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芯片级拆解!100W LED集成灯珠,了解结构和相关知识 [复制链接]

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— 本帖被 發騷友 设置为精华,作者+3000M币+5专家(2017-04-29) —
LED集成灯珠:把多个发光芯片组合在一起的类似点阵的大功率单颗灯珠,称之为“LED集成灯珠”。集成灯珠体积不是很大,最大做到500W左右。

COB (Chip On Board  )  板上芯片封装技术。工艺大致为银浆披覆芯片背面,然后用刺晶笔将芯片直接安放在基板表面,热处理(烤箱烘烤烧结使银浆固化)至芯片牢固地固定在基板上,随后再用打线机将金丝焊在芯片和支架上建立电气连接。最终再用胶/树脂覆盖、固化,以保证其可靠性。


COB灯珠和LED集成灯珠:
1.相同点:都是将多个LED芯片集成在底基板上。
2.不同点:
  2.1 LED集成灯珠经常使用在LED投光灯、路灯、工矿灯等户外LED灯具,单颗10W-500W不等。COB灯珠经常使用在则中小功率的LED筒灯、轨道灯、天花灯等室内LED灯具上面,一般其单颗3W-72W不等。
  2.2 LED集成灯珠多见铜基板,铜支架且带边脚(方便焊接DC线),形状多见方形。COB灯珠多见铝、陶瓷基板,无支架,其形状有方形,圆形等多种形状。
  2.3 LED集成灯珠一般采用大尺寸芯片(如30mil)。COB灯珠芯片尺寸一般要小些(如24mil)。
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今天,我们来拆100W集成灯珠,芯片10串10并。

集成灯珠已经坏了,直流可调电源供电,只有两路芯片亮,每一路10颗芯片串联。

特写一下。是不是看见很多小“蝌蚪”? 这些黑色的点点,就是电极焊点,称之为“一次焊接”------球焊。

主角登场!基板四角附近有通孔,螺丝将集成灯珠固定到大散热器上。

基板宽约4cm

长约4.5cm

侧面两个引脚支架,处于白色支架截面的中间位置。用来焊接驱动电源的输出DC线。

铜基板--------红铜材质,表面喷锡抗氧化。
红铜即纯铜,又名紫铜,就是铜单质,因其颜色为紫红色而得名。
紫铜镀锡的目的:有效防止紫铜受潮生铜绿、也可以阻止铜氧化/硫化变黑影响电接触性。紫铜镀锡后使用寿命延长几倍乃至十几倍,大大提高了紫铜的使用寿命,对紫铜的保护起了相当大的作用。但锡也是一种较活跃的金属,高温加速其氧化,形成较为稳定的化合物,颜色加深变黑,也起到一定的保护作用。


看这颗灯珠,铜基板底部因为有导热硅脂填充,基板与空气隔离,所以没有变色。与空气接触裸露的部分因灯珠发出高温,加速了其氧化发黑的速度。

芯片之间双金丝连接特写

芯片与支架之间金丝连接特写

支架上二次焊点特写

先拆白色支架。支架主要是solvay的白色PPA材料(或者改性PPA),耐高温焊接,高反射,与硅胶的结合性好,长期性耐度也不错。
关于PPA材质:中文名为聚对苯二酰对苯二胺,半结晶性材料,热变形温度约在300度,熔化温度约为320度,为一种芳香族的高温尼龙,但吸水较普通尼龙小的多,而这对led相对比较重要,对长期信耐度有影响,而且PPA颗粒不同牌号之间,信耐度,耐黄变等也各有不同,不同厂家,同种材质有时候也会有所差别。

基板露出斜条纹,它的作用是提高白色支架与基板之间的结合力-----------这些白色支架与基板先用机器注塑成型。

继续拆白色支架,露出更多的斜条纹。白色支架与硅胶边沿犬齿交叉------凹形槽。它的作用是提高结合力。还有一个非常重要的作用是,抗硅胶吸潮----水汽从这些凹槽边沿渗透更困难。


