BRIDGELUX贴片式高亮度发光二极管结构

　　做照明设备结构设计快十二年，经手的光源类零部件建模数下来也有上百款，这次拆解建模的这款大功率贴片LED，是目前商业照明、工业局部照明场景里用得非常普遍的一款面光源器件，很多刚入行的结构工程师做灯具设计时，容易只盯着发光参数选件，忽略安装边界和结构干涉问题，最后打样回来装不上或者散热匹配出问题，返工成本很高。

　　先从实际应用场景说，这款LED不是那种小功率指示用的直插灯珠，是单颗就能覆盖10W到30W功率段的面发光器件，常见用在轨道射灯的光源模组、厂房条形灯的发光板、户外投光灯的光源仓，还有一部分设备操作工位的局部照明模组里，相比传统小功率灯珠阵列的方案，它的发光面是整面匀光的，不用额外加匀光板就能做到比较柔和的出光效果，减少灯具内部的结构层数，给驱动电源和散热结构省出更多空间。

　　从结构设计思路上看，这款器件采用了对称式带定位缺口的基板设计，不是正圆或者正四边形的外形，四个侧边做了两个对称的内凹半圆缺口、两个对称的凸台卡位，这个设计不是为了好看，是给SMT贴片的时候做机械定位用的，贴片机吸嘴抓取器件后，通过基板上的缺口和PCB板上的丝印定位柱匹配，能把贴片精度控制在0.1mm以内，避免回流焊的时候出现灯珠偏移、焊盘对位不准导致的虚焊问题。基板本身采用的是高导热的陶瓷复合基材，不是普通的FR4板材，建模的时候要注意基板的厚度公差，实际量产的基板厚度控制在1.2mm到1.4mm之间，做灯具外壳的光源仓沉台设计时，沉台深度不能卡着1.2mm做下限，要留0.2mm的公差余量，不然批次性的基板厚度偏厚就会导致灯珠凸出来，和透光面的距离不一致，出现光斑不均匀的问题。

　　再说到安装边界的问题，这款LED的两个电极焊盘是在基板同一侧的两个矩形沉位上，焊盘的宽度是3.2mm，长度是6mm，两个焊盘的中心距是12mm，做PCB封装设计的时候，焊盘的外延要比器件本身的焊盘大0.3mm左右，不能刚好和器件焊盘一样大，不然回流焊的时候锡膏熔融的张力没法把器件拉正，容易出现立碑偏移。另外要注意，发光面的黄色荧光胶层是比陶瓷基板表面高出0.3mm左右的凸面，不是和基板齐平的，做灯具的防水胶圈设计时，胶圈的内圈直径要比发光面直径大2mm以上，不能压到荧光胶层的边缘，不然长期受热后胶层挤压开裂，会出现色温漂移、漏蓝光的问题，之前有个同行做投光灯设计的时候就是胶圈压到了荧光胶边，户外使用半年后整批灯出现边缘发蓝的问题，最后全部召回返工，损失不小。

　　从功能特性的结构匹配角度说，这款LED的散热路径是从发光芯片直接通过绝缘导热层传到陶瓷基板底部，所以建模的时候要把基板底部的平面度要求考虑进去，底部的粗糙度要控制在Ra1.6以下，和铝基散热板之间要涂覆0.1mm厚的导热硅脂，不能留空气间隙，不然热阻会飙升，芯片结温超过额定值后光衰会急剧加快。很多新手建模的时候会把基板底部做成带纹理的面，实际量产中这个面是必须做平整研磨的，不然散热接触面积不够，哪怕散热器做的再大也没用。另外基板上的两个定位凸台，高度是和基板厚度齐平的，不是凸出来的结构，建模的时候不要误做成凸起卡扣，那个结构只是给视觉定位做的识别标记，没有机械卡扣的功能，要是做成凸台，贴装的时候会顶到PCB板，导致基板底部和散热面贴合不严。

　　实际做整机结构匹配的时候，还要注意发光面的光学中心和灯具透镜的中心同轴度公差，要控制在0.2mm以内，这款LED的发光面直径是10mm，对应的透镜焦距一般在18mm到25mm之间，要是同轴度偏了，打出来的光斑就会出现偏黄或者偏蓝的黄斑，配光效果达不到设计要求。建模的时候可以把发光面的中心设为整个光源模组的基准原点，所有透镜、反光杯、外壳的安装定位都以这个原点为基准，能减少很多装配累计误差。另外要注意，这款LED的工作温度范围是-40℃到85℃，做户外使用的灯具结构时，外壳的膨胀系数要和陶瓷基板尽量匹配，不然高低温循环的时候，焊接点会因为热胀冷缩的应力出现开裂，导致灯珠死灯，一般推荐用压铸铝的外壳，和陶瓷基板的热膨胀系数差值比较小，长期使用的可靠性更高。

　　还有个容易被忽略的细节，就是这款LED的基板四个角做了0.5mm的倒角，不是直角边，做PCB板上的丝印框的时候，四个角也要对应做倒角，不然贴装的时候直角边和丝印框刮蹭，会蹭掉焊盘上的锡膏，导致焊接不良。建模的时候不要把倒角漏掉，很多下载的通用模型为了省事把四个角做成直角，实际导出工程图给贴片厂的时候，就会出现定位不准的问题。另外电极焊盘的表面是做了镀银处理的，建模的时候不用特意做镀层的厚度，但是要标注清楚焊盘的可焊性要求，不能用氧化的镀银层，不然焊接的时候吃锡不好，容易出现虚焊。

　　从结构强度的角度说，陶瓷基板的抗弯折强度是有限的，做散热板的螺丝锁附位置，要离LED基板的边缘至少3mm以上，不能在基板附近锁螺丝，不然螺丝锁附的应力会传到陶瓷基板上，导致基板开裂，灯珠直接报废。之前做一款轨道灯设计的时候，就是把固定散热板的螺丝设计在了离灯珠边缘2mm的位置，锁螺丝的时候扭力稍微大一点，就把陶瓷基板压裂了，试产的时候不良率到了15%，后来把螺丝孔移到4mm外的位置，不良率直接降到了0.1%以下，这些细节都是实际量产中踩过坑才会注意到的，建模的时候提前把这些边界条件考虑进去，能省掉很多后期试产的麻烦。