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LED舞台灯设计方案原理和散热处理如何进行

作者: szkepuda 时间:2019-02-28 来源:未知
摘要:LED舞台灯是舞台灯具的一种,是把LED灯珠做为光源应用到舞台灯光的一种新型灯具,按用途来有舞台演出、舞台照明、舞台装饰和效果等分类。 LED舞台灯色彩丰富,红,绿,蓝三种颜色...

  LED舞台灯是舞台灯具的一种,是把LED灯珠做为光源应用到舞台灯光的一种新型灯具,按用途来有舞台演出、舞台照明、舞台装饰和效果等分类。

  LED舞台灯色彩丰富,红,绿,蓝三种颜色可以混合1670万种不同的色彩。低功率,驱动电压低,发光效率高,节省能源。安全无辐射,没有紫外线。高寿命,理论的使用寿命可达10万小时

  LED舞台灯最常见的换色和混色应用:LED帕灯,投光灯,洗墙灯,常用在大型舞台演出,晚会,演唱会,户外演出,城市亮化工程,楼宇装饰等等。图案灯的应用,花灯,魔幻灯,菊花灯,最常用于室内的演出,娱乐场所,如酒吧,迪厅,歌舞厅,KTV包房内等等。装饰效果的应用,灯条,灯带,窜灯,星空幕布等等,常用于节日装饰,楼宇装饰,舞台演出装饰等。

  1.芯片:主要表现为焊垫污染、芯片破损、芯片切割大小不一、芯片切割倾斜等。预防措施:严格控制进料检验,发现问题要求供应商改善。

  2.支架:主要表现为尺寸与C尺寸偏差过大,支架变色生銹,支架变形等。来料不良均属供应商的问题,应知会供应商改善和严格控制进料。

  3.银胶:主要表现为银胶粘度不良,使用期限超过,储存条件和解冻条件与实际标准不符等。针对银胶粘度,一般经工程评估后投产是不会有太多问题,但不是说该种银胶就是最好的,如果发现有不良发生,可知会工程再作评估。而其他使用期限、储存条件、解冻条件等均为人为控制,只要严格按SOP作业,一般不会有太多的问题。

  1.操作人员违章作业:例如不戴手套,银胶从冰箱取出以后未经解冻便直接上线,以及作业人员不按SOP作业,或者对机台操作不熟练等均会影响固晶品质。预防措施:领班加强管理,作业员按SOP作业,品保人员加强稽核,对机台不熟练的人员加强教育训练,没有上岗证不准正式上岗。

  2.人员调机不当:对策是提升技朮水准。例如取晶高度,固晶高度,顶针高度,一些延迟时间的设定,马达参数,工作台参数的设定等,均需按标准去调校至最佳状态。

  机台方面主要表现为机台一些零配件或机械结构,认识系统等不良所造成的对固晶品质的影响。一定要确保机台各项功能是正常的。

  1.光点没有对好:对策----重新校对光点,确保三点一线.各项参数调校不当:例如picklevel、bondlevel、ejectorlevel延迟时间,马达参数等,可解加多几步和减多几步照样可以做,但结果完全不一样。同样是顶针高度,当吸不起芯片时,有人使劲参数,却没有去考虑顶针是否钝掉或断掉,结果造成芯片破损,角偏移等。延迟时间和马达参数的配合也是一样,配合不好,焊臂动作会不一样,同样造成品质异常。

  4.机台调机标准不一致:例如调点胶时,把点胶弹簧压死,点胶头一点弹性都没有,结果怎样调参数都没用。又如勾爪的调校,勾爪上、下的勾进和弹出位移若不按标准去调,就很容易造成跑料和支架变形等。又如焊臂的压力,如果不按标准去调,同样会影响固晶品质,而且用参数去调怎麼也调不好。

  安规标准的出炉,意味着业界有一个更明确的安全规范可依循,也促使LED灯具业者终于可以放心地火力全开,大量开发LED照明产品。

  LED虽然具有节能的优势,却也有众所周知的散热难题;相较于传统灯具,LED功率低,其输入的电能会大量转变成热能,再加上为了获得大功率,常需要多个并联使用,故散热基板必须提供足够的散热能力。

