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      LED 成品燈具中鋁基板通用不同品牌3030-LED燈珠焊盤的設(shè)計

      2021-03-12 10:04:56傅海勇李順康
      關(guān)鍵詞:鋼網(wǎng)燈珠溫區(qū)

      傅海勇,李順康

      (廣東穗名光電有限公司,廣東 佛山528329)

      隨著我國經(jīng)濟(jì)改革開放的深入,人們的經(jīng)濟(jì)和生活水平逐步提升,對各種用品的要求也隨著提高。由于科技的快速發(fā)展,近年來在燈具行業(yè)中出現(xiàn)了一款新型LED 燈具。

      LED 燈具具有發(fā)光效率高、節(jié)能效果好、無污染、壽命長等特點,逐漸受到人們的喜愛,出現(xiàn)了各種各樣的LED 燈具。LED 燈具作為一款燈具,它的主要功能就是照明,其照明的源頭稱為光源[1],LED 燈具的光源是由鋁基板和LED 燈珠兩部分組成。現(xiàn)在市面上的燈珠五花八門,每一個品牌的燈珠都有著自己不同的亮度、色區(qū)、電壓、顯指、電流和焊盤結(jié)構(gòu)等。為了生產(chǎn)便利,本研究在設(shè)計鋁基板的時候通常會按燈珠的焊盤來進(jìn)行設(shè)計,這樣做會大大減低鋁基板的通用性。隨著不同的生產(chǎn)需求,每一款燈都會出現(xiàn)更換不同光源的情況,而鋁基板和LED 燈珠焊盤匹配的原因?qū)е旅扛鼡Q一次光源就需要重新開發(fā)一款新的鋁基板,無形中增加了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期和研發(fā)成本。因此,本文以不同品牌3030LED 燈珠作基礎(chǔ),設(shè)計一款可以通用不同品牌3030 燈珠的鋁基板。

      1 燈珠選型和焊盤設(shè)計

      1.1 燈珠選型

      選擇4 款3030LED 燈珠,分別為天電3030LED 燈珠、德潤達(dá)3030LED 燈珠、同一方3030LED 燈珠和CREE 3030LED 燈珠。利用AutoCAD 將這4 款燈珠焊盤結(jié)構(gòu)繪制出來,分別如圖1 所示。

      1.2 通用焊盤設(shè)計

      根據(jù)圖1 分析出這4 款3030LED 燈珠焊盤的通用部分,設(shè)計出通用焊盤,如圖2 所示。

      圖1 各3030LED 燈珠焊盤

      圖2 鋁基板通用焊盤與LED 燈珠焊盤組裝

      2 燈珠貼片驗證

      下面來驗證這個方案的可行性,其步驟如下所述。

      (1)設(shè)計刷錫膏用的鋼網(wǎng),鋼網(wǎng)尺寸如圖3 所示。

      (2)將鋼網(wǎng)和鋁基板放到設(shè)備Mirai A3 中,將錫膏透過鋼網(wǎng)刷到鋁基板中。本設(shè)計采用中溫錫膏,含有鉛、Sn64.7/Bi35/Ag0.3,其熔點為178~180 ℃,回流焊接溫度為210~220 ℃.

      (3)將涂好錫膏的鋁基板放到設(shè)備Mirae Mx200L 中進(jìn)行燈珠貼片,并將貼好燈珠的鋁基板放到設(shè)備Mirai K8 中進(jìn)行回流焊接?;亓骱附拥乃俣葹?.5 m/min,溫區(qū)參數(shù)分別為:第1 溫區(qū)上、下溫區(qū)均為120 ℃,第2 溫區(qū)上、下溫區(qū)均為145 ℃,第3 溫區(qū)上、下溫區(qū)均為170℃,第4 溫區(qū)上、下溫區(qū)均為190 ℃,第5 溫區(qū)上、下溫區(qū)均為220 ℃,第6 溫區(qū)上、下溫區(qū)均為240 ℃,第7 溫區(qū)上、下溫區(qū)均為215 ℃,第8溫區(qū)上、下溫區(qū)均為175 ℃。

      (4) 將焊接好的鋁基板利用設(shè)備ZHUNCEZC6005QE 進(jìn)行點亮測試,如圖4 所示。

      由圖4 可以看出,本文設(shè)計的通用焊盤可以進(jìn)行點亮[2],表明驗證成功。

      值得注意的是,LED 燈珠貼片會出現(xiàn)以下幾種原因從而導(dǎo)致貼片失效:1)LED 燈珠貼片前沒有進(jìn)行預(yù)熱、烘烤去除濕度;2)貼片生產(chǎn)時,燈珠表面受到外界壓力;3)燈珠防靜電、貼片機(jī)接地;4)鋁基板噴錫層不好上錫,不合理;5)鋁基板平整度、燈珠間的相距尺寸誤差;6)SMT 溫度和時間不合理;7)錫膏使用不當(dāng)。

      貼片前需做好除濕、防靜電、SMT 溫度及錫膏使用等問題的處理。

      圖3 鋼網(wǎng)尺寸

      圖4 點亮測試

      3 空洞率測試

      在回流焊接的過程中,焊錫會因為空氣或助焊劑等化學(xué)物質(zhì)的膨脹而出現(xiàn)空洞,空洞率過高時,在冷熱沖擊的環(huán)境下,會引起氣泡的熱脹冷縮,從而導(dǎo)致焊錫開裂,使燈珠的穩(wěn)固性降低。此外,空洞率過高會導(dǎo)致焊錫的熱阻增高、導(dǎo)熱系數(shù)下降。一般業(yè)內(nèi)認(rèn)為空洞率10%以下不會影響散熱[3]。其空洞率計算公式為

      利用X 射線透視機(jī)可以直觀觀察燈珠和鋁基板的焊接情況,從而計算出焊盤的空洞率。4 款燈珠的測試結(jié)果分別為:D1 區(qū)域1 空洞率為2.7%,區(qū)域2 空洞率為6.3%,總空洞率為4.5%;D2 區(qū)域1 空洞率為0.9%,區(qū)域2 空洞率為2.9%,總空洞率為1.9%;D3 區(qū)域1 空洞率為2.1%,區(qū)域2 空洞率為2.6%,總空洞率為2.4%;D4 區(qū)域1 空洞率為3.7%,區(qū)域2 空洞率為9%,總空洞率為6.3%。

      由此可知,本設(shè)計的通用焊盤空洞率均在10%以內(nèi),表明其散熱結(jié)果合格[4]。

      4 小結(jié)

      該通用焊盤的設(shè)計可以大大提升鋁基板對應(yīng)不同LED 燈珠的通用性,在生產(chǎn)過程中能夠根據(jù)訂單中的亮度、色區(qū)以及顯指等要求隨意更換不同規(guī)格的3030LED 燈珠,從而大大縮短了LED 燈具的生產(chǎn)周期,節(jié)省了研發(fā)成本。

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