CN105047656A - 一种基于Zhaga的陶瓷基COB封装LED光引擎 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Zhaga的陶瓷基COB封装LED光引擎，包括（1）LED基板，（2）若干LED红光芯片和LED蓝光芯片，（3）底座。LED基板及底座均符合Zhaga标准中的规范要求。LED基板采用陶瓷基板,利于散热及符合欧盟的电气安检标准。LED引擎采取COB封装实现小尺寸发光面大功率LED射灯技术。LED引擎通过在蓝光芯片中添加适当比例的红光芯片来提高显色指数，提高光通量。LED引擎通过降低单颗芯片实际工作功率的办法来提高光效。本发明技术能够广泛应用于LED封装技术中，尤其是满足欧美Zhaga标准的可互换性LED引擎需求。

Description

一种基于Zhaga的陶瓷基COB封装LED光引擎

技术领域

本发明涉及一种LED封装技术，具体是一种基于Zhaga的陶瓷基COB封装LED光引擎。

背景技术

作为目前全球最受瞩目的新一代光源，LED因其高亮度、低热量、颜色多样、长寿命、无毒、可回收再利用等优点，被称为是21世纪最有发展前景的绿色照明光源。我国的LED产业起步于20世纪70年代，经过40多年的发展，现已形成上海、大连、南昌、厦门、深圳、扬州和石家庄7个国家半导体照明工程产业化基地，产品广泛应用于景观照明和普通照明领域，我国已成为世界第一大照明电器生产国和第二大照明电器出口国。

LED照明灯具的蓬勃发展，千军万马竞相加入，全世界几乎每天都有新公司诞生，特别是室内照明的海量市场，迫使传统的照明企业试水加盟。LED照明灯具是一个电子产品，它不仅需要如传统灯具那样的结构、外壳，还必须给予各种串并联结构的LED面光源灯板（LED光引擎）、AC/DC的恒流驱动电源、铝或陶瓷等的散热器、特殊的导热材料。LED照明灯具生产厂家需要聘请电子、光学、结构的设计工程师；而传统的照明灯具只不过是一具电器产品，传统灯具厂家主要设计、生产灯具的结构造型，作为发光源的灯泡是向专业厂购买插上就能用的通用件。

目前LED照明灯具设计五花八门、各行其道、杂乱无章，长久以来缺乏共享接口，在尺寸、机构、亮度、光通量、驱动、散热等规格上，每个厂家生产的产品标准并无统一规范，比如光学界面不统一：光学反射杯、透镜的尺寸不同，出光面尺寸不同，出光面高度不同等；LED芯片的热管理不同：散热器不同的安装方式（2个，3个，或4个螺孔），散热器不同的尺寸，相同功率灯具对应的热阻不一致等；电气驱动控制接口不一致，给生产、使用和产业管理都带来不便，特别是从传统照明灯具厂转型到LED照明灯具厂，或刚进入LED照明行业的初始者，都会感觉不知所措。刚刚进入LED照明灯具的产业，为了降低风险和成本，往往只能从购买现成的LED光源引擎、AC/DC的恒流驱动电源、铝或陶瓷等的散热器来拼装。有很多传统照明灯具厂的业主希望能如买灯泡那样省力，买一个现成的“LED光源+AC/DC恒流驱动电源”的模块，放入其传统灯具的壳体内就可转身为一款新的LED照明灯具。LED照明市场呼唤LED光引擎早日诞生，并尽快进入照明市场。随着LED照明技术的发展，LED产业的标准化成为急需解决的问题，标准化有望防止市场分化出现不兼容的产品。

Zhaga标准旨在发展LED光引擎介面接口的标准，规定了不同LED产品的公共机械接口、光学接口（光通量、光强分布、色温、显色指数等）、电气接口、散热接口（散热器、散热介质材料）、控制接口等，最终实现不同制造商之间产品的兼容性、互换性，使厂商在LED照明引擎的采购上将更为容易，进入产业的门坎相对降低。传统照明灯具厂和新入门的LED照明灯具企业，可以很方便的将LED光引擎用于新型LED照明灯具的批量生产，从而加快了从新产品设计到量产的进程，大大缩短了新产品开发周期。LED照明产品可如同传统灯具一样，具有相同的规格，让消费者能自由选购市场上各种不同LED照明品牌，同时亦能持续享受LED技术所提供产品效能的升级。