硅胶是由硅酸凝胶充分洗涤后,除去可溶性盐类,干燥脱水以后,形成一种多孔性固体硅胶对水等极性分子具有较强的吸附作用,在工作、生活上常常被派作防止霉变和锈蚀的用场。

用刀片劈开硅胶层

细看劈下来的硅胶(确切说是硅胶与荧光粉的混合物),留下一个个“小坑”和N多扯断的金丝。要不要收集一下金丝,打个戒指哈。

LED芯片表面涂覆一层折射率相对较高的透明胶层(灌封胶),由于该胶层处于芯片和空气之间,从而有效减少了光子在界面的损失,提高了取光效率。此外,灌封胶的作用还包括对芯片进行机械保护,应力释放,并作为一种光导结构。因此,要求其透光率高,折射率高,热稳定性好,流动性好,易于喷涂。为提高LED封装的可靠性,还要求灌封胶具有低吸湿性、低应力、耐老化等特性。目前常用的灌封胶包括环氧树脂和硅胶。硅胶由于具有透光率高,折射率大,热稳定性好,应力小,吸湿性低等特点,明显优于环氧树脂,在大功率LED封装中得到广泛应用,但成本较高。研究表明,提高硅胶折射率可有效减少折射率物理屏障带来的光子损失,提高外量子效率,但硅胶性能受环境温度影响较大。随着温度升高,硅胶内部的热应力加大,导致硅胶的折射率降低,从而影响LED光效和光强分布。

支架上二次焊点特写。支架局部已经发黑,可能金属之间发生了迁移或者是银的硫化。

蓝色笔画的就是负极支架的大致走向,是一整体的。


楼下继续拆解!








[ 此帖被taoshptao在2017-05-03 16:28重新编辑 ]
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只看该作者 1楼 发表于: 04-28
芯片级拆解——详拆100W集成灯珠,了解结构啊!

看芯片



来个特写,不同的厂家,这些P N极图案不一样。

从网上COPY来一些芯片厂家的P N图案。看本次拆解的芯片P N图案,有点像晶元的。

单颗芯片P N极用万用表二极管档能点亮,发出蓝光。

拆下单极完整的支架

黄铜支架。黄铜是由铜和锌所组成的合金。由铜、锌组成的黄铜就叫作普通黄铜。黄铜常被用于制造阀门、水管、空调内外机连接管和散热器等。

铜支架的生产工艺(摘自网络):
煤油除油-常温除油-电解除油-盐酸酸洗-活化-镀碱铜-镀酸铜-镀亮镍-镀预镍(有的镀铜或活化)-镀预银-镀厚银-水洗-浸钝化剂-水洗烘干。


也就是说铜支架,经过镀铜、镀镍、镀银这些工序。
镀镍的目的是:镍很稳定不易氧化腐蚀,另外为镀银更好的附着。但是镍的导热系数与银相比低很多。因此要控制镀镍的厚度。
镀银的目的是:内阻小,导电能力强。

拆掉两极黄铜支架和大部分白色支架

进一步拆除白色支架。残留的基本上是“铆接”的支架----------这种嵌入结合方式,大大提高牢固可靠性!

用小起子冲下来,铜基板留下这么多孔。

正面看

砂纸打磨一下

铜基板裸露部分虽然发黑,但里边还是很新哦。斜看芯片,反光也很美耶。

剥离芯片后,留下铜基板上的烧结的银浆。

剥离的芯片残留

芯片的邦定相关内容参考COB生产工艺:
http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=2069388
芯片与支架之间打线焊接:
http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=2073914
总结:
从拆解本例100W集成灯珠的结构看,它的生产大致如下(非常欢迎专业封装行业的坛友指点!):
1.铜基板清洗、镀锡等。黄铜支架清洗镀铜、镀镍、镀银等。两者与PPA注塑成型。
2.芯片扩晶、背银浆、刺晶到基板上,烘烤烧结,使芯片牢固粘在基板上。
3.打线,金丝焊接芯片与芯片,芯片与支架。
4. 匀胶。抽真空、烘烤。
5. 点胶(硅胶与荧光粉配比),抽真空、烘烤固化。
6. 老炼固化。
7. 外观、光电参数检测等等
本帖到此结束,谢谢光临!





[ 此帖被taoshptao在2017-04-28 13:09重新编辑 ]
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坏成这样,是不是可以把好的部分锯成一个灯条?
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你该说;跟我去做刀去

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看芯片
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....... (2017-04-28 06:40) 回 taoshptao 的帖子

不愧是灯神,好专业的样子

难道是准备出灯神牌大灯?
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