【深度分析】大功率白光LED路燈發(fā)光板與驅動設計

　　但是這兩個方案有一個共同問題，由于器件數(shù)量比較多，使電路的設計比較復雜，而電路板自身的基板由熱的不良導體制成，燈具熱流散發(fā)不暢，很難與各種外部散熱手段（無論是主動散熱，比如加裝風扇式散熱器等，還是被動散熱，比如加裝散熱片等）兼容，影響了燈具的穩(wěn)定性和使用壽命，故障率相對較高?！　榻鉀Q以上問題，可以采用COB技術對LED芯進行陣列式封裝，形成大的發(fā)光板。該組裝方式在形成光學微腔的封裝過程與單管大功率LED封裝方式完全相同，只是以陣列的方式將LED芯片固晶在一塊較大面積的敷有氧化膜絕緣層和電路層的高導熱復合材料基板上。如圖10和圖11所示，典型的高導熱復合材料襯底有美國Bergquist公司的T2Clad產(chǎn)品，德國Curamik覆銅陶瓷板DBC（DirectBondedCopper）。使用成本更低廉的覆銅鋁基板也可以達到同樣的熱沉效果（鋁基板的氧化膜可承受1000V的靜電擊穿電壓）。

圖10金屬覆銅板的結構圖

圖11DBC陶瓷基板示意圖

　　相對于前兩種技術方案來講，采用COB技術將大功率LED芯片陣列式封裝在復合材料線路板上有以下幾點好處：

　　從散熱管理的角度來講，雖然貼片式LED（ChipSMDLED）、功率LED（PowerLED）器件在芯片下裝有高導熱材料的熱沉層，但是從LED芯片依次向下有反射層、電路層、絕緣層、導熱材料組成的熱沉層，而各層之間粘合或多或少要使用一些不良的散熱材料，此外，目前常規(guī)方案中使用的電路板的基板也是熱的不良導體，因此對散熱也很不利。而高導熱復合材料是用共晶沖壓的方式制造的，電路層、絕緣層、導熱層之間結合緊密屬于原子級結合方式，因此其散熱率更是高于單管熱沉層的散熱率。

　　另外根據(jù)有限元分析軟件對功率型LED組件熱阻模型分析結果表明：對于采用高導熱熱沉的單管大功率LED的封裝方案，外加散熱基板面積的尺寸很大程度影響芯片的結溫，在空氣自然對流下，其直徑要大于20mm才能使得LED芯片在120℃以下工作。而采用的COB技術封裝的LED模塊，很容易實現(xiàn)將LED芯片工作結溫控制在120℃以下。　　實際上，COB封裝技術和高熱導率復合材料的結合，其優(yōu)勢更加體現(xiàn)在多芯片封裝上，如圖12所示，形成多芯片模塊組件，有利于提高LED單位封裝組件的散熱性能，同時增加單位組件的發(fā)光亮度。而且高導熱復合材料是電路與熱沉的合成體，結構緊湊，在散熱的同時也解決了電氣連接的電路問題，并且由于電路層單面分布，可實現(xiàn)電熱性能分開，與外部制冷器能很好的兼容，外部制冷組件可以直接貼在板后，進一步降低工作溫度保證LED光源的可靠性和穩(wěn)定性。另外，采用COB封裝的制作工藝兼容于目前電路板制作流程，技術成熟可靠，可實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。

圖12陶瓷基板LED陣列

　　采用半導體新型COB技術封裝后，LED芯片直接封裝在基板的銅線路層上，不用象單個功率型LED器件那樣另外加工芯片熱沉、電極引線框架以及塑料外殼等，能簡化LED封裝工藝，縮短封裝流程，節(jié)約成本。

　　2.4以光線最佳歸一化為標準計算COB組裝的大功率白光LED芯片陣列的芯片間距離

　　采用COB技術陣列式封裝大功率白光LED芯片制造路燈照明發(fā)光板時，芯片間的距離對陣列的出光效率和熱管理的影響也是一個很關鍵的因素。因為芯片工作過程中會不可避免的發(fā)熱，如果靠得過近，整個面板的中間的高熱區(qū)就會因為溫升過快而影響燈具的正常使用，一般有可能會發(fā)生偏色，更嚴重的后果可能就是由于溫度過高，散熱不暢而導致LED發(fā)光器件失靈，造成整個發(fā)光陣列的開路，影響燈具的使用壽命和穩(wěn)定性能。所以要避免這種不利的熱管理狀態(tài)。但是，如果距離太遠，則可能會使出光后由于各點LED光源射出后在被照場內(nèi)交叉覆蓋不足即光線歸一化不好而導致照明光強不均勻。

　　現(xiàn)在忽略芯片、封裝材料以及空氣三者之間界面的反射、折射以及全反射等光學現(xiàn)象。假設單芯片LED光源為受限朗伯光源且為點光源，可表示為：

　　如果