燈具製作商在設計COB光源燈具時，常用熱電偶測量光源發光麵溫度
，這種測量方法會使測量結果明顯偏高
，繼而對COB光源的可靠性有所疑慮。

 

COB光源發光麵溫度偏高，一方麵是由光源具有高光通量密度輸出
，熒光膠吸光轉成熱造成的
；另一方麵則是發光麵的溫度不適合采用熱電偶進行接觸測量。

 

 

COB(Chip-on-Board)封裝技術因其具有熱阻低、光通量密度高、色容差小、組裝工序少等優勢，在業內受到越來越多的關注。COB封裝技術已在IC集成電路中應用多年，但對於廣大的燈具製造商和消費者，LED光源采用COB封裝還是新穎的技術。

 

LED產品的可靠性與光源的溫度密切相關，由於COB光源采用多顆芯片高密度封裝
，其溫度分布、測量與SMD光源有明顯不同。本文將介紹COB光源的溫度分布特點與其內在機理
，並對常用的溫度測量方法進行比較。

 

 

COB封裝就是將芯片直接貼裝到光源的基板上
，使用時COB光源與熱沉直接相連
，無需進行SMT表麵組裝。SMD封裝則先將芯片貼裝在支架上成為一個器件，使用時需將器件貼裝到基板上再與熱沉連接。兩者的熱阻結構示意圖如圖1所示，相對於SMD器件
，COB熱阻比SMD在使用時少了支架層熱阻與焊料層熱阻
，芯片的熱量更容易傳遞到熱沉。

圖1：熱阻結構示意圖

 

 

常用的溫度傳感器類型有熱電偶、熱電阻

、hongwaifusheqideng。redianoushiyouliangtiaobutongdejinshuxianzucheng，yiduanjiehezaiyiqi，gailianjiedianchudewendubianhuahuiyinqilingwailiangduanzhijiandedianyabianhua

，tongguoceliangdianyajikefantuichuwendu。redianzuliyongcailiaodedianzusuicailiaodewendubianhuadejili，tongguojianjieceliangdianzujisuanchuwendu。

 

紅外傳感器通過測量材料發射出的輻射能量進行溫度測量，三者的主要特征如表1所示。

表1：溫度測量方法對比

 

熱電偶成本低廉

，在測溫領域中最為廣泛，探頭的體積越小，對溫度越靈敏

，IEC60598yaoqiuredianoutantoutushanggaofanshecailiaojianshaoguangduiwenduceliangdeyingxiang。danruguojiangredianouzhijietiezaifaguangmianshangjinxingceliang
，tantouxiguangzhuanhuanchengredexiaoguoshifenmingxian，huidaozhiceliangzhipiangao。

實際測量中有不少技術人員習慣用高溫膠帶進行探頭固定，如圖2所示。這種粘接會加劇這種吸光轉熱效應

，導致測量值嚴重偏高
，偏差可達50℃以上。

圖2：錯誤的溫度測量方式

 

因此，為避免光對熱電偶的影響，建議使用紅外熱成像儀進行溫度測量，紅外熱成像儀除具有響應時間快
、非接觸、無需斷電、快速掃描等優點，還可以實時顯示待測物體的溫度分布。紅外測溫原理是基於斯特藩—玻耳茲曼定理，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為發射率，紅外測溫的精確與待測材料的發射率密切相關，由於COBguangyuanbiaomiandedabufencailiaofashelvshiweizhide，weilejingzhuncewen，kejiangguangyuanfangzhizaihengwenjiaretaishang，daiguangyuanjiaredaoyigeyizhiwenduchuyurepinghengzhuangtaihou，yonghongwairechengxiangyiceliangwutibiaomianwendu，zaitiaozhengcailiaodefashelv，shiqiwenduxianshiweizhengquewendu。

 

 

為進一步從實驗上研究COB光源的熱分布，選用我司14年nian主zhu推tui的de一yi款kuan定ding型xing產chan品pin作zuo為wei實shi驗yan研yan究jiu對dui象xiang，該gai款kuan光guang源yuan選xuan用yong是shi的de高gao反fan射she率lv鏡jing麵mian鋁lv為wei基ji板ban
，這zhe種zhong封feng裝zhuang結jie構gou一yi方fang麵mian可ke大da幅fu提ti高gao出chu光guang效xiao率lv，另ling一yi方fang麵mian封feng裝zhuang形xing式shi采cai用yong熱re電dian分fen離li的de形xing式shi，沒mei有you普pu通tong鋁lv基ji板ban的de絕jue緣yuan層ceng作zuo為wei阻zu攔lan，可ke進jin一yi步bu降jiang低di熱re阻zu和he結jie溫wen，實shi現xianCOB光源高光通量密度輸出。

