拆解幾款LED燈泡 揭露售價減半的秘密

文章來源:恒光電器

發布時間:2014-03-07

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以發光二極管(LED)為光源的照明器具憑借功耗低、壽命長的特點逐漸開始在市場上滲透。其中，意欲替代白熾燈泡、燈泡型熒光燈等傳統燈泡的燈泡型LED照明(以下，簡稱LED燈泡)近來更是備受關注。因為按照LED壽命計算的燈泡的單位時間價格已經與傳統燈泡相當，所以，有望在普通家庭中加速普及。

       率先推出低價LED燈泡的廠商是夏普。夏普以實際售價不到4000日元的低價格為賣點進軍LED燈泡市場。這一價格的設定非常具有沖擊力，約為當時LED燈泡市售價格的一半。東芝照明(Toshiba Lighting)迅速做出反應，于夏普產品發布的11天之后，發布了與夏普的新型低價LED燈泡產品*1、*2。

       圖1：低價LED燈泡東芝照明與夏普陸續上市了價格約為以往一半，即零售價不到4000日元的普通燈泡型LED照明(LED燈泡)。為了防止發光效率下降、壽命縮短，LED的散熱非常重要。因此，LED燈泡的下半部分為鋁合金鑄件制造的散熱器

燈泡的下半部為散熱部件

       低價格化并不意味著LED燈泡可以拋棄功耗低、壽命長等特有的優點。而且，產品要想立足于市場，還需要具有較高的散熱能力。

       LED燈泡發出的光線中紅外線成分少。因此，與白熾燈泡、燈泡型熒光燈相比，光線照射部分升溫較慢*3。但LED自身會發熱，所以散熱對策不可缺少。一旦超過LED芯片的容許溫度，裝修照明，LED的發光效率就會下降，對燈泡的壽命也會產生不良影響。

       從外部來看，LED燈泡的特征可以說是提高了散熱性的結果。從側面看LED燈泡，整體下側的一半以上為散熱器(圖1)。東芝照明、夏普都采用了鋁合金鑄件制造的散熱器。

       比較二者的散熱器，除顏色外，形狀差異也非常明顯。在高度方面雖然夏普產品稍微多些，但散熱器溝道面積則是東芝照明的較大。東芝照明產品的溝道深度從下到上逐漸遞增，而夏普的則是上下基本等高。

       散熱器的表面積越大，散熱性能越高。在外形尺寸有限的情況下，加大溝道深度是增加表面積的方法之一，但隨著溝道深度的增加，電源電路底板、樹脂殼等的內部安裝空間會隨之減少*4。

       東芝照明的散熱器內部空間為圓柱形，夏普產品則為接近外形的圓錐形(圖2)。樹脂殼在保持絕緣性的同時，把電源電路底板安裝在燈泡殼體上。

       圖2：LED燈泡的主要結構東芝照明LED燈泡散熱器(外殼)的圓筒側面有16片直角三角形溝道，上覆圓板。上面直接固定LED基片。電源電路底板固定在杯狀樹脂殼中，從散熱器下方插入。另一方面，夏普LED燈泡的散熱器呈有錐度的圓筒形狀，表面安裝有60片高度不到幾mm的葉片。LED基片固定在散熱器上方覆蓋的圓板狀金屬板上。電源電路底板固定在散熱器上方插入的圓錐形(但側面大部分鏤空)樹脂殼A中。(點擊放大)

       LED芯片是LED燈泡的最大熱源，在燈泡中是把復數個LED芯片封裝在一起，然后安裝在鋁合金制成的基片上的。這種鋁合金的LED基片被固定在散熱器的上部。夏普的產品中，LED基片與散熱器之間還夾有金屬板。

       本文將結合東芝照明產品及夏普產品的LED燈泡拆解圖，詳細介紹其內部構造。

散熱器連接構造各不相同

       擴散LED光線的半球狀部分被稱為“球形燈罩”。東芝照明的球形燈罩為聚碳酸酯制，利用粘合劑固定于散熱器上方的4個位置。而普通燈泡的球形燈罩一般為玻璃制造。這是因為LED光線不容易發熱，所以能夠采用樹脂。而且，采用樹脂之后，在燈泡掉落時也不易破裂，安全性由此提高。

