CN103953901B - 大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法，包括非绝缘导热基板，E型透明过渡电路集成透明块(470)背对银浆电路的一面紧密贴合非绝缘导热基板布置；将LED驱动电源大芯片(410)带接口导线电路的一面贴合在E型透明过渡电路集成透明块(470)带银浆电路的一面进行对焊；所述的LED照明大芯片(420)带芯片的一面还设有F型透明过渡电路集成透明块(480)；所述的F型透明过渡电路集成透明块(480)带银浆电路面的一端与LED照明大芯片(420)带银浆电路的一面按接口导线进行对焊，另一端再与E型透明过渡电路集成透明块(470)带银浆电路的一面按接口导线进行对焊。

Description

大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法

技术领域

本发明涉及一种大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法，属于LED照明技术领域。

背景技术

申请号201310140124.5、201310140138.7、201310140150.8、201310140105.2、201310140134.9、201310140106.7、201310140151.2、201310140136.8等中国专利申请公开了多个能在通用和互换的LED灯泡上使用的光机模组技术方案。这些技术为建立以LED灯泡为中心的照明产业架构，使LED灯泡(照明光源)、灯具、照明控制成为独立生产、应用的终端产品的基本理念奠定了基础。但上述专利尚未解决光机模组内置驱动电源的问题。

现行的LED驱动电源多为开关电源，体积太大；也有体积稍小的线性电源，但其驱动芯片多以DIP双列直插或SMD贴片封装型式再配合辅助元器件，其体积仍不足以小到能放置到光机模组内部。

LED照明从芯片厂提供LED芯片开始到照明灯需要经一系列的诸如贴片、固晶、焊接、封装、分光分色、驱动设计、散热设计、灯具设计等复杂而冗长的生产设计过程，由于存在芯片布置设计、导热设计和电源驱动设计等诸多不确定性，这种以LED芯片为中心的产业架构难以在可更换光源的模式下实现光源(灯泡)标准化，最终导致终端市场上的LED灯多以不可更换光源的整体结构灯为主体，增加了照明产品的产业复杂度和降低了照明产品的产业集中度。

进一步创造理念先进、更易标准化的LED灯泡光机模组内置驱动电源和LED照明芯片结构方案对于大规模推广LED照明意义深远。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法。它是将LED芯片和驱动电源制作成LED照明大芯片和LED驱动电源大芯片的型式，直接将大芯片贴装在非绝缘的导热基板或散热器上，使LED具备非常好的散热条件剧，采用LED驱动电源大芯片和LED照明大芯片结构的LED光机模组或灯泡，它在结构上有利于LED照明的标准化、大规模的推广。

本发明的技术方案：大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法，其特点是：包括非绝缘导热基板，E型透明过渡电路集成透明块背对银浆电路的一面紧密贴合非绝缘导热基板布置；将LED驱动电源大芯片带接口导线电路的一面贴合在E型透明过渡电路集成透明块带银浆电路的一面进行对焊；LED照明大芯片背对银浆电路的一面紧密贴合非绝缘导热基板布置，其接口导线端与E型透明过渡电路集成透明块输出端接口导线端对齐；所述的LED照明大芯片带芯片的一面还设有F型透明过渡电路集成透明块；所述的F型透明过渡电路集成透明块带银浆电路面的一端与LED照明大芯片带银浆电路的一面按接口导线进行对焊，另一端再与E型透明过渡电路集成透明块带银浆电路的一面按接口导线进行对焊得LED光机模组。

上述的大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法中，非绝缘导热基板为金属或非金属导热材料制作，与LED照明大芯片贴合面为镜面；所述的非绝缘导热基板可以采用光机模板(的型式，或灯泡的导热支架的型式，或其他似散热器的型式；对于采用中、小型的LED光机模板，外部电源或信号直接通过接插件焊接在贴合于光机模板上的LED驱动电源大芯片上接入；对于采用大型的LED光机模组，外部电源或信号通过接插件连接柔性电路接入到透明过渡电路集成透明块上再导入LED驱动电源大芯片；所述的LED驱动电源大芯片上或还设置有透明盖板；所述的LED光机模组沿LED驱动电源大芯片、LED照明大芯片、E型透明过渡电路集成透明块和F型透明过渡电路集成透明块周边封透明胶得到封装完整的LED光机模组。

前述的大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法中，所述的E型透明过渡电路集成透明块包括第三透明基板，第三透明基板上印刷有银浆电路，银浆电路为接口导线，接口导线有接入端和输出端。接入端接口导线的宽度与柔性电路接入端的宽度W_G1相同或有与电气接插件相连的焊盘，输出端的接口导线的宽度、数量和间距与LED照明大芯片的宽度W、数量N+1和间距W_JG相同，接口导线或还与LED驱动电源大芯片的输入端连接，其宽度为W_G；所述的F型透明过渡电路集成透明块包括第四透明基板，第四透明基板上印刷有银浆电路，银浆电路为接口导线，接口导线的宽度、数量和间距与LED照明大芯片的宽度W、数量N+1和间距W_JG相同。过渡电路集成透明块用于将外部电源或信号接入一个以上的LED驱动电源大芯片，再通过LED驱动电源大芯片输出到LED照明大芯片上。它解决了外部电源或信号接入LED驱动电源大芯片或LED驱动电源大芯片输出到LED照明大芯片的电路需涉及电路转换问题。

前述的其他似散热器型式的非绝缘导热基板包含散热器，散热器上设有内卡环和内罩的固定槽，内卡环和内罩的固定槽粘接固定在固定槽中，内卡环由螺钉二次固定；所述的带荧光粉的内罩或可用在LED照明大芯片表面设置带荧光粉的透明胶的方案替代；或可设置内环罩粘接在内卡环和内罩之间；透镜粘接固定在内卡环上，并通过透镜卡环二次固定，透镜卡环由卡环固定螺钉固定在内卡环上；所述的散热器上还设有接插件，柔性电路与接插件和透明过渡电路集成透明块连接。

