黃兆武姚群慧

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多族陣列COB光源模組在LED照明中應(yīng)用

黃兆武1姚群慧2

引言

LED在照明領(lǐng)域的發(fā)展日新月異，演繹著傳統(tǒng)光源和新興光源的優(yōu)勝劣汰，市場紛爭，可謂精彩紛呈。在國家倡導(dǎo)節(jié)能減排，綠色環(huán)保的政策扶持下，LED得到快速發(fā)展。較之傳統(tǒng)節(jié)能燈具，作為新興光源照明燈具，LED的技術(shù)、設(shè)計更加靈活、新穎，對其光效、壽命等要求更高，因此對LED封裝光源的要求選擇也更具多樣性。其中COB （Chip On Board板上芯片）作為LED封裝光源中的一種獨特的封裝方式已開始應(yīng)用在LED照明燈具設(shè)計中，本文就一種多族陣列COB光源模組在傳統(tǒng)封裝工藝上的優(yōu)化和提升，以及在LED照明燈具生產(chǎn)和使用中提高生產(chǎn)效率，降低成本，使整燈燈具更具高光效高顯指，光色明暗任意調(diào)光，更智能化進行綜述。

多族陣列的COB封裝結(jié)構(gòu)

現(xiàn)有的COB封裝可以將多個不同色溫族的LED晶片固定于一個基板以實現(xiàn)亮度及顏色可調(diào)光源。如公開號CN203787420U提出一種可變換連接的陣列式COB光源，其COB基板具有個電極及與各電極連接的引腳端，將多片芯片采用陣列式連接，用熒光粉封裝膠進行封裝，實現(xiàn)使用不同的LED芯片來實現(xiàn)不同色溫族，其成本相對較高。同時，現(xiàn)有的COB封裝的改進之處主要在于提高LED散熱性能和出光效率。如公開號CN103545438A提出了一種高反射系數(shù)COB光源散熱基板結(jié)構(gòu)，而公開號CN103855036A則提出了另一種利用鏡面鋁基板的多晶COB封裝結(jié)構(gòu)。現(xiàn)有技術(shù)雖然有采用具有高反射系數(shù)的鏡面鋁基板作為COB封裝的基板來提高LED出光效率，但仍然存在提高發(fā)展的空間。

本文設(shè)計的多族陣列COB封裝結(jié)構(gòu) （如圖1所示）具有更高出光效率，發(fā)光角度更大，配光更均勻，多族的設(shè)計配合電源更使其亮度及顏色任意可調(diào)，從而更節(jié)能也更智能，如圖2、圖3所示。

圖1多族結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖2整燈光分布配光曲線和等照度曲線

圖3左邊普通COB和右邊多族COB光源光斑均勻性分布對比

板上芯片封裝結(jié)構(gòu)提升光效和可靠性

本文設(shè)計的板上芯片封裝結(jié)構(gòu)，可有效提高光效及可靠性，從圖4所示，該結(jié)構(gòu)包括：鏡面鋁基板、發(fā)光二極管芯片、固晶膠、金絲、圍壩膠，熒光膠體、絕緣層、線路層、白油墨層。其中在鏡面鋁基板上壓合一層高導(dǎo)熱絕緣層，在絕緣層上再鋪線路層，然后在線路層上噴油墨層并露出正負極焊盤，這樣可以使芯片正負電極引出來的金絲焊點和芯片固晶發(fā)熱層不在同一層，使其熱電分離減少開路性死燈從而提高可靠性，而用于固定芯片的固晶膠則直接將芯片底部發(fā)出的熱導(dǎo)到整個鏡面基板上。在臨近該線路層正負極焊盤外圍還設(shè)有一圈壩膠體，該圍壩膠體用來圍堵區(qū)域內(nèi)填充該熒光膠。為了提高芯片發(fā)光后的出光反射率，在露出的正負極焊盤上均拉引線鍍鎳后再鍍銀。最外表的白色油墨層穩(wěn)定性好，耐高溫、耐黃變，高反射油墨使正個光源模組整體提高可靠性，高反射和高光效。如圖5、圖6所示：本文設(shè)計的高光效COB光源模塊整燈光效達到160lm/W，較之普通COB光源模塊，有一個較大的技術(shù)提高。

