CN114001286A - 一种实现led灯珠灯驱合一的封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种实现LED灯珠灯驱合一的封装结构，包括基板和设置于基板背面的控制IC，基板包括相对设置于基板背面中部左右两端的第一焊盘和第二焊盘、相对设置于基板背面上下两端的第三焊盘和第四焊盘；控制IC包括引脚：信号输入端DI、信号输出端DO、电源正极端VDD和电源负极端GND；LED灯珠通过平行并排设置的三根导线级联。通过本发明提供的技术方案，实现通过三线驱动简化布线封装工艺、节省生产维护成本、提高发光一致性以及具有断点续传功能。
Description
技术领域
本发明涉及LED灯珠封装技术领域，特别涉及一种实现LED灯珠灯驱合一的封装结构。
背景技术
当前市场上主流的幻彩灯珠采用4根导线驱动，布线封装工艺复杂、生产维护成本高；也有采用3根导线驱动的幻彩设计，存在两个问题，一方面是LED灯珠封装结构设计不对称级联时需旋转角度连线，使LED灯珠级联后灯串体积较大同时发光一致性较差，另一方面是无法实现断点续传。需要一种LED灯珠封装结构设计能解决布线封装工艺复杂、生产维护成本高、灯串发光一致性差、出现断点则灯串发光中断等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实现LED灯珠灯驱合一的封装结构，通过三线驱动简化布线封装工艺、节省生产维护成本、提高发光一致性以及实现断点续传功能。
本发明解决其技术问题提供的技术方案如下：
本发明提供一种实现LED灯珠灯驱合一的封装结构，包括基板和设置于基板背面的控制IC，基板包括相对设置于基板背面中部左右两端的第一焊盘和第二焊盘、相对设置于基板背面上下两端的第三焊盘和第四焊盘；控制IC包括引脚：连接于第一焊盘的信号输入端DI，用于接收信号；与信号输入端DI对脚设计、连接于第二焊盘的信号输出端DO，用于输出信号；连接于第三焊盘的电源正极端VDD；连接于第四焊盘的电源负极端GND；LED灯珠通过平行并排设置的三根导线级联，三根导线分别为：信号控制线，通过连接第一焊盘从信号输入端DI输入信号、通过连接第二焊盘从信号输出端DO输出信号；电源正极线，连接第三焊盘；电源负极线，连接第四焊盘。
基板上第一焊盘和第二焊盘之间中路断开形成剪线槽，用于剪掉多余线路以及实现通过控制IC实现LED灯珠信号输入和信号输出，剪线槽的长度和宽度分别设置为0.15mm～1.5mm，可以适应于不同的封装尺寸。
第一焊盘、第二焊盘、第三焊盘和第四焊盘的尺寸范围为0.45～0.55mm，从而可以较大范围应用于线路板、软线灯条、铜线灯条、柔性板等。
基板正面采用全封装式或半封装式封装R/G/B三路发光单元，所述R/G/B三路发光单元与控制IC连接，从而灵活适用于需要更稳定的安装或更适用于加工等不同的场景。。
优选地，基板为正方形，实现R/G/B三路发光单元加盖透镜后发光一致。
优选地，控制IC的电源正极端VDD和电源负极端GND可根据脚位互换，便于灯珠封装通用的线路板。
本发明的封装结构可用于制作三线铜线灯条。
控制IC内置数据锁存电路、数据整形处理电路、数据转发电路、PWM调制电路、以及R/G/B三路LED驱动电路。
优选地，控制IC还内置双向钳位电路，用于信号控制线出现断点后由电源负极线传输信号到下一个控制IC的信号输入端DI，通过电源负极线传输的信号，经过控制IC内置的数据整形处理电路修复信号失真，从而实现无线级联和断点续传。
本发明的有益效果为：
第一方面，本发明提供的封装结构，实现通过平行并列设置的信号控制线、电源正极线和电源负极线三线驱动级联LED灯珠，相对于四线驱动简化了布线封装工艺、节省了材料，从而降低了生产维护成本；
