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1. 核心設(shè)計(jì)目標(biāo)與挑戰(zhàn)

工業(yè)照明COB夾具的核心使命是：在模擬嚴(yán)苛工況的條件下，驗(yàn)證COB模塊的極限性能、長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性。

• 高效與強(qiáng)固的散熱：工業(yè)COB功率非常高（常見50W-500W），熱量集中，結(jié)溫（Tj）控制是壽命的關(guān)鍵。夾具必須能瞬間帶走巨大熱量，且自身結(jié)構(gòu)強(qiáng)固，耐熱疲勞。

• 大電流與高可靠性電連接：需要承載數(shù)安培到數(shù)十安培的電流，連接點(diǎn)必須可靠，低電阻，避免燒毀。

• 機(jī)械堅(jiān)固性與耐久性：夾具需要承受生產(chǎn)線上的頻繁操作、冷熱沖擊（Thermal Cycling），設(shè)計(jì)必須簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、耐用。

• 操作便捷與安全：工業(yè)環(huán)境講究效率，夾具需要便于快速安裝和拆卸，同時(shí)必須有防燙、防觸電等安全設(shè)計(jì)。

• 適應(yīng)性：可能需要兼容一定尺寸范圍的COB產(chǎn)品。

2. 關(guān)鍵設(shè)計(jì)要素與技術(shù)方案

2.1 熱管理：散熱能力

• 強(qiáng)力主動(dòng)水冷（Mandatory）：

  • ：C11000紫銅。導(dǎo)熱性（~400 W/m·K）無與倫比，是處理極端熱流密度的選擇。

  • 經(jīng)濟(jì)選擇：6061鋁合金。導(dǎo)熱性（~180 W/m·K）足夠應(yīng)對(duì)大多數(shù)場(chǎng)景，且更輕、成本更低。

  • 夾具核心必須是一個(gè)大體積的銅或鋁合金水冷塊。內(nèi)部設(shè)計(jì)高紊流度的冷卻流道，以化熱交換效率。

  • 材料選擇：

  • 接口：使用工業(yè)級(jí)快換水管接頭（如G3/8"或G1/2"），防止冷卻液泄漏，便于連接外部冷水機(jī)（Chiller）。

• 高性能導(dǎo)熱界面：

  • 與COB接觸的表面需精密銑削或磨削，平面度<0.05mm。

  • 使用導(dǎo)熱硅脂或液態(tài)金屬（對(duì)于功率密度）。雖然硅脂需要每次涂抹，但其超低的熱阻對(duì)于保證測(cè)試準(zhǔn)確性至關(guān)重要。對(duì)于重復(fù)性測(cè)試，相變材料（PCM） 是很好的平衡選擇。

• 溫度監(jiān)控：

  • 集成PT100溫度傳感器，緊貼COB安裝面下方，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控和反饋控制冷水機(jī)，防止COB過熱燒毀。

2.2 機(jī)械壓緊：簡(jiǎn)單、可靠、有力

• 重型中央壓緊機(jī)構(gòu)：

  • 采用大尺寸蝶形彈簧 + 不銹鋼壓板的組合。通過一個(gè)手?jǐn)Q螺桿或快壓杠桿提供巨大的、恒定的下壓力。

  • 優(yōu)勢(shì)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、耐用，無需氣源或電源，維護(hù)成本極低。

  • 壓板與COB的接觸點(diǎn)使用PEEK或陶瓷墊片絕緣和防刮傷。

• 四角輔助定位：

  • 夾具底座設(shè)有可調(diào)節(jié)的定位擋銷，用于快速粗定位COB基板，確保其處于壓板正下方。

2.3 高可靠性電連接

• 大電流接線柱（方案）：

  • 這是工業(yè)環(huán)境中最可靠、最經(jīng)濟(jì)的方案。使用純銅或黃銅鍍鎳的帶翼接線柱。

  • 通過扭力螺絲刀按規(guī)定扭矩鎖緊，將硅膠絕緣的高溫電纜直接壓接在接線柱上。

  • 優(yōu)點(diǎn)：接觸面積大，電阻極低，可承受非常大電流，無磨損件，壽命極長(zhǎng)。

• 大功率彈簧探針（Pogo Pin）：

  • 適用于自動(dòng)化程度更高的生產(chǎn)線。必須選擇專門用于高電流的探針（如每個(gè)可承10A以上），鍍金處理。

  • 優(yōu)點(diǎn)是可快速連接，缺點(diǎn)是長(zhǎng)期使用后可能有磨損，需要定期更換。

2.4 材料選擇：耐高溫與長(zhǎng)壽命

• 主體：6061-T6鋁合金（硬質(zhì)陽極氧化） 或 C11000紫銅（鍍鎳防氧化）。

• 壓板/絕緣部件：使用PEEK（聚醚醚酮），它具有極佳的高溫穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度和絕緣性。

• 密封材料：冷卻系統(tǒng)的密封圈必須使用氟橡膠（FKM/Viton），長(zhǎng)期耐受>150°C的高溫。

• 手柄/旋鈕：使用電木（Bakelite） 或尼龍等隔熱材料，防止操作人員燙傷。

2.5 安全設(shè)計(jì)

• 隔熱罩：在高溫區(qū)域加裝聚酰亞胺（Kapton）薄膜或不銹鋼隔熱罩，防止熱量輻射到操作員。

• 接地：夾具必須有明確的接地端口。

• 防呆設(shè)計(jì)：通過不對(duì)稱的定位銷設(shè)計(jì)，確保COB只能以正確的方向放入。

3. 典型應(yīng)用場(chǎng)景工作流程（以老化測(cè)試為例）

1. 準(zhǔn)備：在冷卻塊潔凈的接觸面上均勻涂抹一層高性能導(dǎo)熱硅脂。

2. 放置：將COB模塊放在夾具的定位擋銷內(nèi)，粗略對(duì)齊。

3. 連接：將引線接入大電流接線柱，用扭力螺絲刀鎖緊。

4. 壓緊：放下壓板，用快壓杠桿或手?jǐn)Q螺桿施加足夠的壓緊力。

5. 測(cè)試：

   • 啟動(dòng)冷水機(jī)，設(shè)定所需溫度（如25°C或更高溫測(cè)試）。

   • 通入額定電流（或加速老化的1.2倍電流），持續(xù)點(diǎn)亮數(shù)小時(shí)至數(shù)百小時(shí)。

   • 監(jiān)測(cè)COB的電壓、光輸出衰減等參數(shù)。

6. 拆卸：測(cè)試完成后，斷開電源和水路，松開壓緊機(jī)構(gòu)，取下COB。

4. 總結(jié)：工業(yè)照明夾具的設(shè)計(jì)哲學(xué)

工業(yè)照明COB夾具的設(shè)計(jì)不追求的精巧，而是追求在極端條件下的可靠、堅(jiān)固耐用和易于維護(hù)。

其設(shè)計(jì)精髓在于：

• 散熱是核心：用最直接、大的主動(dòng)水冷方案鎮(zhèn)壓高熱。

• 連接要可靠：寧愿犧牲一些自動(dòng)化，也要保證電連接的大電流能力和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

• 結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單：越簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)，故障點(diǎn)越少，在生產(chǎn)環(huán)境中越可靠。

• 安全是底線：必須保護(hù)設(shè)備和操作人員的安全。

因此，這類夾具通常由精通熱設(shè)計(jì)和重型工裝的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)制造，其價(jià)值在于能為工業(yè)照明產(chǎn)品提供可信賴的質(zhì)量驗(yàn)證，確保其在實(shí)際應(yīng)用中能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作。