市场上的射灯常应用于商场照明，需要射灯具有大功率、高光通量、高光效的同时，具有很好的显色性，将商品的颜色尽可能地还原出来。目前市场上的射灯，由于受小的发光角度的限制导致射灯体积较小，面光源尺寸较小，功率一般比较小，在低色温时（比如2700K），很少射灯具有显色指数大于90而光效大于80lm/W的情况；在中性色温时（比如4000K），很少射灯具有显色指数大于85而光效大于90lm/W的情况；在高色温时（比如5700K），很少射灯具有显色指数大于80而光效大于100lm/W的情况。尤其是大功率情况下（比如45瓦），更少有射灯满足上述指标。本发明的目标就是设计一种大功率射灯的LED引擎，满足Zhaga标准，同时具有高显色指数、高光效的性能。

发明内容

本发明的目的在于设计一种基于Zhaga的陶瓷基COB封装LED光引擎，满足Zhaga标准，同时具有高显色指数、高光效的性能。

本发明的技术方案如下。

一种基于Zhaga的陶瓷基COB封装LED光引擎，采用COB封装技术封装，包括：陶瓷基板、若干LED红光芯片、若干LED蓝光芯片和底座；所述的底座的尺寸及接口满足Zhaga标准，陶瓷基板表面一端设有八针电气输入接口；其中四针电气输入接口分别为第一电源输入焊盘、第二电源输入焊盘、第三电源输入焊盘、第四电源输入焊盘，为LED蓝光芯片和LED红光芯片的电源供给输入接口；八针电器输入接口位置两侧各设有一个用于固定八针接口引线槽的焊盘，陶瓷基板一侧设有若干电阻焊接位，所述的陶瓷基板表面还设有间隔均匀分布于同一圆周的四个LED红光芯片固晶位；所述的陶瓷基板表面还设有LED红光芯片导电线路以及第一LED蓝光芯片导电线路第二LED蓝光芯片导电线路；所述的LED红光芯片导电线路通过金线与固定于LED红光芯片固晶位的所述若干LED红光芯片连接导通，并且所述的LED红光芯片导电线路一端连接于第一电源输入焊盘，另一端连接于第四电源输入焊盘；所述的第一LED蓝光芯片导电线路与第二LED蓝光芯片导电线路形成一个断开的圆周，其中第一LED蓝光芯片导电线路的一端连接于第二电源输入焊盘，另一端与第二LED蓝光芯片导电线路的一端断开；所述的第二LED蓝光芯片导电线路的一端连接第三电源输入焊盘，另一端与第一LED蓝光芯片导电线路的一端断开。

进一步地，所述若干LED蓝光芯片固定于第一LED蓝光芯片导电线路与第二LED蓝光芯片导电线路包围的空白区域中，LED蓝光芯片与第一LED蓝光芯片导电线路及第二LED蓝光芯片导电线路通过金线相连，形成回路。

进一步地，所述陶瓷基板上开有圆孔，圆孔与尺寸满足Zhaga标准（三）的底座的凹槽中的螺孔通过螺钉固定。

进一步地，所述的陶瓷基板为氧化铝材料陶瓷基板。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

为解决LED引擎的显色指数不高的问题，在常规COB封装只有一组电路的基础上，加入一组LED红光电路，形成一组为蓝光芯片电路，一组为红光芯片电路的模式，LED蓝光芯片导电线路与LED红光芯片导电线路由驱动分别单独控制。由于添加了红光芯片，达到相同显色指数时需要的红色荧光粉量减少，而红色荧光粉价格昂贵，因此可以降低LED引擎的封装成本，另外由于红色荧光粉量的激发效率低，因此红色荧光粉含量的降低可以有效的降低LED蓝光芯片的蓝光转换损失从而提高光效。

采用陶瓷基底的COB封装方式。LED蓝光芯片和红光芯片，全部固定于陶瓷基板上，陶瓷基板为氧化铝材料，具有很好的散热性能及绝缘性能。陶瓷基板下方接铝材料或者散热器，利于热量及时从芯片通过陶瓷基板散至铝材料，或者通过风扇将热量排于空气中。通过降低LED芯片的节温，提高LED出射光效。

