PL229451B1 - Sposób wytwarzania modułów LED zasilanych bezpośrednio z sieci - Google Patents

Abstract

Sposób wytwarzania modułów LED zasilanych bezpośrednio z sieci bez użycia specjalistycznych zasilaczy LED charakteryzujący się tym, że pastę do lutowania stanowi spoiwo lutownicze o odpowiedniej wielkości cząstek okrągłych i lepkości dynamicznej, bez zawartości kalafonii, zaś nanoszenie pasty prowadzi się w temperaturze od 24 do 24,5°C z zachowaniem wilgotności powietrza na poziomie 45 do 48%, przy kącie nachylenia rakli od 58 do 62°, nanoszenie pasty odbywa się przynajmniej dwukrotnie dla jednej formatki z odpowiednim naciskiem i przy szybkości przesuwu rakli w zakresie od 45 do 50 mm/s, po czym prowadzi się montaż komponentów w ustalonej kolejności, po czym prowadzi proces lutowania rozpływowego i poddaje procesowi burtowania, następnie utwardza, wygrzewa i zalewa komponentem żywicznym oraz utwardzaczem, suszy i sezonuje.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania modułów LED zasilanych bezpośrednio z sieci bez użycia specjalistycznych zasilaczy LED.

Znany jest z opisu zgłoszenia wynalazku P.389739 sposób wykonania lampy wyposażonej w zwielokrotnione diody świecące LED i lampa ze zwielokrotnionymi diodami świecącymi LED. Lampa ze zwielokrotnionymi diodami świecącymi LED, zawierająca obudowę z rozmieszczonymi wewnątrz diodami świecącymi LED, w której do powierzchni wewnętrznej płyty z materiału o dobrej przewodności termicznej, stanowiącej część ściany zewnętrznej obudowy jest przyklejony szereg równooddalonych od siebie pasków elastycznych pierwszych z taśmą dwustronną samoprzylepną na odwrocie, na których są zamontowane diody świecące LED, natomiast końce pasków elastycznych pierwszych, usytuowane po stronie pierwszej, oraz końce pasków elastycznych pierwszych, usytuowane po stronie drugiej, są połączone ze sobą przewodami, przy czym miejscami połączeń końców pasków elastycznych pierwszych z przewodami są fragmenty lutu, poza tym pierwszy z przewodów jest podłączony do znaku „+” źródła zasilania, a drugi z przewodów jest podłączony do znaku źródła zasilania. Przewody mają postać pasków drugich zawierających taśmę dwustronną samoprzylepną na odwrocie. Na każdej z diod świecących LED jest zamocowana soczewka skupiająca światło. Przedmiotem wynalazku jest również sposób wykonania lampy wyposażonej w zwielokrotnione diody świecące LED.

