許毅欽，李炳乾，趙 維，張 康，焦飛華，古志良，蘇海常

1. 廣東省工業(yè)技術(shù)研究院(廣州有色金屬研究院)，廣東 廣州 510630；2. 深圳長(zhǎng)運(yùn)通光電科技有限公司，廣東 深圳 518000

LED (light emitting diode)照明是繼白熾燈、熒光燈之后照明光源的又一次革命.LED作為新型高效固體光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、體積小、使用方式多樣等優(yōu)點(diǎn)[1-2].近年來(lái)，LED半導(dǎo)體照明技術(shù)發(fā)展迅速，由于其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛、產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)性強(qiáng)、節(jié)能潛力大，具有廣闊的市場(chǎng)前景.

隨著半導(dǎo)體照明技術(shù)的快速發(fā)展，LED封裝和驅(qū)動(dòng)技術(shù)也有了較大提升，LED產(chǎn)品開(kāi)始廣泛應(yīng)用于室內(nèi)照明.作為一種全固態(tài)的發(fā)光光源，LED發(fā)光器件的理論壽命可達(dá)10萬(wàn)小時(shí)，但在實(shí)際使用過(guò)程中，由于驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)部使用的電解電容壽命低，且驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，元器件數(shù)量較多，降低了電源的壽命，驅(qū)動(dòng)電源成為制約LED照明產(chǎn)品壽命的短板[3].

隨著HV-LED(High Voltage Light Emitting Diode)燈珠的出現(xiàn)，非隔離的高壓線(xiàn)性恒流驅(qū)動(dòng)電源成為L(zhǎng)ED光源驅(qū)動(dòng)電源的新熱點(diǎn).非隔離高壓線(xiàn)性恒流驅(qū)動(dòng)電源取消了變壓器、電感和電容等元件，不僅提高了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，還降低了LED照明燈具的成本.

本文采用非隔離式的高壓線(xiàn)性恒流LED驅(qū)動(dòng)電源技術(shù)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種基于COB(chip on board)封裝結(jié)構(gòu)的LED一體化模組，將多個(gè)發(fā)光二極管(LED)和高壓線(xiàn)性恒流芯片封裝在一個(gè)小面積的平面內(nèi)，使裝配的燈具外殼更輕便簡(jiǎn)潔，易于實(shí)現(xiàn)二次配光，實(shí)現(xiàn)特定的光學(xué)分布，且具有尺寸小、成本低、利于散熱、高出光率、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)[4]，并對(duì)該LED模組的封裝技術(shù)進(jìn)行了研究分析.

1 設(shè) 計(jì)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本研究設(shè)計(jì)了一種基于高壓線(xiàn)性恒流技術(shù)的COB模組.采用COB封裝方式，將高壓線(xiàn)性恒流芯片和藍(lán)光HV-LED芯片封裝在陶瓷基板上.藍(lán)光HV-LED芯片采用廈門(mén)三安光電公司生產(chǎn)的18 V正方形高壓芯片，邊長(zhǎng)為0.762 mm，一顆芯片內(nèi)部由6個(gè)分割的芯片串接而成，標(biāo)準(zhǔn)工作電流為20 mA.高壓線(xiàn)性恒流芯片采用了深圳長(zhǎng)運(yùn)通光電科技有限公司生產(chǎn)的CYT3000A. CYT3000A內(nèi)部集成了LED恒流控制模塊及OUT端口高壓驅(qū)動(dòng)模塊等功能模塊.其輸出電流可由外接電阻調(diào)節(jié)，實(shí)驗(yàn)所采用的材料及相應(yīng)的材料參數(shù)列于表1.

表1 實(shí)驗(yàn)用材料Table 1 Materials used in the experiment

1.2 電路連接

實(shí)驗(yàn)中使用了14顆藍(lán)光HV-LED芯片，所有HV-LED芯片先串聯(lián)，再與CYT3000A芯片分段連接，其中第一段有5顆HV-LED芯片，第二段4顆，第三段3顆，第四段2顆.連接電路如圖1所示.

圖1 電路連接圖

1.3 PCB布版設(shè)計(jì)

由于基于高壓線(xiàn)性恒流芯片技術(shù)的COB模組的工作電壓高，為解決高壓存在的電安全問(wèn)題，我們采用了絕緣性極佳的陶瓷基板.在充分考慮了陶瓷基板尺寸、LED發(fā)光面積、批量化封裝的可行性和產(chǎn)品可靠性等因素后，完成了PCB的布線(xiàn)設(shè)計(jì).

2 實(shí)驗(yàn)及分析

2.1 固晶膠的選擇

COB模組的封裝流程如圖2所示.

圖2封裝工藝流程圖

Fig.2Packaging process flow chart

封裝時(shí)采用了目前市場(chǎng)上最常見(jiàn)的固晶材料KER3000-M2信越透明膠和CT285京瓷銀膠.它們的固晶工藝完全一樣，首先，將冷凍的固晶膠在常溫下解凍30 min，與芯片粘貼后放入150 ℃的烤箱內(nèi)烘烤1.5 h，完成固晶.