第二方面，本发明焊盘采用对称设计连接导线方便，减少了LED灯珠级联的体积，同时基板采用正方形设计，使封装后发光单元的发光一致性好，提高了成品的光效效果。
第三方面，本发明通过在控制IC内置双向钳位电路，实现在信号控制线出现中断时，能使用电源负极线传输信号到下一个控制IC，结合通过控制IC内置的数据整形处理电路修复信号的失真，从而实现无限级联和断点续传功能。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施例提供的封装结构示意图。
图2是本发明实施例提供的基板背面焊盘分布示意图。
图3是本发明实施例提供的控制IC结构示意图。
图4是本发明实施例提供的封装结构级联后的线路应用图。
图5是本发明实施例提供的封装结构中路剖面示意图。
图6是本发明实施例提供的信号控制线出现断点后信号传输路线图。
附图标识说明：
1-基板；2-控制IC；3-第一焊盘；4-第二焊盘；5-第三焊盘；
6-第四焊盘；7-信号输入端DI；8-信号输出端DO；9-电源正极端VDD；
10-电源负极端GND；11-剪线槽；12--发光单元；13--电源正极线；
14-信号控制线；15-电源负极线。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
针对常规幻彩灯串采用四线驱动，布线封装的难度大、生成维护的成本高，本发明提供一种三线驱动的LED灯珠灯驱合一的封装结构，实现三线级联，降低生产维护难度和成本的同时提高光效效果，并能扩大应用领域如可应用于三线铜线灯条。
请参考图1、图2，本发明实施例提供了一种实现LED灯珠灯驱合一的封装结构，包括基板1和设置于基板背面的控制IC2，其中，基板1包括相对设置于基板1背面中部左右两端的第一焊盘3和第二焊盘4、相对设置于基板背面上下两端的第三焊盘5和第四焊盘6；控制IC2包括引脚：连接于第一焊盘3的信号输入端DI7；与信号输入端DI7对脚设计、连接于第二焊盘4的信号输出端DO8；连接于第三焊盘5的电源正极端VDD9；连接于第四焊盘6的电源负极端GND10。
具体地，本方案中所述上、下、左、右是基于附图视觉的方向，本方案的基板采用BT树脂板料。第一焊盘和第二焊盘在基板背面中路对称设计，第三、四焊盘在基板背面一下两端对称设计，方便导线连接，同时这样的基板结构设计可为正方形结构，封装后体积小并且发光光效一致性好。控制IC引脚定义如下表：
| 序号 | 符号 | 引脚名 | 功能描述 |
| 1 | VDD | 电源 | 供电管脚 |
| 2 | DO | 数据信号输出 | 控制数据信号输出 |
| 3 | GND | 地 | 信号接地和电源接地 |
| 4 | DI | 数据信号输入 | 控制数据信号输入 |
请参考图3，LED灯珠通过平行并排设置的三根导线级联，三根导线分别为：信号控制线14，通过连接第一焊盘3从信号输入端DI7输入信号、通过连接第二焊盘4从信号输出端DO8输出信号；电源正极线13，连接第三焊盘5；电源负极线10，连接第四焊盘6。
具体地，由于焊盘采用对脚对称设计，导线可平行并排设置，接线方便。
进一步地，请参考图5，基板1上第一焊盘3和第二焊盘4之间中路断开形成剪线槽11，剪线槽11的长度和宽度设置为0.15mm～1.5mm。
具体地，在LED灯珠级联时，通常有两种连线的情况，一种是生产时即完成剪线，另一种情况则是，由下游客户进行连线加工，此种情况下需要留有剪线槽方便加工剪线。另一方面，在基板尺寸较小时，焊盘之间的距离过小易造成短路，设置剪线槽更利于形成焊盘之间的隔断减少短路发生。基板上第一焊盘和第二焊盘之间的剪线槽开口在基板外表面开口的长度和宽度范围设置为0.15mm～1.5mm，在此范围内，在基板是正方形设计时，剪线槽的长度和宽度在设定的范围内可以相等，此种设计在满足封装尺寸改变，尺寸范围可以预防应用出现连锡的现象发生。
