灯具制造商在规划COB光源灯具时，常用热电偶丈量光源发光面温度，这种丈量方法会使丈量成果显着偏高，继而对COB光源的可靠性有所疑虑。
COB光源发光面温度偏高，一方面是由光源具有高光通量密度输出，荧光胶吸光转成热形成的；另一方面则是发光面的温度不适合选用热电偶进行触摸丈量。
一、引 言
COB(Chip-on-Board)封装技能因其具有热阻低、光通量密度高、色容差小、拼装工序少等优势，在业界遭到越来越多的重视。COB封装技能已在IC集成电路中运用多年，但关于广阔的灯具制造商和顾客，LED光源选用COB封装仍是新颖的技能。
LED产品的可靠性与光源的温度密切相关，因为COB光源选用多颗芯片高密度封装，其温度散布、丈量与SMD光源有显着不同。本文将介绍COB光源的温度散布特色与其内涵机理，并对常用的温度丈量方法进行比较。
二、COB光源的温度散布
COB封装便是将芯片直接贴装到光源的基板上，运用时COB光源与热沉直接相连，无需进行SMT外表拼装。SMD封装则先将芯片贴装在支架上成为一个器材，运用时需将器材贴装到基板上再与热沉衔接。两者的热阻结构示意图如图1所示，相关于SMD器材，COB热阻比SMD在运用时少了支架层热阻与焊料层热阻，芯片的热量更简单传递到热沉。
图1：热阻结构示意图
1、常用温度丈量方法比较
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，该衔接点处的温度改变会引起别的两头之间的电压改变，经过丈量电压即可反推出温度。热电阻运用资料的电阻随资料的温度改变的机理，经过间接丈量电阻计算出温度。
红外传感器经过丈量资料发射出的辐射能量进行温度丈量，三者的首要特征如表1所示。
表1：温度丈量方法比照
热电偶本钱低价，在测温范畴中最为广泛，探头的体积越小，对温度越活络，IEC60598要求热电偶探头涂上高反射资料削减光对温度丈量的影响。但假如将热电偶直接贴在发光面上进行丈量，探头吸光转化成热的作用非常显着，会导致丈量值偏高。
实践丈量中有不少技能人员习惯用高温胶带进行探头固定，如图2所示。这种粘接会加重这种吸光转热效应，导致丈量值严峻偏高，误差可达50℃以上。
图2：过错的温度丈量方法
因而，为防止光对热电偶的影响，主张运用红外热成像仪进行温度丈量，红外热成像仪除具有呼应时刻快、非触摸、无需断电、快速扫描等长处，还能够实时显现待测物体的温度散布。红外测温原理是基于斯特藩—玻耳兹曼定理，可用以下公式表明。
其间P(T)为辐射能量，σ为斯特藩—玻耳兹曼常量，ε为发射率，红外测温的准确与待测资料的发射率密切相关，因为COB光源外表的大部分资料发射率是不知道的，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况后，用红外热成像仪丈量物体外表温度，再调整资料的发射率，使其温度显现为正确温度。
2、发光面温度实测
为进一步从实验上研讨COB光源的热散布，选用我司14年主推的一款定型产品作为实验研讨目标，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功率，另一方面封装方式选用热电别离的方式，没有一般铝基板的绝缘层作为阻挠，可进一步降低热阻和结温，完成COB光源高光通量密度输出。
图3：待测镜面铝COB光源外观
本次待测样品除了荧光胶的配比不同，其他资料均相同，待测样品的色彩分别为蓝色、2700K和6500K。三款样品的红外热成像成果参见图3(a)、(b)和(c)。
图4：样品红外热成像图
从图中能够看到，蓝色样品的发光面最高温度为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说，白光是由芯片发生的蓝光激起荧光粉混成白光，在蓝光激起荧光粉的进程中，荧光粉和硅胶会吸收一部分光转化成热，经过丈量可知蓝色样品的光电转化功率为41.6%，2700K样品为32.2%，6500K为38.5%，2700K样品的光电转化功率最低，首要原因是2700K样品的荧光粉运用量多于6500K，在蓝光激起荧光粉进程中有更多蓝光转化成热量，相关参数参阅表2。
表2：样品光电参数
3、COB光源的热散布机理
从上节的测温实例中可知，COB光源的胶体温度最高可达125℃，而现在大部分芯片能接受的最高结温不能超越125℃，许多灯具厂商以为发光面的温度超越125℃，芯片的温度应该会更高，继而忧虑COB光源的可靠性。
针对这个问题，芬兰国家技能研讨中心的研讨人员Eveliina Juntunen等在IEEE杂志《Components， Packaging and Manufacturing Technology》2013年7月份的期刊上宣布了一篇名为“Effect of Phosphor Encapsulant on the Thermal Resistance of a High-Power COB LED Module”专业文章，该文章对COB光源的温度散布和内涵机理做了深化的研讨。
图5：COB光源的内部温度散布
图5是该文依据实验数据并结合仿真得出的，从图中能够看到，荧光胶的温度可达186℃，但芯片温度只要49.5℃。芯片的温度较低是因为芯片直接贴装到铝基板上方，芯片的热量可经过基板快速传递到散热器上，因而COB光源的芯片温度远低于芯片答应的最高结温。
荧光胶的温度高于芯片温度是因为COB光源的芯片数量和摆放密度高于比一般的SMD器材，经过荧光胶的光能量密度显着高于SMD器材，荧光粉和硅胶都会吸收一部分的蓝光转化成热，加上硅胶热容与热导率较小，导致荧光胶的温度急剧上升，因而COB光源作业时荧光胶的温度会远高于芯片温度。
小结
COB光源在封装上选用的是将芯片直接贴装到基板上方，热阻较SMD器材要小，有利于芯片散热，实践作业中芯片的结温远低于芯片答应的最高结温。因为光源选用多芯片排布，可在较小发光面完成高流明密度输出。
光源作业时，荧光粉和硅胶会吸收一部分光转化成热，高光通量密度输出会导致发光面热量较为会集，导致发光面的温度较高。假如选用热电偶直接丈量发光面的温度，热电偶的探头也会吸光转化成热，使温度丈量值偏高。
因而为有用研讨COB光源外表的热散布，主张选用红外热成像仪进行非触摸丈量。因为COB光源发光面的温度高于一般SMD器材，因而在封装工艺和资料挑选上较SMD器材苛刻，特别对荧光粉和硅胶的耐温性提出了更高的要求。