       球形燈罩下方配置的是LED基片。在東芝照明的產品中，6.9W(白色、總光通量565lm)額定功耗的產品中，LED基片上的LED封裝數量為7個(圖3)*5。

       圖3：東芝照明LED燈泡的上部 LED基片背面與散熱器(外殼)上表面接觸，直接利用2顆螺絲固定。

       東芝照明的LED基片上安裝有連接電源電路線的連接器。連接器是無需焊接的產品，估計是優先考慮了組裝的簡易性。附帶一提的是，東芝照明的LED燈泡是在日本國內工廠組裝的。

       LED基片由2顆螺絲固定， led亮化工程，拆下基片后可以看到散熱器的上表面。這一部分利用機械加工進行了平坦化處理，只需對LED基片進行螺絲固定即可與基片背面充分貼合從而獲得導熱性能。

       夏普的LED燈泡的球形燈罩為玻璃制造*6。7.5W(日光色、總光通量560lm)額定功耗產品的LED基片上配備了6個LED封裝(圖4)。電源電路底板之間的布線采用焊接方式連接。

       圖4：夏普LED燈泡的上部 LED基片利用3顆螺絲固定在金屬板上，二者之間涂有導熱油。另外，與電源電路底板的布線進行了焊接。

       LED基片通過3顆螺絲固定在金屬板上，二者之間涂布了導熱硅脂(Grease)。固定LED基片的不是鋁合金鑄件制造的散熱器，而是另外的金屬板。材質雖然為鋁合金，但表面看不出機械加工痕跡。用這種金屬板固定LED基片，兩者的貼合性能有可能不夠充分，所以需要使用導熱硅脂。

       金屬板利用3顆螺絲(不是固定LED基片的螺絲)被固定在散熱器上。取下金屬板可以看到，散熱器內部充滿了黑色樹脂(圖5)*7。估計這些樹脂是促進導熱的填充材料，但這些樹脂與金屬板的背面并未接觸，所以推測其主要目的是向散熱器傳導電源電路底板的熱量，而不是LED封裝發出的熱量。

       圖5：夏普LED燈泡的內部金屬板利用3顆螺絲固定在散熱器(外殼)上。散熱器內部充滿了填充材料，但是與金屬板背面不接觸，熱量只能通過金屬板與散熱器的接觸部分傳導。另外，二者之間配置有O環，確保了氣密性。

       散熱器與金屬板的接觸部分呈環狀，面積并不算大。金屬板背面的接觸部分有整圈的凸緣，不僅組裝時容易定位，而且略微擴大了接觸面積。另外，金屬板的外沿裸露于燈泡的外部，成為燈泡設計上的點綴。

       配置于金屬板與散熱器接觸部分周邊的O形環用途不詳。如果是為了保持氣密性，那么該環的作用應該是防止液體樹脂填充后的材料外漏，防止從外部進水。促進熱量從金屬板向散熱器傳導也是可以想象得到的目的之一。

電源電路尺寸明顯不同

       散熱器內部安裝了電源電路底板和樹脂殼。圖6是取下東芝照明的LED燈泡下方金屬蓋之后的情形。電源電路底板插在用1顆螺絲固定在散熱器上的樹脂殼中。

       圖6：東芝照明LED燈泡的下部電源電路底板插在樹脂殼中。樹脂殼利用1顆螺絲固定在散熱器上。

       電源電路底板為長方形酚醛紙底板，樹脂殼基本接近圓筒形(圖7)。底板與散熱器之間配置了樹脂殼，保證了二者之間的絕緣性。

       圖7：東芝照明LED燈泡的樹脂殼與電源電路底板樹脂殼僅在金屬蓋一側(圖中右側)有開放部位，保證了電源電路底板與散熱器的絕緣性。電源電路底板呈長方形，通過連接器與LED底板相接。

       圖8是夏普的LED燈泡散熱器截面。因為填充材料堅硬，從上方清除需要花費大量時間，因此直接剖開了散熱器。

       圖8：夏普LED燈泡的截面散熱器內部充滿了致密的填充材料，電源電路底板和樹脂殼被完全覆蓋。

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