圖4高光效COB結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖5普通COB和高光效COB對比

圖6 6000小時（55℃、85℃、105℃）壽命老化曲線

方便更換的光電一體COB光源模塊

現(xiàn)在市場上絕大部分的設(shè)計為LED光源板和LED驅(qū)動電源板采用分離式設(shè)計，雖然散熱性和兼容性可以獲得保障，但容易造成安裝和更換維護時的不便。如公開號CN203628439U的專利文獻提出一種光源電源一體化LED路燈模組，其采用共源極MOS管非線性調(diào)節(jié)恒流輸出電源模塊作為LED驅(qū)動電源，電路中使用較多元件，會導(dǎo)致LED和光源組件散熱相互影響，具有穩(wěn)定性不佳的問題。

本文設(shè)計提出一種方便更換的光電一體COB光源模塊，是一種更利于安裝及更換維護，低發(fā)熱、高穩(wěn)定性的光電一體設(shè)計。如圖7所示，其結(jié)構(gòu)包括：基板、焊接設(shè)置于基板上的各元件組成的驅(qū)動電源電路、以及封裝設(shè)置在該基板上的發(fā)光二極管單元。驅(qū)動電源電路是發(fā)光二極管線性驅(qū)動電源電路，如圖8所示，該電源電路具體是：交流電輸入端依次電連接一保護電路模塊及一整流模塊，該整流模塊的輸出端正極和負極還連接一線性驅(qū)動電源芯片模塊，該發(fā)光二極管單元與該線性驅(qū)動電源芯片模塊連接，該發(fā)光二極管單元中的各發(fā)光二極管單體是串聯(lián)連接，其中該線性驅(qū)動電源芯片模塊的多個MOS控制端連接于該發(fā)光二極管單元中的多個發(fā)光二極管單體的串聯(lián)節(jié)點，該發(fā)光二極管單元的輸入總正極連接于該整流模塊的輸出端正極，同時光源上焊接有正負極公母端子對插，使光電一體COB光源模塊安裝和拆卸方便，提高LED燈具組長生產(chǎn)效率，也減少傳統(tǒng)用烙鐵焊接正負極線頭導(dǎo)致的虛焊、開路和極性焊反的異常，在后期的工作和使用中也可以更方便快捷的替換和維護。

圖7光電一體COB光源模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

圖8光源模塊驅(qū)動原理圖

總結(jié)

隨著LED照明的逐漸成熟和走進百姓家庭，用戶對產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性需求越來越高，這也必須要求LED封裝光源其具備更穩(wěn)定和更優(yōu)越的性能。目前COB封裝的球泡燈已經(jīng)占據(jù)LED燈泡的40%左右的市場，日本及國內(nèi)很多企業(yè)都開始走COB封裝模式，它是未來發(fā)展的必然趨勢也是一個強勁的發(fā)展方向。雖然COB封裝的呼聲很大，但是市場質(zhì)量良莠不齊，能生產(chǎn)高可靠性COB光源的企業(yè)更是鳳毛麟角，由廈門光莆電子研發(fā)的多族陣列COB光源模組在普通COB模組的基礎(chǔ)上的演變和升級，填補了普通COB光源的技術(shù)空缺，目前在LED球泡燈，筒燈，射燈產(chǎn)品上尤為體現(xiàn)優(yōu)勢和良好的效果，扮演著不可缺少的角色。

注：電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金項目：室內(nèi)半導(dǎo)體照明器件電光源產(chǎn)品與檢測技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用財建【2013】757號

參考文獻

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作者單位：（1廈門光莆電子股份有限公司2廈門光電子行業(yè)協(xié)會）