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

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。