进一步地，第一焊盘3、第二焊盘4、第三焊盘5和第四焊盘6的尺寸范围为0.45～0.55mm。
具体地，焊盘的孔径宽度范围为0.45～0.55mm，此种设计适用的范围则很广，即可满足线路板SMT，也可以满足铜线灯应用，焊盘的孔径尺寸可以根据灯珠封装尺寸改变。
进一步地，基板1正面采用全封装式或半封装式封装R/G/B三路发光单元12，所述R/G/B三路发光单元12与控制IC2连接。
具体地，基板的正面设置的R/G/B三路发光单元，用于连接LED灯珠，从而使LED灯珠根据控制信号闪烁。基板正面采用全封装式或半封装式封装三个发光单元，从而灵活适用于需要更稳定的安装或更适用于加工等不同的场景。
进一步地，基板1为正方形。
具体地，采用4个布局对称的焊盘结合正方形的设计，结构合理，生产加工操作方便，此结果对于加工完成后的尺寸也更适合存放运输，更特别的是，正方形的基板封装灯珠后，封装形成的透镜形状均匀，透光的光效效果一致性很好，具有长方形基板无法达到的效果。
进一步地，控制IC2的电源正极端VDD9和电源负极端GND10可根据脚位互换。
具体地，电源正极端VDD和电源负极端GND可以根据控制IC的脚位互换，便于灯珠封装线路板的通用。另外，也可以达到市场通用性，客户应用时无需定制化设计线路板，只需使用通用的线路板更改控制则可以达到应用效果。
进一步地，封装结构可制作三线铜线灯条。
具体地，焊盘的结构设计适合于三线并排设置，铜线灯条的连接加工非常简便且结构稳固。
进一步地，控制IC2内置数据锁存电路、数据整形处理电路、数据转发电路、PWM调制电路、以及R/G/B三路LED驱动电路。
具体地，控制IC采用单线归零码的通讯协议。控制IC在上电复位后，信号输入端DI口接收从MCU传输过来的数据帧，并通过数据锁存电路将数据帧里的头24bit数据锁存下来，并送至PWM调制电路，以控制R/G/B LED驱动电路的工作。数据帧的头24bit数据被锁存下来后，剩余的数据经过内部数据整形处理电路进行整形后，通过数据转发电路及信号输出端DO转发至下一颗级联的控制IC。内置数据整形电路，保证数据经过多级级联不会产生波形畸变累加。信号在传输过程易发生两种失真，一种是系统对于信号中各频率分量幅度产生不同的衰减，使输出信号的各频率分量的相对幅度发生了变化，从而引起幅度失真；另一种是系统对各个频率分量产生的相移不与频率成正比，使输出信号的各频率分量在时间轴上的相对位置发生变化，从而引起相位失真。在LED灯珠级联数目较长时，信号的失真衰减会导致后续灯珠工作异常，采用在控制IC中内置数据整形处理电路，能有效解决信号失真衰减的问题。数据整形处理电路的工作原理：整形就是将失真的波形或者不同的波形，修真或者变换，主要是采用放大，即将波形的幅度扩大。放大整形模块能够将一个微弱的交流小信号(叠加在直流工作点上)，通过一个装置(核心为三极管、场效应管)，得到一个波形相似(不失真)，但幅值却大很多的交流大信号的输出。
进一步地，控制IC2还内置双向钳位电路，用于信号控制线14出现断点后由电源负极线15传输信号到下一个控制IC2的信号输入端DI7。
