LED灯丝灯关键工艺技术研究与展望

陈庆军

（科特亚照明（上海）有限公司，上海 200233）

0 前言

LED 灯丝灯因其高光效、节能、发光角度近360°、配光曲线较理想，在照明领域得到快速发展，但同时也暴露出了很多问题，工艺不成熟、早期失效、光衰较大、客户投诉抱怨多成为亟需解决的问题。该文着重从材料、结构、工艺、设计方面来解决上述问题。

目前，LED 灯丝灯存在3 个问题。1）整灯在老化时出现翘曲变形。原因主要有3 点。①工艺难、散热差、易破损。②结构、性能、价格待改善。③功率小、散热差。2）价格高。原因主要有3 点。①配套材料增加了产品的成本。②LED 灯丝成本过高。③LED 灯丝灯封装较讲究，功率散热有局限。3）市场小、推广难。原因主要有2 点。①价格高导致推广难。②LED 灯丝灯缺少新卖点。

1 LED灯丝灯的结构

1.1 LED灯丝条光源模组

LED 灯丝条是将LED 芯片通过正装或倒装技术，固晶在蓝宝石或半透明陶瓷等基体上，将芯片根据需要串接起来，大约24LEDs ～32LEDs，再将荧光粉用胶水对其进行包裹（半包/全包）等构成。整个灯条光源模组长度约32 m，宽度约1.2 mm，厚度约0.6 mm，功率约1 W～1.5 W。

1.2 驱动电源

现在主流的电源主要分为隔离、非隔离以及阻容3 种。一般低端的主要使用阻容方式，中高端则采用线性非隔离和开关电流隔离方式。

主流的C35 的蜡烛灯和A60 的球泡灯多采用串关联方式。每根灯条Vin 约75VDC，VLED10 mA～15 mA。C35 多采用串联（2 串）或二串二并，A60 则多采用二串三并或1.5 W 二串并联。

1.3 玻璃主体、灯头部件、导热气体

1.3.1 玻璃主体部分（玻壳、芯柱）

LED 玻璃壳体主要起保护作用，构成灯泡主体，把LED 灯线组件包裹在里面，并作为载体，将玻璃泡壳、芯柱、灯头组件（E26/E27/E14 或者塑件）等连接在一起。玻璃芯柱主要支撑起由点焊在一起的LED 灯条组件，经由封口工艺，可与玻壳熔接成一个封闭的玻璃腔体。

1.3.2 灯头部件

灯头部件一般为直接金属灯头或由金属灯头与注塑件组成。通过自动注胶机对灯头进行注胶灯泥。灯泥主要是以灯泥粉与高纯度的工业酒精配比而成，大致的比例为12 ∶1。然后通过自动装头机进行装头工艺和焊接，经过200 ℃左右的高温，牢固地封接在一起。

1.3.3 导热气体

封好的毛泡，需要进行相应的排气，抽真空处理，同时充入高导热惰性气性，如氦等混合气体，使泡内保持在1个大气压左右，保证LED 灯丝条良好的工作温度条件，保障使用寿命。

2 LED灯丝泡工艺的关键控制点

2.1 LED灯丝条的封装工艺技术

LED 灯丝条封装技术是灯丝泡的核心技术。其关键的技术是固晶、焊线、配胶。基底材料主要包括蓝宝石、陶瓷、金属，玻璃以及石墨稀等，早期主要以蓝宝石居多，适用于高端产品，金属和玻璃主要应用于低端市场，但成品率较低。目前采用较多的是陶瓷基底，其性价比高，成品率也较高。至于石墨稀，是未来的一个发展方向。芯片封装方式分为正装和倒装，目前硬灯条和软灯条分别是采用这二种方式[2]。

灯条金线焊接工艺，需定期检查焊接强度，测试推拉力(5 g/30 g)，进行SPC 控制，确保焊接的可靠性。定期对焊线设备进行点检，控制在设置的参数范围内，作好相应记录；冷热冲击，-40 ℃～150 ℃，500 个循环。灯条一般为24～28 芯，芯片尺寸为714 mil～1 030 mil，功率0.9 W～1.2 W，电流一般为10 mA～15 mA[1]。

2.2 LED灯丝条的点焊技术

确定好点焊材料LED 灯丝条引脚、芯柱、焊接头的焊接要求和对照表，不同材料、厚度对应不同的焊接要求；焊点厚度：0.25 mm ～0.35 mm，控制焊接电流，气压、电极间距，并定期检查焊接强度，进行SPC 控制。定期对每台点焊设备进行点检，将其控制在设置的参数范围内。点焊设备改造升级，使用高精度直流控制或自动点焊设备，提高可靠性。

2.3 封口技术要求

芯柱、泡壳材料应重点关注应力问题，避免出现杀头、漏气等不良现象。因而须其进行应力测试，考核其透光性能（透射率≤3%）。注意泡壳厚度均匀，上料前需清洁、烘干除潮，确保灯泡内的清洁度。