Znany jest z opisu zgłoszenia wynalazku P. 401103 sposób wytworzenia lampy o szerokim kącie rozproszenia światła, której źródłem światła są diody LED, wyposażonej w zwielokrotnioną ich ilość o kącie rozproszenia światła, korzystnie wynoszącym 120° polegający na zabudowaniu płytki obwodu drukowanego w kształcie okręgu, diodami LED po obwodzie płytki o grubości obwodu drukowanego z miedzi wynoszącej 35pm, który umieszcza się na płaskowniku aluminiowym o grubości 1,50 mm i twardości H22, który służy jako element odprowadzający ciepło emitowane w trakcie pracy diody LED, charakteryzuje się tym , że na płytkę obwodu drukowanego nanosi się pastę lutowniczą w formie mieszaniny sproszkowanego stopu metali SnAgCu w formie szarej masy o procentowej zawartości Sn-9595% , srebra Ag-3%, miedzi Cu-0,5% plus żywice naturalne i topniki w ilości 1-5%, którą poddaje się sproszkowaniu do postaci mikro granulatu o wielkości kuleczek 25pm i nanosi warstwy past do grubości 150 pm, po czym poddaje automatycznej inspekcji wykorzystując do tego urządzenie „ SPI” - inspekcja pasty lutowniczej, następnie nakłada diody LED automatycznie przesunięte względem siebie o kąt 51° na obwodzie drukowanym i poddaje procesowi przetopienia pasty lutowniczej w temperaturze przetopu 260°C w czasie 10-20 sekund w celu galwanicznego połączenie diod LED z podłożem miedzianym obwodu drukowanego, po czy poddaje automatycznej inspekcji optycznej zmontowanych diod i na osobnym obwodzie drukowanym z laminatu epoksydowo szklanego FR4 o grubości 1,50 mm stanowiącym zasilanie diod LED, montuje podzespoły elektroniczne, które wcześniej podlegały uformowaniu na specjalnych automatach, których końcówki kontaktowe przewleka się na stronę dolną obwodu drukowanego, i tak przygotowany wyrób poddaje się procesowi napylania topnika o niskiej zawartości stałych cząstek aktywnych, poniżej 4% suchej masy, następnie całość poddaje się procesowi lutowania fala lutowniczą w której wykorzystuje się osłonę obojętnego azotu o czystości 99,999, w której przemieszczana jest płytka obwodu drukowanego z prędkością 0,8-1,0 m/min i w czasie 2,5-3,5 sekund w styczności ciekłego stopu o temperaturze 265°C +/- 5°C, i tak zmontowane obwody zasilania oraz diod LED, poddaje się testom funkcjonalnym sprawdzających poprawność parametrów elektrycznych jak: wyjściowe napięcie zasilania, temperatura barwy światła, intensywność świecenia, kąt rozproszenia światła, po czym łączy przewodami obwód drukowany z diodami LED z płytką zasilania dwoma przewodami, gdzie pierwszy z przewodów jest podłączony do punktu lutowniczego z napisem „plus”, a drugi z przewodów jest podłączony do punktu lutowniczego z napisem „minus”, i tak połączone płytki umieszcza się w obudowie z gwintem, zaś na płytkę z diodami nakłada się klosz ochronny, po czym poddaje gotową lampę ostatecznemu testowi, w którym symuluje się w przeciągu 2 godzin w potencjalnych warunkach pracy lampy z diodami LED.

Znanyjest zopisu zgłoszenia wynalazku P. 401044 sposób wytwarzania zasilacza ściemnialnego do źródła światła typu LED polegający na zabudowaniu płytki obwodu drukowanego (układu scalonego) elementami elektronicznymi oraz modułami elektronicznymi oraz jej zabudowy, charakteryzuje się tym, że na płytkę układu scalonego nanosi się pastę lutowniczą w formie mieszaniny sproszkowanego stopu metali SnAgCu w postaci szarej pasty, stop SAC305:96,5%Sn 3,0%Ag 0,5%Cu plus 1-5% modyfikowane uwodornione żywice naturalne i topniki, sproszkowany metal jest w postaci mikro granulatu

PL 229 451 Β1 o wielkości kulek 25 pm, grubość naniesionej warstwy to 150 pm, po czym poddaje kontroli pod względem poprawności kształtu i grubości warstwy, następnie nakłada elementy elektroniczne, i poddaje automatycznej inspekcji optycznej nałożonych elementów elektronicznych, po czy w piecu konwekcyjnym następuje przetopienie pasty lutowniczej w czasie 10-20 sekund w temperaturze przetopu 245°Ć, co daje galwaniczne połączenie elementów z podłożem miedzianym o grubości 35 pm obwodu drukowanego, przy czym od strony górnej płytki obwodu drukowanego montuje się podzespoły elektroniczne, których końcówki kontaktowe przewleka się na stronę dolną płytki obwodu drukowanego i następnie poddaje procesowi napylania topnika o niskiej zawartości stałych cząstek aktywnych (<4% suchej masy), po czym całość podaje procesowi lutowania falą lutowniczą w osłonie obojętnego azotu o czystości 99,999%, w której przemieszczana jest płytka obwodu drukowanego z prędkością 0,8 m/min w czasie od 2,5-3,5 sekund w temperaturze ciekłego stopu o temperaturze 265°C +/- 5°C, tak zmontowany zasilacz podlega testom funkcjonalnym sprawdzającym parametry: pomiar napięcia wyjściowego bez obciążenia z tolerancją ± 5%, pomiar napięcia wyjściowego z obciążeniem z tolerancją ± 5%, płynność regulacji, zakres regulacji od 2%-100%, zachowanie zasilacza przy zwarciu terminali wyjściowych, pomiar zabezpieczenia przy dwukrotnym przeciążeniu, sprawdzenie zadziałania zabezpieczenia termicznego oraz sprawdzenie zadziałania zabezpieczenia przepięciowego, po czym zabudowuje, korzystnie w obudowie hermetycznej i uzupełnia o nadruk pełnej informacji technicznej dla tego wyrobu.