前述的大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法中，所述LED照明大芯片包括一个宽度固定为W的第一透明基板，第一透明基板上设有N+1条平行的接口导线，第一透明基板上设有N颗LED芯片构成LED芯片串联组，每颗LED芯片均位于两条相邻的接口导线之间，两条相邻的接口导线的间距为W_JG等于W减接口导线宽再除以N(W_JG＝(W-接口导线宽)/N)，且每颗LED芯片的正负极均分别连接在两条相邻的接口导线上；且同时并联多个LED串联组，使得透明基板上形成可在透明基板长度方向上延伸的N列多行的LED芯片阵列；N为3至7之间的整数；在组建LED光机模组时，根据功率需要，对LED照明大芯片进行剪裁，剪裁成不同长度的LED照明大芯片具有不同的功率；所述的LED芯片承载电压约为DC3.2V(根据实际情况适当调整)或大于DC10V的高电压。

前述的大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法中，所述LED芯片阵列和接口导线在透明基板上的形成方法是：采用透明的衬底做过渡外延层形成的薄型外延片，外延片采用成熟芯片制造技术分层生长电路和LED芯片，然后经切割形成宽度为W的LED照明大芯片，其中生长出的电路包括接口导线和连接LED芯片和接口导线的连接芯片的导线，衬底作为第一透明基板；所述的芯片二极由于不需要焊接，可采用透明电极，以增加芯片的发光面积；所述的芯片成熟制造技术是：采用有机金属化学气相沉积设备分层进行覆硅、上胶、光刻、蚀刻、镀膜、合金和磨片等工艺；或者采用传统技术将LED芯片阵列贴装在印制好银浆电路的第一透明基板上，并通过倒装焊接或金丝正装焊接与第一透明基板上的银浆电路连接，获得LED照明大芯片，银浆刷电路包括接口导线和连接芯片的导线。

前述的大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法中，所述LED驱动电源大芯片包括宽度固定为W的第二透明基板，透明基板印制有银浆线路，银浆电路上有接口导线，接口导线有接入端和输出端；接入端的宽度与光机模板上的接口导线接入端的宽度W_G相同或有与接插件相连的焊盘；输出端的接口导线上有N+1条平行的接口导线，相邻两条接口导线的间距W_JG等于W减接口导线宽再除以N(W_JG＝(W-接口导线宽)/N)；第二透明基板上先粘贴未经封装的电源驱动晶圆级芯片和整流桥晶圆级芯片，然后将未经封装的电源驱动晶圆级芯片和整流桥晶圆级芯片焊接在第二透明基板上，第二透明基板有接口导线端的宽度与LED照明大芯片的宽度W相同，高度为H2；LED驱动电源大芯片上接口导线的用途是用来连接所述的LED照明大芯片上的芯片阵列的。

所述LED驱动电源大芯片上的LED驱动方法为：整流桥晶圆级芯片上的整流桥将市电AC转化为脉动直流电，脉动直流电的电压大于零，小于等于脉动直流电额定最大工作电压V_WR，在脉动直流电上设置N段LED负载；N为3至7之间的整数；各段LED负载串联在一起形成LED负载串联段组，多个LED负载串联段组形成所述的LED芯片阵列，在脉动直流电的电压升高时，电源驱动晶圆级芯片控制LED负载串联的段数逐级增加，在脉动直流电的电压下降时，控制LED负载串联的段数逐级减小，LED负载串联的段数为实际连入脉动直流电的LED负载段数。市电AC经过整流桥后变成脉动直流电，例：AC220V，50Hz交流电经整流桥整流后，电压为半个周期(180度)的波形曲线，周期在0度时脉动直流电压为零，在90度时脉动直流电压达到最大值V_WR为最高DC311V，180度时，电压又降为零，周而复始。

前述的大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法中，所述LED负载串联的段数通过开关进行控制，开关的控制节点为电压的分段界限，所述电压的分段数量与LED负载串联的段数相对应；所述LED负载串联的段数的控制方法是，将每段LED负载的负极方向分别通过开关连接脉动直流电的负极，然后根据脉动直流电的电压变化对各个开关的通断进行控制，使用将某几段开关断路的方式实现LED负载串联的段数的改变。LED负载可分为3～7段，分段少，电路简单，但电流变化较大，容易在电网产生低次谐波；分段多，则电路结构复杂。一般取4～6段为佳。

前述的大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法中，设定脉动直流电的脉动直流工作电压V_W大于V_Wmax的时段，控制所有开关断开，停止向所有LED负载供电，实现对LED的过电压及浪涌保护；通过调整脉动直流电的最大允许脉动直流电压V_Wmax的大小，从而实现对LED的发光亮度调整。

前述的大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法中，通过设置电流传感器测得电路中有效工作电流I_W，当I_W超过设计值KI_WR时，关闭所有开关以实现电流保护，开关的开启需在下次重新加载电压后恢复，其中K为调整系数，I_WR为额定有效工作电流。

前述的大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法中，所述的开关在脉动直流电压上升阶段延时t_m毫秒动作，在脉动直流电压下降阶段提前t_m毫秒动作，以获得相对较平稳的LED工作电流。

前述的大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法中，设置串联在一起的每一段LED负载为具有不同的最大承载电压值的LED芯片组，可使在开关控制下工作的LED负载串联段组获得接近理想正弦波的工作电流曲线。

前述的大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法中，所述每一段LED负载最大承载电压的调整方法是：①以脉动直流电压为纵坐标、脉动直流周期为横坐标作图；②假定一个纯电阻负载，其功率在脉动直流半波形成的正弦图形面积为1，作图；③设定LED负载串联段组的承载功率为纯电阻负载的120％，作一面积为1.2的矩形阴影图，矩形阴影的纵坐标值即为串联段组总的最大承载电压值；④同理，已知LED负载承载电压情况下，可作图得出LED负载的图形面积，，逐段验证LED负载的面积之和大于开关的控制节点下的脉动直流正弦波面积；⑤选取LED负载串联段组上各段LED负载的承载电压值，相加大于等于串联段组总的最大承载电压值即可；其中，承载电压值较高的LED负载靠近正极端，承载电压值较低的LED负载靠近负极端。

