拆解LED燈泡，揭露其內(nèi)部設(shè)計奧秘

　　以發(fā)光二極管（LED）為光源的照明器具憑借功耗低、壽命長的特點(diǎn)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(tǒng)燈泡的燈泡型LED照明（以下，簡稱LED燈泡）近來更是備受關(guān)注。因為按照LED壽命計算的燈泡的單位時間價格已經(jīng)與傳統(tǒng)燈泡相當(dāng)，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(diǎn)進(jìn)軍LED燈泡市場。這一價格的設(shè)定非常具有沖擊力，約為當(dāng)時LED燈泡市售價格的一半。東芝照明（Toshiba Lighting）迅速做出反應(yīng)，于夏普產(chǎn)品發(fā)布的11天之后，發(fā)布了與夏普的新型低價LED燈泡產(chǎn)品*1、*2。

　　圖1：低價LED燈泡東芝照明與夏普陸續(xù)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(fā)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(yōu)點(diǎn)。而且，產(chǎn)品要想立足于市場，還需要具有較高的散熱能力。

　　LED燈泡發(fā)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(fā)熱，所以散熱對策不可缺少。一旦超過LED芯片的容許溫度，LED的發(fā)光效率就會下降，對燈泡的壽命也會產(chǎn)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(jié)果。從側(cè)面看LED燈泡，整體下側(cè)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(chǎn)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(chǎn)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(nèi)部安裝空間會隨之減少*4。

　　東芝照明的散熱器內(nèi)部空間為圓柱形，夏普產(chǎn)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(jié)構(gòu)東芝照明LED燈泡散熱器（外殼）的圓筒側(cè)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(cè)面大部分鏤空）樹脂殼A中。（點(diǎn)擊放大）

　　LED芯片是LED燈泡的最大熱源，在燈泡中是把復(fù)數(shù)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(chǎn)品中，LED基片與散熱器之間還夾有金屬板。

　　本文將結(jié)合東芝照明產(chǎn)品及夏普產(chǎn)品的LED燈泡拆解圖，詳細(xì)介紹其內(nèi)部構(gòu)造。

　　散熱器連接構(gòu)造各不相同

　　擴(kuò)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(fā)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(chǎn)品中，6.9W（白色、總光通量565lm）額定功耗的產(chǎn)品中，LED基片上的LED封裝數(shù)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(chǎn)品，估計是優(yōu)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(nèi)工廠組裝的。

　　LED基片由2顆螺絲固定，拆下基片后可以看到散熱器的上表面。這一部分利用機(jī)械加工進(jìn)行了平坦化處理，只需對LED基片進(jìn)行螺絲固定即可與基片背面充分貼合從而獲得導(dǎo)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(chǎn)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(dǎo)熱油。另外，與電源電路底板的布線進(jìn)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(dǎo)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(zhì)雖然為鋁合金，但表面看不出機(jī)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(dǎo)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(nèi)部充滿了黑色樹脂（圖5）*7。估計這些樹脂是促進(jìn)導(dǎo)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(dǎo)電源電路底板的熱量，而不是LED封裝發(fā)出的熱量。

　　圖5：夏普LED燈泡的內(nèi)部金屬板利用3顆螺絲固定在散熱器（外殼）上。散熱器內(nèi)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(dǎo)。另外，二者之間配置有O環(huán)，確保了氣密性。（點(diǎn)擊放大）

　　散熱器與金屬板的接觸部分呈環(huán)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(kuò)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(shè)計上的點(diǎn)綴。

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