LED支架防濕氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案分析

一、液體流動(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(nèi)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(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。

LED支架是LED燈珠在封裝之前的基板，起到保護(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)構(gòu)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)顯微鏡觀察，燈珠內(nèi)的芯片并沒出現(xiàn)異常，而是連接芯片的合金線與金屬基板脫離造成斷路。如圖1所示。

圖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)現(xiàn)造成此種現(xiàn)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(jié)構(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燈珠長(zhǎng)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，從而形成電路斷開。

隨著全球光源市場(chǎng)對(duì)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(duì)LED燈珠性能的要求也越來(lái)越嚴(yán)苛。如果LED支架的防濕氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(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設(shè)計(jì)者和制造者，必定要在LED支架的防濕氣結(jié)構(gòu)上有所突破。

二、防濕氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的五個(gè)要點(diǎn)

防濕氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，顧名思義，就是要將濕氣擋之于外，或者是使?jié)駳庠谄鋬?nèi)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(nèi)。因此，支架的防濕氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，嚴(yán)格意義來(lái)講，是依靠其內(nèi)的相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(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地?fù)p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(hào)的支架做個(gè)實(shí)驗(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：如果要使實(shí)驗(yàn)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(yàn)。全過(guò)程用顯微鏡觀察支架杯體內(nèi)的情況。實(shí)驗(yàn)結(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，有些支架滲得嚴(yán)重。取某些做完實(shí)驗(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)現(xiàn)金屬基板的表面和邊緣有紅墨水痕跡。因此，由實(shí)驗(yàn)可總結(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，可從三個(gè)方面解決問題：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(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，也就是本文所說(shuō)的防濕氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

防濕氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)在于：

1.盡可能延長(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，當(dāng)然這與熱設(shè)計(jì)有沖突，兩者需折中，或有所犧牲，尋求最佳設(shè)計(jì)。在這里，涉及到熱設(shè)計(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，增加液體的流動(dòng)難度，當(dāng)然，擋水墻形狀越夸張?jiān)胶茫紤]到制作難度和制作成本，適宜即可。

4.減小金屬基板進(jìn)入塑料的端口面積，相當(dāng)于減小了液體進(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、七種支架防濕氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的具體分析

伴隨著模具行業(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(xiàn)精密、復(fù)雜的設(shè)計(jì)構(gòu)思，支架防濕氣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容不斷更新，不斷突破。設(shè)計(jì)人員追求的是產(chǎn)品的性價(jià)比，在把防濕氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(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。

圍繞著防濕氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)來(lái)考量，防濕氣設(shè)計(jì)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(qū)分出正負(fù)兩個(gè)不同極性，如圖3。不加防濕氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，加工成本低，但氣密性差。此種支架做出來(lái)的燈珠，只保證能點(diǎn)亮，但在有濕氣的地方使用，很快就會(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。

圖3

方案2：延長(zhǎng)金屬基板邊緣途徑?，F(xiàn)有的支架設(shè)計(jì)上，已經(jīng)都加上了“延長(zhǎng)金屬基板邊緣途徑”的設(shè)計(jì)理念。如圖4紫色圈。通過(guò)對(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長(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，同時(shí)也要求金屬基板的性能要很好。