独家解密：LED裸晶光引擎技术

       集成封装形式的LED光电一体化引擎，采用晶圆形态封装技术，合理的光学与散热设计，搭配高效高品质的高压线性恒流技术，实现了以最优化的成本与性能集合的新一代光电一体化LED模块。

       此产品设计技术可给LED封装产业带来一种创新思路，将传统LED封装产业范围向上、下游拓展，在当前LED封装界陷入边际成本递增与边际收益递减的现状，成本利润已达临界点而投资回报不如预期的尴尬局面形势下，不需要进一步追加投资来增加产品的附加值就可获得一种崭新光电引擎。符合半导体产品的集成化趋势及规模化生产的潮流。裸晶光引擎用来设计生产新一代LED球泡灯、筒灯等都十分方便快捷，图1展示了用宁波美亚裸晶光引擎生产的新型LED球泡灯。

图2 用宁波美亚裸晶光引擎生产的新型LED球泡灯

一、裸晶光引擎市场前景

       LED封装企业可以把下游的用户分为四类(图1)，裸晶光电引擎在保证灯具优越光电性能的基础上可大幅降低光源和灯具的物料及加工成本，是配合终端光源和灯具工厂占领市场的理想选择。

       图2 LED封装企业可以把下游用户分为四类

二、裸晶光引擎性能

       光：高光效可达130lm/w,显色指数≥80，色容差≤6，符合欧盟ERP条例;

       电：输入AC180-240V/100-130V/50-60HZ，功率5-12W, PF≥0.95，THD<15% ，电源效率≥90%，EMC符合CE、RCM认证要求;

       热：基板导热率≥25 W/m﹒K;

       环保：符合ROSH标准;

       使用：将电源AC输入端引线直接焊接于模块上L/N焊盘即可点亮。

       宁波美亚光电的裸晶光引擎的传导测试如图3所示，性能满足规模生产LED光源和灯具的需要。10W裸晶光引擎测试报告(不带罩)如图4所示。

       图3 裸晶光引擎传导测试

       图4 10W裸晶光引擎测试报告(不带罩)

三、裸晶光引擎的组成

       裸晶光引擎由：陶瓷基板 + COB光源 + 驱动电源 组成;

       (一) 陶瓷PCB基板

       陶瓷PCB基板如图5所示，陶瓷基板具有铝基板所没有的许多优点。陶瓷基板的主要优点：

       1、与传统铝基板相比，陶瓷基板的反射率较高，有助于提高光效。

       2、陶瓷具有抗氧化，耐酸碱，耐磨、耐老化等高可靠性特点。

       3、陶瓷为绝缘体，有助于LED照明产品通过各种高压测试，安规测试。

       4、陶瓷的热胀冷缩系数较小，高温环境下，其表面也较为平整，有助于保持与散热体间的热阻系数。

       5、陶瓷基板导热系数较高，同等功率设计可使用更小的空间。

图5   陶瓷PCB基板

       陶瓷基板主要技术参数如表1所示。

       (二) 特殊设计的COB光源

       1)基于材料及芯片排布设计的COB，导热效率高，使用寿命长。

       COB光源部分是直接将LED发光芯片贴装在导热性能极佳的陶瓷基板上，陶瓷基板的导热率是铝基板的20倍以上，极速的导热速度可以将热量纵向快速导入散热体，LED热量的快速导出大幅度降低了LED发光芯片的因热而光衰减。

       其环形排布的芯片布局保证了每颗芯片均有自己的横向散热通道，科学合理的散热设计真正确保了COB光源部分的高寿命。而不采用通常COB的LED发光芯片的集中串并联排列模式，这方式使中间部份的芯片承受了更多的热量，造成COB在点定亮一段时间后因中部温度集中致使光源中间部分明显变暗发黑的光衰减现象。

图6 特殊设计的COB光源

       2)基于科学合理的光学布局与新型封装材料，获得优越的发光效率与光形效果。

       LED芯片以双排环形阵列排布，保证了每颗LED芯片的光发射通道更加通畅，更加没有阻碍;呈环状布局的LED芯片阵列投射出的的发光面效果更加柔和，照度分布更加均匀，与同等能量的COB及点光源比，最大限度的减少了同等能量下的点光源造成的光污染。

       LED芯片固于高反射率的陶瓷基片上，使用高折射率、低应力的硅树脂进行封装，并且围坝也采用透光率达80%的封装胶水，最大限度地避免光损失，更充分的发挥了光源效率。

       3)采用多串少并技术的LED光源可以小电流驱动，因而降低了芯片的发热量。

       LED光源部分设计成小电流(15-60MA)、高电压(DC220-256V)工作模式，降低了LED芯片的温升，并且做到了与低成本线性恒流驱动电源的完美匹配。

       (三) 高压线性恒流驱动电源

       使用晶圆级封装技术，以极为简单的电路结构，实现恒流和高效率，并且最大限度地降低了电源成本。高压线性恒流驱动芯片应用电路简洁，没有电感器、变压器和电解电容器，高压线性恒流驱动芯片的原理框图如图7，裸片IC打线如图8。

图7 高压线性恒流驱动芯片的原理框图

       图8 裸片IC打线图

       高压线性恒流驱动芯片主要特点：

       1)线性分段式恒流LED驱动 ;

       2)可根据LED压降自动切换LED灯串;

       3)高精度LED恒流电流 (+/-3%) ;

       4)最大LED峰值电流:60mA ;

       5)PFC高达0.99;THD小于15% ;

       6)高温下自动降电流延迟寿命;

       7)LED 断路，短路，过温，VDD 欠压保护;

       8)内置功率管减少了BOM数量;

       9)轻松通过EMC测试;符合CE、SAA、C-TICK、UL标准;

       10)晶圆式封装。

       裸晶光引擎将成为新一代的LED光电合一的封装新技术，裸晶光电引擎将颠覆目前的LED光源和灯具的制造技术，使用裸晶光电引擎将可采用自动化生产线快捷而方便简单的大规模生产球泡灯和筒灯，将大大降低企业的劳动用工成本，为LED光源和灯具进一步降低产品成本，以便LED光源和灯具有更亲民的零售价格，从而有可能成为走进平民百姓家庭的廉价蓝海LED产品。

       作者介绍：

       何 刚 宁波市美亚光电科技有限公司总工程师

       王珏越 宁波市美亚光电科技有限公司董事长

       颜重光 北京大学上海微电子研究院兼职教授