附图说明

图1为实例中底座的底视图。

图2为基于Zhaga的陶瓷基COB封装LED光引擎的主体部分结构示意图。

具体实施方式

为进一步理解本发明，下面结合具体实施例对本发明进行进一步阐述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1、图2，一种基于Zhaga的陶瓷基COB封装LED光引擎，采用COB封装技术封装，包括：陶瓷基板9、若干LED红光芯片、若干LED蓝光芯片和底座0；所述的底座0的尺寸及接口满足Zhaga标准，陶瓷基板表面一端设有八针电气输入接口（21、22、23、24、25、26、27、28）；其中四针电气输入接口分别为第一电源输入焊盘21、第二电源输入焊盘22、第三电源输入焊盘23、第四电源输入焊盘24，为LED蓝光芯片和LED红光芯片的电源供给输入接口；八针电器输入接口位置两侧各设有一个用于固定八针接口引线槽的焊盘1，陶瓷基板一侧设有若干电阻焊接位3，所述的陶瓷基板表面还设有间隔均匀分布于同一圆周的四个LED红光芯片固晶位（5、6、7、8）；所述的陶瓷基板表面还设有LED红光芯片导电线路10以及第一LED蓝光芯片导电线路11第二LED蓝光芯片导电线路12；所述的LED红光芯片导电线路10通过金线15与固定于LED红光芯片固晶位（5、6、7、8）的所述若干LED红光芯片连接导通，并且所述的LED红光芯片导电线路10一端连接于第一电源输入焊盘21，另一端连接于第四电源输入焊盘24；所述的第一LED蓝光芯片导电线路11与第二LED蓝光芯片导电线路12形成一个断开的圆周，其中第一LED蓝光芯片导电线路11的一端连接于第二电源输入焊盘22，另一端与第二LED蓝光芯片导电线路12的一端断开；所述的第二LED蓝光芯片导电线路12的一端连接第三电源输入焊盘23，另一端与第一LED蓝光芯片导电线路11的一端断开。所述若干LED蓝光芯片固定于第一LED蓝光芯片导电线路11与第二LED蓝光芯片导电线路12包围的空白区域13中，LED蓝光芯片与第一LED蓝光芯片导电线路11及第二LED蓝光芯片导电线路12通过金线14相连，形成回路。所述陶瓷基板上开有圆孔4，圆孔4与尺寸满足Zhaga标准（三）的底座0的凹槽01中的螺孔02通过螺钉固定。所述的陶瓷基板9为氧化铝材料陶瓷基板。

以下以一个45W的LED光引擎为例，进行一步说明制作过程。

LED引擎主体部分如图2所示，底座如图1所示，LED引擎主体部分的尺寸需与基座的底部凹槽01相契合，利用螺钉将陶瓷基板9的两个圆孔4与底座0的螺孔02相连接。所述的一种基于Zhaga的陶瓷基COB封装LED光引擎采用COB封装技术，所述的陶瓷基板为氧化铝材料陶瓷基板；所述的底座尺寸满足Zhaga标准（三）。

（1）将LED红色芯片用固晶银胶固定在陶瓷基板的LED红光芯片固晶位（5、6、7、8）上，LED蓝色芯片则用绝缘胶水贴装排布在陶瓷基板上，再将基板进行烘烤，使固晶胶固化；

（2）分别用金线将两组LED芯片串联；

（3）将LED专用围坝胶在围于基板上，形成一环形围坝圈，使所有LED芯片围于其中；

（4）将荧光粉与液态硅胶混合搅拌均匀形成荧光体，将液态荧光体滴于围坝圈中，烘烤固化，使得液态荧光体得到固化形成硅胶荧光层。

步骤（1）中，所述LED蓝光芯片发光波长为450nm-460nm，单颗电压在3.0-3.3V之间；所述LED红光芯片发光波长为620nm-650nm，单颗电压在2.1-2.5V之间；所述陶瓷基板表面涂覆一层绝缘白色油墨。所用的固晶胶水为市售LED固晶绝缘胶及固晶银胶，其固化温度为150-170℃，固化时间为1.5-2小时。所述金线规格为0.9mil或1mil。所述围坝圈的高度为0.5-1.3mm；所述的围坝胶为市售LED专用围坝胶。步骤（4）中，滴于围坝圈中的液态荧光体厚度为为0.5mm至0.8mm，应至少高于围坝圈内的金线高度；所述的荧光粉包括黄色荧光粉、红色荧光粉及黄绿色荧光粉，黄色荧光粉的激发波长在455-460nm之间，发射波长为540-555nm；红色荧光粉激发波长为430-490nm，发射波长为620-650nm；黄绿色荧光粉激发波长为450-470nm，发射波长为522-525nm；所述的液态硅胶为市售COB专用封装硅胶；在点粉步骤中，待液态荧光硅胶完全流平后，放置于80-90℃的烤箱内烘烤1小时后，转入150-155℃的烤箱内继续烘烤2小时，使得围坝圈内的荧光硅胶层固化。

步骤（1）中，4颗红光芯片采取串联的形式，通过金线14与LED红光芯片导电线路10联通，并在第一电源输入接口21和第四电源输入接口24接通直流电源，通入电流350mA，单颗红光芯片电压2.1V，因此4颗红光芯片总功率2.94W。将LED蓝光芯片以6并16串的形式均匀排布固定于空白区域13，并用金线14连接，并与第一LED蓝光电路11和第二LED蓝光电路12联通，在第二电鱼输入接口22和第三电源输入接口23接通直流电源，通入电压51V，通入电流0.82A，LED蓝光芯片总功率为42W，整个LED引擎功率为44.94W。

