LED舞臺燈設(shè)計方案原理和散熱處理如何進行

　　LED舞臺燈特性以及設(shè)計原理淺析：

　　LED舞臺燈是舞臺燈具的一種，是把LED燈珠做為光源應(yīng)用到舞臺燈光的一種新型燈具，按用途來有舞臺演出、舞臺照明、舞臺裝飾和效果等分類。

　　LED舞臺燈色彩豐富，紅，綠，藍三種顏色可以混合1670萬種不同的色彩。低功率，驅(qū)動電壓低，發(fā)光效率高，節(jié)省能源。安全無輻射，沒有紫外線。高壽命，理論的使用壽命可達10萬小時

　　LED舞臺燈最常見的換色和混色應(yīng)用：LED帕燈，投光燈，洗墻燈，常用在大型舞臺演出，晚會，演唱會，戶外演出，城市亮化工程，樓宇裝飾等等。圖案燈的應(yīng)用，花燈，魔幻燈，菊花燈，最常用于室內(nèi)的演出，娛樂場所，如酒吧，迪廳，歌舞廳，KTV包房內(nèi)等等。裝飾效果的應(yīng)用，燈條，燈帶，竄燈，星空幕布等等，常用于節(jié)日裝飾，樓宇裝飾，舞臺演出裝飾等。

　　怎么樣辨別LED舞臺燈的好壞

　　一、嚴(yán)格檢測固晶站的LED原物料

　　1.芯片：主要表現(xiàn)為焊墊污染、芯片破損、芯片切割大小不一、芯片切割傾斜等。預(yù)防措施：嚴(yán)格控制進料檢驗，發(fā)現(xiàn)問題要求供應(yīng)商改善。

　　2.支架：主要表現(xiàn)為Θ尺寸與C尺寸偏差過大，支架變色生銹，支架變形等。來料不良均屬供應(yīng)商的問題，應(yīng)知會供應(yīng)商改善和嚴(yán)格控制進料。

　　3.銀膠：主要表現(xiàn)為銀膠粘度不良，使用期限超過，儲存條件和解凍條件與實際標(biāo)準(zhǔn)不符等。針對銀膠粘度，一般經(jīng)工程評估后投產(chǎn)是不會有太多問題，但不是說該種銀膠就是最好的，如果發(fā)現(xiàn)有不良發(fā)生，可知會工程再作評估。而其他使用期限、儲存條件、解凍條件等均為人為控制，只要嚴(yán)格按SOP作業(yè)，一般不會有太多的問題。

　　二、減少不利的人為因素

　　1.操作人員違章作業(yè)：例如不戴手套，銀膠從冰箱取出以后未經(jīng)解凍便直接上線，以及作業(yè)人員不按SOP作業(yè)，或者對機臺操作不熟練等均會影響固晶品質(zhì)。預(yù)防措施：領(lǐng)班加強管理，作業(yè)員按SOP作業(yè)，品保人員加強稽核，對機臺不熟練的人員加強教育訓(xùn)練，沒有上崗證不準(zhǔn)正式上崗。

　　2.維護人員調(diào)機不當(dāng)：對策是提升技朮水準(zhǔn)。例如取晶高度，固晶高度，頂針高度，一些延遲時間的設(shè)定，馬達參數(shù)，工作臺參數(shù)的設(shè)定等，均需按標(biāo)準(zhǔn)去調(diào)校至最佳狀態(tài)。

　　三、保證不會出現(xiàn)機臺不良

　　機臺方面主要表現(xiàn)為機臺一些零配件或機械結(jié)構(gòu)，認(rèn)識系統(tǒng)等不良所造成的對固晶品質(zhì)的影響。一定要確保機臺各項功能是正常的。

　　四、執(zhí)行正確的調(diào)機方法

　　1.光點沒有對好：對策----重新校對光點，確保三點一線。

　　2.各項參數(shù)調(diào)校不當(dāng)：例如picklevel、bondlevel、ejectorlevel延遲時間，馬達參數(shù)等，可解加多幾步和減多幾步照樣可以做，但結(jié)果完全不一樣。同樣是頂針高度，當(dāng)吸不起芯片時，有人使勁參數(shù)，卻沒有去考慮頂針是否鈍掉或斷掉，結(jié)果造成芯片破損，Θ角偏移等。延遲時間和馬達參數(shù)的配合也是一樣，配合不好，焊臂動作會不一樣，同樣造成品質(zhì)異常。

　　3.二值設(shè)定不當(dāng)：對策----重新設(shè)定二值化。

　　4.機臺調(diào)機標(biāo)準(zhǔn)不一致：例如調(diào)點膠時，把點膠彈簧壓死，點膠頭一點彈性都沒有，結(jié)果怎樣調(diào)參數(shù)都沒用。又如勾爪的調(diào)校，勾爪上、下的勾進和彈出位移若不按標(biāo)準(zhǔn)去調(diào)，就很容易造成跑料和支架變形等。又如焊臂的壓力，如果不按標(biāo)準(zhǔn)去調(diào)，同樣會影響固晶品質(zhì)，而且用參數(shù)去調(diào)怎麼也調(diào)不好。

