CN103453349A - Led灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体技术、电子技术、照明技术、COB封装技术。它通过一种合适的电路结构，把多颗芯片串联形成芯片阵列来适应高电压直接驱动LED灯，克服了目前的LED灯驱动器体积大、难以把它嵌入灯头内的问题，实现了LED灯小型化、标准化、低价化的要求；本发明运用一种COB封装技术，把芯片(23)均匀地固化到线路板(22)上，分散了发热点，扩大了散热面，较好地解决了LED灯的散热问题；本发明通过模型固化技术，使骨架(21)、线路板(22)、芯片(23)、胶层(24)有机固化在一起，形成一个光滑透明的圆柱形灯管(13)，达到灯管牢固、绝缘安全、光滑美观、且能向四周360度范围发射光线效果。

Description

LED灯

技术领域

本发明采用裸芯片作为发光源材料，以印刷电路板为基板，以COB封装工艺为制造工艺，以多颗芯片同向串联以适应市电高电压驱动，从而制作的圆柱形状的固态二极管节能灯。它是半导体技术、电子技术、照明技术、及COB封装技术结合的产品。 

背景技术

半导体照明亦称固态照明，是指用固态发光器件作为光源的照明，具有耗电量少、寿命长、色彩丰富、耐震动、可控性强等特点。 

20世纪90年代以来，半导体照明技术不断突破，应用领域日益扩展。在指示、显示领域的技术基本成熟，已得到广泛应用；在中大尺寸背光源领域的技术日趋成熟，市场占有率逐步提高；在功能性照明领域的技术刚刚起步，处于试点示范阶段。此外，医疗、农业等特殊领域的半导体照明技术方兴未艾。 

从长远发展看，世界照明工业正在转型，许多国家提出淘汰白炽灯、推广节能灯计划，将半导体照明节能产业作为未来新的经济增长点。随着我国产业结构调整、发展方式转变进程的加快，半导体照明节能产业作为节能减排的重要措施迎来了新的发展机遇期。 

虽然，LED灯开发方兴未艾，但是LED灯生产须要解决三个问题：一是目前的LED灯普遍采用低压直流驱动LED灯的方式，它把市电220V变压后整流成低压直流电供给LED灯，这种交流-直流变压整流电源(简称：驱动器，下同)体积大、质量大，不宜放入常用灯头窄小空间内；二是散热瓶颈，要做成大功率LED灯，必须要先解决散热问题，目前市场上的大功率LED灯都有一个体积较大的散热装置；三是价格高，由于驱动器及散热装置价格较高，所以整个LED灯价格很高，影响广泛应用。 

发明内容

本发明采用没有经过封装的发光二极管裸芯片(简称：芯片，下同)作为发光源，以印刷电路板(简称：线路板，下同)为基板，以COB封装(COB封装即chip On board，就是将裸芯片用导电或非导电胶粘附在互连基板上，然后进行引线键合实现其电连接)工艺为制造工艺，以多颗芯片同向串联组成的芯片阵列以适应市电高电压驱动，从而制作的圆柱形状的固态二极管节能灯-LED灯。它可直接用于市电螺口灯座上，无需其它驱动器，使用方便、安全、节能。 

本发明所要解决的第一个技术问题是，如何解决笨重的驱动器问题，做到LED灯小而轻。目前的LED灯用驱动器驱动，这种驱动器存在以下问题：一是驱动器体积大而重，一般的难 以放入窄小的灯头空间内，因此，大功率LED灯一般灯和驱动器分离，影响了在的普通灯座上的使用；二是驱动器相较于芯片易损坏，由于LED灯温度较高，变压器与电子元件易损坏，影响了整个LED灯的整体寿命；三是驱动器的成本很高，占LED灯成本一半。以上三点影响了LED灯的广泛应用。因此，如何解决LED灯驱动器的问题，使LED灯能做到小、轻、省，是LED灯需要攻克的技术难题。 

本发明所要解决的第二个技术问题是，如何有效解决大功率LED灯的散热问题。目前大功率LED灯发热点集中，散热采用特制的铝散热片的散热装置来解决散热问题，这样既增加了成本，又增加了LED灯的体积。如何在不增加成本及体积的条件下，解决散热问题是从事LED灯生产需要考虑的问题？ 

