集成封裝形式的LED光電一體化引擎，采用晶圓形態(tài)封裝技術(shù)，合理的光學(xué)與散熱設(shè)計(jì)，搭配高效高品質(zhì)的高壓線性恒流技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了以最優(yōu)化的成本與性能集合的新一代光電一體化LED模塊。

此產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)可給LED封裝產(chǎn)業(yè)帶來一種創(chuàng)新思路，將傳統(tǒng)LED封裝產(chǎn)業(yè)范圍向上、下游拓展，在當(dāng)前LED封裝界陷入邊際成本遞增與邊際收益遞減的現(xiàn)狀，成本利潤已達(dá)臨界點(diǎn)而投資回報(bào)不如預(yù)期的尷尬局面形勢下，不需要進(jìn)一步追加投資來增加產(chǎn)品的附加值就可獲得一種嶄新光電引擎。符合半導(dǎo)體產(chǎn)品的集成化趨勢及規(guī)模化生產(chǎn)的潮流。裸晶光引擎用來設(shè)計(jì)生產(chǎn)新一代LED球泡燈、筒燈等都十分方便快捷，圖1展示了用寧波美亞裸晶光引擎生產(chǎn)的新型LED球泡燈。

圖2 用寧波美亞裸晶光引擎生產(chǎn)的新型LED球泡燈

一、裸晶光引擎市場前景

LED封裝企業(yè)可以把下游的用戶分為四類(圖1)，裸晶光電引擎在保證燈具優(yōu)越光電性能的基礎(chǔ)上可大幅降低光源和燈具的物料及加工成本，是配合終端光源和燈具工廠占領(lǐng)市場的理想選擇。

       圖2 LED封裝企業(yè)可以把下游用戶分為四類

二、裸晶光引擎性能

光：高光效可達(dá)130lm/w,顯色指數(shù)≥80，色容差≤6，符合歐盟ERP條例;

電：輸入AC180-240V/100-130V/50-60HZ，功率5-12W, PF≥0.95，THD<15% ，電源效率≥90%，EMC符合CE、RCM認(rèn)證要求;

熱：基板導(dǎo)熱率≥25 W/m﹒K;

環(huán)保：符合ROSH標(biāo)準(zhǔn);

使用：將電源AC輸入端引線直接焊接于模塊上L/N焊盤即可點(diǎn)亮。

寧波美亞光電的裸晶光引擎的傳導(dǎo)測試如圖3所示，性能滿足規(guī)模生產(chǎn)LED光源和燈具的需要。10W裸晶光引擎測試報(bào)告(不帶罩)如圖4所示。

       圖3 裸晶光引擎?zhèn)鲗?dǎo)測試

       圖4 10W裸晶光引擎測試報(bào)告(不帶罩)

三、裸晶光引擎的組成

裸晶光引擎由：陶瓷基板 + COB光源 + 驅(qū)動電源 組成;

       (一) 陶瓷PCB基板

陶瓷PCB基板如圖5所示，陶瓷基板具有鋁基板所沒有的許多優(yōu)點(diǎn)。陶瓷基板的主要優(yōu)點(diǎn)：

1、與傳統(tǒng)鋁基板相比，陶瓷基板的反射率較高，有助于提高光效。

2、陶瓷具有抗氧化，耐酸堿，耐磨、耐老化等高可靠性特點(diǎn)。

3、陶瓷為絕緣體，有助于LED照明產(chǎn)品通過各種高壓測試，安規(guī)測試。

4、陶瓷的熱脹冷縮系數(shù)較小，高溫環(huán)境下，其表面也較為平整，有助于保持與散熱體間的熱阻系數(shù)。

5、陶瓷基板導(dǎo)熱系數(shù)較高，同等功率設(shè)計(jì)可使用更小的空間。

圖5   陶瓷PCB基板

陶瓷基板主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

       (二) 特殊設(shè)計(jì)的COB光源

1)基于材料及芯片排布設(shè)計(jì)的COB，導(dǎo)熱效率高，使用壽命長。

COB光源部分是直接將LED發(fā)光芯片貼裝在導(dǎo)熱性能極佳的陶瓷基板上，陶瓷基板的導(dǎo)熱率是鋁基板的20倍以上，極速的導(dǎo)熱速度可以將熱量縱向快速導(dǎo)入散熱體，LED熱量的快速導(dǎo)出大幅度降低了LED發(fā)光芯片的因熱而光衰減。

