LED燈絲燈關(guān)鍵工藝技術(shù)研究與展望

陳慶軍

（科特亞照明（上海）有限公司，上海 200233）

0 前言

LED 燈絲燈因其高光效、節(jié)能、發(fā)光角度近360°、配光曲線較理想，在照明領(lǐng)域得到快速發(fā)展，但同時也暴露出了很多問題，工藝不成熟、早期失效、光衰較大、客戶投訴抱怨多成為亟需解決的問題。該文著重從材料、結(jié)構(gòu)、工藝、設(shè)計方面來解決上述問題。

目前，LED 燈絲燈存在3 個問題。1）整燈在老化時出現(xiàn)翹曲變形。原因主要有3 點。①工藝難、散熱差、易破損。②結(jié)構(gòu)、性能、價格待改善。③功率小、散熱差。2）價格高。原因主要有3 點。①配套材料增加了產(chǎn)品的成本。②LED 燈絲成本過高。③LED 燈絲燈封裝較講究，功率散熱有局限。3）市場小、推廣難。原因主要有2 點。①價格高導(dǎo)致推廣難。②LED 燈絲燈缺少新賣點。

1 LED燈絲燈的結(jié)構(gòu)

1.1 LED燈絲條光源模組

LED 燈絲條是將LED 芯片通過正裝或倒裝技術(shù)，固晶在藍寶石或半透明陶瓷等基體上，將芯片根據(jù)需要串接起來，大約24LEDs ～32LEDs，再將熒光粉用膠水對其進行包裹（半包/全包）等構(gòu)成。整個燈條光源模組長度約32 m，寬度約1.2 mm，厚度約0.6 mm，功率約1 W～1.5 W。

1.2 驅(qū)動電源

現(xiàn)在主流的電源主要分為隔離、非隔離以及阻容3 種。一般低端的主要使用阻容方式，中高端則采用線性非隔離和開關(guān)電流隔離方式。

主流的C35 的蠟燭燈和A60 的球泡燈多采用串關(guān)聯(lián)方式。每根燈條Vin 約75VDC，VLED10 mA～15 mA。C35 多采用串聯(lián)（2 串）或二串二并，A60 則多采用二串三并或1.5 W 二串并聯(lián)。

1.3 玻璃主體、燈頭部件、導(dǎo)熱氣體

1.3.1 玻璃主體部分（玻殼、芯柱）

LED 玻璃殼體主要起保護作用，構(gòu)成燈泡主體，把LED 燈線組件包裹在里面，并作為載體，將玻璃泡殼、芯柱、燈頭組件（E26/E27/E14 或者塑件）等連接在一起。玻璃芯柱主要支撐起由點焊在一起的LED 燈條組件，經(jīng)由封口工藝，可與玻殼熔接成一個封閉的玻璃腔體。

1.3.2 燈頭部件

燈頭部件一般為直接金屬燈頭或由金屬燈頭與注塑件組成。通過自動注膠機對燈頭進行注膠燈泥。燈泥主要是以燈泥粉與高純度的工業(yè)酒精配比而成，大致的比例為12 ∶1。然后通過自動裝頭機進行裝頭工藝和焊接，經(jīng)過200 ℃左右的高溫，牢固地封接在一起。

1.3.3 導(dǎo)熱氣體

封好的毛泡，需要進行相應(yīng)的排氣，抽真空處理，同時充入高導(dǎo)熱惰性氣性，如氦等混合氣體，使泡內(nèi)保持在1個大氣壓左右，保證LED 燈絲條良好的工作溫度條件，保障使用壽命。

2 LED燈絲泡工藝的關(guān)鍵控制點

2.1 LED燈絲條的封裝工藝技術(shù)

LED 燈絲條封裝技術(shù)是燈絲泡的核心技術(shù)。其關(guān)鍵的技術(shù)是固晶、焊線、配膠。基底材料主要包括藍寶石、陶瓷、金屬，玻璃以及石墨稀等，早期主要以藍寶石居多，適用于高端產(chǎn)品，金屬和玻璃主要應(yīng)用于低端市場，但成品率較低。目前采用較多的是陶瓷基底，其性價比高，成品率也較高。至于石墨稀，是未來的一個發(fā)展方向。芯片封裝方式分為正裝和倒裝，目前硬燈條和軟燈條分別是采用這二種方式[2]。

