Led光机模组的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种LED光机模组，包括透明的光机模板（43），光机模板（43）上印制有银浆印刷电路（414），光机模板（43）上粘贴有电源驱动晶圆级芯片（411）和整流桥晶圆级芯片（412），电源驱动晶圆级芯片（411）和整流桥晶圆级芯片（412）为未封装的晶圆级器件；电源驱动晶圆级芯片（411）和整流桥晶圆级芯片（412）通过倒装焊接或正装焊接金线（417）与银浆印刷电路（414）焊接；所述光机模板（43）上还粘结有LED芯片阵列；LED芯片阵列由多个并联在一起的串联段组成，且每个串联段由3～7颗LED芯片（41）串联组成的，每个LED芯片（41）通过倒装焊接或正装焊接金线（417）与银浆印刷电路（414）焊接。
【专利说明】【技术领域】
[〇〇〇1] 本实用新型涉及一种LED光机模组，属于LED照明【技术领域】。 LED光机模组 【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。 实用新型内容
[0006] 本实用新型的目的在于，提供一种LED光机模组。它是一种更易标准化的，内置驱 动电源和LED照明芯片结构的LED光机模组，它在结构上有利于LED照明的标准化、大规模 的推广。
[0007] 本实用新型的技术方案：LED光机模组，其特点是：包括透明的光机模板，光机模 板上印制有银浆印刷电路，光机模板上粘贴有电源驱动晶圆级芯片和整流桥晶圆级芯片， 电源驱动晶圆级芯片和整流桥晶圆级芯片为未封装的晶圆级器件；电源驱动晶圆级芯片和 整流桥晶圆级芯片通过倒装焊接或正装焊接金线与银浆印刷电路焊接；光机模板上还可设 有与银浆印刷电路相互焊接的柔性转接电路；所述光机模板上还粘结有LED芯片阵列；LED 芯片阵列由多个并联在一起的串联段组成，且每个串联段由3?7颗(能承受高电压的)LED 芯片串联组成的，每个LED芯片通过倒装焊接或正装焊接金线与银浆印刷电路焊接。
[0008] 上述的LED光机t旲组中，所述电源驱动晶圆级芯片、整流桥晶圆级芯片和LED芯片 之间填充有用于找平的透明封胶，然后再采用除预留安装和焊接位置外，型式和尺寸与光 机模板的相同的透明盖板加盖其上形成密封；或者直接在电源驱动晶圆级芯片、整流桥晶 圆级芯片和LED芯片形成一层将电源驱动晶圆级芯片、整流桥晶圆级芯片和LED芯片密封 的透明封胶。
[0009] 与现有技术相比，本实用新型的光机模组可以适用于本实用新型人在先申请的各 类灯泡专利，替代灯泡中原有的光机模组。本实用新型的光机模组在结构上可以内置电源 和LED照明芯片，而且体积小，易于实现标准化。本实用新型可以改变了现有的以LED芯 片为中心的产业架构，本实用新型的LED光机模组可以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。 【专利附图】
【附图说明】
[〇〇1〇] 图1为本实用新型实施例印制了银浆电路的光机模板示意图；
[0011] 图2本实用新型实施例LED芯片为正装金线焊结的光机模组图；
[0012] 图3为本实用新型实施例LED芯片为倒装焊结的光机模组图；
[0013] 图4为本实用新型实施例封装透明盖板后的光机模组图；
[0014] 图5为本实用新型实施例封胶完成后的光机模组图；
[0015] 图6为本实用新型实施例的光机核心构件的结构示意图；
[〇〇16] 图7为本实用新型实施例的LED电压电流波形图；
[〇〇17] 图8为本实用新型实施例的超高电压运行功率波形图；
[0018] 图9本实用新型实施例的调光运行功率波形图；
[〇〇19] 图10本实用新型实施例的电路连接图；
[0020] 图11本实用新型实施例的驱动电源芯片内部电路图；
[0021] 图12本实用新型实施例的3段负载下LED电压电流波形图；
[0022] 图13 :本实用新型实施例DC52V串联的LED芯片阵列模组功率加载分布图；
[0023] 图14 :本实用新型实施例LED芯片阵列承载电压试算图；
[0024] 图15 :本实用新型实施例单颗DC52V芯片承载功率试算图；
[0025] 图16 :本实用新型实施例2*52V+4*35V串联的LED芯片阵列模组功率加载分布 图。
[0026] 附图中的标记：41_LED芯片，42-透明盖板，43-光机模板，43. 1-光机模组固定 孔，44-柔性转接电路，45-透明封胶，61-带荧光粉的内罩，411-LED电源驱动晶圆级芯片， 412-整流桥晶圆级芯片，414-银浆印刷电路，417-焊接金线。 【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型 限制的依据。
[0028] 实施例。LED光机模组，包括透明的光机模板43 (如图1所示)，光机模板43上印 制有银楽印刷电路414,光机|旲板43上粘贴有电源驱动晶圆级芯片411和整流桥晶圆级芯 片412,电源驱动晶圆级芯片411和整流桥晶圆级芯片412为未封装的晶圆级器件；电源驱 动晶圆级芯片411和整流桥晶圆级芯片412通过倒装焊接（如图3所不）或正装焊接(如图 2所示）金线417与银浆印刷电路414焊接；光机模板43上还设有与银浆印刷电路414相 互焊接的柔性转接电路44 ;所述光机模板43上还粘结有LED芯片阵列；LED芯片阵列由多 个并联在一起的串联段组成，且每个串联段由3?7颗(能承受高电压的)LED芯片41串联 组成的，每个LED芯片41通过倒装焊接或正装焊接金线417与银浆印刷电路414焊接。
[0029] 所述电源驱动晶圆级芯片411、整流桥晶圆级芯片412和LED芯片41之间填充 有用于找平的透明封胶45,然后再采用除预留安装和焊接位置外，型式和尺寸与光机模板 43的相同的透明盖板42加盖其上形成密封，如图4所示；或者直接在电源驱动晶圆级芯片 411、整流桥晶圆级芯片412和LED芯片41形成一层将电源驱动晶圆级芯片411、整流桥晶 圆级芯片412和LED芯片41密封的透明封胶45,如图5所示。
