專利名稱：：直嵌式大功率led照明模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及LED照明應(yīng)用領(lǐng)域,特別涉及一種直嵌式大功率LED照明模塊。
背景技術(shù)：
：上個(gè)世紀(jì)60年代，科技工作者利用半導(dǎo)體PN結(jié)發(fā)光的原理，研制成了LED發(fā)光二極管。當(dāng)時(shí)研制的LED,所用的材料是GaASP，其發(fā)光顏色為紅色。經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，現(xiàn)在大家十分熟悉的LED,已能發(fā)出紅、橙、黃、綠、藍(lán)等多種色光。然而照明需用的白色光LED僅在近年才發(fā)M來(lái)，對(duì)于一般照明，在工藝結(jié)構(gòu)上，白光LED—般采用兩種方法形成。第一種是利用"藍(lán)光技術(shù)"與熒光粉配合形成白光；第二種是多種單色光混合方法。這兩種方法都已能成功產(chǎn)生白光器件。白光發(fā)光二極管是一種高效環(huán)保的半導(dǎo)體電光轉(zhuǎn)換光源，具有很多相對(duì)于傳統(tǒng)光源的優(yōu)點(diǎn)，受到極大關(guān)注。首先，其高電光轉(zhuǎn)換效率已達(dá)161流明/瓦(lm/W),而傳統(tǒng)光源，如HID燈僅為為901m/W,白熾燈則是201m/W;由此可見(jiàn)其節(jié)能效果顯著；其次，LED采用低壓供電方式，安全可靠，事故率低；此外，發(fā)光二極管不僅僅在生產(chǎn)上所需的能源和材料少，它還有體積小、無(wú)熱輻射及無(wú)水銀等有毒物質(zhì)污染的優(yōu)點(diǎn)。因此，LED照明已被視為二十一世紀(jì)最有潛力的高效環(huán)保節(jié)能技術(shù)。對(duì)于大功率照明(如10000-lm的路燈)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，單芯片封裝LED發(fā)出的流明數(shù)(或光通量)不足以達(dá)到通用光源所需，因此，大功率LED照明一般采用多芯片串并結(jié)構(gòu)組合的方式?，F(xiàn)有大功率白光LED照明封裝主要利用傳統(tǒng)的指示型結(jié)構(gòu)和功率型表面封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單串并集成。其中，傳統(tǒng)指示型結(jié)構(gòu)的外部采用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行光束整形變換，散熱困難，而且在使用過(guò)程中，由于環(huán)氧樹(shù)脂老化而產(chǎn)生的黃化現(xiàn)象容易導(dǎo)致LED色溫改變和出光率衰減；而表面封裝模塊的散熱性能雖然有顯著提高，但是需要在封裝時(shí)進(jìn)行二次光學(xué)處理，使生產(chǎn)成本大大提高。另外，在傳統(tǒng)的串并結(jié)構(gòu)中，當(dāng)熱量累積致使一個(gè)LED晶體脫落、破裂或者金線斷裂時(shí)，會(huì)導(dǎo)致整串LED"死燈，，的現(xiàn)象；其次，由于LED性能參數(shù)的隨機(jī)性，部分LED的電流應(yīng)力過(guò)大、熱應(yīng)力過(guò)高，使這些LED的性能參數(shù)變壞以至老化，這時(shí)LED的電光轉(zhuǎn)換效率和光通量大大降低，老化的LED產(chǎn)生過(guò)多熱量并引起電參數(shù)漂移，還可能耦合到其他LED,嚴(yán)重影響整體工作性能，導(dǎo)致光源整體老化。終上所述，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的熱量累積和電流耦合會(huì)嚴(yán)重影響發(fā)光二極管的光效和壽命，再加上復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)特性和較為昂貴的的封裝加工成本，以上這些問(wèn)題一直困擾著白光LED向大功率功能照明的道路大步邁進(jìn)。
發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明提供了一種直嵌式大功率LED照明模塊，能夠解決大功率功能性照明的白光LED模塊所存在的光效、成本、使用靈活度和可靠性等問(wèn)題。本發(fā)明的直嵌式大功率LED照明模塊，包括PCB板，所述照明模塊包括LED模塊和恒流驅(qū)動(dòng)模塊，所述LED模塊與恒流驅(qū)動(dòng)模塊相連且直嵌設(shè)置在PCB板的表面，所述LED模塊包括LED芯片和銅漫反射燈杯，所述銅漫反射燈杯包括銅質(zhì)銅質(zhì)杯身和設(shè)置在銅質(zhì)杯身頂部的內(nèi)凹的反射腔，所述銅漫反射燈杯的銅質(zhì)杯身嵌置于PCB板內(nèi)部且反射腔顯露于PCB板外部，所述LED芯片設(shè)置在反射腔內(nèi)部。