前述的大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法中，所述光机模板的材质为薄片非金属透明材料(如SiO₂，Al₂O₃等)，它是将薄型板材加温到近材料软化点，利用模具采用冲压设备冲压成型的。(材料易脆且硬度较高。这样只能切割方式进行加工成光机模板形状时，成本较高。)

使用前述的LED光机模组组建LED照明核心构件的方法：在LED光机模组上设置柔性电路，或还盖设有透明盖板后，装入带荧光粉的内罩即可；带荧光粉的内罩是将含荧光粉的注塑颗粒料与不含荧光粉的透明注塑颗粒料混匀；混合比例根据需要配置，然后通过注塑成型即得；其中所述含荧光粉的注塑颗粒料是将20～30％荧光粉体与70～80％透明注塑颗粒料混匀，热熔后重新制成注塑颗粒料；荧光粉选用余辉时间大于8ms的荧光粉。

与现有技术相比，本发明的采用LED驱动电源大芯片和LED照明大芯片结构的光机模组可以适用于本发明人在先申请的各类灯泡专利，替代灯泡中原有的光机模组，其中光机模板还可以采用导热性能优越的金属来制作，具有较高的散热性能。同时采用本发明的方法还可以将LED驱动电源大芯片和LED照明大芯片直接贴装在灯泡的导热支架上具有非常高的散热性能和性价比。在特殊应用情况下，还可以采用本发明的方法将LED驱动电源大芯片和LED照明大芯片直接贴装到散热器上，可做到芯片到散热器之间仅一层很薄的导热粘合剂相隔，散热性能十分优越。采用本发明的方法制作的光机模组在结构上可以内置驱动电源和LED照明芯片，而且体积小，易于实现标准化。本发明可以改变现有的以LED芯片为中心的产业架构，本发明的LED光机模组可以在可更换光源的模式下实现光源(灯泡)标准化，从而可以降低照明产品的产业复杂度和降低了照明产品的产业集中度。

在LED驱动电源大芯片的驱动下，LED照明大芯片被设计成固定的宽度W，长度则根据制造设备的规格来确定，使用时来分割成不同的长度。这样LED照明大芯片不需针对单个LED芯片来切割成毫米级尺寸，芯片制作时将降低对衬底的机械特性要求，使类似多晶的高纯氧化铝等进入衬底的选择范围，大幅度地降低了LED照明芯片的制造成本。

LED照明大芯片中的每颗LED芯片两极无需焊接，电极可做的较小同时并可采用透明电极的方案，会有效地增加芯片的发光面积和提高发光效率。

从芯片厂开始，LED照明大芯片只需结合电源大芯片即可直接贴装焊接在光机模板上、或灯泡导热支架上。LED照明生产流程短而简单。同时，LED照明大芯片按使用功率分段切割，设计、生产到产品整个过程中容易确定的因数较多，便于对其控制来实现标准化作业。

按使用功率来分割的照明大芯片可满足大多数照明应用要求，这样非切割的、数量有限的照明大芯片容易实现规模化的产业集中度，将大幅度减少照明产品的制造成本。

本发明改变了LED现有的封装产业概念，照明大芯片贴装后只需简单封装大芯片周边即可；绕开了国外的专利壁垒。

附图说明

图1大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法示意图；

图2为本发明实施例的大型光机模组成品结构示意图；

图3为本发明实施例的大型光机模组结构分解示意图；

图4为本发明实施例以导热支架为基板的灯泡结构示意图；

图5为本发明实施例的小型光机模组成品结构示意图；

图6为本发明实施例的中型光机模组成品结构示意图；

图7为本发明实施例的E型过渡电路集成透明块结构示意图；

图8为本发明实施例的F型过渡电路集成透明块结构示意图；

图9为本发明实施例LED照明大芯片的结构示意图；

图10为本发明实施例小功率LED驱动电源大芯片的结构示意图；

图11为本发明实施例大功率LED驱动电源大芯片的结构示意图；

图12为本发明实施例的光机核心构件的结构示意图；

图13为本发明实施例的LED电压电流波形图；

图14为本发明实施例的超高电压运行功率波形图；

图15本发明实施例的调光运行功率波形图；

图16本发明实施例的电路连接图；

图17本发明实施例的驱动电源芯片内部电路图；

图18本发明实施例3段负载的LED电压电流波形图；

图19：本发明实施例DC52V串联的LED芯片阵列模组功率加载分布图；

图20：本发明实施例LED芯片阵列承载电压试算图；

图21：本发明实施例单颗DC52V芯片承载功率试算图；

图22：本发明实施例2*52V+4*35V串联的LED芯片阵列模组功率加载分布图。

图23：本发明实施例以散热器为基板的照明方案布置结构示意图。

附图中的标记为：3-导热支架，7-透镜，8-透镜卡环，10-电器接插件母头，11-电气接插件公头，12-内卡环固定螺钉，14-卡环固定螺钉，43-光机模板，43.1-光机模板固定孔，44-柔性转接电路，44.1-焊点，45-透明封胶，61-带荧光粉的内罩，62-内环罩，81-内卡环，103-散热器，112-电缆固定架，410-LED驱动电源大芯片，410.1-透明盖板,414-银浆电路，414.1-焊盘，420-LED照明大芯片，470-E型过渡电路集成透明块，470.1-第三透明基板，480-F型过渡电路集成透明块，480.1-第四透明基板。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例。大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法，包括非绝缘导热基板，E型透明过渡电路集成透明块470背对银浆电路的一面紧密贴合非绝缘导热基板布置；将LED驱动电源大芯片410带接口导线电路的一面贴合在E型透明过渡电路集成透明块470带银浆电路的一面进行对焊；LED照明大芯片420背对银浆电路的一面紧密贴合非绝缘导热基板布置，其接口导线端与E型透明过渡电路集成透明块470输出端接口导线端对齐；所述的LED照明大芯片420带芯片的一面还设有F型透明过渡电路集成透明块480，如图1和图3所示；所述的F型透明过渡电路集成透明块480带银浆电路面的一端与LED照明大芯片420带银浆电路的一面按接口导线进行对焊，另一端再与E型透明过渡电路集成透明块470带银浆电路的一面按接口导线进行对焊得A品。

