的要�(diǎn)在于�

  1.盡可能延�(zhǎng)金屬基板邊緣途徑,且迂回折返,越曲折越好�

  2.盡可能減小金屬基板與塑料的接觸面積,�(dāng)然這與熱設(shè)�(jì)有沖突,兩者需折中,或有所犧牲,尋求最佳設(shè)�(jì)。在這里,涉及到熱設(shè)�(jì)方面不作詳細(xì)分析�

  3.在金屬基板表面盡可能作一些溝槽等擋水墻,增加金屬基板表面的粗糙程度,增加液體的流�(dòng)難度,當(dāng)然,擋水墻形狀越夸�?jiān)胶茫紤]到制作難度和制作成本,適宜即可�

  4.減小金屬基板�(jìn)入塑料的端口面積,相�(dāng)于減小了液體�(jìn)入支架內(nèi)的途徑�

  5.盡可能把液體引到非支架杯體內(nèi)�

  三、七種支架防濕氣�(jié)�(gòu)�(shè)�(jì)方案的具體分�

  伴隨著模具行�(yè)的不斷�(jìn)步,沖壓、鉆銑、折彎、注塑工藝越�(lái)越能�(shí)�(xiàn)精密、復(fù)雜的�(shè)�(jì)�(gòu)思,支架防濕氣結(jié)�(gòu)的設(shè)�(jì)�(nèi)容不斷更新,不斷突破。設(shè)�(jì)人員追求的是�(chǎn)品的性價(jià)比,在把防濕氣結(jié)�(gòu)�(shè)�(jì)得很好的同時(shí),也需要顧及到其它方面的性能,比如熱、電、光性能,更需要關(guān)注到加工難度、加工成本�

  圍繞著防濕氣�(jié)�(gòu)�(shè)�(jì)的要�(diǎn)�(lái)考量,防濕氣�(shè)�(jì)列出以下多種方案,并作綜合分析其�(yōu)劣性�

  方案1:金屬基板平板型。金屬基板不作任何處理,�(jiǎn)單地區(qū)分出正負(fù)兩�(gè)不同極性,如圖3。不加防濕氣�(jié)�(gòu)�(shè)�(jì)理念,加工成本低,但氣密性差。此種支架做出來(lái)的燈珠,只保證能�(diǎn)亮,但在有濕氣的地方使用,很快就�(huì)出現(xiàn)死燈。或者在燈珠外部涂上防水膠水方可使用,這也間接增加了客戶端的使用成本�

  方案2:延�(zhǎng)金屬基板邊緣途徑。現(xiàn)有的支架�(shè)�(jì)上,已經(jīng)都加上了“延�(zhǎng)金屬基板邊緣途徑”的�(shè)�(jì)理念。如�4紫色圈。通過(guò)�(duì)金屬基板邊緣沖成不同程度的曲線,沖出越復(fù)雜的曲線,金屬基板邊緣線就越�(zhǎng),這大大加大了濕氣由金屬基板邊緣滲入的難度。當(dāng)然,金屬基板邊緣線處理得越多,加工成本就越高,同�(shí)也要求金屬基板的性能要很好�

  方案3:塑料包裹側(cè)引腳,現(xiàn)有的支架一般制作流程是:金屬基板沖壓成型→電鍍→注塑→折彎切斷。這樣的弊端是,濕氣在引腳�(cè)邊就可滲入。為了讓濕氣的滲入途徑更長(zhǎng),塑料可將側(cè)引腳包裹住,只露出底引腳,作為導(dǎo)電的焊腳。如�5紫色圈所示。支架的制作流程更改為:金屬基板沖壓成型→電鍍→第一次折彎→注塑→第二次折彎并切斷。這樣,塑料很好地將金屬基板包裹在里面。但從制作流程可看出,這樣的方案更�(fù)雜。如果在金屬基板第一處折彎處沖幾�(gè)孔,效果�(huì)更加明顯。當(dāng)然,這也增加了加工成本。本�(shè)�(jì)方案在客戶端的上錫過(guò)程中�(huì)造成難題,兩邊引腳的錫量如不均勻,很容易�(dǎo)致燈珠傾斜�

  方案4:減小金屬基板與塑料的接觸面積。現(xiàn)有的支架�(shè)�(jì)上,也都加上了“減小金屬基板與塑料的接觸面積”的�(shè)�(jì)理念。如�6紫色圈所示。通過(guò)在金屬基板表面再?zèng)_出幾�(gè)不同程度大小的孔,有方形、圓形等,孔越多,效果越明顯。孔�(shù)量的多少這須由金屬基板的性能決定。別處,孔位置的選擇也較為關(guān)鍵,孔一般限定在杯體�(nèi)重要位置的附近處,不宜設(shè)�(jì)在離杯體較遠(yuǎn)的位置。此方案的好處有二:一是上下的塑膠能夠更緊密的接牢,把金屬基板卡得更緊;二是減少了塑料與金屬基板相�(jié)合的界面,更好地避免了塑料與金屬基板存在的縫隙。這兩�(gè)好處,都很好地起到防濕氣滲入的作用。當(dāng)然,這也增加了加工成本�

  方案5:增加金屬基板表面的粗糙程度。現(xiàn)有的支架�(shè)�(jì)上,“增加金屬基板表面的粗糙程度”的�(shè)�(jì)理念也較為普遍。如�7紫色圈所示。在理論上,本方案延�(zhǎng)了濕氣滲入金屬基板表面的途徑,并增加了濕氣的流動(dòng)難度。但是,如果金屬基板表面的溝槽等擋水墻、麻�(diǎn)�(shè)�(jì)得太夸張,或�(shè)�(jì)不妥�(dāng),很容易造成反向效果,即增加了金屬基板與塑料的接觸面積,更易出現(xiàn)兩者界面縫隙。因此,增加金屬基板表面的粗糙程度應(yīng)適可而止,在一定面積內(nèi)�(yīng)有一定比例,具體多少本文不作深入研究�

  方案6:非杯體�(nèi)的金屬基板不作電鍍,或電鍍得粗糙。按照“增加金屬基板表面的粗糙程度”的�(shè)�(jì)理念,也可以在非杯體�(nèi)的金屬基板不作電鍍,或電鍍得較為粗糙。一般電鍍面比不電鍍層更為光滑,這樣塑料與金屬基板會(huì)�(jié)合得更加牢固。但是,如在非杯體內(nèi)不作電鍍,金屬基板在受潮高溫的環(huán)境下,很易氧化,這樣包裹在塑料里的金屬基板生銹,造成兩者界面更大的縫隙,時(shí)間一�(zhǎng),氧化區(qū)域會(huì)延伸到杯體內(nèi)已電鍍好的金屬基板,造成的后果可想而知。如果在非杯體內(nèi)電鍍得粗糙,在杯體內(nèi)電鍍得光滑,這樣電鍍工藝較為�(fù)雜,制作成本也相�(yīng)上升。因此,本方案不提倡�

  方案7:減小金屬基板�(jìn)入塑料的端口面積。理論上,在濕氣�(jìn)口端著手,減小其面積或端口,降低水汽滲入量,能很好地起到防濕氣滲入的作用。在金屬基板的臨�(jìn)端沖出一�(gè)大孔,這樣,成型后的支架,金屬基板伸�(jìn)塑料的那部分只剩兩頭。塑料包裹金屬基板更為牢固,兩者界面的縫隙在外觀上觀看,并不明顯。但是,�(shí)�(yàn)�(yàn)證,這樣做的�(shí)際效果并不明顯。經(jīng)分析,濕氣滲入并不是定期定量地存在,而是存在于空氣中,長(zhǎng)期都有,即使?jié)駳獾臐B入端口小了,但在�(zhǎng)期作用下,也�(huì)最后滲入�

  四、支架防濕氣�(jié)�(gòu)�(shè)�(jì)的另類猜�

  基于防濕氣結(jié)�(gòu)�(shè)�(jì)的要�(diǎn),可以有更加大膽的想象空間�

  方案8:假�(shè)不需考慮光線靠支架杯體內(nèi)底部的高亮電鍍層�(lái)反射(注:根據(jù)材料�(xué)及目前的電鍍工藝,塑料的白度反射率為0.92,電鍍層反射率為0.97),支架在注塑�(shí),可以在支架杯體�(nèi)底部也注塑一層薄塑膠,只留出固定的固晶區(qū)和焊線區(qū),其余都用塑料封住。如�9紫色圈所示。這樣,更加大延長(zhǎng)了水汽的滲入途徑。理論上,防濕氣效果�(huì)更加明顯�

  方案9:上述多種方案都是在“要使流體的所有能量盡可能�?fù)p失在各沿程損失和各局部損失上”的觀�(diǎn)上設(shè)�(jì)的,如果�(zhuǎn)變思路,濕氣滲入后,考慮怎樣把大部分的濕氣轉(zhuǎn)移到其它非主要部位。這樣,濕氣雖有滲入,但沒(méi)有滲入到支架杯體�(nèi),從而不�(huì)影響到最終成品的性能�

  只設(shè)�(jì)一邊焊線區(qū),另外一邊不伸�(jìn)支架杯體�(nèi),而且,伸�(jìn)支架杯體�(nèi)的部分盡可能多設(shè)�(jì)溝槽之類的擋水墻,另一端不作規(guī)劃,盡可能簡(jiǎn)單。從液體的流�(dòng)理論分析,液體往往更易流向�(méi)有阻力的地方,且是大部分。這樣,滲入的水汽大部分會(huì)流向圖示B端,很好地保�(hù)到圖示A端部位不受濕氣滲入�

  方案10:與方案9同樣道理,把支架外形做得更大,需要在塑料�(nèi)做更多的金屬基板線路�(shè)�(jì)。如�11所示,AB端為杯體�(nèi)的主要金屬基板,為L(zhǎng)ED燈珠焊線區(qū),CD端為輔助金屬基板。在AB端的金屬基板線路盡可能多�(shè)�(jì)溝槽之類的擋水墻,而在CD端不作規(guī)劃,盡可能簡(jiǎn)單。這樣,濕氣更易滲入CD端,且濕氣容量較大�

  但是,要�(dá)到以上的理論效果,滲入AB端與滲入CD端的難易度要相差很大倍數(shù),不然濕氣還是會(huì)或多或少滲入AB端。如此可�(jiàn),本方案不僅在塑料上增加成本,還�(yīng)在金屬基板處理上也要增加相當(dāng)多的成本,因此不宜提倡�

LED支架防濕氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案分析

  五、各�(shè)�(jì)方案�(duì)�

  (注:上以比較�10種方案的相對(duì)比較,并�(wú)絕對(duì)�(guān)系。加工難度由A→C代表易→難;加工成本由A→C代表低→高;�(duì)電光熱等性能的影響由A→C代表效果好→效果差;防濕氣滲入效果由A→C代表效果好→效果差。綜合評(píng)估:建議使用是指多種方案可共同使用,特殊情況使用是指在某些特定要求下使用�)

  LED支架的防濕氣�(jié)�(gòu)�(shè)�(jì),是在LED使用條件越來(lái)越嚴(yán)苛的情況下提出來(lái)的,且發(fā)展的很快。產(chǎn)品應(yīng)注重性價(jià)比,不可一味地選擇�(jié)�(gòu)最�(yōu)的設(shè)�(jì)而不去考慮成本、客戶使用條件等其它因素。單一的方案不能滿足要求,在這里建議多種方案共同使用,這樣不會(huì)�?yàn)榻Y(jié)�(gòu)的復(fù)雜而增加工序工種,加工成本也不�(huì)成倍上升,但卻可實(shí)�(xiàn)效果倍增�

  LED行業(yè)具有帶動(dòng)性,可帶�(dòng)如模具行�(yè)、電鍍行�(yè)、材料行�(yè)等的�(fā)展,而其它制造業(yè)某些技�(shù)的突破,也一定程度可為L(zhǎng)ED行業(yè)�(chuàng)新性的�(shè)�(jì)提供技�(shù)保證。相信在各種行業(yè)�(fā)展的互相影響下,LED支架的設(shè)�(jì)方案�(huì)層出不窮,會(huì)有更可靠的技�(shù)保證,新思維�(gòu)思也能得到實(shí)�(xiàn)�

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