深度剖析COB LED溫度分布機理及測量方法

本次待測樣品除了熒光膠的配比不同，其他材料均相同，待測樣品的顏色分別為藍色、2700K和6500K。三款樣品的紅外熱成像結果參見(jiàn)圖3(a)、(b)和(c)。

圖4：樣品紅外熱成像圖

從圖中可以看到，藍色樣品的發(fā)光面最高溫度為93.6℃，2700K的發(fā)光面最高溫度為124.5℃、6500K的發(fā)光面最高溫度為107.8℃。

溫度的差異可如下解釋?zhuān)坠馐怯尚酒a(chǎn)生的藍光激發(fā)熒光粉混成白光，在藍光激發(fā)熒光粉的過(guò)程中，熒光粉和硅膠會(huì )吸收一部分光轉化成熱，經(jīng)過(guò)測量可知藍色樣品的光電轉換效率為41.6%，2700K 樣品為 32.2%，6500K 為38.5%，2700K 樣品的光電轉換效率最低，主要原因是 2700K 樣品的熒光粉使用量多于 6500K，在藍光激發(fā)熒光粉過(guò)程中有更多藍光轉換成熱量，相關(guān)參數參考表2。

表2：樣品光電參數

3、COB 光源的熱分布機理

從上節的測溫實(shí)例中可知，COB 光源的膠體溫度最高可達125℃，而目前大部分芯片能承受的最高結溫不能超過(guò)125℃，很多燈具廠(chǎng)商認為發(fā)光面的溫度超過(guò)125℃，芯片的溫度應該會(huì )更高，繼而擔憂(yōu) COB 光源的可靠性。

針對這個(gè)問(wèn)題，芬蘭國家技術(shù)研究中心的研究人員 Eveliina Juntunen 等在 IEEE 雜志《Components， Packaging and Manufacturing Technology》2013年7月份的期刊上發(fā)表了一篇名為“Effect of Phosphor Encapsulant on the Thermal Resistance of a High-Power COB LED Module”專(zhuān)業(yè)文章，該文章對 COB 光源的溫度分布和內在機理做了深入的研究。

圖5是該文根據試驗數據并結合仿真得出的，從圖中可以看到，熒光膠的溫度可達186℃，但芯片溫度只有49.5℃。芯片的溫度較低是因為芯片直接貼裝到鋁基板上方，芯片的熱量可通過(guò)基板快速傳遞到散熱器上，因此 COB 光源的芯片溫度遠低于芯片允許的最高結溫。

熒光膠的溫度高于芯片溫度是因為 COB 光源的芯片數量和排列密度高于比普通的 SMD 器件，通過(guò)熒光膠的光能量密度明顯高于 SMD 器件，熒光粉和硅膠都會(huì )吸收一部分的藍光轉換成熱，加上硅膠熱容與熱導率較小，導致熒光膠的溫度急劇上升，因此 COB 光源工作時(shí)熒光膠的溫度會(huì )遠高于芯片溫度。

總結

1、COB 光源在封裝上采用的是將芯片直接貼裝到基板上方，熱阻較 SMD 器件要小，有利于芯片散熱，實(shí)際工作中芯片的結溫遠低于芯片允許的最高結溫。由于光源采用多芯片排布，可在較小發(fā)光面實(shí)現高流明密度輸出。

2、光源工作時(shí)，熒光粉和硅膠會(huì )吸收一部分光轉換成熱，高光通量密度輸出會(huì )導致發(fā)光面熱量較為集中，導致發(fā)光面的溫度較高。如果采用熱電偶直接測量發(fā)光面的溫度，熱電偶的探頭也會(huì )吸光轉換成熱，使溫度測量值偏高。

3、因此為有效研究 COB 光源表面的熱分布，建議選用紅外熱成像儀進(jìn)行非接觸測量。由于 COB 光源發(fā)光面的溫度高于普通 SMD 器件，因此在封裝工藝和材料選擇上較 SMD 器件嚴苛，尤其對熒光粉和硅膠的耐溫性提出了更高的要求。