多族阵列COB光源模组在LED照明中应用

黄兆武姚群慧



多族阵列COB光源模组在LED照明中应用

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引言

LED在照明领域的发展日新月异，演绎着传统光源和新兴光源的优胜劣汰，市场纷争，可谓精彩纷呈。在国家倡导节能减排，绿色环保的政策扶持下，LED得到快速发展。较之传统节能灯具，作为新兴光源照明灯具，LED的技术、设计更加灵活、新颖，对其光效、寿命等要求更高，因此对LED封装光源的要求选择也更具多样性。其中COB （Chip On Board板上芯片）作为LED封装光源中的一种独特的封装方式已开始应用在LED照明灯具设计中，本文就一种多族阵列COB光源模组在传统封装工艺上的优化和提升，以及在LED照明灯具生产和使用中提高生产效率，降低成本，使整灯灯具更具高光效高显指，光色明暗任意调光，更智能化进行综述。

多族阵列的COB封装结构

现有的COB封装可以将多个不同色温族的LED晶片固定于一个基板以实现亮度及颜色可调光源。如公开号CN203787420U提出一种可变换连接的阵列式COB光源，其COB基板具有个电极及与各电极连接的引脚端，将多片芯片采用阵列式连接，用荧光粉封装胶进行封装，实现使用不同的LED芯片来实现不同色温族，其成本相对较高。同时，现有的COB封装的改进之处主要在于提高LED散热性能和出光效率。如公开号CN103545438A提出了一种高反射系数COB光源散热基板结构，而公开号CN103855036A则提出了另一种利用镜面铝基板的多晶COB封装结构。现有技术虽然有采用具有高反射系数的镜面铝基板作为COB封装的基板来提高LED出光效率，但仍然存在提高发展的空间。

本文设计的多族阵列COB封装结构 （如图1所示）具有更高出光效率，发光角度更大，配光更均匀，多族的设计配合电源更使其亮度及颜色任意可调，从而更节能也更智能，如图2、图3所示。

图1多族结构设计

图2整灯光分布配光曲线和等照度曲线

图3左边普通COB和右边多族COB光源光斑均匀性分布对比

板上芯片封装结构提升光效和可靠性

本文设计的板上芯片封装结构，可有效提高光效及可靠性，从图4所示，该结构包括：镜面铝基板、发光二极管芯片、固晶胶、金丝、围坝胶，荧光胶体、绝缘层、线路层、白油墨层。其中在镜面铝基板上压合一层高导热绝缘层，在绝缘层上再铺线路层，然后在线路层上喷油墨层并露出正负极焊盘，这样可以使芯片正负电极引出来的金丝焊点和芯片固晶发热层不在同一层，使其热电分离减少开路性死灯从而提高可靠性，而用于固定芯片的固晶胶则直接将芯片底部发出的热导到整个镜面基板上。在临近该线路层正负极焊盘外围还设有一圈坝胶体，该围坝胶体用来围堵区域内填充该荧光胶。为了提高芯片发光后的出光反射率，在露出的正负极焊盘上均拉引线镀镍后再镀银。最外表的白色油墨层稳定性好，耐高温、耐黄变，高反射油墨使正个光源模组整体提高可靠性，高反射和高光效。如图5、图6所示：本文设计的高光效COB光源模块整灯光效达到160lm/W，较之普通COB光源模块，有一个较大的技术提高。

图4高光效COB结构设计

图5普通COB和高光效COB对比

图6 6000小时（55℃、85℃、105℃）寿命老化曲线

方便更换的光电一体COB光源模块

现在市场上绝大部分的设计为LED光源板和LED驱动电源板采用分离式设计，虽然散热性和兼容性可以获得保障，但容易造成安装和更换维护时的不便。如公开号CN203628439U的专利文献提出一种光源电源一体化LED路灯模组，其采用共源极MOS管非线性调节恒流输出电源模块作为LED驱动电源，电路中使用较多元件，会导致LED和光源组件散热相互影响，具有稳定性不佳的问题。

本文设计提出一种方便更换的光电一体COB光源模块，是一种更利于安装及更换维护，低发热、高稳定性的光电一体设计。如图7所示，其结构包括：基板、焊接设置于基板上的各元件组成的驱动电源电路、以及封装设置在该基板上的发光二极管单元。驱动电源电路是发光二极管线性驱动电源电路，如图8所示，该电源电路具体是：交流电输入端依次电连接一保护电路模块及一整流模块，该整流模块的输出端正极和负极还连接一线性驱动电源芯片模块，该发光二极管单元与该线性驱动电源芯片模块连接，该发光二极管单元中的各发光二极管单体是串联连接，其中该线性驱动电源芯片模块的多个MOS控制端连接于该发光二极管单元中的多个发光二极管单体的串联节点，该发光二极管单元的输入总正极连接于该整流模块的输出端正极，同时光源上焊接有正负极公母端子对插，使光电一体COB光源模块安装和拆卸方便，提高LED灯具组长生产效率，也减少传统用烙铁焊接正负极线头导致的虚焊、开路和极性焊反的异常，在后期的工作和使用中也可以更方便快捷的替换和维护。

图7光电一体COB光源模块结构设计图

图8光源模块驱动原理图

总结

随着LED照明的逐渐成熟和走进百姓家庭，用户对产品的稳定性、可靠性需求越来越高，这也必须要求LED封装光源其具备更稳定和更优越的性能。目前COB封装的球泡灯已经占据LED灯泡的40%左右的市场，日本及国内很多企业都开始走COB封装模式，它是未来发展的必然趋势也是一个强劲的发展方向。虽然COB封装的呼声很大，但是市场质量良莠不齐，能生产高可靠性COB光源的企业更是凤毛麟角，由厦门光莆电子研发的多族阵列COB光源模组在普通COB模组的基础上的演变和升级，填补了普通COB光源的技术空缺，目前在LED球泡灯，筒灯，射灯产品上尤为体现优势和良好的效果，扮演着不可缺少的角色。

注：电子信息产业发展基金项目：室内半导体照明器件电光源产品与检测技术研发及应用财建【2013】757号

参考文献

[1]王忆，李冠群，刘大伟，李钊英.LED COB封装产品光照性质的研究，中国照明电器,2013,04，(04)

[2]祁姝琪，丁申冬，郑鹏，秦会斌.COB封装对LED光学性能影响的研究，电子与封装,2012,03，(03):6-9

[3]黄承斌，王忆，彭渤.大功率LED COB封装关键技术的研究与分析，中国照明电器,2014,05，(05)

[4]李静静，胡锡兵，孙大兵.多芯片COB封装LED光源热管理，中国照明电器,2015

作者单位：（1厦门光莆电子股份有限公司2厦门光电子行业协会）