LED支架防濕氣結構設計方案分析

一、液體流動(dòng)基礎知識

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，具有流動(dòng)性。流動(dòng)液體由于慣性力，粘性力等影響，內部任意某處各個(gè)方向的壓力不相等。

流動(dòng)的液體在沿途中會(huì )受沿程阻力和局部阻力，由沿程阻力引起的機械能損失稱(chēng)為沿程損失，克服局部阻力的能量損失稱(chēng)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。

LED支架是LED燈珠在封裝之前的基板，起到保護固晶焊線(xiàn)和硅膠成型的作用，導通電路，并影響到光、電特性。支架結構性能的好壞直接影響到LED燈珠性能，目前很多燈珠死燈，經(jīng)顯微鏡觀(guān)察，燈珠內的芯片并沒(méi)出現異常，而是連接芯片的合金線(xiàn)與金屬基板脫離造成斷路。如圖1所示。

圖1：連接芯片的合金線(xiàn)與金屬基板脫離造成斷路

同時(shí)，發(fā)現造成此種現象的燈珠都是直接或間接地裸露在空氣中點(diǎn)亮，空氣中存在有水汽。由此可以推斷出，LED支架的防濕氣結構做得不好，導致濕氣滲入燈珠內，從而造成封裝膠在LED燈珠長(cháng)期點(diǎn)亮的環(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(xiàn)，從而形成電路斷開(kāi)。

隨著(zhù)全球光源市場(chǎng)對LED的需求越來(lái)越大，LED燈珠的使用范圍越來(lái)越廣，使用者對LED燈珠性能的要求也越來(lái)越嚴苛。如果LED支架的防濕氣結構設計的不好，不可避免的限制LED燈珠的使用條件、使用區域、使用領(lǐng)域等等。作為L(cháng)ED設計者和制造者，必定要在LED支架的防濕氣結構上有所突破。

二、防濕氣結構設計的五個(gè)要點(diǎn)

防濕氣結構設計，顧名思義，就是要將濕氣擋之于外，或者是使濕氣在其內部停止流動(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，也就是說(shuō)一定會(huì )有濕氣滲入其內。因此，支架的防濕氣結構設計，嚴格意義來(lái)講，是依靠其內的相關(guān)結構設計減少滲入其內的流體。要使流體減少，也就是說(shuō)，要使流體的所有能量盡可能地損失在各沿程損失和各局部損失上。

圖2：支架的塑料與金屬基板“物理粘接”后的界面存在縫隙

以TOP VIEW型號的支架做個(gè)實(shí)驗，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：如果要使實(shí)驗效果更加明顯，在紅墨水中倒進(jìn)酒精，比例1：1攪拌混合)，5分鐘后終止實(shí)驗。全過(guò)程用顯微鏡觀(guān)察支架杯體內的情況。實(shí)驗結論為：有些支架滲得快，有些支架滲得慢，有些支架滲得輕微，有些支架滲得嚴重。取某些做完實(shí)驗后的支架，馬上沿著(zhù)塑料與金屬基板的縫隙處用剪鉗剖開(kāi)，可發(fā)現金屬基板的表面和邊緣有紅墨水痕跡。因此，由實(shí)驗可總結出：紅墨水滲入支架杯體內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，后者比前者更為嚴重。

解析以上論斷，可從三個(gè)方面解決問(wèn)題：其一，尋求塑料與金屬基板的最佳配合，這關(guān)系到材料學(xué)方面的知識，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，也就是本文所說(shuō)的防濕氣結構設計。

防濕氣結構設計的要點(diǎn)在于：

1.盡可能延長(cháng)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，當然這與熱設計有沖突，兩者需折中，或有所犧牲，尋求最佳設計。在這里，涉及到熱設計方面不作詳細分析。

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，增加液體的流動(dòng)難度，當然，擋水墻形狀越夸張越好，但考慮到制作難度和制作成本，適宜即可。

4.減小金屬基板進(jìn)入塑料的端口面積，相當于減小了液體進(jìn)入支架內的途徑。

5.盡可能把液體引到非支架杯體內。

三、七種支架防濕氣結構設計方案的具體分析

伴隨著(zhù)模具行業(yè)的不斷進(jìn)步，沖壓、鉆銑、折彎、注塑工藝越來(lái)越能實(shí)現精密、復雜的設計構思，支架防濕氣結構的設計內容不斷更新，不斷突破。設計人員追求的是產(chǎn)品的性?xún)r(jià)比，在把防濕氣結構設計得很好的同時(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(zhù)防濕氣結構設計的要點(diǎn)來(lái)考量，防濕氣設計列出以下多種方案，并作綜合分析其優(yōu)劣性。

方案1：金屬基板平板型。金屬基板不作任何處理，簡(jiǎn)單地區分出正負兩個(gè)不同極性，如圖3。不加防濕氣結構設計理念，加工成本低，但氣密性差。此種支架做出來(lái)的燈珠，只保證能點(diǎn)亮，但在有濕氣的地方使用，很快就會(huì )出現死燈?；蛘咴跓糁橥獠客可戏浪z水方可使用，這也間接增加了客戶(hù)端的使用成本。

圖3

方案2：延長(cháng)金屬基板邊緣途徑?，F有的支架設計上，已經(jīng)都加上了“延長(cháng)金屬基板邊緣途徑”的設計理念。如圖4紫色圈。通過(guò)對金屬基板邊緣沖成不同程度的曲線(xiàn)，沖出越復雜的曲線(xiàn)，金屬基板邊緣線(xiàn)就越長(cháng)，這大大加大了濕氣由金屬基板邊緣滲入的難度。當然，金屬基板邊緣線(xiàn)處理得越多，加工成本就越高，同時(shí)也要求金屬基板的性能要很好。