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SMD贴片灯珠优点以及交流电源中的应用

发布时间:

2023-07-10 09:34


 

SMD灯珠(Surface Mount Device LED)相对于传统灯珠(如直插式灯珠)有很多优点。 以下是 SMD LED 的一些主要优点:

体积小:SMD灯珠采用表面贴装技术,封装在小型塑料外壳内,因此尺寸相对较小。 这使它们成为空间有限或需要紧凑设计的应用的理想选择。

高亮度、高能效:贴片灯珠可提供高亮度光输出,具有高能效。 它们采用半导体发光二极管(LED)技术,可以以相对较低的功率产生明亮的光。

寿命长:贴片灯珠通常寿命很长。 与传统灯泡相比,LED灯珠能耗更低,发热量更少,因此使用寿命更长。

颜色丰富:SMD灯珠可提供多种颜色的光,包括红、绿、蓝、黄、白等,非常适合不同应用的照明、指示和显示需求。

响应时间快:贴片灯珠响应时间快,可以快速开启和关闭。 这使得它们非常适合需要即时亮度变化的应用,例如显示器和信号灯。

防震动、抗震动:贴片灯珠由于结构紧凑,具有良好的抗震动、抗震动能力。 这使得它们对于处理振动环境和移动设备的应用具有优势。

环保:SMD灯珠采用LED技术。 与传统照明方式相比,LED灯珠更加环保。 它们使用的能源较少,不含汞等有害物质,并且可以回收利用。

LED贴片灯珠的应用非常广泛。以下是最常见的几种情况:

1. 交流电源指示灯。只要将电路连接到220V/50Hz的交流电源线上,LED就会亮起,表示电源接通。限流电阻R的阻值为220V/如果
2. 交流开关指示灯亮。电路采用LED作为白炽灯的开关指示灯。当开关断开,灯泡熄灭时,电流通过R、LED和灯泡EL形成回路,LED点亮,方便人们在黑暗中寻找开关。这时,回路中的电流很小,灯泡就亮不起来了。当开关打开时,灯泡亮起,LED灯熄灭。

3. 交流电源插座指示灯亮。一种使用双色(共阴极)LED作为AC插座指示灯的电路。插座的电源由开关S控制。当红色LED亮起时,插座没有电源。当绿色LED亮起时,插座有电源。

4. 保险丝插座的指示灯。LED用作工厂设备配电箱保险丝插座指示灯的电路。保险丝完好时,LED灯熄灭。当保险丝熔断时,LED灯将亮起,向用户指示哪一个熔断。

表面贴装器件 LED 是一种常见的电子元件,用于照明、指示和显示等应用。 它们有各种颜色的光可供选择。 以下是几种常见的SMD灯珠颜色:

红色:红色 SMD LED 是最常见、使用最广泛的颜色之一。 它们常用于指示灯、显示屏、汽车尾灯、警示灯等。

绿色:绿色贴片灯珠也很常见。 它们通常用于指示灯、照明、电子和显示器等应用。 在某些情况下,绿色 LED 也可用于生长照明。

蓝色:蓝色贴片灯珠广泛应用于照明、显示领域。 它们通常用于室内和室外照明、背光显示器、汽车仪表板和装饰灯等。

白光:白光SMD LED有多种类型,包括冷白光和暖白光。 它们通常用于照明应用,如室内照明、汽车头灯、手电筒、电视背光等。

黄色:黄色 SMD LED 常用于指示灯、信号灯和显示屏等应用。 它们还可用于室内照明和装饰。

照明,直插式灯珠,贴片,SMD

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LED光源的种类很多,不同的LED灯,内部结构所用的灯珠也会有细微差别。今天,小编为大家全面、系统地科普一下LED灯珠的常见类型,供大家参考使用。 1引脚插入型(DIP) 这种LED灯珠是结构最简单的发光二极管,因为灯珠下面有两根形似“脚”的细丝,可以直接穿接在电路板上,所以称之为引脚插入式的灯珠。     使用特点: 它的安全性好、性能稳定,在低电压的情况下就可以发光,并且低损耗、效能高、寿命长,还可以进行多色彩调光。   常见形状: 这种灯珠可以有各种不同的形状,像圆形、椭圆形、方形、甚至是异形等。虽然粗略地看上去,形状、大小都没有太大的区别,但是不同形状灯珠的横截面是不一样的。     发光类型: 如果你仔细地去观察不同灯珠,会发现有些灯珠“引脚”的数量是不同的,这些“引脚”可以使发光二极管产生不同颜色的光。     应用领域: 在照明领域里,几乎不使用引脚插入式灯珠;一般多用做车灯、指示灯、显示屏等。   2小功率表面贴装型(SMD) 这种灯珠光源是将发光二极管焊接在电路板表面,而不是穿过电路板。它的体积小,有的甚至比引脚插入式的灯珠还小上许多。   常见型号: 这类灯珠的型号有很多,最常用的有2835(PCT)、4014、3528、3014等,每个型号数字的前两位表示宽“x.x毫米”,后两位则表示长“x.x毫米”。比如2835代表宽2.8毫米、长3.5毫米。 表面涂有黄色荧光粉的灯珠,发出白光   应用领域: 这类小功率表贴灯珠的使用范围非常广泛,由于它体积很小,随便贴哪儿都可以使用,所以各种LED灯内都可以贴上它,并且数量可以根据需求调整更改。     3大功率表面贴装型 第三种灯珠也是表贴型,它与小功率表贴在本质上很类似,只不过大功率、体积都大一点;在细微结构上,多了一个透镜,可以将光线更好地汇聚在一起。     常见类型: 大功率表贴灯珠的类型也有很多种:     这里告诉大家一个小窍门:如果灯珠表面颜色偏黄,一般是低色温;如果表面颜色偏绿,一般是高色温;如果没有荧光粉、灯珠呈无色透明,一般是彩光的。   应用领域: 这种灯珠一般会套上透镜后使用(方便光线汇聚或分散),常做成射灯、投光灯。     4集成封装型(COB) 最后一类是集成封装型灯珠,它是将很多灯珠芯片封装在同一块板上,大小与5毛钱硬币的直径一致。     常见形状: 一般有圆形、长条形和方形,长条形集成板常用做台灯。     应用领域: 集成封装型LED灯逐渐应用地越来越多,在室内照明和户外照明均有使用。  

