【深度分析】大功率白光LED路燈發(fā)光板與驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

　　但是這兩個(gè)方案有一個(gè)共同問題，由于器件數(shù)量比較多，使電路的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，而電路板自身的基板由熱的不良導(dǎo)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(dòng)散熱，比如加裝風(fēng)扇式散熱器等，還是被動(dòng)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(shù)對LED芯進(jìn)行陣列式封裝，形成大的發(fā)光板。該組裝方式在形成光學(xué)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(dǎo)熱復(fù)合材料基板上。如圖10和圖11所示，典型的高導(dǎo)熱復(fù)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(dá)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(jié)構(gòu)圖

圖11DBC陶瓷基板示意圖

　　相對于前兩種技術(shù)方案來講，采用COB技術(shù)將大功率LED芯片陣列式封裝在復(fù)合材料線路板上有以下幾點(diǎn)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體，因此對散熱也很不利。而高導(dǎo)熱復(fù)合材料是用共晶沖壓的方式制造的，電路層、絕緣層、導(dǎo)熱層之間結(jié)合緊密屬于原子級結(jié)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(jié)果表明：對于采用高導(dǎo)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(jié)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(shù)封裝的LED模塊，很容易實(shí)現(xiàn)將LED芯片工作結(jié)溫控制在120℃以下?！　?shí)際上，COB封裝技術(shù)和高熱導(dǎo)率復(fù)合材料的結(jié)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(shí)增加單位組件的發(fā)光亮度。而且高導(dǎo)熱復(fù)合材料是電路與熱沉的合成體，結(jié)構(gòu)緊湊，在散熱的同時(shí)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(shí)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(jìn)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(shù)成熟可靠，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。

圖12陶瓷基板LED陣列

　　采用半導(dǎo)體新型COB技術(shù)封裝后，LED芯片直接封裝在基板的銅線路層上，不用象單個(gè)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(biāo)準(zhǔn)計(jì)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(shù)陣列式封裝大功率白光LED芯片制造路燈照明發(fā)光板時(shí)，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(gè)很關(guān)鍵的因素。因?yàn)樾酒ぷ鬟^程中會(huì)不可避免的發(fā)熱，如果靠得過近，整個(gè)面板的中間的高熱區(qū)就會(huì)因?yàn)闇厣^快而影響燈具的正常使用，一般有可能會(huì)發(fā)生偏色，更嚴(yán)重的后果可能就是由于溫度過高，散熱不暢而導(dǎo)致LED發(fā)光器件失靈，造成整個(gè)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(yuǎn)，則可能會(huì)使出光后由于各點(diǎn)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(dǎo)致照明光強(qiáng)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(xué)現(xiàn)象。假設(shè)單芯片LED光源為受限朗伯光源且為點(diǎn)光源，可表示為：

　　如果