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打造LED高光效COB封装产品的具体方法

随着LED封装技术的不断创新以及国内外节能减排政策的执行,LED光源应用在照明领域的比例日益增大,新的封装形式不断推出。源磊高级工程师欧阳明华表示:‘LED在散热、光效、可靠性、性价比方面的表现依然是关注点,如果这些得不到突破,或者未来有LED以外新的产品能够取得突破,那么照明领域选择的可能不会是LED。’COB(Chip on Board)正是在这种背景下业界推出的LED封装产品,相比传统分立式LED封装产品,具备更好的一次散热能力,高密度的光通量输出。本文除了阐述COB的一些特点外,重点从基本原理上探讨如何提高COB的光效,寻求满足照明核心价值点的方法。

COB具备良好散热能力

在设计LED封装结构时,应尽可能降低芯片结温。COB封装芯片的散热途径最短,主要可以将工作中芯片的热量快速传递至金属基板,进而传给散热片,因此COB比传统分立式元件组装具备更好的散热能力。当前COB金属基板的材质选择有铜、铝、氧化铝、氮化铝等,在综合成本、散热能力、防腐蚀等方面上,主要选择铝作为金属基板来制作COB,下图为源磊COB产品结构图。

COB可实现高密度光通量输出

我们在模组化设计使用LED时通常给光源的空间不多,同时又希望在很小的尺寸里有足够高的亮度输出,而在分立元件LED上几乎找不到这一方案,当然有些可能会选择3535陶瓷或其他尺寸小光通量相对高的产品,但都无法与COB或MCOB的高密度光通量输出媲美。于是COB在产品模组化的优势就体现了出来:帮助了模组化设计又保持了较高的光通量。

COB的驱动设计非常灵活,应用端可以结合现有的驱动条件选择COB,满足低压到高压多种方案。

COB三种模块化设计图

COB封装的缺点

COB虽然有很多优势,但目前照明市场上还不是主流。我们在当前看好COB的同时,更应该看到其背后的缺点,以便找到制约其应用的原因。首先,COB的光效依然偏低。COB由于是平面发光,不能像分立式LED一样有PPA将芯片的侧光辅助输出,导致有部分光损失。其次,COB目前没有标准化的外形,国内厂商大多依据各自的合作伙伴制造COB,匹配相应灯具,驱动方式,每一家的外形又不统一,限制了COB的大规模使用。

提升COB光效的方法

基于COB光效偏低的问题,笔者认为应当从基板原理上思考解决方法。LED封装光效的提升我们通常讲的是外量子效率,即在芯片一样的情况下如何提高封装产品或者整个模组的光通量。首先,高反射率的基板材质,芯片放置区的反射率直接影响到整个光通量输出,无论是铜基板,铝基板,陶瓷基板,都要遵循此规则。而且必须注意的是,在组装应用COB的时候,基板发光面之外的区域也要考虑,如果在发光面上不加反光杯,应当发光面之外的区域加反光材料。其次,大颗粒、高辉度的荧光粉,高透光率的封装硅胶,这点与传统分立式LED光效提升方法相同。再次,固晶时芯片的排布间距及驱动方式要合理,在同等功率下,尽可能采用驱动电流小的方案,避免停留过多的热量在基板内部。另外,当发光面的尺寸较小时,在荧光粉表面点透镜外形硅胶,不仅可以增大角度,而且可进一步提高光效。