進(jìn)一步，所述LED模塊的數(shù)量至少為兩個(gè)，所述每一LED模塊均集成有一冗余驅(qū)動(dòng)模塊，所述LED模塊依次串聯(lián)形成LED模塊組，所述LED模塊組的正、負(fù)兩端分別與恒流驅(qū)動(dòng)模塊電連接；進(jìn)一步，所述恒流驅(qū)動(dòng)模塊包括比較器Il、NMOS管Ql、穩(wěn)壓二極管W1、電阻器R1、電阻器R2、電阻器R3和限流電阻R4，所述比較器I1的同相輸入端通過(guò)限流電阻R4接電源Vcc,同時(shí)通過(guò)穩(wěn)壓二極管Wl接地，所述比較器的反相輸入端通過(guò)電阻器R2和R3接地，所述比較器的輸出端通過(guò)電阻器Rl與NMOS管的柵極相連，所述NMOS管的源極經(jīng)電阻器R3接地，NMOS管的漏極與LED模塊組的負(fù)端相連接，所述LED模塊組的正端與電源Vcc相連接；進(jìn)一步，所述冗余驅(qū)動(dòng)模塊包括NMOS管Q2，所述NMOS管Q2的漏極與對(duì)應(yīng)的LED芯片正極相連，所述NMOS管Q2的源極與對(duì)應(yīng)的LED芯片負(fù)極相連，所述NMOS管Q2的柵極通過(guò)電阻R5與漏極連接，同時(shí)NMOS管Q2的柵極還通過(guò)具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻R6與源極連接；進(jìn)一步，所述LED芯片的正、負(fù)極通過(guò)金線與PCB板上的對(duì)應(yīng)焊盤(pán)相連接；進(jìn)一步，所述LED模塊包括外罩，所述LED芯片及對(duì)應(yīng)焊盤(pán)通過(guò)外罩密封；進(jìn)一步，所述PCB板為MCPCB板。本發(fā)明的有益效果是1.本發(fā)明通過(guò)銅漫反射燈杯工藝進(jìn)行光束整形，實(shí)現(xiàn)了非環(huán)氧型光束變換；采用倒T銅質(zhì)杯座，改善了熱傳導(dǎo)性，簡(jiǎn)化了加工工藝，提高了燈杯幾何參數(shù)的一致性；采用芯片直嵌式的策略，降低了二次組裝成本，同時(shí)極大的增強(qiáng)了發(fā)白光LED的外量子效率，并避免環(huán)氧黃化帶來(lái)的嚴(yán)重光衰；2.本發(fā)明根據(jù)LED的串聯(lián)斷路特性以及芯片溫度敏感特性，釆用冗余電路對(duì)LED串的直接集成，避免了部分?jǐn)嗦穼?dǎo)致整串死燈以及溫度不均勻分布導(dǎo)致的局部芯片加速老化，延長(zhǎng)了本模塊的使用壽命；3.在模塊封裝中同時(shí)利用廉價(jià)、高效的PWM恒流電路，實(shí)現(xiàn)模塊各LED工作電流相等，改善外部輸入電壓的使用條件，避免了傳統(tǒng)的基于線性恒流電路效率低下的情況，提高基于提出的白光LED封裝模塊在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的靈活性及通用性；4.本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、造價(jià)低廉、安全可靠，適合推廣使用。本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說(shuō)明書(shū)中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)下面的說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中圖1為本發(fā)明的LED照明模塊結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明的LED模塊結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明的恒流驅(qū)動(dòng)模塊電路圖4為本發(fā)明的冗余驅(qū)動(dòng)模塊和LED模塊連接電路圖5為本發(fā)明的LED照明模塊光衰對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果圖。具體實(shí)施例方式以下將參照附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說(shuō)明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖l所示，本發(fā)明的直嵌式大功率LED照明封裝模塊，包括PCB板1，照明模塊包括LED模塊2和恒流驅(qū)動(dòng)模塊3,LED模塊2與恒流驅(qū)動(dòng)模塊3相連且直嵌設(shè)置在PCB板1的表面，本實(shí)施例中，LED模塊2的數(shù)量為6個(gè)，每一LED模塊2均并聯(lián)有一冗余驅(qū)動(dòng)模塊4,LED模塊2依次串聯(lián)形成LED模塊組5,LED模塊組5的正、負(fù)兩端分別與恒流驅(qū)動(dòng)模塊3電連接。