Istotą wynalazku jest sposób wytwarzania modułów LED zasilanych bezpośrednio z sieci bez użycia specjalistycznych zasilaczy LED polegający na przygotowaniu płytek PCB i szablonów, które poddaje się procesowi oczyszczenia w roztworze myjącym o pH od 10,9 do 12,5 a następnie aktywacji powierzchni do przylegania żywicy poliuretanowej w roztworze o pH od 12,5 do 13,7, po czym nanosi na płytki pastę do lutowania poprzez druk szablonowy, charakteryzujący się tym, że pastę do lutowania stanowi spoiwo lutownicze o składzie: 96,5 % Sn, 3% Ag, 0,5% Cu o wielkości cząstek okrągłych od 20 do 46um o lepkości dynamicznej pasty lutowniczej od 170 do 250 Pa.s, przy czym zawartość topnika wynosi od 11 do 12%, bez zawartości kalafonii, zaś nanoszenie pasty prowadzi się w temperaturze od 24 do 24,5°C z zachowaniem wilgotności powietrza na poziomie 45 do 48%, przy kącie nachylenia rakli od 58 do 62°, nanoszenie pasty odbywa się przynajmniej dwukrotnie dla jednej formatki z naciskiem rakli przy pierwszym przejeździe od 13,5 do 13,9 kg, przy drugim i kolejnych z naciskiem od 14,0 do 14,2 kg, przy szybkości przesuwu rakli w zakresie od 45 do 50 mm/s, na odcinku minimum 40 mm, zaś grubość szablonów wynosi od 100 do 120 pm, po czym prowadzi się montaż komponentów w kolejności: diody LED a następnie pozostałe komponenty od najmniejszych do największych, przy szybkości odkładania komponentów od 15 do 17 mm/s, zaś czas dociskania komponentów na płytce przy odkładaniu wynosi od 50 do 100 ms, po czym prowadzi się proces lutowania rozpływowego w minimum 7 strefach grzania i dwóch strefach chłodzenia o długości około 400 mm każda, w których poddaje się grzaniu w temperaturach odpowiednio w kolejnych strefach: 110°C, 120°C, 170°C, 200°C, 220°C, 250°C, 240°C, w czasie od 210 do 280 sekund, następnie chłodzi w temperaturach odpowiednio w kolejnych strefach: 110°C oraz 70°C, w czasie 60 do 80 sekund, po czym poddaje się procesowi budowania, który prowadzi się od wstępnego rozgrzania płytki do 40°C, następnie nakłada warstwy modyfikowanego polimeru silanowego podawanego pod ciśnieniem 5,6 bar, poprzez śrubę Archimedesa o gęstości 6 zwojów na cal poprzez igły o średnicy w przedziale od 0,8 do 0,9 mm, przy przesuwie głowicy w osi X i Y z szybkością na poziomie 65 mm/s, nakładanie materiału burtowego w temperaturze od 24 do 25°C, następnie utwardza poprzez wygrzewanie w piecu w temperaturze 34°C, wilgotności otoczenia minimum 60% przez 25 minut, następnie wygrzewa przez 20 minut w temperaturze 37,5°C i zalewa komponentem żywicznym oraz utwardzaczem w proporcji 1 : 0,95 w stałej temperaturze wynoszącej 24°C oraz wilgotności w przedziale od 30 do 40%, po czym suszy promieniami podczerwieni w czasie 12 minut w temperaturze 37,5°C i sezonuje przez okres 45 minut, znakuje w temperaturze 27°C przy wilgotności powietrza na poziomie 20%.