具体地，钳位电路是将脉冲信号的某一部分固定在指定电压值上，并保持原波形形状不变的电路。钳位电路的作用是将周期性变化的波形的顶部或底部保持在某一确定的直流电平上。其功能为：将输入信号上移或下移，并不改变输入信号的波形。基本元件包括：二极管、电容器及电阻器，钳位电路信号由二极管的方向决定原波形的移动方向，在一些电路中会用两个二极管进行双向钳位保护，原理为信号输入端进来的电压大于设定值时时，正向二级管导通，信号会在输出端被钳位在设定值；当信号输入小于设定值时，反向二级管导通，信号会在输入端被钳位在设定值；当信号输入端电压正常为设定值时，钳位电路不工作。本发明借用钳位电路的工作原理，在控制IC内置双向钳位模块，利用LED灯珠工作时信号输入端DI或信号输出端DO与电源负极端GND之间脉冲信号的电平差传输信号。控制IC内置双向钳位电路的工作原理为：当LED灯珠正常工作时，控制信号经信号输入端DI传输给控制IC、所输入的信号一方面控制发光单元按照设定进行闪烁，另一方面经数据整形处理电路修复后经信号输出端DO传输到下一个相连接的LED灯珠的信号输入端DI，此时双向钳位模块不工作，控制信号在信号输入端DI和电源负极GND之间无传输；当级联的珠串中某两个相邻的灯珠之间出现信号线路损伤传输中断时，此时前一个控制IC的信号输出端DO相对于电源负极GND为高电平，双向钳位模块进入工作状态，由电源负极GND向前一个控制IC的信号输入端DO提取控制信号；此时电源负极GND相对于后一个控制IC的信号输入端DI为高电平，后一个控制IC的钳位电路进入工作状态，由后一个控制IC的信号输入端DI向电源负极端GND提取控制信号，实现信号断点续传，经电源负极端GND传递的信号出现的失真由下一个控制IC的数据整形处理电路进行修复后再进行后续传送，可以无限级联。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种实现LED灯珠灯驱合一的封装结构，包括基板和设置于基板背面的控制IC，其特征在于，
所述基板包括相对设置于基板背面中部左右两端的第一焊盘和第二焊盘、相对设置于基板背面上下两端的第三焊盘和第四焊盘；
所述控制IC包括：
连接于第一焊盘的信号输入端DI；
与信号输入端DI对脚设计、连接于第二焊盘的信号输出端DO；
连接于第三焊盘的电源正极端VDD；
连接于第四焊盘的电源负极端GND；
所述LED灯珠通过平行并排设置的三根导线级联，三根导线分别为：
信号控制线，通过连接第一焊盘从信号输入端DI输入信号、通过连接第二焊盘从信号输出端DO输出信号；
电源正极线，连接第三焊盘；
电源负极线，连接第四焊盘。
2.如权利要求1所述实现LED灯珠灯驱合一的封装结构，其特征在于，所述基板上第一焊盘和第二焊盘之间中路断开形成剪线槽。
3.如权利要求2所述实现LED灯珠灯驱合一的封装结构，其特征在于，所述剪线槽的长度范围和宽度范围分别设置为0.15mm～1.5mm。
4.如权利要求1所述实现LED灯珠灯驱合一的封装结构，其特征在于，所述第一焊盘、第二焊盘、第三焊盘和第四焊盘的尺寸范围为0.45～0.55mm。
5.如权利要求1所述实现LED灯珠灯驱合一的封装结构，其特征在于，所述基板正面采用全封装式或半封装式封装R/G/B三路发光单元，所述R/G/B三路发光单元与控制IC连接。
6.如权利要求5所述实现LED灯珠灯驱合一的封装结构，其特征在于，所述基板为正方形。
7.如权利要求1所述一种实现LED灯珠灯驱合一的封装结构，其特征在于，所述控制IC的电源正极端VDD和电源负极端GND可根据脚位互换。
8.如权利要求1所述实现LED灯珠灯驱合一的封装结构，其特征在于，所述封装结构可制作三线铜线灯条。
9.如权利要求1所述实现LED灯珠灯驱合一的封装结构，其特征在于，所述控制IC内置数据锁存电路、数据整形处理电路、数据转发电路、PWM调制电路、以及R/G/B三路LED驱动电路。
10.如权利要求9所述实现LED灯珠灯驱合一的封装结构，其特征在于，所述控制IC还内置双向钳位电路，用于信号控制线出现断点后由电源负极端GND传输信号到下一个控制IC的信号输入端DI。
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