本发明所要解决的第三个技术问题是，如何延长LED灯的整体使用寿命。LED芯片其寿命一般在10万小时，而目前LED灯其寿命只有4000至5000小时，其原因：一是驱动器寿命较短，影响了整体LED灯的使用寿命；二是有效散热问题，由于目前大功率LED灯其发热点(即发光点)集中，影响了有效散热，如果不能有效解决LED灯的散热问题，使芯片温度超过安全值后，其安全电流区就会下降，这时供电电流应相应减小，否则会使光线衰减直至损坏。因些要延长LED灯的使用寿命，需要解决散热、驱动器及电流稳定与温度补偿的技术问题。 

本发明所要解决的第四个技术问题是，如何做到此LED灯安全、牢固及美观。由于本发明采用市电直接驱动LED灯，因此用电安全十分重要，在LED灯生产过程及使用过程中，必须要解决其安全技术，同时必须考虑LED灯的牢固性和美观性。 

本发明要解决的第五个问题是，如何用低成本制造出方便、实用的大功率LED灯。 

因此，LED灯要广泛应用，需要解决重量、体积、寿命与价格这几方面。本发明的解决方案如下： 

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案是：一是设计一个好的芯片阵列(指以多颗发光二极管芯片同向串联来达到适应市电高电压驱动的芯片组，下同)，本发明设计二种电路图(如图3和图4)，利用多颗芯片(23)串联来适应高压电源，从而省略笨重的驱动器。串联芯片数量由供电电压、芯片特性及限流电阻值而定，可按公式来计算：n＝(Vin-IR)/V，式中n为串联的芯片(23)数量，Vin为供电电压，I、V为芯片(23)的正常工作电流与工作压降，R为串接限流模块的总电阻。二是采用COB封装技术制作灯管(13)，其COB封装工艺如下：选择芯片(23)为裸芯片，芯片(23)经过固晶工艺，固定于置晶位置(29)，然后经过绑定工艺，使芯片(23)与线路板(22)进行引线键合实现其电连接，然后在芯片(23)上点荧光胶工艺后完成一张灯面制作，然后把这张制作好的灯面粘附在圆柱形骨架(21)上，最后经过模型固胶，使灯面外固化上一层透明光滑的胶面(24)。这种工艺制作的灯管(13)，其绝缘牢固、结构紧凑、一致性好，并且制作效率高、制造成本低。 

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案是，本发明采用均匀分散发热点、增大散热有效面积及合理的散热构造等技术解决LED灯的散热问题。其方法一是，设计线路板(22)时，置晶位置(29)均匀分布于基板(22)上，如图5所示，使发热体(23)的发热点在线路板(22)上均匀分布。二是线路板(22)采用薄的玻璃纤维板，并紧贴在金属骨架(21)上，芯片(23)所发出的热量一部分透过基板(22)传递给金属骨架(21)，由金属骨架向管腔(25)并向空气散发热量。三是灯面外侧固化一层约1至2MM厚的胶面(24)，该层采用热传导性好且绝缘、透明、耐高温的硅胶固化而成，热量通过该层也向空中散发热量。这样采用发热点均匀布、增大内外散热面积，可有效改善散热条件。 

本发明解决上述第三个技术问题所采用的技术方案是，一是省略驱动器，这一技术方案在上述第一个技术问题所采用的技术方案中已论述；二是有效改善散热条件，这一技术方案在上述第二个技术问题所采用的技术方案中已论述；三是增设了限流模块，如图3、图4所示，每一个芯片阵列(27)在电路中均设限流模块，限流模块(26)它有一个固定限流电阻R11及具有正温度系统的热敏电阻R12并联或者串联而成，当LED灯内部温度高于芯片(23)的安全工作温度时，热敏电阻R12增大，使注入芯片(23)的电流减小，从而保护了芯片(23)因过流而损坏。以上三种方案均确保LED灯寿命的延长。 

本发明解决上述第四个技术问题所采用的技术方案是，骨架(21)采用金属材料制成，形状为圆柱状，内空，它既作为散热闲置又支承灯管的作用，线路板(22)紧粘骨架(21)上，线路板(22)及芯片(23)外固化上一层透明的、高硬度的胶层(24)，形成圆柱形灯管(13)。这样的工艺使灯管(13)牢固，光束360度向四周发散，由于胶层(24)对整个灯管封胶，因此其绝缘性、密封性很好，安全性也很高，能防震，易于各种环境下应用。 