Korzystnie tolerancja dla temperatur w strefie grzania wynosi +/- 5°C, natomiast dla stref chłodzenia +/- 10°C.

Korzystnie przy zmianie pojemności cieplnej pakietów, regulacji poddaje się parametr szybkości przesuwu w piecu lutowniczym w zakresie od 60 do 80 cm/min.

Korzystnie warstwy modyfikowanego polimeru silanowego nakłada się z zachowaniem odpowiedniego ciśnienia dla stałych parametrów materiału.

Wynalazek zapewnia uzyskanie wymaganych parametrów produkcji modułów LED, płytki PCB oraz szablonów poprzez: prawidłowe nanoszenie pasty na płytki poprzez druk na sitodrukarce, poprawność przylegania pasty do płytek PCB, poprawne zwilżenie padów lutowniczych w procesie lutowania

PL 229 451 Β1 rozpływowego, większą odporność połączeń lutowanych przy wyższych napięciach na modułach, właściwe przyleganie kleju oraz zalewy poliuretanowej do płytki PCB.

Przykład wykonania I

W przykładzie wykonania sposób wytwarzania modułów LED zasilanych bezpośrednio z sieci bez użycia specjalistycznych zasilaczy LED polega na przygotowaniu płytek PCB i szablonów, które poddaje się procesowi oczyszczenia w roztworze myjącym o pH 10,9 a następnie aktywacji powierzchni do przylegania żywicy poliuretanowej w roztworze o pH 12,5, po czym nanosi na płytki pastę do lutowania poprzez druk szablonowy. Pastę do lutowania stanowi spoiwo lutownicze o składzie: 96,5% Sn, 3% Ag, 0,5% Cu o wielkości cząstek okrągłych 20 pm o lepkości dynamicznej pasty lutowniczej 170 Pa.s, przy czym zawartość topnika wynosi 11%, bez zawartości kalafonii, zaś nanoszenie pasty prowadzi się w temperaturze 24°C z zachowaniem wilgotności powietrza na poziomie 45%, przy kącie nachylenia rakli 58°. Nanoszenie pasty odbywa się dwukrotnie dla jednej formatki z naciskiem rakli przy pierwszym przejeździe od 13,5 kg, przy drugim i kolejnych z naciskiem 14,0 kg, przy szybkości przesuwu rakli w zakresie 45 mm/s, na odcinku minimum 40 mm, zaś grubość szablonów wynosi od 100 do 120 pm. Montaż komponentów prowadzi się w kolejności: diody LED a następnie pozostałe komponenty od najmniejszych do największych, przy szybkości odkładania komponentów od 15 do 17 mm/s, zaś czas dociskania komponentów na płytce przy odkładaniu wynosi od 50 do 100 ms, po czym prowadzi się proces lutowania rozpływowego w minimum 7 strefach grzania i dwóch strefach chłodzenia o długości około 400 mm każda, w których poddaje się grzaniu w temperaturach odpowiednio w kolejnych strefach: 110°C, 120°C, 170°C, 200°C, 220°C, 250°C, 240°C, w czasie 210 sekund. Tolerancja dla temperatur w strefie grzania wynosi +/- 5°C, natomiast dla stref chłodzenia +/- 10°C. Przy zmianie pojemności cieplnej pakietów, regulacji poddaje się parametr szybkości przesuwu w piecu lutowniczym w zakresie 60 cm/min.

Następnie chłodzi w temperaturach odpowiednio w kolejnych strefach: 110°C oraz 70°C, w czasie 60 do 80 sekund, po czym poddaje się procesowi budowania, który prowadzi się od wstępnego rozgrzania płytki do 40°C, następnie nakłada warstwy modyfikowanego polimeru silanowego podawanego pod ciśnieniem 5,6 bar, poprzez śrubę Archimedesa o gęstości 6 zwojów na cal poprzez igły o średnicy 0,8 mm, przy przesuwie głowicy w osi X i Y z szybkością na poziomie 65mm/s, nakładanie materiału burtowego w temperaturze 24°C, następnie utwardza poprzez wygrzewanie w piecu w temperaturze 34°C, wilgotności otoczenia minimum 60% przez 25 minut, następnie wygrzewa przez 20 minut w temperaturze 37,5°C i zalewa komponentem żywicznym oraz utwardzaczem w proporcji 1 : 0,95 w stałej temperaturze wynoszącej 24°C oraz wilgotności w przedziale od 30 do 40%, po czym suszy promieniami podczerwieni w czasie 12 minut w temperaturze 37,5°C i sezonuje przez okres 45 minut, znakuje w temperaturze 27°C przy wilgotności powietrza na poziomie 20%.