如圖2所示，LED模塊2包括LED芯片21和銅漫反射燈杯，銅漫反射燈杯包括銅質(zhì)銅質(zhì)杯身22和設(shè)置在銅質(zhì)杯身22頂部的內(nèi)凹的反射杯腔23,銅漫反射燈杯的銅質(zhì)杯身22嵌置于PCB板1內(nèi)部且反射杯腔23顯露于PCB板1外部，LED芯片設(shè)置在反射杯腔23內(nèi)部，LED芯片21的正、負(fù)極通過(guò)金線與PCB板1上的對(duì)應(yīng)焊盤(pán)相連接。為有效保護(hù)LED芯片免受外來(lái)因素?fù)p壞，LED模塊2還包括外罩24，LED芯片21及對(duì)應(yīng)焊盤(pán)通過(guò)外罩24密封。通過(guò)采用銅漫反射燈杯工藝進(jìn)行光束整形，實(shí)現(xiàn)了非環(huán)氧型光束變換，改善了熱傳導(dǎo)性；采用芯片直嵌式的策略，降低了二次組裝成本，同時(shí)極大的增強(qiáng)了發(fā)白光LED的外量子效率，并避免環(huán)氧黃化帶來(lái)的嚴(yán)重光衰。如圖3所示，恒流驅(qū)動(dòng)模塊3包括比較器II、NMOS管Ql、穩(wěn)壓二極管Wl、第電阻器R1、電阻器R2、電阻器R3和限流電阻R4，比較器I1的同相輸入端通過(guò)限流電阻R4接電源Vcc，同時(shí)通過(guò)穩(wěn)壓二極管Wl接地，比較器的反相輸入端通過(guò)電阻器R2和R3接地，比較器的輸出端通過(guò)電阻器Rl與NMOS管的柵極相連，NMOS管的源極經(jīng)電阻器R3接地，NMOS管的漏極與LED模塊組5的負(fù)端相連接，所述LED模塊組5的正端與電源Vcc相連接。本恒流驅(qū)動(dòng)模塊3由PWM信號(hào)控制NMOS管Ql的通斷來(lái)使輸出開(kāi)啟或關(guān)斷，其恒流的工作原理為電阻R4與穩(wěn)壓二極管Wl構(gòu)成基準(zhǔn)電路，提供基準(zhǔn)電壓為,，比較器Il的同相輸入電壓等于基準(zhǔn)電壓即^/+=^,，比較器Il工作在線性區(qū)，其反相輸入電壓與同相輸入電壓相同，即有[/—-K-t^,,則NMOS管Ql的源極電流為^L，即恒流驅(qū)動(dòng)模塊3的驅(qū)動(dòng)電流為^，達(dá)到了恒流驅(qū)動(dòng)的目的。該A凡恒流驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)采用電阻采樣基準(zhǔn)電流的結(jié)構(gòu)，大大減少了模塊體積，同時(shí)有效地實(shí)現(xiàn)各LED模塊2的工作電流相等，改善外部輸入電壓的使用條件，使LED芯片工作更為穩(wěn)定。如圖4所示，冗余驅(qū)動(dòng)模塊4包括NMOS管Q2，所述NMOS管Q2的漏極與對(duì)應(yīng)的LED芯片正極相連，所述NMOS管Q2的源才及與對(duì)應(yīng)的LED芯片負(fù)極相連，所述NMOS管Q2的柵極通過(guò)電阻R5與漏極連接，同時(shí)通過(guò)具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻R6與源極連接。當(dāng)LED芯片21發(fā)生斷路時(shí)，流過(guò)熱敏電阻R6的電流增大，熱敏電阻R6的阻值增大，NMOS管Q2導(dǎo)通，形成通if各，避免了單個(gè)LED斷路導(dǎo)致整串LED"死燈，，的現(xiàn)象，同時(shí)也改善了溫度不均勻分布導(dǎo)致的局部芯片加速老化，大大延長(zhǎng)了本模塊的使用壽命。8本實(shí)施例中，PCB板1采用MCPCB板，MCPCB是metalcoreprintedboard的縮寫(xiě)，其結(jié)構(gòu)為三層，最上面是一層極薄的線路板，中間為一層高導(dǎo)熱的絕緣粘合劑，底層為鋁，它具有良好的導(dǎo)熱性、電氣絕緣性能和機(jī)械加工性能，能對(duì)熱擴(kuò)散進(jìn)行極為有效的處理，降低產(chǎn)品運(yùn)行溫度，提高產(chǎn)品功率密度和可靠性，延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命；同時(shí)縮小產(chǎn)品體積，降低硬件及裝配成本。實(shí)^r效果對(duì)比一、本發(fā)明的LED照明模塊和傳統(tǒng)LED模塊(包括基于指示型和基于表面型)光效對(duì)比參數(shù)如表1所示。在晶片、熒光粉、熒光膠和晶片粘合劑均相同，而封裝結(jié)構(gòu)不同(光束變換透鏡、冗余電路和支架結(jié)構(gòu))以及前向工作電流IF=350MA、環(huán)境溫度TA=25.8°C、環(huán)境濕度PHH61。/。的條件下測(cè)試。結(jié)果如下表1<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>由表中可以看出，本發(fā)明的LED照明模塊光效明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的LED模塊光效，說(shuō)明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)更有利于白光LED光能的激發(fā)，更符合節(jié)能提效的目的。二、本新型白光LED模塊和傳統(tǒng)模塊(包括基于指示型和基于表面型)光衰對(duì)比如圖5所示，在前向工作電流IF450MA、環(huán)境溫度TA二25.8。