深度剖析COB LED温度分布机理及测量方法

※发布时间:2018-12-3 7:52:31   ※发布作者:小编   ※出自何处: 

  LED产品的可靠性与光源的温度密切相关,由于 COB 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。下面从技术层面出发,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。

  COB (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 COB 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。

  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。

  两者的热阻结构示意图如图1所示,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。

  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。

  实际测量中有不少技术人员习高温胶带进行探头固定,如图2所示。这种粘接贵妇也疯狂会加剧这种吸光转热效应,导致测量值严重偏高,偏差可达50℃以上。

  因此,为避免光对热电偶的影响,使用红外热成像仪进行温度测量,红外热成像仪除具有响应时间快、非接触、无需断电、快速扫描等优点,还可以实时显示待测物体的温度分布。红外测温原理是基于斯特藩玻耳兹曼,可用以下公式表示。

  其中P(T)为辐射能量, 为斯特藩玻耳兹曼常量, 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。

  为进一步从实验上研究 COB 光源的热分布,选用高反射率镜面铝为基板作为对象,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。

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