[0030] 在本实用新型的LED光机模组上，LED驱动方法可以为：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 WK，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Vw大于VWmax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Iw，当I w超过设计值，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，IWK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 tm毫秒动作，以获得相对较平稳的LED工作电流。
[0031] 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 (180度)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（参见图14);③由于LED电压增加电流大增，实质为功率性损坏。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芯片组承载电压情况下，可 作图得出芯片组的图形面积，（参见图15)，逐段验证芯片组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按商品来选取串联段组上芯片组的承载电压值，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芯片组靠近正极端 (始段)，承载电压值较低的LED芯片组靠近负极端(末段)。
[0032] 所述光机模板（43)的材质为薄片非金属透明材料(如Si02, A1203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。）
[0033] 使用本实用新型的LED光机模组还可组建LED照明核心构件的方法，如图6所示： 在LED光机模组上设置柔性电路44,或还在LED光机模组上盖上透明盖板42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的荧光粉。
[0034] 下文是以6组LED负载为例的LED驱动电路工作原理。即η取值为6。
[0035] 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7,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为最高DC311V，180度时，电压又降为零，周而复始。
[0036] 在脉动直流电压大于零与小于等于之间，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7和图10,电压开关节点为电压分段界限。
[0037] 供电管理运行模式：不设计电流控制器件，各级开关的启闭仅取决于Vw的变化，参 见图7、图10和图11。
[0038] 周期0?90度时：
[0039] 第1段：工作初始状态，即周期从0起始，电路中开关&?K6处于开启状态（0N)， 电流主要经节点Λ通过开关Ki形成通路，负载由额定电压为lV m/6串联工作的LED组成；
[0040] 第2段：当Vw大于等于lVm/6时，开关K1关闭（0FF)，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 WK/6串联工作的LED组成；
[0041] 第3段：当Vw大于等于2VWK/6时，开关K1处于0FF，开关K2关闭（0FF)，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 m/6串联工作的LED组成；
[0042] 第4段：当Vw大于等于3VWK/6时，开关K1?K2处于0FF，开关K3关闭（0FF)，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 m/6串联工作的LED组成；
[0043] 第5段：当Vw大于等于4VWK/6时，开关K1?K3处于0FF，开关K4关闭（0FF)，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 m/6串联工作的LED组成；
[0044] 第6段：当Vw大于等于5VWK/6时，开关K1?K4处于0FF，开关K5关闭（0FF)，电 流经节点J6通过开关K6形成通路，负载由额定电压为6V m/6串联工作的LED组成；
[0045] 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。
[0046] 周期9〇?18〇度时：
[0047] 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（0FF)，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 6VWK/6串联工作的LED组成；
[0048] 第5段：当Vw小于等于5VWK/6时，开关K5?K6开启（0N)，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 WK/6串联工作的LED组成；
[0049] 第4段：当Vw小于等于4VWK/6时，开关K4?K6开启（0N)，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 WK/6串联工作的LED组成；
[0050] 第3段：当Vw小于等于3VWK/6时，开关K3?K6开启（0N)，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 WK/6串联工作的LED组成；
[0051] 第2段：当Vw小于等于2VWK/6时，开关K2?K6开启（0N)，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 WK/6串联工作的LED组成；