C、環(huán)境濕度PH二60。/o的條件下測(cè)試連續(xù)工作820小時(shí)的光衰情況，由圖可以看出，本發(fā)明的LED照明模塊的光衰遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的LED模塊(包括基于指示型和基于表面型)。最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。權(quán)利要求1.直嵌式大功率LED照明封裝模塊，包括PCB板，其特征在于所述照明模塊包括LED模塊和恒流驅(qū)動(dòng)模塊，所述LED模塊與恒流驅(qū)動(dòng)模塊相連且直嵌設(shè)置在PCB板的表面，所述LED模塊包括LED芯片和銅漫反射燈杯，所述銅漫反射燈杯包括銅質(zhì)杯身和設(shè)置在銅質(zhì)杯身頂部的內(nèi)凹的反射杯腔，所述銅漫反射燈杯的銅質(zhì)杯身嵌置于PCB板內(nèi)部且反射杯腔顯露于PCB板外部，所述LED芯片設(shè)置在反射杯腔內(nèi)部。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直嵌式大功率LED照明模塊，其特征在于所述LED模塊的數(shù)量至少為兩個(gè)，所述每一LED模塊均集成有一冗余驅(qū)動(dòng)模塊，所述LED模塊依次串聯(lián)形成LED模塊組，所述LED模塊組的正、負(fù)兩端分別與恒流驅(qū)動(dòng)模塊電連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直嵌式大功率LED照明模塊，其特征在于所述恒流驅(qū)動(dòng)模塊包括比較器Il、NM0S管Q1、穩(wěn)壓二極管W1、電阻器R1、電阻器R2、電阻器R3和限流電阻R4,所述比較器II的同相輸入端通過(guò)限流電阻R4接電源Vcc,同時(shí)通過(guò)穩(wěn)壓二極管Wl接地，所述比較器的反相輸入端通過(guò)電阻器R2和R3接地，所述比較器的輸出端通過(guò)電阻器R1與NMOS管的柵極相連，所述NMOS管的源極經(jīng)電阻器R3接地，NMOS管的漏極與LED模塊組的負(fù)端相連接，所述LED模塊組的正端與電源Vcc相連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直嵌式大功率LED照明模塊，其特征在于所述冗余驅(qū)動(dòng)模塊包括NMOS管Q2,所述NMOS管Q2的漏極與對(duì)應(yīng)的LED芯片正極相連，所述NMOS管Q2的源極與對(duì)應(yīng)的LED芯片負(fù)極相連，所述NMOS管Q2的柵極通過(guò)電阻R5與NMOS管Q2的漏極連接，同時(shí)通過(guò)具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻R6與NMOS管Q2的源極連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直嵌式大功率LED照明模塊，其特征在于所述LED芯片的正、負(fù)極通過(guò)金線與PCB板上的對(duì)應(yīng)焊盤(pán)相連接。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的直嵌式大功率LED照明模塊，其特征在于所述LED模塊還包括外罩，所述LED芯片及對(duì)應(yīng)焊盤(pán)通過(guò)外罩密封。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的直嵌式大功率LED照明模塊，其特征在于所述PCB板為MCPCB板。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種直嵌式大功率LED照明模塊，包括PCB板，所述照明模塊包括LED模塊和恒流驅(qū)動(dòng)模塊，所述LED模塊與恒流驅(qū)動(dòng)模塊相連且直嵌設(shè)置在PCB板的表面，所述LED模塊包括LED芯片和銅漫反射燈杯，所述銅漫反射燈杯包括銅質(zhì)杯身和設(shè)置在銅質(zhì)杯身頂部的內(nèi)凹的反射杯腔，所述銅漫反射燈杯的杯座嵌置于PCB板內(nèi)部且反射杯腔顯露于PCB板外部，所述LED芯片設(shè)置在反射杯腔內(nèi)部，本發(fā)明采用芯片直嵌式的策略，并通過(guò)銅漫反射燈杯工藝，降低了二次組裝成本，改善了熱傳導(dǎo)效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了非環(huán)氧型光束變換，極大的增強(qiáng)了白光LED的外量子效率，并避免環(huán)氧樹(shù)脂黃化帶來(lái)的嚴(yán)重光衰。文檔編號(hào)F21S2/00GK101619814SQ200910104440公開(kāi)日2010年1月6日申請(qǐng)日期2009年7月24日優(yōu)先權(quán)日2009年7月24日發(fā)明者靜周,龍興明申請(qǐng)人:重慶大學(xué)