本发明解决上述第五个技术问题所采用的技术方案是，一是省略了驱动器，这一技术方案在上述第一个技术问题所采用的技术方案中已论述。二是增加芯片(23)在线路板(22)上的密度，由于芯片(23)面积很小，线路板(22)可以设计多组芯片阵列(27)，可达到LED灯的功率成倍增大。三是采用先进的COB封工艺，使制造成本下降，实现了用低成本制造出方便、实用的大功率LED灯。 

本发明与现有技术相比具有以下优点：一是本发明能够做到体积小，重量轻、使用方便。目前市场上的LED灯均由驱动器驱动，且有特制的散热装置，驱动器和灯管往往分离，给使用者带来较大不便，而本发明因省去驱动器，发热点分散，且散热结构合理，整个LED灯结构如目前的节能荧光灯大小，能够在现有的灯座上使用。二是本发明采用了COB封装工艺，使多颗芯片易于组成芯片阵列(27)，可利用市电高压驱动芯片(23)，省略了高压经过变压器变成低压的电路(即驱动器)，制造成本大大下降。三是采用芯片(23)均匀分布于线路板(22)上，使发热点分散，改进了目前的LED灯其发光点集中的缺点，散热效果大大提高，省略了特制的散热装置。四是采用了整个灯管(13)固化一层坚硬透明的胶层(24)， 绝缘性能很好，既牢固、防震，又安全、美观、不怕高温与低温。五是工艺先进，目前圆柱形LED灯制作工艺基本上以已经封装好的发光二极管(草帽LED或帖片LED)作为发光单元，焊在线路板上，然后一片片拼接成圆柱形，因此，它体积大，外表看起来是一个个发光二极管；而本发明的工艺是利用裸芯片(23)作为发光基材，采用COB封装工艺技术，胶层(24)固化于整个灯管表面，整个灯管(13)成了一个光滑的圆柱状。本发明具备了LED灯体积小、重量轻、安全、美观、牢固、使用方便且价格低的特性，如图1所示。 

附图说明

图1为本发明LED灯实物图。 

图2为本发明的局部剖视图和截面图。A-A为垂直于灯管轴心的截面图，B-B为经过灯管轴心的局部剖面图。 

图3为本发明所采用的电路原理图。 

图4为本发明的采用的电路原理图。 

图5为本发明按图3绘制的线路图(按一组芯片阵列绘制)。 

图6为本发明的线路板(22)经过固晶、绑定、点胶后形成的灯面示意图。 

图7为本发明的制作流程图 

图中： 

11-灯头，是LED灯与灯座连接部； 

12-灯身，连接灯头和灯管，内腔安置LED灯的限流模块和整流模块； 

13-灯管，是LED灯的主要部分，加电后灯管发光； 

21-骨架，金属材料，中空，起到支承灯管及散热用。 

22-线路板，按照图3或图4在该板上刻制电路。 

23-芯片，它为发光二极管裸芯片 

24-胶层，在圆柱形线路板外固化一层透明、绝缘、坚硬光滑胶面，起保护作用。 

25-骨架内空腔，起灯管散热用； 

26-限流模块，它与芯片阵列(27)串联，起到限流及温度补偿作用。 

27-芯片阵列，由多个芯片(23)在线路板(22)上串联而成，以适应高电压供电。 

28-整流模块，给按图4进行设计的线路板提供高压直流电。 

29-置晶位置，放置芯片(23)的地方，芯片通过引线键合实现与线路板电连接； 

30-线路板(22)上的导电金属线； 

31-线路板(22)的电源引入点。 

具体实施方式

本发明LED灯实物图1包括灯头11、灯身12、灯管13三大部分。 

本发明的灯头(11)用于LED灯与外界灯座电源连接。 

本发明的灯身(12)连接灯头(11)和灯管(13)，内置限流模块(26)和整流电路(28)。 

本发明的灯管(13)它包括灯管骨架(21)、线路板(22)、芯片(23)、胶层(24)，灯管内腔(25)。 

本发明的骨架(21)用于支承线路板(22)及散热作用，由金属材料制成。 

本发明的线路板(22)由厚约0.15mm的绝缘而耐高温的玻璃纤维作基板。 

本发明的芯片(23)是一种发光二极管裸芯片，它加电会发光发热。 

本发明的胶层(24)是由一种透明的、导热性及绝缘性好的硅胶经模型固化而成。。 

本发明的限流模块(26)，由一个固定电阻R11和具有正温度系数的热敏电阻并联或串联组成，当腔内温度上升时，其电阻值增大，使得流经芯片阵列1的电流下降，芯片发热下降，保护芯片免被损坏。 

