【深度分析】大功率白光LED路灯发光板与驱动设计

　　但是这两个方案有一个共同问题，由于器件数量比较多，使电路的设计比较复杂，而电路板自身的基板由热的不良导体制成，灯具热流散发不畅，很难与各种外部散热手段（无论是主动散热，比如加装风扇式散热器等，还是被动散热，比如加装散热片等）兼容，影响了灯具的稳定性和使用寿命，故障率相对较高。　　为解决以上问题，可以采用COB技术对LED芯进行阵列式封装，形成大的发光板。该组装方式在形成光学微腔的封装过程与单管大功率LED封装方式完全相同，只是以阵列的方式将LED芯片固晶在一块较大面积的敷有氧化膜绝缘层和电路层的高导热复合材料基板上。如图10和图11所示，典型的高导热复合材料衬底有美国Bergquist公司的T2Clad产品，德国Curamik覆铜陶瓷板DBC（DirectBondedCopper）。使用成本更低廉的覆铜铝基板也可以达到同样的热沉效果（铝基板的氧化膜可承受1000V的静电击穿电压）。

图10金属覆铜板的结构图

图11DBC陶瓷基板示意图

　　相对于前两种技术方案来讲，采用COB技术将大功率LED芯片阵列式封装在复合材料线路板上有以下几点好处：

　　从散热管理的角度来讲，虽然贴片式LED（ChipSMDLED）、功率LED（PowerLED）器件在芯片下装有高导热材料的热沉层，但是从LED芯片依次向下有反射层、电路层、绝缘层、导热材料组成的热沉层，而各层之间粘合或多或少要使用一些不良的散热材料，此外，目前常规方案中使用的电路板的基板也是热的不良导体，因此对散热也很不利。而高导热复合材料是用共晶冲压的方式制造的，电路层、绝缘层、导热层之间结合紧密属于原子级结合方式，因此其散热率更是高于单管热沉层的散热率。

　　另外根据有限元分析软件对功率型LED组件热阻模型分析结果表明：对于采用高导热热沉的单管大功率LED的封装方案，外加散热基板面积的尺寸很大程度影响芯片的结温，在空气自然对流下，其直径要大于20mm才能使得LED芯片在120℃以下工作。而采用的COB技术封装的LED模块，很容易实现将LED芯片工作结温控制在120℃以下。　　实际上，COB封装技术和高热导率复合材料的结合，其优势更加体现在多芯片封装上，如图12所示，形成多芯片模块组件，有利于提高LED单位封装组件的散热性能，同时增加单位组件的发光亮度。而且高导热复合材料是电路与热沉的合成体，结构紧凑，在散热的同时也解决了电气连接的电路问题，并且由于电路层单面分布，可实现电热性能分开，与外部制冷器能很好的兼容，外部制冷组件可以直接贴在板后，进一步降低工作温度保证LED光源的可靠性和稳定性。另外，采用COB封装的制作工艺兼容于目前电路板制作流程，技术成熟可靠，可实现大规模量产。

图12陶瓷基板LED阵列

　　采用半导体新型COB技术封装后，LED芯片直接封装在基板的铜线路层上，不用象单个功率型LED器件那样另外加工芯片热沉、电极引线框架以及塑料外壳等，能简化LED封装工艺，缩短封装流程，节约成本。

　　2.4以光线最佳归一化为标准计算COB组装的大功率白光LED芯片阵列的芯片间距离

　　采用COB技术阵列式封装大功率白光LED芯片制造路灯照明发光板时，芯片间的距离对阵列的出光效率和热管理的影响也是一个很关键的因素。因为芯片工作过程中会不可避免的发热，如果靠得过近，整个面板的中间的高热区就会因为温升过快而影响灯具的正常使用，一般有可能会发生偏色，更严重的后果可能就是由于温度过高，散热不畅而导致LED发光器件失灵，造成整个发光阵列的开路，影响灯具的使用寿命和稳定性能。所以要避免这种不利的热管理状态。但是，如果距离太远，则可能会使出光后由于各点LED光源射出后在被照场内交叉覆盖不足即光线归一化不好而导致照明光强不均匀。

　　现在忽略芯片、封装材料以及空气三者之间界面的反射、折射以及全反射等光学现象。假设单芯片LED光源为受限朗伯光源且为点光源，可表示为：

　　如果