其環(huán)形排布的芯片布局保證了每顆芯片均有自己的橫向散熱通道，科學(xué)合理的散熱設(shè)計(jì)真正確保了COB光源部分的高壽命。而不采用通常COB的LED發(fā)光芯片的集中串并聯(lián)排列模式，這方式使中間部份的芯片承受了更多的熱量，造成COB在點(diǎn)定亮一段時間后因中部溫度集中致使光源中間部分明顯變暗發(fā)黑的光衰減現(xiàn)象。

圖6 特殊設(shè)計(jì)的COB光源

2)基于科學(xué)合理的光學(xué)布局與新型封裝材料，獲得優(yōu)越的發(fā)光效率與光形效果。

LED芯片以雙排環(huán)形陣列排布，保證了每顆LED芯片的光發(fā)射通道更加通暢，更加沒有阻礙;呈環(huán)狀布局的LED芯片陣列投射出的的發(fā)光面效果更加柔和，照度分布更加均勻，與同等能量的COB及點(diǎn)光源比，最大限度的減少了同等能量下的點(diǎn)光源造成的光污染。

LED芯片固于高反射率的陶瓷基片上，使用高折射率、低應(yīng)力的硅樹脂進(jìn)行封裝，并且圍壩也采用透光率達(dá)80%的封裝膠水，最大限度地避免光損失，更充分的發(fā)揮了光源效率。

3)采用多串少并技術(shù)的LED光源可以小電流驅(qū)動，因而降低了芯片的發(fā)熱量。

LED光源部分設(shè)計(jì)成小電流(15-60MA)、高電壓(DC220-256V)工作模式，降低了LED芯片的溫升，并且做到了與低成本線性恒流驅(qū)動電源的完美匹配。

       (三) 高壓線性恒流驅(qū)動電源

使用晶圓級封裝技術(shù)，以極為簡單的電路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)恒流和高效率，并且最大限度地降低了電源成本。高壓線性恒流驅(qū)動芯片應(yīng)用電路簡潔，沒有電感器、變壓器和電解電容器，高壓線性恒流驅(qū)動芯片的原理框圖如圖7，裸片IC打線如圖8。

圖7 高壓線性恒流驅(qū)動芯片的原理框圖

       圖8 裸片IC打線圖

高壓線性恒流驅(qū)動芯片主要特點(diǎn)：

1)線性分段式恒流LED驅(qū)動 ;

2)可根據(jù)LED壓降自動切換LED燈串;

3)高精度LED恒流電流 (+/-3%) ;

4)最大LED峰值電流:60mA ;

5)PFC高達(dá)0.99;THD小于15% ;

6)高溫下自動降電流延遲壽命;

7)LED 斷路，短路，過溫，VDD 欠壓保護(hù);

8)內(nèi)置功率管減少了BOM數(shù)量;

9)輕松通過EMC測試;符合CE、SAA、C-TICK、UL標(biāo)準(zhǔn);

10)晶圓式封裝。

裸晶光引擎將成為新一代的LED光電合一的封裝新技術(shù)，裸晶光電引擎將顛覆目前的LED光源和燈具的制造技術(shù)，使用裸晶光電引擎將可采用自動化生產(chǎn)線快捷而方便簡單的大規(guī)模生產(chǎn)球泡燈和筒燈，將大大降低企業(yè)的勞動用工成本，為LED光源和燈具進(jìn)一步降低產(chǎn)品成本，以便LED光源和燈具有更親民的零售價(jià)格，從而有可能成為走進(jìn)平民百姓家庭的廉價(jià)藍(lán)海LED產(chǎn)品。

       作者介紹：

何 剛 寧波市美亞光電科技有限公司總工程師

王玨越 寧波市美亞光電科技有限公司董事長

顏重光 北京大學(xué)上海微電子研究院兼職教授