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LED 即为发光二极管,是一种将电能转化为光能的半导体固体发光器件,其核心是 PN 结,它除了具有一般 PN 结的正向导通、反向截止和击穿特性外,在一定条件下,它还具有发光特性 。其结构主要包含以下几个部分:引线、支架、封装胶、键合丝、LED 芯片、固晶胶和荧光粉。LED 灯珠变色失效与其材料、结构、封装工艺和使用条件密切相关,以下将通过具体的案例来对其变色原因进行分析。     封装胶原因  1  封装胶中残留外来异物  失效灯珠的外观呈现局部变色发黑,如图 2 所 示。揭开封装胶,发现有一个黑色异物夹杂在封装胶内,用扫描电镜及能谱仪 (SEM&EDS) 对异物进行成分分析,确认其主成分为铝(Al)、碳(C)、氧 (O)元素, 还含有少量的杂质元素,测试结果如图 3 所示。结合用户反馈的失效背景可知,该异物是在封装过程中引入的。  2  封装胶受化学物质侵蚀发生胶体变色  失效品为玻璃光管灯,内部的 LED 灯带使用单组份室温固化硅橡胶粘结固定在玻璃管上,固胶部位灯带上的 LED 灯珠出现发黄变暗现象。失效灯珠封装胶的材质为硅橡胶,使用 SEM&EDS 测试封装胶的元素成分,发现其比正常灯珠封装胶成分多检出了硫(S)元素。 通常硫磺、有机二硫化物和多硫化物等含硫物质可以作为硫化剂,使橡胶发生硫化交联反应,从而使橡胶的结构改变,呈现出颜色发黄变暗、热分解温度升高的现象。通过 TGA 测试灯珠封装胶体的热分解温度可知,失效灯珠封装胶在失重 2%、5%、10%、15%和 20%时的温度均比同批次良品封装胶相同失重量的温度高出 25 ℃以上,封装胶热分解曲线如图 5 所示,证实了封装胶因发生硫化交联导致其热分解温度升高的现象。使用 ICPOES 进一步对起固定作用的单组份固化硅橡胶进行化学成分分析,检出其中含有约 400ppm 的硫(S)元素。 由此可知,LED 灯珠发黄变暗的原因为玻璃灯管内粘结固定用的单组份室温固化硅橡胶在固化过程中挥发出的含硫(S)的气体侵入到了 LED 封装胶中,使封装胶发生了进一步的硫化交联反应, 而再次硫化交联导致封装胶体变黄变暗。后续用户改用未使用单组份固化硅橡胶的塑料灯管则未出现灯珠变色的现象。因此,LED 生产方在产品设计选材和制造时应考虑产品各部件所用不同材料相互间的匹配性,避免因材料的不兼容而导致后续出现可靠性问题。     荧光粉沉降 灯珠装配成 LED 灯具后在仓库储存时,发生了色温漂移失效,失效 LED 灯珠的封装胶由橙色变为浅黄色,对其进行 I-V 特性测试,发现灯珠可以正常点亮,且 I-V 曲线正常,只是出光亮度发生改变。取一些失效灯珠,以机械开封方式取出封装胶,发现支架表面均残留有透明颗粒物,使用 SEM&EDS 测试颗粒物成分,结果显示其含有高含量的锶(Sr)元素,如图 6 所示;而封装胶与支架接触面也检出了高含量的锶(Sr)元素和钡(Ba)元素。 与之相比,良品灯珠开封后,支架表面较干净,表面主成分为银(Ag)和少量的碳(C)元素,未检出锶(Sr)元素, 且在其封装胶与支架的接触面上也未检出锶(Sr)和钡(Ba)元素。通过测试失效品和良品灯珠封装胶的截面成分得知,二者所用的荧光粉的成分相 同,均为钇铝石榴石(主要成分为氧 (O) 、铝(Al)和钇(Y))与硅酸锶钡(主要成分为碳(C)、氧(O)、 硅(Si)、锶(Sr)、钡(Ba)和钙(Ca))混合荧光粉。 因此,LED 灯珠的失效原因为所使用的硅酸盐荧光粉沉降到了封装胶底部及支架表层,致使因光折射规律不一致而发生色散现象,导致色温漂移,同时发生灯珠变色现象。     支架原因  1  异物污染支架  失效灯珠一侧变色,揭开封装胶后可以看到变色部位的支架的表面覆盖了一层异物,对异物进行元素成分测试,显示其主成分为锡 (Sn) 、铅(Pb)元素,测得的结果如图 8 所示。揭开灯珠变色部位外围的白色塑胶,在与白色塑胶接触的支架 表面也检出了锡 (Sn)、 铅 (Pb) 成分。由于异物覆盖部位的支架与灯珠一侧的引脚相连,而引脚采用锡铅焊接。 显而易见,如果灯珠在进行表面贴装时,引脚沾附了多余的锡膏,则在焊接时,熔化的焊料会沿着引脚爬升至与之相连的支架表面,形成覆盖层。因此,此案例中 LED 灯珠失效的原因是LED灯珠在进行组装焊接时,引脚焊接部位的焊料进入了支架表面,形成了覆盖物,从而导致了灯珠变色。  2  支架腐蚀  失效 LED 灯珠的中间部位变色发黑,开封后将其放在光学显微镜下观察,发现整个支架的表面明显地变黑,使用 SEM&EDS 测试发黑支架的成 分,结果显示,除了正常的材质成分外,发黑支架中还具有较高含量的腐蚀性硫 (S)元素,而支架表面镀银层局部也呈现出疏松的腐蚀形貌,如图 9 所示。通常 LED 灯珠在生产过程中,由于材料自身不纯或工艺过程污染等原因引入硫(S)、氯 (Cl)等腐蚀性元素时,在一定条件下(如高温、水汽残留等),其金属支架极易发生腐蚀,导致灯珠出现变色、漏电等失效现象。  3  支架镀层质量差  LED 灯珠点亮老化后出现变色发黑现象,且失效率高达30%。去掉灯珠表面的封装胶后,发现支架表层银镀层失去原有的光亮,呈现灰色。使用SEM 观察支架表层微观形貌,发现与未装配的半成品支架相比,LED 失效灯珠的支架表面银层疏松且有较多的孔洞。 将半成品支架和失效 LED 制作成切片, 观察其截面镀层质量,发现支架镀层结构为铜镀镍再镀银,与半成品相比,失效品支架的镍镀层变薄,表层银层变得疏松,且镍银镀层界限变得模糊, 样品的支架截面形貌如图 10 所示。使用 AES 测试失效 LED 支架浅表层成分,发现其中会有镍(Ni)元素, 测试结果如图 11b 所示,很显然,镍镀层扩散至了银层表面。 由此得出,LED 灯珠变色的原因为所用的支架镀层不良, 老化后银层疏松产生孔洞、镍层经过银层孔洞扩散到银层表面,导致银层发黑,灯珠变色。 在众多的 LED 变色失效案例中,因支架变色或腐蚀导致的失效所占的比例是最高的。因 此,LED 或支架生产方应采取一些措施来预防产品失效。例如:选择质量良好的、耐蚀的支架基材;采取适宜的电镀工艺条件,保证形成晶粒细腻、结构致密的镀层,镀层厚度均匀并达到防护要求;对于表层镀层为银的支架,选取有效的银保护工艺,提高银支架的防变色能力;在 LED 生产装配的过程中,则应防止外来的污染或腐蚀性物质的引入,确保LED 封装严密,以降低因环境中的水汽和氧气等的侵入而引发各种腐蚀的可能性。 以上分析了因封装胶、荧光粉和支架构件异常导致 LED 灯珠变色失效的原因和机理,希望能为业界提供参考和指引,使 LED 生产方在选材及制造过程中采取有效的措施来预防这些失效现象的发生,进一步地提高 LED 成品的可靠性。

