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COB1616温度测试方法

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COB1616温度测试方法

发布日期:2019-04-23 作者:普朗克光电 点击:

LED产品的可靠性与光源的温度密切相关,由于COB1616光源采用多颗芯片高密度封装,其温度分布、测量与SMD光源有明显不同。本文将介绍COB光源的温度分布特点与其内在机理,并对常用的温度测量方法进行比较。

COB1616(Chip-on-Board)封装技术因其具有热阻低、光通量密度高、色容差小、组装工序少等优势,在业内受到越来越多的关注。COB封装技术已在IC集成电路中应用多年,但对于广大的灯具制造商和消费者,LED光源采用COB封装还是新颖的技术。

 

LED产品的可靠性与光源的温度密切相关,由于COB1616光源采用多颗芯片高密度封装,其温度分布、测量与SMD光源有明显不同。本文将介绍COB1616光源的温度分布特点与其内在机理,并对常用的温度测量方法进行比较。

COB封装就是将芯片直接贴装到光源的基板上,使用时COB光源与热沉直接相连,无需进行SMT表面组装。SMD封装则先将芯片贴装在支架上成为一个器件,使用时需将器件贴装到基板上再与热沉连接。相对于SMD器件,COB热阻比SMD在使用时少了支架层热阻与焊料层热阻,芯片的热量更容易传递到热沉。

1、常用温度测量方法比较

常用的温度传感器类型有热电偶、热电阻、红外辐射器等。热电偶是由两条不同的金属线组成,一端结合在一起,该连接点处的温度变化会引起另外两端之间的电压变化,通过测量电压即可反推出温度。热电阻利用材料的电阻随材料的温度变化的机理,通过间接测量电阻计算出温度。

热电偶成本低廉,在测温领域中最为广泛,探头的体积越小,对温度越灵敏,IEC60598要求热电偶探头涂上高反射材料减少光对温度测量的影响。但如果将热电偶直接贴在发光面上进行测量,探头吸光转换成热的效果十分明显,会导致测量值偏高。

其中P(T)为辐射能量,σ为斯特藩—玻耳兹曼常量,ε为发射率,红外测温的精确与待测材料的发射率密切相关,由于COB光源表面的大部分材料发射率是未知的,为了精准测温,可将光源放置在恒温加热台上,待光源加热到一个已知温度处于热平衡状态后,用红外热成像仪测量物体表面温度,再调整材料的发射率,使其温度显示为正确温度。

2、发光面温度实测 

该款光源选用是的高反射率镜面铝为基板,这种封装结构一方面可大幅提高出光效率,另一方面封装形式采用热电分离的形式,没有普通铝基板的绝缘层作为阻拦,可进一步降低热阻和结温,实现COB光源高光通量密度输出。除了荧光胶的配比不同,其他材料均相同

蓝色发光面最高温度为93.6℃,2700K的发光面最高温度为124.5℃、6500K的发光面最高温度为107.8℃。温度的差异可如下解释,白光是由芯片产生的蓝光激发荧光粉混成白光,在蓝光激发荧光粉的过程中,荧光粉和硅胶会吸收一部分光转化成热,经过测量可知蓝色样品的光电转换效率为41.6%,2700K样品为32.2%,6500K为38.5%,2700K样品的光电转换效率最低,主要原因是2700K样品的荧光粉使用量多于6500K,在蓝光激发荧光粉过程中有更多蓝光转换成热量,

3、COB光源的热分布机理 

COB光源的胶体温度最高可达125℃,而目前大部分芯片能承受的最高结温不能超过125℃,很多灯具厂商认为发光面的温度超过125℃,芯片的温度应该会更高,继而担忧COB光源的可靠性。

荧光胶的温度可达186℃,但芯片温度只有49.5℃。芯片的温度较低是因为芯片直接贴装到铝基板上方,芯片的热量可通过基板快速传递到散热器上,因此COB光源的芯片温度远低于芯片允许的最高结温。

荧光胶的温度高于芯片温度是因为COB光源的芯片数量和排列密度高于比普通的SMD器件,通过荧光胶的光能量密度明显高于SMD器件,荧光粉和硅胶都会吸收一部分的蓝光转换成热,加上硅胶热容与热导率较小,导致荧光胶的温度急剧上升,因此COB光源工作时荧光胶的温度会远高于芯片温度。

COB光源在封装上采用的是将芯片直接贴装到基板上方,热阻较SMD器件要小,有利于芯片散热,实际工作中芯片的结温远低于芯片允许的最高结温。由于光源采用多芯片排布,可在较小发光面实现高流明密度输出。

光源工作时,荧光粉和硅胶会吸收一部分光转换成热,高光通量密度输出会导致发光面热量较为集中,导致发光面的温度较高。如果采用热电偶直接测量发光面的温度,热电偶的探头也会吸光转换成热,使温度测量值偏高。

 

因此为有效研究COB光源表面的热分布,建议选用红外热成像仪进行非接触测量。由于COB光源发光面的温度高于普通SMD器件,因此在封装工艺和材料选择上较SMD器件严苛,尤其对荧光粉和硅胶的耐温性提出了更高的要求。


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