采用上述兩種固晶膠分別制作了5000 K和6400 K兩種色溫檔的COB模組.在沒(méi)添加高壓線(xiàn)性恒流芯片及整流橋之前，采用20 mA恒流輸入測(cè)量每個(gè)色溫檔內(nèi)多個(gè)樣品的光通量，取其平均值，最后將采用兩種固晶膠封裝的COB模組的平均光通量進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果列于表2.

表2采用不同固晶膠封裝的LED光源的平均光通量

Table2TheaverageluminousfluxofLEDusingdifferentdieattachadhesive

色溫/K平均光通量/lm信越透明膠KER3000-M2京瓷銀膠CT2855000539.1484.26400586.1526

由表2可見(jiàn)，在兩種固晶膠中，采用信越膠KER3000-M2封裝的COB模組的平均光通量較高，5000 K色溫檔高11.33%，6400 K色溫檔高11.42%.

我們?cè)黾庸叹z的種類(lèi)，做了另一個(gè)實(shí)驗(yàn).該實(shí)驗(yàn)所用的固晶膠包括信越膠KER3000-M2、京瓷銀膠CT285、積水乳白膠SD-16、鈦克銀膠TK123和鈦克透明膠TK303-3.采用圖2所示的封裝形式及工藝，控制封裝后每個(gè)LED光源的色溫為(6000±100) K.分別采用20 mA恒流輸入測(cè)量多個(gè)樣品的光通量，取其平均值，測(cè)量結(jié)果列于表3.

表3不同固晶膠封裝的(6000±100)KLED光源的平均光通量

Table3TheaverageluminousfluxofLEDusingdifferentdieattachadhesive(colortemperature: 6000±100)K

固晶膠種類(lèi)平均光通量/lm信越透明膠KER3000-M2576.0京瓷銀膠CT285532.2積水乳白膠SD-16535.0鈦克銀膠TK123513.6鈦克透明膠TK303-3558.6

由表3可知，采用信越透明膠KER3000-M2固晶封裝的光源平均光通量最高，采用鈦克銀膠TK123固晶封裝的光源平均光通量最低.這是因?yàn)樾旁酵该髂zKER3000-M2在烘烤后呈透明狀，可見(jiàn)光的透過(guò)率高，其中藍(lán)光透過(guò)率約為80%，黃光透過(guò)率約為85%.因此，從藍(lán)光LED芯片發(fā)射到固晶膠的光線(xiàn)可直接透過(guò)固晶膠至基板上，而進(jìn)行了光滑鍍銀處理的基板，其反光率高，藍(lán)光損耗少.但由于KER3000-M2膠的導(dǎo)熱率僅為0.2 W/m·K，其散熱能力較差，一般不可用于大功率LED芯片的封裝.本研究采用了中低功率的HV-LED芯片，為了提高光源的整體出光效率，綜合考慮各因素后選取KER3000-M2作為固晶膠.

2.2 整燈效果

采用KER3000-M2固晶膠封裝，制作了基于高壓線(xiàn)性恒流技術(shù)的COB光源，并將其制成了COB模組射燈，整燈電功率約7 W，光通量430 lm，顯色指數(shù)76.5，色溫6500 K，射燈的光譜如圖3所示.

圖3射燈光源光譜圖

Fig.3The spectrum of spotlight

3 結(jié) 論

本文開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了一種基于高壓線(xiàn)性恒流技術(shù)的COB模組，將HV-LED、高壓線(xiàn)性恒流芯片及整流橋等電子元件集成封裝在陶瓷基板上，并研究了不同固晶膠對(duì)COB模組光通量的影響.結(jié)果表明，采用信越透明膠KER3000-M2固晶封裝的光源平均光通量最高.高壓線(xiàn)性恒流技術(shù)一體化封裝的COB光源，減少了電解電容等電子器件，免去了大體積的驅(qū)動(dòng)電源，可直接連接市電，具有體積小、使用方便等優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)室內(nèi)照明光源的發(fā)展趨勢(shì).

參考文獻(xiàn)：

[1] KERN R S, CHEN C H, FLETCHER R M, et al. Hall-effect characterization of III-V nitride semiconductors for high efficiency light emitting diodes[J].Materials Sci and Engineering，1999，B59：211-217.

[2] SCHUBERT E F, KIM J K. Solid-state light sources getting smart[J]. Science，2005，308：1274.

[3] 孫文婷，養(yǎng)彥.無(wú)電解電容LED驅(qū)動(dòng)電路[J].電子設(shè)計(jì)工程，2012，20(7)：8-10.

[4] 王憶，李冠群，劉大偉，等. LED COB封裝產(chǎn)品光照性質(zhì)的研究[J].中國(guó)照明電器，2013(4):10-12.