非绝缘导热基板为金属或非金属导热材料制作，与LED照明大芯片420贴合面为镜面；所述的非绝缘导热基板可以采用光机模板43的型式；或灯泡的导热支架3的型式，如图4所示，是本发明的方法将大芯片直接在导热支架上布置的灯泡结构示意图；或其他似散热器的型式，如图图23所示；对于采用中、小型的LED光机模板43，外部电源或信号直接通过接插件11焊接在贴合于光机模板43上的LED驱动电源大芯片410上接入，如图5和图6所示；对于采用大型的LED光机模组，外部电源或信号通过接插件11连接柔性电路44接入到透明过渡电路集成透明块470上再导入LED驱动电源大芯片410，如图2所示；所述的LED驱动电源大芯片410或可设置透明盖板410.1；所述的A品沿LED驱动电源大芯片410、LED照明大芯片420、E型透明过渡电路集成透明块470和F型透明过渡电路集成透明块480周边封透明胶45完成大芯片非绝缘导热基板布置。

所述的E型透明过渡电路集成透明块470包括第三透明基板470.1，第三透明基板470.1上印刷有银浆电路，银浆电路为接口导线，接口导线有接入端和输出端。接入端接口导线的宽度与柔性电路接入端的宽度W_G1相同或有与电气接插件11相连的焊盘414.1，输出端的接口导线的宽度、数量和间距与LED照明大芯片420的宽度W、数量N+1和间距W_JG相同，接口导线或还与LED驱动电源大芯片410的输入端连接，其宽度为W_G，如图7所示；所述的F型透明过渡电路集成透明块480包括第四透明基板480.1，第四透明基板上480.1印刷有银浆电路，银浆电路为接口导线，接口导线的宽度、数量和间距与LED照明大芯片420的宽度W、数量N+1和间距W_JG相同，如图8所示。采用透明过渡电路集成透明块解决了外部电源或信号接入LED驱动电源大芯片410或LED驱动电源大芯片输出到LED照明大芯片420的电路连接问题。本发明的过渡电路集成透明块包含2种过渡电路集成透明块：①E型：外部电源和信号分别接入到LED驱动电源大芯片410上，如图1和图7，其中柔性电路44接入的宽度为W_G1；LED驱动电源大芯片410导线接入宽度为W_G、高度为H7；典型尺寸为：宽度12.4mm、高度：H7＝11.4mm。②F型：LED驱动电源大芯片410输出到LED照明大芯片420上，参见图8，其中LED驱动电源大芯片410导线输出宽度为W、导线间隔为W_JG、高度为H8；典型尺寸为：宽度12.4mm、高度：H8由LED照明大芯片420的功率决定。

所述的其他似散热器型式的非绝缘导热基板，如图23所示，包含散热器103，散热器103上设有内卡环81和内罩61的固定槽，内卡环81和内罩61的固定槽粘接固定在固定槽中，内卡环81由螺钉12二次固定；所述的带荧光粉的内罩61或可用在LED照明大芯片410表面设置带荧光粉的透明胶的方案替代；或可设置内环罩62粘接在内卡环81和内罩61之间；透镜7粘接固定在内卡环81上，并通过透镜卡环8二次固定，透镜卡环8由卡环固定螺钉14固定在内卡环81上；所述的散热器上还设有接插件11，柔性电路44与接插件11和透明过渡电路集成透明块470连接。带电缆的接插件母头10由电缆固定架112固定，并与接插件公头11连接。

所述LED照明大芯片420，如图9所示，包括一个宽度固定为W的第一透明基板421，第一透明基板上设有N+1条平行的接口导线，第一透明基板421上设有N颗LED芯片41构成LED芯片串联组，每颗LED芯片41均位于两条相邻的接口导线之间，两条相邻的接口导线的间距为W_JG等于W减接口导线宽再除以N(W_JG＝(W-接口导线宽)/N)，且每颗LED芯片41的正负极均分别连接在两条相邻的接口导线上；且同时并联多个LED串联组，使得透明基板421上形成可在透明基板421长度方向上延伸的N列多行的LED芯片阵列；N为3至7之间的整数；在组建LED光机模组时，根据功率需要，对LED照明大芯片420进行剪裁，剪裁成不同长度的LED照明大芯片420具有不同的功率。

所述LED芯片阵列和接口导线在透明基板上的形成方法是：采用透明的衬底做过渡外延层形成的薄型外延片，外延片采用成熟芯片制造技术分层生长电路和LED芯片，然后经切割形成宽度为W的LED照明大芯片，其中生长出的电路包括接口导线和连接LED芯片和接口导线的连接芯片的导线，衬底作为第一透明基板；所述的芯片二极由于不需要焊接，可采用透明电极，以增加芯片的发光面积；所述的芯片成熟制造技术是：采用有机金属化学气相沉积设备分层进行覆硅、上胶、光刻、蚀刻、镀膜、合金和磨片等工艺；或者采用传统技术将LED芯片阵列贴装在印制好银浆电路414的第一透明基板421上，并通过倒装焊接或金丝正装焊接与第一透明基板421上的银浆电路414连接，获得LED照明大芯片420，银浆刷电路414包括接口导线和连接芯片的导线。