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贴片LED灯珠的焊接方法有多种,下面是其中一种常用的方法,供参考。首先用电烙铁在灯珠的正、负极焊盘上烫上一些焊锡(焊锡千万不能多,否则,用热风枪一加热,正、负极的焊盘就会连在一起),然后用热风枪同时加热正、负极焊盘,待锡熔化后,用镊子将灯珠的正负极放在对应的焊盘上即可。    该操作要快、要准,否则,热风枪会把LED的塑封熔化而损坏。    在没有热风枪的情况下,按LED灯珠的结构和所用基板的不同也可用不同的焊接方法。贴片LED灯珠引脚有采用半塑封的,即灯珠两边外露一小部分引脚,如常用的5730、7020、4014等;也有采用全塑封的,即灯珠的正负极全部在芯片的底部,如3030等。对半塑封的灯珠如7020的焊接也比较容易,同样在焊接前要先在焊盘上烫一点锡(灯珠的引脚不要烫锡),两边用镊子把灯珠的正负极对应放在焊盘上,用手指或小改锥压住灯珠,最后用电烙铁迅速对外露的电极进行加热,同时手指适当加力往下压(加热时,烙铁不能来回搓动,手指的压力也不要过大,否则会损坏灯珠)。      对于全塑封的灯珠(如3030),若灯条基板为普通的电路板,则先用刀片把灯珠焊盘周围的漆刮干净,露出铜线,然后在焊盘上烫少许锡,先焊焊盘大的电极,接着把电烙铁放在新刮出的铜线上加热(不能放到焊盘上),待焊盘上的锡熔化后,用镊子把灯珠的对应极放在焊盘上略加压即可,最后焊焊盘小的电极。必须先焊焊盘大的电极是因为所需的加热时间长,若后焊此电极,灯珠易过热而损坏。      若灯条基板为铝基板,就不能用上述方法了,因为用铝基板的线路都设计得很细。在焊接这类灯条的灯珠时,可利用热传导来焊接灯珠,对灯珠正负极焊盘的背面铝板同时加热,待焊盘上的锡熔化后,把灯珠放在焊盘上略加压即可。加热器可从淘宝上购买,也可用大功率电烙铁(不小于100W的)来代替。      用电烙铁焊接灯珠时,电烙铁的外壳必须很好地接地,最好也戴上防静电手环,以防感应电和静电损坏LED灯珠。另外,烙铁头要磨成马蹄形的,以增大接触面积,缩短焊接时间。

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