Przykład wykonania II

W przykładzie wykonania sposób wytwarzania modułów LED zasilanych bezpośrednio z sieci bez użycia specjalistycznych zasilaczy LED polega na przygotowaniu płytek PCB i szablonów, które poddaje się procesowi oczyszczenia w roztworze myjącym o pH 12,5 a następnie aktywacji powierzchni do przylegania żywicy poliuretanowej w roztworze o pH 13,7, po czym nanosi na płytki pastę do lutowania poprzez druk szablonowy. Pastę do lutowania stanowi spoiwo lutownicze o składzie: 96,5% Sn, 3% Ag, 0,5% Cu o wielkości cząstek okrągłych od 20 do 46 pm o lepkości dynamicznej pasty lutowniczej 250 Pa.s, przy czym zawartość topnika wynosi 12%, bez zawartości kalafonii, zaś nanoszenie pasty prowadzi się w temperaturze 24,5°C z zachowaniem wilgotności powietrza na poziomie 48%, przy kącie nachylenia rakli 62°. Nanoszenie pasty odbywa się trzykrotnie dla jednej formatki z naciskiem rakli przy pierwszym przejeździe 13,9 kg, przy drugim i kolejnych z naciskiem 14,2 kg, przy szybkości przesuwu rakli w zakresie 50 mm/s, na odcinku minimum 40 mm, zaś grubość szablonów wynosi 120 pm. Montaż komponentów prowadzi się w kolejności: diody LED a następnie pozostałe komponenty od najmniejszych do największych, przy szybkości odkładania komponentów 17 mm/s, zaś czas dociskania komponentów na płytce przy odkładaniu wynosi 100 ms, po czym prowadzi się proces lutowania rozpływowego w minimum 7 strefach grzania i dwóch strefach chłodzenia o długości około 400 mm każda, w których poddaje się grzaniu w temperaturach odpowiednio w kolejnych strefach: 110°C, 120°C, 170°C, 200°C, 220°C, 250°C, 240°C, w czasie 280 sekund. Tolerancja dla temperatur w strefie grzania wynosi +/- 5°C, natomiast dla stref chłodzenia +/- 10°C. Przy zmianie pojemności cieplnej pakietów, regulacji poddaje się parametr szybkości przesuwu w piecu lutowniczym w zakresie 80 cm/min.

PL 229 451 Β1

Następnie chłodzi w temperaturach odpowiednio w kolejnych strefach: 110°C oraz 70°C, w czasie 60 do 80 sekund, po czym poddaje się procesowi budowania, który prowadzi się od wstępnego rozgrzania płytki do 40°C, następnie nakłada warstwy modyfikowanego polimeru silanowego, który nakłada się z zachowaniem odpowiedniego ciśnienia dla stałych parametrów materiału, podawanego pod ciśnieniem 5,6 bar, poprzez śrubę Archimedesa o gęstości 6 zwojów na cal poprzez igły o średnicy w przedziale 0,9 mm, przy przesuwie głowicy w osi X i Yz szybkością na poziomie 65mm/s, nakładanie materiału burtowego w temperaturze od 24 do 25°C, następnie utwardza poprzez wygrzewanie w piecu w temperaturze 34°C, wilgotności otoczenia minimum 60% przez 25 minut, następnie wygrzewa przez 20 minut w temperaturze 37,5°C i zalewa komponentem żywicznym oraz utwardzaczem w proporcji 1 : 0,95 w stałej temperaturze wynoszącej 24°C oraz wilgotności w przedziale od 30 do 40%, po czym suszy promieniami podczerwieni w czasie 12 minut w temperaturze 37,5°C i sezonuje przez okres 45 minut, znakuje w temperaturze 27°C przy wilgotności powietrza na poziomie 20%.