所述LED驱动电源大芯片，如图11所示，包括宽度固定为W的第二透明基板413，透明基板413印制有银浆线路，银浆电路414上有接口导线，接口导线有接入端和输出端；接入端的宽度与光机模板43上的接口导线接入端的宽度W_G相同或有与接插件11相连的焊盘414.1，如图10所示；输出端的接口导线上有N+1条平行的接口导线，相邻两条接口导线的间距W_JG等于W减接口导线宽再除以N(W_JG＝(W-接口导线宽)/N)；第二透明基板413上先粘贴未经封装的电源驱动晶圆级芯片411和整流桥晶圆级芯片412，然后将未经封装的电源驱动晶圆级芯片411和整流桥晶圆级芯片412焊接在第二透明基板413上，第二透明基板413有接口导线端的宽度与LED照明大芯片的宽度W相同，高度为H2；LED驱动电源大芯片上接口导线的用途是用来连接所述的LED照明大芯片上的芯片阵列的。

所述LED光机模组上的LED驱动方法为：整流桥晶圆级芯片412上的整流桥将市电AC转化为脉动直流电，脉动直流电的电压大于零，小于等于脉动直流电额定最大工作电压V_WR，在脉动直流电上设置3～7段LED负载，各段LED负载串联在一起形成LED负载串联段组，多个LED负载串联段组形成所述的LED芯片阵列，在脉动直流电的电压升高时，电源驱动晶圆级芯片411控制LED负载串联的段数逐级增加，在脉动直流电的电压下降时，控制LED负载串联的段数逐级减小，LED负载串联的段数为实际连入脉动直流电的LED负载段数。

所述LED负载串联的段数通过开关进行控制，开关的控制节点为电压的分段界限，所述电压的分段数量与LED负载串联的段数相对应；所述LED负载串联的段数的控制方法是，将每段LED负载的负极方向分别通过开关连接脉动直流电的负极，然后根据脉动直流电的电压变化对各个开关的通断进行控制，使用将某几段开关断路的方式实现LED负载串联的段数的改变。

设定脉动直流电的脉动直流工作电压V_W大于V_Wmax的时段，控制所有开关断开，停止向所有LED负载供电，实现对LED的过电压及浪涌保护；通过调整脉动直流电的最大允许脉动直流电压V_Wmax的大小，从而实现对LED的发光亮度调整。

通过设置电流传感器测得电路中有效工作电流I_W，当I_W超过设计值KI_WR时，关闭所有开关以实现电流保护，开关的开启需在下次重新加载电压后恢复，其中K为调整系数，I_WR为额定有效工作电流。

所述的开关在脉动直流电压上升阶段延时t_m毫秒动作，在脉动直流电压下降阶段提前t_m毫秒动作，以获得相对较平稳的LED工作电流。

设置串联在一起的每一段LED负载为具有不同的最大承载电压值的LED芯片组，可使在开关控制下工作的LED负载串联段组获得接近理想正弦波的工作电流曲线。

所述每一段LED负载最大承载电压的调整方法是：①以脉动直流电压为纵坐标、脉动直流周期为横坐标作图；②假定一个纯电阻负载，其功率在脉动直流半波形成的正弦图形面积为1，作图；③设定LED负载串联段组的承载功率为纯电阻负载的120％，作一面积为1.2的矩形阴影图，矩形阴影的纵坐标值即为串联段组总的最大承载电压值；④同理，已知LED负载承载电压情况下，可作图得出LED负载的图形面积，，逐段验证LED负载的面积之和大于开关的控制节点下的脉动直流正弦波面积；⑤选取LED负载串联段组上各段LED负载的承载电压值，相加大于等于串联段组总的最大承载电压值即可；其中，承载电压值较高的LED负载靠近正极端，承载电压值较低的LED负载靠近负极端。

所述光机模板43的材质为薄片非金属透明材料，如SiO₂，Al₂O₃等，它是将薄型板材加温到近材料软化点，利用模具采用冲压设备冲压成型的。由于材料易脆且硬度较高，因此只能切割方式进行加工成光机模板形状时，成本较高。

使用前述的LED光机模组组建LED照明核心构件的方法，如图12所示，参见图4和图23，在LED光机模组上设置柔性电路44后装入带荧光粉的内罩61即可；带荧光粉的内罩61是将含荧光粉的注塑颗粒料与不含荧光粉的透明注塑颗粒料混匀；混合比例根据需要配置，然后通过注塑成型即得；其中所述含荧光粉的注塑颗粒料是将20～30％荧光粉体与70～80％透明注塑颗粒料混匀，热熔后重新制成注塑颗粒料；荧光粉选用余辉时间大于8ms，一般小于1000ms的荧光粉。

下文是以6组LED负载为例的本发明的工作原理。即n取值为6。

首先，交流电AC经过整流桥后变成脉动直流电，例：AC220V，50Hz交流电经整流桥整流后，参见图13，电压为半个周期(180度)的波形曲线，周期在0度时脉动直流电压为零，在90度时脉动直流电压达到最大值V_WR为最高DC311V，180度时，电压又降为零，周而复始。

本发明的工作要求，在脉动直流电压大于零与小于等于V_WR之间，共设置3～7段负载，各段负载间形成串联方式，随电压升高，负载(即LED负载)串联段数逐级增加，负载电压由开关控制加载，参见图13和图16，电压开关节点为电压分段界限。

供电管理运行模式：本发明不设计电流控制器件，各级开关的启闭仅取决于V_W的变化，参见图13、图16和图17。

周期0～90度时：

第1段：工作初始状态，即周期从0起始，电路中开关K₁～K₆处于开启状态(ON)，电流主要经节点J₁通过开关K₁形成通路，负载由额定电压为1V_WR/6串联工作的LED组成；

第2段：当V_W大于等于1V_WR/6时，开关K1关闭(OFF)，电流主要经节点J2通过开关K2形成通路，负载由额定电压为2V_WR/6串联工作的LED组成；

第3段：当V_W大于等于2V_WR/6时，开关K1处于OFF，开关K2关闭(OFF)，电流主要经节点J3通过开关K3形成通路，负载由额定电压为3V_WR/6串联工作的LED组成；

第4段：当V_W大于等于3V_WR/6时，开关K1～K2处于OFF，开关K3关闭(OFF)，电流主要经节点J4通过开关K4形成通路，负载由额定电压为4V_WR/6串联工作的LED组成；

