COB LED溫度大有學(xué)問

文章來源:恒光電器

發(fā)布時(shí)間:2016-03-21

瀏覽次數(shù):次

LED產(chǎn)品的可靠性與光源的溫度密切相關(guān),，由于 COB 光源采用多顆芯片高密度封裝,，其溫度分布、測(cè)量與 SMD 光源有明顯不同,。下面從技術(shù)層面出發(fā),，介紹 COB 光源的溫度分布特點(diǎn)與其內(nèi)在機(jī)理，并對(duì)常用的溫度測(cè)量方法進(jìn)行比較,。

引言

COB (Chip-on-Board) 封裝技術(shù)因其具有熱阻低,、光通量密度高、色容差小,、組裝工序少等優(yōu)勢(shì),， led商業(yè)照明，在業(yè)內(nèi)受到越來越多的關(guān)注,。COB 封裝技術(shù)已在 IC 集成電路中應(yīng)用多年,，但對(duì)于廣大的燈具制造商和消費(fèi)者，LED 光源采用 COB 封裝還是新穎的技術(shù),。

LED 產(chǎn)品的可靠性與光源的溫度密切相關(guān),，由于 COB 光源采用多顆芯片高密度封裝，其溫度分布,、測(cè)量與 SMD 光源有明顯不同,。

COB 光源的溫度分布

COB 封裝就是將芯片直接貼裝到光源的基板上，使用時(shí) COB 光源與熱沉直接相連,，產(chǎn)業(yè)資訊,，無需進(jìn)行 SMT 表面組裝。SMD 封裝則先將芯片貼裝在支架上成為一個(gè)器件,，使用時(shí)需將器件貼裝到基板上再與熱沉連接,。

兩者的熱阻結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，相對(duì)于 SMD 器件,，COB 熱阻比 SMD 在使用時(shí)少了支架層熱阻與焊料層熱阻,，商業(yè)照明燈具，芯片的熱量更容易傳遞到熱沉,。

圖1：熱阻結(jié)構(gòu)示意圖

1,、常用溫度測(cè)量方法比較

常用的溫度傳感器類型有熱電偶,、熱電阻、紅外輻射器等,。熱電偶是由兩條不同的金屬線組成,，一端結(jié)合在一起，該連接點(diǎn)處的溫度變化會(huì)引起另外兩端之間的電壓變化,，國際資訊,，通過測(cè)量電壓即可反推出溫度。熱電阻利用材料的電阻隨材料的溫度變化的機(jī)理,，通過間接測(cè)量電阻計(jì)算出溫度,。

紅外傳感器通過測(cè)量材料發(fā)射出的輻射能量進(jìn)行溫度測(cè)量，三者的主要特征如表1所示,。

表1：溫度測(cè)量方法對(duì)比

熱電偶成本低廉,，在測(cè)溫領(lǐng)域中最為廣泛，國際資訊,，探頭的體積越小,，對(duì)溫度越靈敏，IEC60598 要求熱電偶探頭涂上高反射材料減少光對(duì)溫度測(cè)量的影響,。但如果將熱電偶直接貼在發(fā)光面上進(jìn)行測(cè)量,，探頭吸光轉(zhuǎn)換成熱的效果十分明顯，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量值偏高,。

實(shí)際測(cè)量中有不少技術(shù)人員習(xí)慣用高溫膠帶進(jìn)行探頭固定,，如圖2所示。這種粘接會(huì)加劇這種吸光轉(zhuǎn)熱效應(yīng),，導(dǎo)致測(cè)量值嚴(yán)重偏高,，偏差可達(dá)50℃以上。

圖2：錯(cuò)誤的溫度測(cè)量方式

因此,，為避免光對(duì)熱電偶的影響,，建議使用紅外熱成像儀進(jìn)行溫度測(cè)量，紅外熱成像儀除具有響應(yīng)時(shí)間快,、非接觸、無需斷電,、快速掃描等優(yōu)點(diǎn),，還可以實(shí)時(shí)顯示待測(cè)物體的溫度分布。紅外測(cè)溫原理是基于斯特藩—玻耳茲曼定理,，企業(yè)資訊,，可用以下公式表示。

其中P(T)為輻射能量,，σ 為斯特藩—玻耳茲曼常量,，ε 為發(fā)射率,，紅外測(cè)溫的精確與待測(cè)材料的發(fā)射率密切相關(guān)，由于 COB 光源表面的大部分材料發(fā)射率是未知的,，為了精準(zhǔn)測(cè)溫,，可將光源放置在恒溫加熱臺(tái)上，待光源加熱到一個(gè)已知溫度處于熱平衡狀態(tài)后,，用紅外熱成像儀測(cè)量物體表面溫度,，再調(diào)整材料的發(fā)射率，使其溫度顯示為正確溫度,。

2,、發(fā)光面溫度實(shí)測(cè)

為進(jìn)一步從實(shí)驗(yàn)上研究 COB 光源的熱分布，LED球泡燈,，恒光電器,，選用高反射率鏡面鋁為基板作為對(duì)象，這種封裝結(jié)構(gòu)一方面可大幅提高出光效率,，LED球泡燈,，另一方面封裝形式采用熱電分離的形式，沒有普通鋁基板的絕緣層作為阻攔,，可進(jìn)一步降低熱阻和結(jié)溫,，實(shí)現(xiàn) COB 光源高光通量密度輸出。

圖3：待測(cè)鏡面鋁 COB 光源外觀

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

圖4：樣品紅外熱成像圖

從圖中可以看到,，藍(lán)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,，白光是由芯片產(chǎn)生的藍(lán)光激發(fā)熒光粉混成白光，在藍(lán)光激發(fā)熒光粉的過程中,，熒光粉和硅膠會(huì)吸收一部分光轉(zhuǎn)化成熱,，經(jīng)過測(cè)量可知藍(lán)色樣品的光電轉(zhuǎn)換效率為41.6%，家用照明,，2700K 樣品為 32.2%,，6500K 為38.5%，2700K 樣品的光電轉(zhuǎn)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(lán)光激發(fā)熒光粉過程中有更多藍(lán)光轉(zhuǎn)換成熱量,，相關(guān)參數(shù)參考表2。

表2：樣品光電參數(shù)

3,、COB 光源的熱分布機(jī)理

從上節(jié)的測(cè)溫實(shí)例中可知,，COB 光源的膠體溫度最高可達(dá)125℃，而目前大部分芯片能承受的最高結(jié)溫不能超過125℃,，很多燈具廠商認(rèn)為發(fā)光面的溫度超過125℃,，芯片的溫度應(yīng)該會(huì)更高，繼而擔(dān)憂 COB 光源的可靠性,。