　　五、掌握好制程

　　1.銀膠槽的清洗是否定時清洗。

　　2.銀膠的選擇是否合理。

　　3.作業(yè)人員是否佩帶手套、口罩作業(yè)。

　　4.已固晶材料的烘烤條件，時間、溫度。

　　LED模塊散熱功能詳解：

　　隨著LED照明產(chǎn)品暨相關(guān)元件第一版安全標(biāo)準(zhǔn)《ANSI/UL 8750》于2009年底正式生效，并取得美國國家標(biāo)準(zhǔn)機構(gòu)（American NaTIonal Standar

　　隨著LED照明產(chǎn)品暨相關(guān)元件第一版安全標(biāo)準(zhǔn)《ANSI/UL 8750》于2009年底正式生效，并取得美國國家標(biāo)準(zhǔn)機構(gòu)（American NaTIonal Standard InsTItute，ANSI）與加拿大標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（Canadian Standard AssociaTIon，CSA）認(rèn)可，成為北美地區(qū)的通用標(biāo)準(zhǔn)后，更加速了這場變革。

　　安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的出爐，意味著業(yè)界有一個更明確的安全規(guī)范可依循，也促使LED燈具業(yè)者終于可以放心地火力全開，大量開發(fā)LED照明產(chǎn)品。

　　LED雖然具有節(jié)能的優(yōu)勢，卻也有眾所周知的散熱難題；相較于傳統(tǒng)燈具，LED功率低，其輸入的電能會大量轉(zhuǎn)變成熱能，再加上為了獲得大功率，常需要多個并聯(lián)使用，故散熱基板必須提供足夠的散熱能力。

　　身負(fù)LED效能關(guān)鍵的散熱基板，其材料的選用，對于LED燈具的安全性具有極大的影響；如何做周延的考量，以兼顧產(chǎn)品安全與散熱的效能，是業(yè)者的一項嚴(yán)格挑戰(zhàn)。

　　本文將透過對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的解構(gòu)，點出散熱基板必須注意的安全問題，以利LED業(yè)者對散熱基板的安全設(shè)計及成本考量有更深入的瞭解，并提前做好準(zhǔn)備。

　　散熱關(guān)鍵在于LED晶粒封裝與基板設(shè)計

　　除了高功率的LED外，大多數(shù)的LED燈具為了要達到與傳統(tǒng)燈具相當(dāng)?shù)恼彰髁炼?，必須將LED晶粒封裝設(shè)計成不同形狀的陣列；又為了要達到控制的要求，因此最好的方式就是將LED晶粒封裝焊接到電路板上。由于LED照明功率與發(fā)熱功率比大約為1:4，隨著LED功率的差異，配合的電路板也必須有所不同。

　　舉例來說，用在一般手電筒或指示用的低功率LED，因電路簡單，間距較寬，所以一般的酚醛樹脂紙基板 （Paper Phenolic ∠XPC、FR-1） 或玻璃纖維含浸環(huán)氧樹脂基板 （Fiberglass reinforced epoxy ∠FR-4） 就足夠提供機械支撐，并透過空氣自然對流即可散熱，達到控制目的。若要達到大功率高照明度的要求，因發(fā)熱量的增加與電路排列密度的提高，將使上述基板無法提供足夠的散熱能力。

　　LED燈具對散熱有嚴(yán)苛要求，又要兼顧有限的散熱面積及電路間的絕緣，基板設(shè)計就顯得格外重要。陶瓷基板雖然可以同時滿足散熱與絕緣要求，然而陶瓷基板的製作難度非常高，本身的脆性也不利于大面積的陣列，業(yè)者不得不採用將絕緣材料貼在鋁或鐵質(zhì)等散熱基板上的多層結(jié)構(gòu)，利用接腳的焊接，將晶粒封裝的熱直接傳導(dǎo)到散熱材料上，甚至還有將絕緣材料、或者是防焊油墨等涂佈材料改為散熱材質(zhì)的構(gòu)想，以達到更佳的散熱表現(xiàn)。

　　嚴(yán)格的散熱要求 成本與安全成兩難

　　燈具的安規(guī)要求如同金字塔一樣，透過預(yù)選（Pre-selection）機制，選擇符合認(rèn)證的材料，將可減少最終產(chǎn)品所需通過的耐久性測試項目。因此，LED模組內(nèi)的材料皆須通過對應(yīng)的認(rèn)證，以確保燈具產(chǎn)品能夠長久使用而不致發(fā)生危險。