第5段：当V_W大于等于4V_WR/6时，开关K1～K3处于OFF，开关K4关闭(OFF)，电流主要经节点J5通过开关K5形成通路，负载由额定电压为5V_WR/6串联工作的LED组成；

第6段：当V_W大于等于5V_WR/6时，开关K1～K4处于OFF，开关K5关闭(OFF)，电流经节点J6通过开关K6形成通路，负载由额定电压为6V_WR/6串联工作的LED组成；

开关K1～K6关闭时，可采用延时0.1ms的关闭方法，可获得相对较平稳的电流。

周期90～180度时：

第6段：工作初始状态，电压由最大值向下减少，电路中开关K1～K5处于关闭状态(OFF)，开关K6处于开启状态，电流经节点J6通过开关K6形成通路，负载由额定电压为6V_WR/6串联工作的LED组成；

第5段：当V_W小于等于5V_WR/6时，开关K5～K6开启(ON)，电流主要经节点J5通过开关K5形成通路，负载由额定电压为5V_WR/6串联工作的LED组成；

第4段：当V_W小于等于4V_WR/6时，开关K4～K6开启(ON)，电流主要经节点J4通过开关K4形成通路，负载由额定电压为4V_WR/6串联工作的LED组成；

第3段：当V_W小于等于3V_WR/6时，开关K3～K6开启(ON)，电流主要经节点J3通过开关K3形成通路，负载由额定电压为3V_WR/6串联工作的LED组成；

第2段：当V_W小于等于2V_WR/6时，开关K2～K6开启(ON)，电流主要经节点J2通过开关K2形成通路，负载由额定电压为2V_WR/6串联工作的LED组成；

第1段：当V_W小于等于1V_WR/6时，开关K1～K6开启(ON)，电流主要经节点J1通过开关K1形成通路，负载由额定电压为1V_WR/6串联工作的LED组成。

开关K1～K6开启时，可采用提前0.1ms的开启方法，可获得相对较平稳的电流。

调光运行模式：外部设置一给定电压VT＝0时，V_Wmax对应CV_WR，外部电压给定VT＝5V时，V_Wmax对应0V，设置0≤V_Wmax≤CV_WR，C调整系数，为额定电压的倍数，如C＝1.12。V_W大于V_Wmax的时段，对应各段的开关将关闭(OFF)，停止向负载供电。其作用为一种调光方案。参见图15、图16和图17，调节V_Wmax低于V_WR，图中阴影部分将增加，输入到负载的功率将降低，从而达到调光的目的。例：当LED在AC220V市电正常工作是，调整交流电电压至AC180V的电压时，图中的阴影部分为V_W高于254V的形成功率投影图部分，从周期约55.5度到124.5度之间，由于此段时间内相应的开关Kx处于关闭(OFF)，阴影部分的功耗(相当于正常市电下脉动直流半波的加载功率的57.0％)将被剔除，这部分功耗未被加载到负载上，使负载的亮度降低。当V_Wmax等于0时，所有开关将关闭(OFF)，负载供电量为零。可以做到无级调光，而不会发生能量消耗。

电压保护运行模式：设置V_Wmax＝CV_WR。V_W大于V_Wmax的时段，对应各段的开关将关闭(OFF)，停止向负载供电。参见图14、图16和图17，例：当市电达到270V的高电压时，图中的阴影部分为V_W高于348V的形成功率投影图部分，从周期约66度到114度之间，由于此段时间内K1～K6开关处于关闭(OFF)，阴影部分的功耗(相当于正常市电下脉动直流半波的加载功率的50.2％)将被剔除，这部分功耗未被加载到负载上，使负载不会因过电压烧毁。

过流保护运行模式：本发明具有过流保护，参见图17，电流传感器测得电路中有效工作电流I_W超过设计值KI_WR，K为调整系数，例：设定I_WR＝275mA，K＝1.2，逻辑开关控制器将关闭所有开关K1～K6(OFF)，开启开关(ON)K1～K6需在下次重新加载电源压后恢复。

依据与上述相同的原理，负载方式可分为3～7段，分段少，电路简单，但电流变化较大，容易在电网产生低次谐波，参见图18；分段多，则电路结构复杂。一般取4～6段为佳。

注：V_W—脉动直流工作电压(1.4142*交流电压)；V_WR—脉动直流额定最大工作电压(1.4142*交流电压)；V_Wmax—最大允许脉动直流电压(1.4142*交流电压)；I_W—有效工作电流。I_WR—额定有效工作电流。

如市电为AC220，整流后的电压为DC311V，以每组LED负载为单颗芯片为例，则每颗芯片承受DC52V；如AC110，则芯片承受DC26V。设脉动直流半波的加载功率面积为1，参见图19，图中每个LED负载(LED模组1至6)被加载功率相差比较大，LED模组1达到脉动直流半波的加载功率面积的20.68％(为芯片额定出力的84.4％)；而LED模组6只有5.11％(为芯片额定出力的19.2％)，约为模组1的四分之一功率，经过实测验证，模组6的实际亮度很低；整个芯片组的平均被加载的功率为芯片额定出力的52.4％，芯片的利用率较低；而芯片组的额定出力(虚线框面积)为脉动直流半波的加载功率面积的159％。由于芯片冗余量过大，不仅芯片浪费，还造成驱动电源过大而浪费，同时增加了布置上的难度。因此，恒定直流状态下选择芯片电压的方法在脉动直流状态下存在一定问题，如何在保证芯片安全工作的前提下，提高芯片的利用率成为一个待解决的问题。

设定6颗串联的LED芯片阵列的额定出力由脉动直流半波加载功率的1.59倍调低至1.2倍(考虑到小型电网市电会出现不低于1.2倍波动)，参见图20，设LED芯片阵列芯片承载功率(图中阴影部分面积)为脉动直流半波加载功率(脉动直流半波部分面积)的1.2倍时，可以由图20作图推算出市电为AC220V时芯片阵列的承载电压为DC236V；