燈條金線焊接工藝，需定期檢查焊接強度，測試推拉力(5 g/30 g)，進行SPC 控制，確保焊接的可靠性。定期對焊線設(shè)備進行點檢，控制在設(shè)置的參數(shù)范圍內(nèi)，作好相應(yīng)記錄；冷熱沖擊，-40 ℃～150 ℃，500 個循環(huán)。燈條一般為24～28 芯，芯片尺寸為714 mil～1 030 mil，功率0.9 W～1.2 W，電流一般為10 mA～15 mA[1]。

2.2 LED燈絲條的點焊技術(shù)

確定好點焊材料LED 燈絲條引腳、芯柱、焊接頭的焊接要求和對照表，不同材料、厚度對應(yīng)不同的焊接要求；焊點厚度：0.25 mm ～0.35 mm，控制焊接電流，氣壓、電極間距，并定期檢查焊接強度，進行SPC 控制。定期對每臺點焊設(shè)備進行點檢，將其控制在設(shè)置的參數(shù)范圍內(nèi)。點焊設(shè)備改造升級，使用高精度直流控制或自動點焊設(shè)備，提高可靠性。

2.3 封口技術(shù)要求

芯柱、泡殼材料應(yīng)重點關(guān)注應(yīng)力問題，避免出現(xiàn)殺頭、漏氣等不良現(xiàn)象。因而須其進行應(yīng)力測試，考核其透光性能（透射率≤3%）。注意泡殼厚度均勻，上料前需清潔、烘干除潮，確保燈泡內(nèi)的清潔度。

自動封排機封口時要注意調(diào)節(jié)火頭溫度，注意預(yù)加熱，除潮以及退火工位、夾具使用的控制，確保應(yīng)力控制到最小。

2.4 半成品玻泡充氣、排氣的技術(shù)要求

在封好玻璃泡體半成品后，需要進行充排氣工藝處理。先進行抽真空排氣，排氣抽真空維持時間在50 s～70 s，結(jié)束后再進行充氦氣，持續(xù)1 s～3 s。最后再進行排氣管封離。在封排期間注意進行降溫處理措施，保證封排符合要求，最終的充氣量達到96%以上。需要注意自動封排機開機時，需先檢查設(shè)備真空系統(tǒng)，充氣量是否正確，做好點檢表，確保最終充氣量符合要求；對氦氣瓶用量進行監(jiān)控，用量不足時及時報警。增加排風(fēng)降溫，加強散熱，提高充氣量。增加現(xiàn)場充氣檢漏測試，實時監(jiān)控。設(shè)備增加退火工位，調(diào)整夾具，消除多余應(yīng)力。每隔4 h 對在制品抽測一次，使其符合要求，保障其可靠、穩(wěn)定。

2.5 組裝工藝技術(shù)要求

在產(chǎn)線批量生產(chǎn)前，首先進行首件制作，規(guī)范首件驗收制度，并對關(guān)鍵工序進行重點管控；每條線上增設(shè)樣品盒，便于查驗。采用繞絲工藝，安裝驅(qū)動電源時，控制恒溫電烙鐵的溫度在330 ℃～370 ℃，焊接時間2 s ～3 s，繞燈至少2 ～3 圈。定期對裝頭機的火頭溫度進行控制，每天進行點檢記錄，記錄溫度曲線。裝頭烘烤溫度要適中，燈泥顏色應(yīng)為黃色或黃色中帶一點綠色，燈頭內(nèi)腔溫度在120 ℃～150 ℃，參考上托模極限溫度控制在E14：160 ℃～180 ℃，E26/E27/B22：160 ℃～190 ℃，對焊燈頭扭力進行抽測。抽測5pcs/4 h，要求E14 ≥1.5 Nm。E26/E27/B22 ≥3 Nm。裝好燈頭產(chǎn)品，增加及時降溫裝置。對燈頭泥重量、配比、顏色進行控制，使其符合規(guī)格要求。裝頭機采用電加熱設(shè)備，便于對溫度進行管控，保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。