  身负LED效能关键的散热基板,其材料的选用,对于LED灯具的安全性具有极大的影响;如何做周延的考量,以兼顾产品安全与散热的效能,是业者的一项严格挑战。

  本文将透过对相关标准的解构,点出散热基板必须注意的安全问题,以利LED业者对散热基板的安全设计及成本考量有更深入的瞭解,并提前做好准备。

  举例来说,用在一般手电筒或用的低功率LED,因电路简单,间距较宽,所以一般的酚醛树脂纸基板 (Paper Phenolic XPC、FR-1) 或玻璃纤维含浸环氧树脂基板 (Fiberglass reinforced epoxy FR-4) 就足够提供机械支撑,并透过空气自然对流即可散热,达到控制目的。若要达到大功率高照明度的要求,因发热量的增加与电路排列密度的提高,将使上述基板无法提供足够的散热能力。

  LED灯具对散热有严苛要求,又要兼顾有限的散热面积及电路间的绝缘,基板设计就显得格外重要。陶瓷基板虽然可以同时满足散热与绝缘要求,然而陶瓷基板的製作难度非常高,本身的脆性也不利于大面积的阵列,业者不得不採用将绝缘材料贴在铝或铁质等散热基板上的多层结构,利用接脚的焊接,将晶粒封装的热直接传导到散热材料上,甚至还有将绝缘材料、或者是防焊油墨等涂佈材料改为散热材质的构想,以达到更佳的散热表现。

  UL 8750即要求LED基板必须具备对应的电路板使用温度认证与耐燃等级认可(列于UL 796之中);而电路板所用的有机绝缘材料或涂佈材料,也必须取得对应的长时间使用温度(或称为相对热指数,Relative Thermal Index, RTI,列于UL 746E之中)与耐燃等级认可。

  这些要求均会受到LED灯具产品实际使用时的内部温度影响:内部温度愈低,对散热材料的温度等级要求也就愈低。然而,散热程度有赖于材料的改质,散热表现愈好的材料价格相对昂贵,使业者面临成本与安全要求两难的局面。

  散热材料的配方多属机密或专利,因此散热基板的差异性很大,没有办FR-1、FR-4等业界长年使用的材料一样,通用且特性广为人知。此外,在取得相对温度指数(Relative Temperature Index, RTI) 高于90℃以上的认可时,均必须进行长达9到18个月以上的长时间测试,甚至可能出现无法一次就能取得有效结果的状况;加上在取得材料认可之后,又必须再进行2到4个月的电路板製作能力认可,种种原因使得长时间缺料的情况屡见不鲜。

  目前全球取得散热基板耐温认可的材料商寥寥可数,且多非大型製造商。关于已取得认可的厂商名单,可至UL的公开认证资料库查询 ()。

  依据标准,担负所有散热能力的绝缘材料,在RTI评估时,需要进行介电强度(Dielectric)、抗拉强度(Tensile Strength)、分层(Delamination)与耐燃(Flammability)等长时间热衰退分析。至于结合散热材料的複合结构,则必须进行介电强度、定宽度导体抗撕强度(Bond Strength)与耐燃的热衰退分析。

  得到适当的RTI之后,电路板製造商还必须製作适当的样品,再次进行在固定温度、不同宽度下的导体抗撕强度、分层结合性观察与涂佈防焊材料的耐燃测试,以判定电路板製造商的製作能力。在适当的聚合条件下,散热材料的耐燃能力通常是无庸置疑;至于在其他特性的表现,对散热材料而言就是相当大的。

  儘管是新用途要求,为了达到铜箔与散热材料的结合性、尺寸安定性、耐温与耐燃性的要求,环氧树脂相较于压克力树脂(Acrylic) 或是硅树脂(Silicon),还是最方便的改质基质(Matrix)。

  材料的散热能力,大多是透过添加无机陶瓷粒子(不导电但导热,金属粒子则因会导电而无法採用)以达到散热要求;而添加量与分散的状况,皆会影响环氧树脂的结合性。

  一般情况而言,当重量添加超过10%,不但硬化的特性不好掌握,与铜箔导体的结合能力很有可能降低到标准以下,甚至也会发生脆化或者直接发生烘烤后分层的情况;分散情况不佳或者粒子形状不完美时,也会发生介电强度不均匀(heterogeneous或是anisotropic) 的情况。虽然奈米等级的粒子分散已能够减少添加量并维持散热特性,同时减少其他特性,但奈米等级的粒子成本高,如何能够将其大量添加到黏稠的环氧树脂后,仍维持奈米等级的存在与分散,也是高难度与高成本的挑战。

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