Claims (4)

1. Sposób wytwarzania modułów LED zasilanych bezpośrednio z sieci bez użycia specjalistycznych zasilaczy LED polegający na przygotowaniu płytek PCB i szablonów, które poddaje się procesowi oczyszczenia w roztworze myjącym o pH od 10,9 do 12,5 a następnie aktywacji powierzchni do przylegania żywicy poliuretanowej w roztworze o pH od 12,5 do 13,7, po czym nanosi na płytki pastę do lutowania poprzez druk szablonowy, znamienny tym, że pastę do lutowania stanowi spoiwo lutownicze o składzie: 96,5% Sn, 3% Ag, 0,5% Cu o wielkości cząstek okrągłych od 20 do 46 pm o lepkości dynamicznej pasty lutowniczej od 170 do 250 Pa.s, przy czym zawartość topnika wynosi od 11 do 12%, bez zawartości kalafonii, zaś nanoszenie pasty prowadzi się w temperaturze od 24 do 24,5°C z zachowaniem wilgotności powietrza na poziomie 45 do 48%, przy kącie nachylenia rakli od 58 do 62°, nanoszenie pasty odbywa się przynajmniej dwukrotnie dla jednej formatki z naciskiem rakli przy pierwszym przejeździe od 13,5 do 13,9 kg, przy drugim i kolejnych z naciskiem od 14,0 do 14,2 kg, przy szybkości przesuwu rakli w zakresie od 45 do 50 mm/s, na odcinku minimum 40 mm, zaś grubość szablonów wynosi od 100 do 120 pm, po czym prowadzi się montaż komponentów w kolejności: diody LED a następnie pozostałe komponenty od najmniejszych do największych, przy szybkości odkładania komponentów od 15 do 17 mm/s, zaś czas dociskania komponentów na płytce przy odkładaniu wynosi od 50 do 100 ms, po czym prowadzi się proces lutowania rozpływowego w minimum 7 strefach grzania i dwóch strefach chłodzenia o długości około 400 mm każda, w których poddaje się grzaniu w temperaturach odpowiednio w kolejnych strefach: 110°C, 120°C, 170°C, 200°C, 220°C, 250°C, 240°C, w czasie od 210 do 280 sekund, następnie chłodzi w temperaturach odpowiednio w kolejnych strefach: 110°C oraz 70°C, w czasie 60 do 80 sekund, po czym poddaje się procesowi budowania, który prowadzi się od wstępnego rozgrzania płytki do 40°C, następnie nakłada warstwy modyfikowanego polimeru silanowego podawanego pod ciśnieniem 5,6 bar, poprzez śrubę Archimedesa o gęstości 6 zwojów na cal poprzez igły o średnicy w przedziale od 0,8 do 0,9mm, przy przesuwie głowicy w osi X i Y z szybkością na poziomie 65 mm/s, nakładanie materiału burtowego w temperaturze od 24 do 25°C, następnie utwardza poprzez wygrzewanie w piecu w temperaturze 34°C, wilgotności otoczenia minimum 60% przez 25 minut, następnie wygrzewa przez 20 minut w temperaturze 37,5°C i zalewa komponentem żywicznym oraz utwardzaczem w proporcji 1 : 0,95 w stałej temperaturze wynoszącej 24°C oraz wilgotności w przedziale od 30 do 40%, po czym suszy promieniami podczerwieni w czasie 12 minut w temperaturze 37,5°C i sezonuje przez okres 45 minut, znakuje w temperaturze 27°C przy wilgotności powietrza na poziomie 20%.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że tolerancja dla temperatur w strefie grzania wynosi +/- 5°C, natomiast dla stref chłodzenia +/- 10°C.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przy zmianie pojemności cieplnej pakietów, regulacji poddaje się parametr szybkości przesuwu w piecu lutowniczym w zakresie od 60 do 80 cm/min.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwy modyfikowanego polimeru silanowego nakłada się z zachowaniem odpowiedniego ciśnienia dla stałych parametrów materiału.