参见图21，对LED模组1到模组6分别设置不同的电压值，可以得到不同承载电压值下的芯片加载功率面积(图中阴影部分)；

采用2*52V+4*35V高电压芯片(模组1和模组2的型号为VES-AADBHV45、模组3到模组6为ES-AADBHF40)组成串联阵列，则芯片阵列的承载电压调整为DC244V；作图22，获得的芯片阵列被加载功率面积为脉动直流半波功率面积的96.67％，芯片阵列被加载的功率接近1为理想状态；此时LED芯片阵列被加载的功率为芯片阵列额定出力77.6％；实验验证与推算值相近。

各电压段的模组加载功率验证：设脉动直流半波的加载功率面积为1，电压为纵坐标时，容易通过图21计算DC52V芯片额定出力为26.52％，同理，DC35V芯片的额定出力为17.89％；图22则是市电为AC220V时，LED芯片阵列各模组的被加载的功率情况；表1是芯片阵列被加载的功率为脉动直流半波功率面积1时，市电电压分别为AC220V，AV246V，AC270V各个模组被加载功率的情况，表中可以看出，仅模组3在DC311V和DC348V略有过载，但由于模组1和模组2有功率裕量，实验证明模组3可通过。

在其他市电电压等级时，优化方式参照上述进行。

理想状态下芯片承载功率验算如下表所示：

Claims (16)

1.大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法，其特征在于：将E型透明过渡电路集成透明块(470)背对银浆电路(414)的一面紧密贴合非绝缘导热基板布置；将LED驱动电源大芯片(410)带接口导线电路的一面贴合在E型透明过渡电路集成透明块(470)带银浆电路的一面进行对焊；LED照明大芯片(420)背对银浆电路(414)的一面紧密贴合非绝缘导热基板布置；LED照明大芯片(420)的接口导线端与透明过渡电路集成透明块(470)输出端接口导线端对齐；所述的LED照明大芯片(420)带芯片的一面还设有F型透明过渡电路集成透明块(480)；所述的F型透明过渡电路集成透明块(480)带银浆电路(414)面的一端与LED照明大芯片(420)带银浆电路(414)的一面按接口导线进行对焊，另一端再与E型透明过渡电路集成透明块(470)带银浆电路(414)的一面按接口导线进行对焊得光机模组。

2.根据权利要求1所述的大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法，其特征在于：非绝缘导热基板为金属或非金属导热材料制作，与LED照明大芯片(420)贴合面设为镜面；所述的非绝缘导热基板采用光机模板(43)的型式，或灯泡的导热支架(3)的型式，或散热器的型式；对于采用中、小型的LED光机模组，外部电源或信号直接通过接插件(11)焊接在贴合于光机模板(43)上的LED驱动电源大芯片(410)上接入；对于大型的LED光机模组，外部电源或信号通过接插件(11)连接柔性电路(44)接入到E型透明过渡电路集成透明块(470)上再导入LED驱动电源大芯片(410)；所述的LED驱动电源大芯片(410)上还设置有透明盖板(410.1)；所述的光机模组沿LED驱动电源大芯片(410)、LED照明大芯片(420)、E型透明过渡电路集成透明块(470)和F型透明过渡电路集成透明块(480)周边封透明胶(45)得到封装完整的LED光机模组。

3.根据权利要求1所述的大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法，其特征在于：所述的E型透明过渡电路集成透明块(470)包括第三透明基板(470.1)，第三透明基板(470.1)上印刷有银浆电路(414)，银浆电路(414)形成接口导线，接口导线有接入端和输出端；接入端接口导线的宽度与柔性电路接入端的宽度W_G1相同或有与电气接插件(11)相连的焊盘(414.1)，输出端的接口导线的宽度、数量和间距与LED照明大芯片(420)的宽度W、数量N+1和间距W_JG相同，接口导线或还与LED驱动电源大芯片(410)的输入端连接，其宽度为W_G；所述的F型透明过渡电路集成透明块(480)包括第四透明基板(480.1)，第四透明基板上(480.1)印刷有银浆电路，银浆电路为接口导线，接口导线的宽度、数量和间距与LED照明大芯片(420)的宽度W、数量N+1和间距W_JG相同。

4.根据权利要求1所述的大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法，其特征在于：所述的非绝缘导热基板采用散热器型式时，非绝缘导热基板包含散热器(103)，散热器(103)上设有内卡环(81)和带荧光粉的内罩(61)的固定槽，内卡环(81)和内罩(61)的固定槽粘接固定在固定槽中，内卡环(81)由螺钉(12)二次固定；或设置内环罩(62)粘接在内卡环(81)和内罩(61)之间；透镜(7)粘接固定在内卡环(81)上，并通过透镜卡环(8)二次固定，透镜卡环(8)由卡环固定螺钉(14)固定在内卡环(81)上；所述的散热器上还设有接插件(11)，柔性电路(44)与接插件(11)和透明过渡电路集成透明块(470)连接。

5.根据权利要求1所述的大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法，其特征在于：所述的LED照明大芯片(420)包括一个宽度固定为W的第一透明基板(421)，第一透明基板上设有N+1条平行的接口导线，第一透明基板(421)上设有N颗LED芯片(41)构成LED芯片串联组，每颗LED芯片(41)均位于两条相邻的接口导线之间，两条相邻的接口导线的间距为W_JG等于W减接口导线宽再除以N，且每颗LED芯片(41)的正负极均分别连接在两条相邻的接口导线上；且同时并联多个LED串联组，使得透明基板(421)上形成可在透明基板(421)长度方向上延伸的N列多行的LED芯片阵列；N为3至7之间的整数；在组建LED光机模组时，根据功率需要，对LED照明大芯片(420)进行剪裁，剪裁成不同长度的LED照明大芯片(420)具有不同的功率；所述的LED芯片承载电压为DC3.2V或大于DC10V的高电压。