点粉可以采用2g液态硅胶A胶、2g液态硅胶B胶，0.45g发射波长在540nm的黄色荧光粉，0.022g发射波长在628nm的红色荧光粉混合。

经过所述荧光粉点胶，测得色温Tc=5755K，光效122.6lm/W,显色指数Ra=80.，更换暖色调荧光粉配方，测得色温Tc=2998K,光通量3610lm,光效105.4lm/W，显色指数Ra=91；更换中性色温荧光粉配方，测得色温Tc=4503K，光效112.8lm/W，显色指数Ra=85。

本发明不仅能够保证白色LED光源具有高的显色指数，同时能够提高白色LED光源的发光效率，节省资源。为解决LED引擎的显色指数不高的问题，在常规COB封装只有一组电路的基础上，加入一组LED红光电路，形成一组为蓝光芯片电路，一组为红光芯片电路的模式，LED蓝光芯片导电线路与LED红光芯片导电线路分开。由于添加了红光芯片，达到相同显色指数时需要的红色荧光粉量减少，而红色荧光粉价格昂贵，因此可以降低LED引擎的封装成本，另外由于红色荧光粉量的激发效率低，因此红色荧光粉含量的降低可以有效的降低LED蓝光芯片的蓝光转换损失从而提高光效。采用陶瓷基底的COB封装方式。LED蓝光芯片和红光芯片，全部固定于陶瓷基板上，陶瓷基板为氧化铝材料，具有很好的散热性能及绝缘性能。陶瓷基板下方接铝材料或者散热器，利于热量及时从芯片通过陶瓷基板散至铝材料，或者通过风扇将热量排于空气中，通过降低LED芯片的节温，提高LED出射光效。

Claims (4)

1.一种基于Zhaga的陶瓷基COB封装LED光引擎，采用COB封装技术封装，其特征在于包括：陶瓷基板（9）、若干LED红光芯片、若干LED蓝光芯片和底座（0）；所述的底座（0）的尺寸及接口满足Zhaga标准，陶瓷基板表面一端设有八针电气输入接口（21、22、23、24、25、26、27、28）；其中四针电气输入接口分别为第一电源输入焊盘（21）、第二电源输入焊盘（22）、第三电源输入焊盘（23）、第四电源输入焊盘（24），为LED蓝光芯片和LED红光芯片的电源供给输入接口；八针电器输入接口位置两侧各设有一个用于固定八针接口引线槽的焊盘（1），陶瓷基板一侧设有若干电阻焊接位（3），所述的陶瓷基板表面还设有间隔均匀分布于同一圆周的四个LED红光芯片固晶位（5、6、7、8）；所述的陶瓷基板表面还设有LED红光芯片导电线路（10）以及第一LED蓝光芯片导电线路（11）第二LED蓝光芯片导电线路（12）；所述的LED红光芯片导电线路（10）通过金线（15）与固定于LED红光芯片固晶位（5、6、7、8）的所述若干LED红光芯片连接导通，并且所述的LED红光芯片导电线路（10）一端连接于第一电源输入焊盘（21），另一端连接于第四电源输入焊盘（24）；所述的第一LED蓝光芯片导电线路（11）与第二LED蓝光芯片导电线路（12）形成一个断开的圆周，其中第一LED蓝光芯片导电线路（11）的一端连接于第二电源输入焊盘（22），另一端与第二LED蓝光芯片导电线路（12）的一端断开；所述的第二LED蓝光芯片导电线路（12）的一端连接第三电源输入焊盘（23），另一端与第一LED蓝光芯片导电线路（11）的一端断开。

2.如权利要求1所述的一种基于Zhaga的陶瓷基COB封装LED光引擎，其特征在于：所述若干LED蓝光芯片固定于第一LED蓝光芯片导电线路（11）与第二LED蓝光芯片导电线路（12）包围的空白区域（13）中，LED蓝光芯片与第一LED蓝光芯片导电线路（11）及第二LED蓝光芯片导电线路（12）通过金线（14）相连，形成回路。

3.如权利要求1所述的一种基于Zhaga的陶瓷基COB封装LED光引擎，其特征在于：所述陶瓷基板上开有圆孔（4），圆孔（4）与尺寸满足Zhaga标准（三）的底座（0）的凹槽（01）中的螺孔（02）通过螺钉固定。

4.如权利要求1所述的一种基于Zhaga的陶瓷基COB封装LED光引擎，其特征在于：所述的陶瓷基板（9）为氧化铝材料陶瓷基板。