　　UL 8750即要求LED基板必須具備對應(yīng)的電路板使用溫度認(rèn)證與耐燃等級認(rèn)可（列于UL 796之中）；而電路板所用的有機絕緣材料或涂佈材料，也必須取得對應(yīng)的長時間使用溫度（或稱為相對熱指數(shù)，Relative Thermal Index， RTI，列于UL 746E之中）與耐燃等級認(rèn)可。

　　這些要求均會受到LED燈具產(chǎn)品實際使用時的內(nèi)部溫度影響：內(nèi)部溫度愈低，對散熱材料的溫度等級要求也就愈低。然而，散熱程度有賴于材料的改質(zhì)，散熱表現(xiàn)愈好的材料價格相對昂貴，使業(yè)者面臨成本與安全要求兩難的局面。

　　取得市場認(rèn)證材料商 寥寥可數(shù)

　　散熱材料的配方多屬機密或?qū)＠Ｗo，因此散熱基板的差異性很大，沒有辦法像FR-1、FR-4等業(yè)界長年使用的材料一樣，通用且特性廣為人知。此外，在取得相對溫度指數(shù)（Relative Temperature Index， RTI） 高于90℃以上的認(rèn)可時，均必須進行長達9到18個月以上的長時間測試，甚至可能出現(xiàn)無法一次就能取得有效結(jié)果的狀況；加上在取得材料認(rèn)可之后，又必須再進行2到4個月的電路板製作能力認(rèn)可，種種原因使得長時間缺料的情況屢見不鮮。

　　目前全球取得散熱基板耐溫認(rèn)可的材料商寥寥可數(shù)，且多非大型製造商。關(guān)于已取得認(rèn)可的廠商名單，可至UL的公開認(rèn)證資料庫查詢 （http://database.ul.com/cgi-bin/XYV/template/LISEXT/1FRAME/index.html）。

　　LED散熱基板的認(rèn)證障礙與突破點

　　除了本身具有足夠散熱能力的絕緣基板材料，其他用于結(jié)合銅箔線路與散熱材料的中間絕緣材料層，皆須以結(jié)合后的結(jié)構(gòu)進行耐溫測試。

　　依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，擔(dān)負(fù)所有散熱能力的絕緣材料，在RTI評估時，需要進行介電強度（Dielectric）、抗拉強度（Tensile Strength）、分層（Delamination）與耐燃（Flammability）等長時間熱衰退分析。至于結(jié)合散熱材料的複合結(jié)構(gòu)，則必須進行介電強度、定寬度導(dǎo)體抗撕強度（Bond Strength）與耐燃的熱衰退分析。

　　得到適當(dāng)?shù)腞TI之后，電路板製造商還必須製作適當(dāng)?shù)臉悠?，再次進行在固定溫度、不同寬度下的導(dǎo)體抗撕強度、分層結(jié)合性觀察與涂佈防焊材料的耐燃測試，以判定電路板製造商的製作能力。在適當(dāng)?shù)木酆蠗l件環(huán)境下，散熱材料的耐燃能力通常是無庸置疑；至于在其他特性的表現(xiàn)，對散熱材料而言就是相當(dāng)大的考驗。

　　儘管是新用途要求，為了達到銅箔與散熱材料的結(jié)合性、尺寸安定性、耐溫與耐燃性的要求，環(huán)氧樹脂相較于壓克力樹脂（Acrylic） 或是硅樹脂（Silicon），還是最方便的改質(zhì)基質(zhì)（Matrix）。

　　材料的散熱能力，大多是透過添加無機陶瓷粒子（不導(dǎo)電但導(dǎo)熱，金屬粒子則因會導(dǎo)電而無法採用）以達到散熱要求；而添加量與分散的狀況，皆會影響環(huán)氧樹脂的結(jié)合性。

　　一般情況而言，當(dāng)重量添加超過10%，不但硬化的特性不好掌握，與銅箔導(dǎo)體的結(jié)合能力很有可能降低到標(biāo)準(zhǔn)以下，甚至也會發(fā)生脆化或者直接發(fā)生烘烤后分層的情況；分散情況不佳或者粒子形狀不完美時，也會發(fā)生介電強度不均勻（heterogeneous或是anisotropic） 的情況。雖然奈米等級的粒子分散已證實能夠減少添加量并維持散熱特性，同時減少其他環(huán)境特性，但奈米等級的粒子成本高，如何能夠?qū)⑵浯罅刻砑拥金こ淼沫h(huán)氧樹脂后，仍維持奈米等級的存在與分散，也是高難度與高成本的挑戰(zhàn)。

　　結(jié)論

　　LED散熱基板維繫高效率LED照明的發(fā)展，但其技術(shù)難度與障礙并不亞于LED晶粒封裝，該如何提前投入發(fā)展基板材料，如何克服LED散熱基板的安全問題，將是維持臺灣LED照明產(chǎn)業(yè)競爭優(yōu)勢刻不容緩的思考關(guān)鍵。