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LED COB(Chip On Board)封裝是指將LED芯片直接固定在印刷線路板(PCB)上，芯片與線路板間通過引線鍵合進(jìn)行電氣連接的LED封裝技術(shù)。其可以在一個(gè)很小的區(qū)域內(nèi)封裝幾十甚至上百個(gè)芯片，最后形成面光源。與點(diǎn)光源封裝相比，COB面光源封裝技術(shù)具有價(jià)格低廉(僅為同芯片的1/3左右)、節(jié)約空間、散熱容易、發(fā)光效率提高、封裝工藝技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。

由于散熱性能優(yōu)越及制造成本低廉，COB封裝LED光源受到很多封裝企業(yè)的熱捧。對(duì)于大功率COB封裝，散熱是影響其長期可靠性的至關(guān)重要的因素。COB封裝產(chǎn)品結(jié)點(diǎn)溫度升高會(huì)降低LED的整體效率，降低正向電壓，導(dǎo)致發(fā)射光紅移，降低使用壽命及可靠性。

LED的散熱研究主要包括3個(gè)層次：封裝、基板和整體層次。在解決大功率COB封裝的散熱問題時(shí)，大多數(shù)研究者是先提出結(jié)構(gòu)模型，并通過軟件(有限元分析軟件ANSYS、計(jì)算流體力學(xué)軟件CFD等)模擬一定條件下整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)的散熱過程及各部位的溫度，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模擬結(jié)果。此外，影響大功率COB封裝性能的一個(gè)重要因素是封裝膠的性能。

1、大功率LED COB封裝用硅膠性能

目前市場上可用于大功率LED COB封裝的硅膠種類繁多，其中數(shù)量較多的是國產(chǎn)硅膠，其主要優(yōu)勢(shì)是價(jià)格低廉。下表1對(duì)比了目前市場上部分硅膠的性質(zhì)。

從上表1中可以看出，硅膠的折射率可分為兩個(gè)主要檔次：低折射率(1.42)和高折射率(1.54)。在封裝過程中使用高折射率的硅膠可以有效減少光子在界面的損失，從而提高光源的光通量。

另外一個(gè)影響硅膠性能的重要參數(shù)是透光率。從表中看出，大部分封裝硅膠的透光率都能達(dá)到98%以上，其中道康寧公司的OE-6550硅膠的透光率達(dá)到100%，且折射率達(dá)到1.543，固化條件簡單，只需在150℃固化1h即可，耐溫范圍寬(-60~200℃)，性能上具有很大優(yōu)勢(shì)，但缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴(售價(jià)5700~6800元/kg)。

對(duì)比性能還可以看出，很多國產(chǎn)硅膠的性能已經(jīng)接近于道康寧的這款產(chǎn)品。也有一些商家稱其硅膠完全可以取代OE-6550硅膠用于LED的封裝。

2、大功率LED COB封裝的研究進(jìn)展

COB集成式封裝相對(duì)于單顆分立式封裝具有更好的散熱性能，主要是由于COB封裝是芯片直接將熱量傳導(dǎo)到基板上再通過基板傳導(dǎo)到外殼。而大功率COB封裝中，多個(gè)大功率芯片近距離地集成在一起，散熱問題還是要首先解決的問題。針對(duì)這點(diǎn)，國內(nèi)外眾多研究者在軟件模擬的基礎(chǔ)上對(duì)COB封裝散熱進(jìn)行了研究。

(1)蘭海等利用有限元熱仿真模擬的方法對(duì)COB封裝過程中常用的金屬基板和陶瓷基板進(jìn)行分析，得到的結(jié)論是，利用陶瓷基板作為封裝材料的熱阻是金屬基板熱阻的1/2，并且陶瓷基板還具有更大的熱管理優(yōu)化空間。

(2)馬建設(shè)等利用TracePro軟件仿真和實(shí)驗(yàn)在同時(shí)考慮熒光粉涂覆方式和反光杯結(jié)構(gòu)的條件下分析了影響COB封裝LED發(fā)光性能的主要因素，研究結(jié)果表明，利用角度為30°、杯深略大的圓錐形反光杯進(jìn)行封裝，產(chǎn)品發(fā)光性能較好，采用熒光粉遠(yuǎn)離芯片的方式涂覆熒光粉可使其發(fā)光效率提高5%左右。