6.根据权利要求5所述的大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法，其特征在于：所述LED芯片阵列和接口导线在透明基板上的形成方法是：采用透明的衬底做过渡外延层形成的薄型外延片，外延片采用成熟芯片制造技术分层生长电路和LED芯片，然后经切割形成宽度为W的LED照明大芯片，其中生长出的电路包括接口导线和连接LED芯片和接口导线的连接芯片的导线，衬底作为第一透明基板；所述的芯片二极由于不需要焊接，采用透明电极，以增加芯片的发光面积；所述的芯片成熟制造技术是：采用有机金属化学气相沉积设备分层进行覆硅、上胶、光刻、蚀刻、镀膜、合金和磨片工艺；或者采用传统技术将LED芯片阵列贴装在印制好银浆电路(414)的第一透明基板(421)上，并通过倒装焊接或金丝正装焊接与第一透明基板(421)上的银浆电路(414)连接，获得LED照明大芯片(420)，银浆刷电路(414)包括接口导线和连接芯片的导线。

7.根据权利要求1所述的大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法，其特征在于：所述LED驱动电源大芯片包括宽度固定为W的第二透明基板(413)，透明基板(413)印制有银浆线路，银浆电路(414)上有接口导线，接口导线有接入端和输出端；接入端的宽度与光机模板上的接口导线接入端的宽度W_G相同或有与接插件(11)相连的焊盘(414.1)；输出端的接口导线上有N+1条平行的接口导线，相邻两条接口导线的间距W_JG等于W减接口导线宽再除以N，即W_JG＝(W-接口导线宽)/N；第二透明基板(413)上先粘贴未经封装的电源驱动晶圆级芯片(411)和整流桥晶圆级芯片(412)，然后将未经封装的电源驱动晶圆级芯片(411)和整流桥晶圆级芯片(412)焊接在第二透明基板(413)上，第二透明基板(413)有接口导线端的宽度与LED照明大芯片的宽度W相同，高度为H2；LED驱动电源大芯片上接口导线的用途是用来连接所述的LED照明大芯片上的芯片阵列的。

8.根据权利要求7所述的大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法，其特征在于，所述LED驱动电源大芯片上的LED驱动方法为：整流桥晶圆级芯片(412)上的整流桥将市电AC转化为脉动直流电，脉动直流电的电压大于零，小于等于脉动直流电额定最大工作电压VWR，在脉动直流电上设置N段LED负载；N为3至7之间的整数；各段LED负载串联在一起形成LED负载串联段组，多个LED负载串联段组形成LED芯片阵列，在脉动直流电的电压升高时，电源驱动晶圆级芯片(411)控制LED负载串联的段数逐级增加，在脉动直流电的电压下降时，控制LED负载串联的段数逐级减小，LED负载串联的段数为实际连入脉动直流电的LED负载段数。

9.根据权利要求8所述的大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法，其特征在于：所述LED负载串联的段数通过开关进行控制，开关的控制节点为电压的分段界限，所述电压的分段数量与LED负载串联的段数相对应；所述LED负载串联的段数的控制方法是，将每段LED负载的负极方向分别通过开关连接脉动直流电的负极，然后根据脉动直流电的电压变化对各个开关的通断进行控制，使用将某几段开关断路的方式实现LED负载串联的段数的改变。

10.根据权利要求9所述的大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法，其特征在于：设定脉动直流电的脉动直流工作电压V_W大于V_Wmax的时段，控制所有开关断开，停止向所有LED负载供电，实现对LED的过电压及浪涌保护；通过调整脉动直流电的最大允许脉动直流电压V_Wmax的大小，从而实现对LED的发光亮度调整。

11.根据权利要求9所述的大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法，其特征在于：通过设置电流传感器测得电路中有效工作电流I_W，当I_W超过设计值KI_WR时，关闭所有开关以实现电流保护，开关的开启需在下次重新加载电压后恢复，其中K为调整系数，I_WR为额定有效工作电流。

12.根据权利要求9所述的大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法，其特征在于：所述的开关在脉动直流电压上升阶段延时t_m毫秒动作，在脉动直流电压下降阶段提前t_m毫秒动作，以获得相对较平稳的LED工作电流。

13.根据权利要求8所述的大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法，其特征在于：设置串联在一起的每一段LED负载为具有不同的最大承载电压值的LED芯片组，可使在开关控制下工作的LED负载串联段组获得接近理想正弦波的工作电流曲线。

14.根据权利要求13所述的大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法，其特征在于，所述每一段LED负载最大承载电压的调整方法是：①以脉动直流电压为纵坐标、脉动直流周期为横坐标作图；②假定一个纯电阻负载，其功率在脉动直流半波形成的正弦图形面积为1，作图；③设定LED负载串联段组的承载功率为纯电阻负载的120％，作一面积为1.2的矩形阴影图，矩形阴影的纵坐标值即为串联段组总的最大承载电压值；④同理，已知LED负载承载电压情况下，可作图得出LED负载的图形面积，逐段验证LED负载的面积之和大于开关的控制节点下的脉动直流正弦波面积；⑤选取LED负载串联段组上各段LED负载的承载电压值，相加大于等于串联段组总的最大承载电压值即可；其中，承载电压值较高的LED负载靠近正极端，承载电压值较低的LED负载靠近负极端。

15.根据权利要求2所述的大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法，其特征在于：所述光机模板(43)的材质为薄片非金属透明材料，它是将薄型板材加温到近材料软化点，利用模具采用冲压设备冲压成型的。

16.使用权利要求1至15任一权利要求所述的大芯片在非绝缘导热基板上的布置方法，其特征在于，利用所述方法得到的LED光机模组去组建LED照明核心构件的方法是：在LED光机模组上设置柔性电路(44)，或还盖设透明盖板(410.1)后，装入带荧光粉的内罩(61)即可；带荧光粉的内罩(61)是将含荧光粉的注塑颗粒料与不含荧光粉的透明注塑颗粒料混匀；混合比例根据需要配置，然后通过注塑成型即得；其中所述含荧光粉的注塑颗粒料是将质量百分比为20～30％荧光粉体与质量百分比为70～80％透明注塑颗粒料混匀，热熔后重新制成注塑颗粒料；荧光粉选用余辉时间大于8ms的荧光粉。