2.6 老化線的工藝技術(shù)要求

保證老化的時間至少2 h 和高低壓老化、沖擊測試。每天根據(jù)生產(chǎn)的批次和要求進行抽樣（一般會抽樣2%）老化48 h，確保產(chǎn)品的一致性和可靠性。及時進行巡視與篩選，建議用偏光鏡或墨鏡觀察其是否存在異常，做好詳細的老化記錄、產(chǎn)品維修記錄、不良品的統(tǒng)計與分析，便于進一步改善預(yù)防措施，保證在靜置72 h 后，再進行包裝。

老化線使用在線自動檢測光通量系統(tǒng)，及時篩選不達標或慢漏等異常產(chǎn)品（設(shè)置光通量下限值，檢測線會自動將光通量低于下限值的燈篩選出來）。

3 發(fā)展趨勢

未來，LED 燈絲燈在技術(shù)上將相高流明、大功率的方向發(fā)展。主要的發(fā)展趨勢有4 個。

3.1 自動化，規(guī)模化，標準化

這一趨勢主要有3 個特點。1）自動點焊機、組裝機、裝頭機、老化包裝機逐步成熟。2）規(guī)模化、集中化、寡頭化趨勢明顯。全球最大的燈絲制造商木林森目前月產(chǎn)量在1 000～2 000 萬支，投資12.87 億在義烏新建生產(chǎn)基地二期、三期均在快速擴張，處于第二梯隊的陽光、佛照、OPPEL、KLITE、GMY 等也均在擴產(chǎn)，LEEDARSON、YANKON 也是紛紛搶灘燈絲燈市場，均搶到HomeDepot、Kingfisher、Hornbach等國際巨頭訂單，拓展其產(chǎn)能和業(yè)務(wù)。3）功率朝大功率、高流明的方向發(fā)展，進一步拓展到其它照明領(lǐng)域。

3.2 價格下降趨勢明顯

首先，燈絲基板目前國外主要以陶瓷為主流，玻璃基板和藍寶石為輔。

藍寶石光效高、良品率低且價格一直堅挺。

陶瓷基板剛度比較好，具有一定的熱傳導(dǎo)性，良品率高，性價比好。

玻璃基板價格低、硬度不夠、易碎、散熱差，多用于低端市場。

金屬基板良品率高、不透光、光效不高、易開裂、有色差，主要用于低端市場。而石墨稀工藝還處于摸索階段。

其次，LED 封裝技術(shù)逐步成熟，倒裝工藝芯片面積小、散熱好，已在柔性燈絲燈中得到廣泛應(yīng)用。

最后，LED 燈絲燈的價格逐步接近LED A60 球泡燈的價格，同時燈絲應(yīng)用范圍也向各領(lǐng)域拓展。

3.3 差異化

異形化主要包括3 個方面的內(nèi)容。1）規(guī)避直絲燈專利壁壘，出現(xiàn)各種異形燈、陶瓷弧形燈、石墨稀弧形、柔性燈絲燈，新應(yīng)用不斷地拓展。2）大功率傳統(tǒng)光源替換，異形燈、特殊應(yīng)用場景光源的取代 。3）智能APP 應(yīng)用、人工智能AI、物聯(lián)網(wǎng)等。

3.4 標準之爭

專利之爭從芯片、熒光粉、膠水到封裝等專利和標準之爭，均由國際大廠把控，國內(nèi)工藝結(jié)構(gòu)的主要專利歸杭州銳迪生所有，先后與SuperTrend，KLITE，YANKON 簽署了專利授權(quán)協(xié)議。與此同時，柔性軟燈絲條的專利，也是從芯片一直延伸到生產(chǎn)制造，大部分專利為晶元光電所有。

從國內(nèi)專利大戰(zhàn)打到國外，專利戰(zhàn)從硬燈條打到柔性燈條，可預(yù)見在未來LED 燈絲燈的專利大戰(zhàn)和標準之爭會越來越激烈。

4 展望：智能調(diào)光、一燈多用

隨著智能家居、人工智能AI 的興起，LED 燈絲燈造型多變，會更多地融入智慧照明中去。