自动封排机封口时要注意调节火头温度，注意预加热，除潮以及退火工位、夹具使用的控制，确保应力控制到最小。

2.4 半成品玻泡充气、排气的技术要求

在封好玻璃泡体半成品后，需要进行充排气工艺处理。先进行抽真空排气，排气抽真空维持时间在50 s～70 s，结束后再进行充氦气，持续1 s～3 s。最后再进行排气管封离。在封排期间注意进行降温处理措施，保证封排符合要求，最终的充气量达到96%以上。需要注意自动封排机开机时，需先检查设备真空系统，充气量是否正确，做好点检表，确保最终充气量符合要求；对氦气瓶用量进行监控，用量不足时及时报警。增加排风降温，加强散热，提高充气量。增加现场充气检漏测试，实时监控。设备增加退火工位，调整夹具，消除多余应力。每隔4 h 对在制品抽测一次，使其符合要求，保障其可靠、稳定。

2.5 组装工艺技术要求

在产线批量生产前，首先进行首件制作，规范首件验收制度，并对关键工序进行重点管控；每条线上增设样品盒，便于查验。采用绕丝工艺，安装驱动电源时，控制恒温电烙铁的温度在330 ℃～370 ℃，焊接时间2 s ～3 s，绕灯至少2 ～3 圈。定期对装头机的火头温度进行控制，每天进行点检记录，记录温度曲线。装头烘烤温度要适中，灯泥颜色应为黄色或黄色中带一点绿色，灯头内腔温度在120 ℃～150 ℃，参考上托模极限温度控制在E14：160 ℃～180 ℃，E26/E27/B22：160 ℃～190 ℃，对焊灯头扭力进行抽测。抽测5pcs/4 h，要求E14 ≥1.5 Nm。E26/E27/B22 ≥3 Nm。装好灯头产品，增加及时降温装置。对灯头泥重量、配比、颜色进行控制，使其符合规格要求。装头机采用电加热设备，便于对温度进行管控，保证产品质量的一致性。

2.6 老化线的工艺技术要求

保证老化的时间至少2 h 和高低压老化、冲击测试。每天根据生产的批次和要求进行抽样（一般会抽样2%）老化48 h，确保产品的一致性和可靠性。及时进行巡视与筛选，建议用偏光镜或墨镜观察其是否存在异常，做好详细的老化记录、产品维修记录、不良品的统计与分析，便于进一步改善预防措施，保证在静置72 h 后，再进行包装。

老化线使用在线自动检测光通量系统，及时筛选不达标或慢漏等异常产品（设置光通量下限值，检测线会自动将光通量低于下限值的灯筛选出来）。

3 发展趋势

未来，LED 灯丝灯在技术上将相高流明、大功率的方向发展。主要的发展趋势有4 个。

3.1 自动化，规模化，标准化

这一趋势主要有3 个特点。1）自动点焊机、组装机、装头机、老化包装机逐步成熟。2）规模化、集中化、寡头化趋势明显。全球最大的灯丝制造商木林森目前月产量在1 000～2 000 万支，投资12.87 亿在义乌新建生产基地二期、三期均在快速扩张，处于第二梯队的阳光、佛照、OPPEL、KLITE、GMY 等也均在扩产，LEEDARSON、YANKON 也是纷纷抢滩灯丝灯市场，均抢到HomeDepot、Kingfisher、Hornbach等国际巨头订单，拓展其产能和业务。3）功率朝大功率、高流明的方向发展，进一步拓展到其它照明领域。

3.2 价格下降趋势明显

首先，灯丝基板目前国外主要以陶瓷为主流，玻璃基板和蓝宝石为辅。

蓝宝石光效高、良品率低且价格一直坚挺。

陶瓷基板刚度比较好，具有一定的热传导性，良品率高，性价比好。

玻璃基板价格低、硬度不够、易碎、散热差，多用于低端市场。

金属基板良品率高、不透光、光效不高、易开裂、有色差，主要用于低端市场。而石墨稀工艺还处于摸索阶段。

其次，LED 封装技术逐步成熟，倒装工艺芯片面积小、散热好，已在柔性灯丝灯中得到广泛应用。

最后，LED 灯丝灯的价格逐步接近LED A60 球泡灯的价格，同时灯丝应用范围也向各领域拓展。

3.3 差异化

异形化主要包括3 个方面的内容。1）规避直丝灯专利壁垒，出现各种异形灯、陶瓷弧形灯、石墨稀弧形、柔性灯丝灯，新应用不断地拓展。2）大功率传统光源替换，异形灯、特殊应用场景光源的取代 。3）智能APP 应用、人工智能AI、物联网等。

3.4 标准之争

专利之争从芯片、荧光粉、胶水到封装等专利和标准之争，均由国际大厂把控，国内工艺结构的主要专利归杭州锐迪生所有，先后与SuperTrend，KLITE，YANKON 签署了专利授权协议。与此同时，柔性软灯丝条的专利，也是从芯片一直延伸到生产制造，大部分专利为晶元光电所有。

从国内专利大战打到国外，专利战从硬灯条打到柔性灯条，可预见在未来LED 灯丝灯的专利大战和标准之争会越来越激烈。

4 展望：智能调光、一灯多用

随着智能家居、人工智能AI 的兴起，LED 灯丝灯造型多变，会更多地融入智慧照明中去。