(3)李偉平等提出一種新型COB自由曲面透鏡封裝結(jié)構(gòu)(如下圖1)，采用TracePro對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬，結(jié)果表明，器件可實(shí)現(xiàn)特定的光學(xué)分布，并且出光效率高于90%。

(4)姜斌等提出了3種LED COB封裝方法，封裝結(jié)構(gòu)分別為COB-Ⅰ、COB-Ⅱ和COB-Ⅲ，示意圖如下圖2。有限元模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果表明，COB-Ⅲ的芯片結(jié)溫比COB-Ⅱ、COB-Ⅰ分別低21.5℃和42.7℃，熱阻分別低25.7K/W和58.8K/W，而且COB-Ⅲ光衰也更小。

(5)Hsueh-HanWu等提出了5種不同芯片間距的大功率COB封裝形式，其中最大芯片間距為2.5mm，CFD軟件模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果表明，芯片間距越大，結(jié)溫越低、光通量和發(fā)光效率越高，并且結(jié)溫最大值與最小值之間相差3.12℃。

(6)Jae-KwanSim等提出采用低溫共融陶瓷進(jìn)行LED COB封裝(LTC-CCOB)(封裝結(jié)構(gòu)模型示意圖如下圖3(a))以提高其熱性能，在LED芯片與金屬基板之間沒有絕緣層，實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析了它與SMD-COB封裝形式(如下圖3(b))的性能參數(shù)，結(jié)果表明：LTCC-COB封裝的電致發(fā)光峰值強(qiáng)度是SMD-COB封裝的1.75倍;LTCC-COB封裝及SMD-COB封裝的封裝表面與空氣之間的熱阻分別為7.3K/W和7.9K/W。

(7)2013年ChangKeunLee等也研究了LTCC-COB封裝的散熱性能，其LED封裝結(jié)構(gòu)是將低溫共融陶瓷直接安裝在金屬基印刷線路板(MCPCB)上，采用有限體積數(shù)值模擬法(主要采用嵌入商業(yè)軟件FluentV.6.3)研究了LED模組的熱性能，軟件模擬的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，結(jié)果表明：整個(gè)基板的熱阻有49%~58%來自于MCPCB的熱阻;實(shí)驗(yàn)建立的模型克服了傳統(tǒng)LTCC大功率LED模組熱阻大的缺陷。

(8)YuHui等研究了一種新型的LED晶圓級(jí)COB封裝形式，該封裝形式使用微玻璃泡帽和硅基片作為封裝材料。系統(tǒng)地研究COB的封裝過程，包含以下步驟：①準(zhǔn)備好帶有引線的硅基片;②利用焊線設(shè)備將LED固定在硅基片上;③熒光粉均勻地涂覆在玻璃泡帽的內(nèi)球面;④在球形玻璃泡帽內(nèi)填滿硅膠;⑤將固定在硅基片上的LED封入球形玻璃泡帽內(nèi)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該形式的COB封裝實(shí)施成功并且封裝的芯片具有良好的熱性能和發(fā)光性能。

(9)FengWeifeng等開發(fā)了一種能直接利用100V交流電的大功率陶瓷COB LED模組(如下圖4)，該模組中有40顆LED芯片使其可直接在110V交流電下工作。

(10)Ming-TeLina等提出一種可用于大功率光電半導(dǎo)體封裝的W5II型LED垂直封裝結(jié)構(gòu)(如下圖5)，對(duì)其熱模擬結(jié)構(gòu)、制造工藝和熱性能進(jìn)行了計(jì)算，用熱阻的測(cè)量值表征W5II的散熱性能，同時(shí)還測(cè)定了其光電特性，結(jié)果表明：W5II優(yōu)良的散熱性能可以用來提高大功率LED封裝的可靠性和耐熱疲勞性。