[0052] 第1段：当Vw小于等于lVWK/6时，开关K1?K6开启（0N)，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lV WK/6串联工作的LED组成。
[0053] 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。
[0054] 调光运行模式：外部设置一给定电压VT=0时，VWmax对应CVWR，外部电压给定VT=5V 时，VWmax对应〇V，设置0彡VWmax彡CVm，C调整系数，为额定电压的倍数，如C=l. 12。Vw大于 VWmax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9、图10和图11，调节V Wmax低于VWR，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（0FF)，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VWmax等于0时，所有开关将关闭（0FF)，负载供电量为零。可以做到无级调光， 而不会发生能量消耗。
[0055] 电压保护运行模式：设置VWmax=CVWR。V w大于VWmax的时段，对应各段的开关将关闭 (0FF)，停止向负载供电。参见图8、图10和图11，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（0FF)，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。
[0056] 过流保护运行模式：本实用新型具有过流保护，参见图11，电流传感器测得电路 中有效工作电流I w超过设计值KIWK，K为调整系数，例：设定1^=275-，K=l. 2,逻辑开关控 制器将关闭所有开关Κ1?Κ6 (0FF)，开启开关（ON) Κ1?Κ6需在下次重新加载电源压后 恢复。
[0057] 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12 ;分段多，则电路结构复杂。一般取4?6段为 佳。
[0058] 注：Vw-脉动直流工作电压（1. 4142*交流电压）;VWR-脉动直流额定最大工作电压 (1. 4142*交流电压）；VWmax-最大允许脉动直流电压（1. 4142*交流电压）；IW-有效工作电 流。I?-额定有效工作电流。
[0059] 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13,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。
[0060] 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L 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14,设LED芯片阵列芯 片承载功率（图中矩形阴影部分面积）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14作图推算出市电为AC220V时芯片阵列的承载电压为DC236V ;
[0061] 参见图15,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）；
[0062] 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16,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。
[〇〇63] 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15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16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DC31IV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。
[0064] 在其他市电电压等级时，优化方式参照上述进行。
[〇〇65] 理想状态下芯片承载功率验算如下表所示：
[0066]
【权利要求】
1. LED光机模组，其特征在于：包括透明的光机模板（43)，光机模板（43)上印制有银浆 印刷电路（414)，光机|旲板（43)上粘贴有电源驱动晶圆级芯片（411)和整流桥晶圆级芯片 (412)，电源驱动晶圆级芯片（411)和整流桥晶圆级芯片（412)为未封装的晶圆级器件；电 源驱动晶圆级芯片（411)和整流桥晶圆级芯片（412)通过倒装焊接或正装焊接金线（417) 与银浆印刷电路（414)焊接；所述光机模板（43)上还粘结有LED芯片阵列；LED芯片阵列由 多个并联在一起的串联段组成，且每个串联段由3?7颗LED芯片（41)串联组成的，每个 LED芯片（41)通过倒装焊接或正装焊接金线（417)与银浆印刷电路（414)焊接。
2. 根据权利要求1所述的LED光机模组，其特征在于：所述电源驱动晶圆级芯片 (411 )、整流桥晶圆级芯片（412 )和LED芯片（41)之间填充有用于找平的透明封胶（45 )，然 后再采用除预留安装和焊接位置外，型式和尺寸与光机模板（43)的相同的透明盖板（42) 加盖其上形成密封；或者直接在电源驱动晶圆级芯片（411)、整流桥晶圆级芯片（412)和 LED芯片（41)形成有一层将电源驱动晶圆级芯片（411 )、整流桥晶圆级芯片（412)和LED芯 片（41)密封的透明封胶（45)。
【文档编号】H01L33/48GK203836904SQ201420258753
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年5月20日 优先权日:2014年5月20日
【发明者】张继强, 张哲源, 朱晓冬 申请人:贵州光浦森光电有限公司