基于高压线性恒流技术的COB模组开发及其封装技术研究*

许毅钦，李炳乾，赵 维，张 康，焦飞华，古志良，苏海常

1. 广东省工业技术研究院(广州有色金属研究院)，广东 广州 510630；2. 深圳长运通光电科技有限公司，广东 深圳 518000

LED (light emitting diode)照明是继白炽灯、荧光灯之后照明光源的又一次革命.LED作为新型高效固体光源，具有节能、环保、寿命长、体积小、使用方式多样等优点[1-2].近年来，LED半导体照明技术发展迅速，由于其应用领域广泛、产业带动性强、节能潜力大，具有广阔的市场前景.

随着半导体照明技术的快速发展，LED封装和驱动技术也有了较大提升，LED产品开始广泛应用于室内照明.作为一种全固态的发光光源，LED发光器件的理论寿命可达10万小时，但在实际使用过程中，由于驱动电路内部使用的电解电容寿命低，且驱动电路结构复杂，元器件数量较多，降低了电源的寿命，驱动电源成为制约LED照明产品寿命的短板[3].

随着HV-LED(High Voltage Light Emitting Diode)灯珠的出现，非隔离的高压线性恒流驱动电源成为LED光源驱动电源的新热点.非隔离高压线性恒流驱动电源取消了变压器、电感和电容等元件，不仅提高了驱动系统的可靠性，还降低了LED照明灯具的成本.

本文采用非隔离式的高压线性恒流LED驱动电源技术，设计开发了一种基于COB(chip on board)封装结构的LED一体化模组，将多个发光二极管(LED)和高压线性恒流芯片封装在一个小面积的平面内，使装配的灯具外壳更轻便简洁，易于实现二次配光，实现特定的光学分布，且具有尺寸小、成本低、利于散热、高出光率、易实现自动化等优点[4]，并对该LED模组的封装技术进行了研究分析.

1 设 计

1.1 实验材料

本研究设计了一种基于高压线性恒流技术的COB模组.采用COB封装方式，将高压线性恒流芯片和蓝光HV-LED芯片封装在陶瓷基板上.蓝光HV-LED芯片采用厦门三安光电公司生产的18 V正方形高压芯片，边长为0.762 mm，一颗芯片内部由6个分割的芯片串接而成，标准工作电流为20 mA.高压线性恒流芯片采用了深圳长运通光电科技有限公司生产的CYT3000A. CYT3000A内部集成了LED恒流控制模块及OUT端口高压驱动模块等功能模块.其输出电流可由外接电阻调节，实验所采用的材料及相应的材料参数列于表1.

表1 实验用材料Table 1 Materials used in the experiment

1.2 电路连接

实验中使用了14颗蓝光HV-LED芯片，所有HV-LED芯片先串联，再与CYT3000A芯片分段连接，其中第一段有5颗HV-LED芯片，第二段4颗，第三段3颗，第四段2颗.连接电路如图1所示.

图1 电路连接图

1.3 PCB布版设计

由于基于高压线性恒流芯片技术的COB模组的工作电压高，为解决高压存在的电安全问题，我们采用了绝缘性极佳的陶瓷基板.在充分考虑了陶瓷基板尺寸、LED发光面积、批量化封装的可行性和产品可靠性等因素后，完成了PCB的布线设计.

2 实验及分析

2.1 固晶胶的选择

COB模组的封装流程如图2所示.

图2封装工艺流程图

Fig.2Packaging process flow chart

封装时采用了目前市场上最常见的固晶材料KER3000-M2信越透明胶和CT285京瓷银胶.它们的固晶工艺完全一样，首先，将冷冻的固晶胶在常温下解冻30 min，与芯片粘贴后放入150 ℃的烤箱内烘烤1.5 h，完成固晶.

采用上述两种固晶胶分别制作了5000 K和6400 K两种色温档的COB模组.在没添加高压线性恒流芯片及整流桥之前，采用20 mA恒流输入测量每个色温档内多个样品的光通量，取其平均值，最后将采用两种固晶胶封装的COB模组的平均光通量进行对比，结果列于表2.

表2采用不同固晶胶封装的LED光源的平均光通量

Table2TheaverageluminousfluxofLEDusingdifferentdieattachadhesive

色温/K平均光通量/lm信越透明胶KER3000-M2京瓷银胶CT2855000539.1484.26400586.1526

由表2可见，在两种固晶胶中，采用信越胶KER3000-M2封装的COB模组的平均光通量较高，5000 K色温档高11.33%，6400 K色温档高11.42%.

我们增加固晶胶的种类，做了另一个实验.该实验所用的固晶胶包括信越胶KER3000-M2、京瓷银胶CT285、积水乳白胶SD-16、钛克银胶TK123和钛克透明胶TK303-3.采用图2所示的封装形式及工艺，控制封装后每个LED光源的色温为(6000±100) K.分别采用20 mA恒流输入测量多个样品的光通量，取其平均值，测量结果列于表3.

表3不同固晶胶封装的(6000±100)KLED光源的平均光通量

Table3TheaverageluminousfluxofLEDusingdifferentdieattachadhesive(colortemperature: 6000±100)K

固晶胶种类平均光通量/lm信越透明胶KER3000-M2576.0京瓷银胶CT285532.2积水乳白胶SD-16535.0钛克银胶TK123513.6钛克透明胶TK303-3558.6

由表3可知，采用信越透明胶KER3000-M2固晶封装的光源平均光通量最高，采用钛克银胶TK123固晶封装的光源平均光通量最低.这是因为信越透明胶KER3000-M2在烘烤后呈透明状，可见光的透过率高，其中蓝光透过率约为80%，黄光透过率约为85%.因此，从蓝光LED芯片发射到固晶胶的光线可直接透过固晶胶至基板上，而进行了光滑镀银处理的基板，其反光率高，蓝光损耗少.但由于KER3000-M2胶的导热率仅为0.2 W/m·K，其散热能力较差，一般不可用于大功率LED芯片的封装.本研究采用了中低功率的HV-LED芯片，为了提高光源的整体出光效率，综合考虑各因素后选取KER3000-M2作为固晶胶.

2.2 整灯效果

采用KER3000-M2固晶胶封装，制作了基于高压线性恒流技术的COB光源，并将其制成了COB模组射灯，整灯电功率约7 W，光通量430 lm，显色指数76.5，色温6500 K，射灯的光谱如图3所示.

图3射灯光源光谱图

Fig.3The spectrum of spotlight

3 结 论

本文开发设计了一种基于高压线性恒流技术的COB模组，将HV-LED、高压线性恒流芯片及整流桥等电子元件集成封装在陶瓷基板上，并研究了不同固晶胶对COB模组光通量的影响.结果表明，采用信越透明胶KER3000-M2固晶封装的光源平均光通量最高.高压线性恒流技术一体化封装的COB光源，减少了电解电容等电子器件，免去了大体积的驱动电源，可直接连接市电，具有体积小、使用方便等优势，是未来室内照明光源的发展趋势.

参考文献：

[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] 孙文婷，养彦.无电解电容LED驱动电路[J].电子设计工程，2012，20(7)：8-10.

[4] 王忆，李冠群，刘大伟，等. LED COB封装产品光照性质的研究[J].中国照明电器，2013(4):10-12.