圖3：待測鏡麵鋁COB光源外觀

 

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
，藍色樣品的發光麵最高溫度為93.6℃，2700K的發光麵最高溫度為124.5℃

、6500K的發光麵最高溫度為107.8℃。溫wen度du的de差cha異yi可ke如ru下xia解jie釋shi，白bai光guang是shi由you芯xin片pian產chan生sheng的de藍lan光guang激ji發fa熒ying光guang粉fen混hun成cheng白bai光guang，在zai藍lan光guang激ji發fa熒ying光guang粉fen的de過guo程cheng中zhong
，熒ying光guang粉fen和he矽gui膠jiao會hui吸xi收shou一yi部bu分fen光guang轉zhuan化hua成cheng熱re，經jing過guo測ce量liang可ke知zhi藍lan色se樣yang品pin的de光guang電dian轉zhuan換huan效xiao率lv為wei41.6%，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於6500K
，在藍光激發熒光粉過程中有更多藍光轉換成熱量，相關參數參考表2。

表2：樣品光電參數

 

從上節的測溫實例中可知
，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125℃
，很多燈具廠商認為發光麵的溫度超過125℃
，芯片的溫度應該會更高，繼而擔憂COB光源的可靠性。

 

針對這個問題，芬蘭國家技術研究中心的研究人員Eveliina Juntunen等在IEEE雜誌《Components， Packaging and Manufacturing Technology》2013年7月份的期刊上發表了一篇名為“Effect of Phosphor Encapsulant on the Thermal Resistance of a High-Power COB LED Module”專業文章，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：COB光源的內部溫度分布

 

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

 

熒光膠的溫度高於芯片溫度是因為COB光源的芯片數量和排列密度高於比普通的SMD器件，通過熒光膠的光能量密度明顯高於SMD器件

，熒光粉和矽膠都會吸收一部分的藍光轉換成熱，加上矽膠熱容與熱導率較小，導致熒光膠的溫度急劇上升，因此COB光源工作時熒光膠的溫度會遠高於芯片溫度。

 

 

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(qi)件(jian)要(yao)小(xiao)，有(you)利(li)於(yu)芯(xin)片(pian)散(san)熱(re)，實(shi)際(ji)工(gong)作(zuo)中(zhong)芯(xin)片(pian)的(de)結(jie)溫(wen)遠(yuan)低(di)於(yu)芯(xin)片(pian)允(yun)許(xu)的(de)最(zui)高(gao)結(jie)溫(wen)。由(you)於(yu)光(guang)源(yuan)采(cai)用(yong)多(duo)芯(xin)片(pian)排(pai)布(bu)，可(ke)在(zai)較(jiao)小(xiao)發(fa)光(guang)麵(mian)實(shi)現(xian)高(gao)流(liu)明(ming)密(mi)度(du)輸(shu)出(chu)。

 

光guang源yuan工gong作zuo時shi，熒ying光guang粉fen和he矽gui膠jiao會hui吸xi收shou一yi部bu分fen光guang轉zhuan換huan成cheng熱re
，高gao光guang通tong量liang密mi度du輸shu出chu會hui導dao致zhi發fa光guang麵mian熱re量liang較jiao為wei集ji中zhong，導dao致zhi發fa光guang麵mian的de溫wen度du較jiao高gao。如ru果guo采cai用yong熱re電dian偶ou直zhi接jie測ce量liang發fa光guang麵mian的de溫wen度du，熱re電dian偶ou的de探tan頭tou也ye會hui吸xi光guang轉zhuan換huan成cheng熱re

，使shi溫wen度du測ce量liang值zhi偏pian高gao。

 

因此為有效研究COB光源表麵的熱分布，建議選用紅外熱成像儀進行非接觸測量。由於COB光源發光麵的溫度高於普通SMD器件

，因此在封裝工藝和材料選擇上較SMD器件嚴苛
，尤其對熒光粉和矽膠的耐溫性提出了更高的要求。