LED支架防濕氣結(jié)構(gòu)設(shè)計方案分析

一、液體流動基礎(chǔ)知識

流動液體的性質(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，具有流動性。流動液體由于慣性力，粘性力等影響，內(nèi)部任意某處各個方向的壓力不相等。

流動的液體在沿途中會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，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。

隨著全球光源市場對LED的需求越來越大，LED燈珠的使用范圍越來越廣，使用者對LED燈珠性能的要求也越來越嚴(yán)苛。如果LED支架的防濕氣結(jié)構(gòu)設(shè)計的不好，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LED設(shè)計者和制造者，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)計的五個要點(diǎn)

防濕氣結(jié)構(gòu)設(shè)計，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。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，也就是說一定會有濕氣滲入其內(nèi)。因此，支架的防濕氣結(jié)構(gòu)設(shè)計，嚴(yán)格意義來講，是依靠其內(nèi)的相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計減少滲入其內(nèi)的流體。要使流體減少，也就是說，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型號的支架做個實驗，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分鐘后終止實驗。全過程用顯微鏡觀察支架杯體內(nèi)的情況。實驗結(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。取某些做完實驗后的支架，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，由實驗可總結(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，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，也就是本文所說的防濕氣結(jié)構(gòu)設(shè)計。

防濕氣結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點(diǎn)在于：

1.盡可能延長金屬基板邊緣途徑，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)計有沖突，兩者需折中，或有所犧牲，尋求最佳設(shè)計。在這里，涉及到熱設(shè)計方面不作詳細(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，增加液體的流動難度，當(dāng)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(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、注塑工藝越來越能實現(xiàn)精密、復(fù)雜的設(shè)計構(gòu)思，支架防濕氣結(jié)構(gòu)的設(shè)計內(nèi)容不斷更新，不斷突破。設(shè)計人員追求的是產(chǎn)品的性價比，在把防濕氣結(jié)構(gòu)設(shè)計得很好的同時，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)計的要點(diǎn)來考量，防濕氣設(shè)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，簡單地區(qū)分出正負(fù)兩個不同極性，如圖3。不加防濕氣結(jié)構(gòu)設(shè)計理念，加工成本低，但氣密性差。此種支架做出來的燈珠，只保證能點(diǎn)亮，但在有濕氣的地方使用，很快就會出現(xiàn)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端的使用成本。

圖3

方案2：延長金屬基板邊緣途徑?，F(xiàn)有的支架設(shè)計上，已經(jīng)都加上了“延長金屬基板邊緣途徑”的設(shè)計理念。如圖4紫色圈。通過對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，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，同時也要求金屬基板的性能要很好。