本发明的芯片阵列(27)，它由多颗芯片(23)串联组成，线路板可设计1组或多组芯片阵列(27)，从而改变灯的功率大小。 

本发明的高压整流电路(28)，它经过高压整流后，通过电容(C1、C2、C3)、电感(L)的容抗滤波，把脉动的直流电变成较平稳的高压直流电驱动芯片阵列(27)。 

该发明的具体实施方式如下： 

第一步，准备好灯头(11)、灯身(12)及骨架(21)。 

第二步，选择电路原理图3还是图4，本文以选择图3为例。 

第三步，根据图3制作线路板(22)，如图5所示(图5以一组芯片阵列(27)而绘制的电路图)。 

第四步，线路板(22)表面(放芯片面)涂上绝缘荧光涂料。在线路板(22)的置晶位置(29)及电源引线片(31)上镀金，其它部位涂上绝缘荧光涂料，涂料色彩根据所制LED灯的色彩而定。主要作用是美观及提高光效。 

第五步，固晶及绑定：通过固晶工艺把芯片(23)置入线路板(22)的置晶位置(29)并固化；通过绑定工艺，使引线键合实现芯片(23)与线路板(22)的电连接。 

第六步，点胶：对已经固晶及绑定好的芯片(23)点荧光胶。经过以上三步，一张完整的LED灯面板制作完成，如图6所示。 

第七步，成形，把线路板(22)粘贴到骨架(21)上，使其灯面成圆柱形。 

第八步，焊线，在线路板(22)的连接片(31)处焊接二根导出线，做好固胶前的准备。 

第九步，固胶，用模型在灯面外固胶，形成一个内空、外面光洁透明的圆柱形灯管(13)。 

第十步，连线及套管，连接灯头(11)---限流模块(26)---引出线(31)，然后，把灯管 (13)套入灯身(12)中并固化。 

第十一步，检验，检测LED灯是否合格。 

经过一至十一步，整个LED灯制作完成 

上述实施例仅用于解释说明本发明构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。 

Claims (9)

1.一种LED灯，包括灯头(11)、灯身(12)和灯管(13)，及置于灯身(12)内的限流模块(26)及整流模块(28)，其特征在于：所述灯管(13)由骨架(21)、线路板(22)、芯片(23)及胶层(24)组成。

2.如权利要求1所述的LED灯，其特征在于：骨架(21)由金属材质制成，圆管状，既是灯管的支承架，同时又是该灯的散热装置。

3.如权利要求1所述的LED灯，其特征在于：发光体为由多颗芯片(23)经线路板(22)上的电路串联所组成的芯片阵列(27)，以此来适应市电的高电压驱动。

4.如权利要求1所述的LED灯，其特征在于：灯管(13)发光面为圆柱表面，发光体芯片(23)均匀分布于该面上。

5.如权利要求1所述的LED灯，其特征在于：发光面上一次性固化一层薄而透明的胶层(24)，形成了圆形灯管(13)的最外层。

6.如权利要求1所述的LED灯，其特征在于：线路板(22)表面涂有绝缘荧光涂料，其基材是薄的玻璃纤维板，线路板(22)上的电路按芯片阵列(27)设计，线路板(22)上的所置的芯片阵列(27)根据LED灯功率大小而设计成一组或多组。

7.如权利要求1所述的LED灯，其特征在于灯管(13)是采用C0B封装工艺制成的而制成的圆柱形灯面，首先把芯片(23)和线路板(22)经过固晶、绑定、点荧光胶工艺制成一张灯面，然后把这张灯面粘附在圆柱形骨架(21)成圆筒形，再经过模型固胶，使灯管(13)表面固化上一层透明光滑的胶面(24)。

8.如权利要求所述的LED灯，其特征在于芯片阵列(27)串接一限流模块(26)，该限流模块具有控制电流作用，当LED灯的温度处在安全温度内时，使流经芯片阵列(27)的电流限定在一安全电流值内，当LED灯内温度超过安全值时，内有一正温度系数的热敏电阻的阻值变大，则流经芯片阵列(27)的电流减小，以达到保护芯片(23)不至损坏的目的。

9.如权利要求所述的LED灯，其特征在于整流模块(28)由4个高压二极管进行整流，并经电感L和电容C进行滤波，变为比较平稳的直流电，用于该发明中。

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