深度剖析COB LED温度分布机理及测量方法

本次待测样品除了荧光胶的配比不同，其他材料均相同，待测样品的颜色分别为蓝色、2700K和6500K。三款样品的红外热成像结果参见图3(a)、(b)和(c)。

图4：样品红外热成像图

从图中可以看到，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，相关参数参考表2。

表2：样品光电参数

3、COB 光源的热分布机理

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。

针对这个问题，芬兰国家技术研究中心的研究人员 Eveliina Juntunen 等在 IEEE 杂志《Components， Packaging and Manufacturing Technology》2013年7月份的期刊上发表了一篇名为“Effect of Phosphor Encapsulant on the Thermal Resistance of a High-Power COB LED Module”专业文章，该文章对 COB 光源的温度分布和内在机理做了深入的研究。

图5是该文根据试验数据并结合仿真得出的，从图中可以看到，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。

总结

1、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。

2、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。

3、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。