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COB1616溫度測試方法

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COB1616溫度測試方法

發布日期:2019-04-23 作者:YABOSPORTS光電 點擊:

LED產品的可靠性與光源的溫度密切相關,由於COB1616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。

COB1616(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COB1616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COB1616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。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。

1、常用溫度測量方法比較

常用的溫度傳感器類型有熱電偶、熱電阻、紅外輻射器等。熱電偶是由兩條不同的金屬線組成,一端結合在一起,該連接點處的溫度變化會引起另外兩端之間的電壓變化,通過測量電壓即可反推出溫度。熱電阻利用材料的電阻隨材料的溫度變化的機理,通過間接測量電阻計算出溫度。

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,IEC60598要求熱電偶探頭塗上高反射材料減少光對溫度測量的影響。但如果將熱電偶直接貼在發光麵上進行測量,探頭吸光轉換成熱的效果十分明顯,會導致測量值偏高。

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COB光源表麵的大部分材料發射率是未知的,為了精準測溫,可將光源放置在恒溫加熱台上,待光源加熱到一個已知溫度處於熱平衡狀態後,用紅外熱成像儀測量物體表麵溫度,再調整材料的發射率,使其溫度顯示為正確溫度。

2、發光麵溫度實測 

該款光源選用是的高反射率鏡麵鋁為基板,這種封裝結構一方麵可大幅提高出光效率,另一方麵封裝形式采用熱電分離的形式,沒有普通鋁基板的絕緣層作為阻攔,可進一步降低熱阻和結溫,實現COB光源高光通量密度輸出。除了熒光膠的配比不同,其他材料均相同

藍色發光麵最高溫度為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℃。溫度的差異可如下解釋,白光是由芯片產生的藍光激發熒光粉混成白光,在藍光激發熒光粉的過程中,熒光粉和矽膠會吸收一部分光轉化成熱,經過測量可知藍色樣品的光電轉換效率為41.6%,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,

3、COB光源的熱分布機理 

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。

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器件要小,有利於芯片散熱,實際工作中芯片的結溫遠低於芯片允許的最高結溫。由於光源采用多芯片排布,可在較小發光麵實現高流明密度輸出。

光源工作時,熒光粉和矽膠會吸收一部分光轉換成熱,高光通量密度輸出會導致發光麵熱量較為集中,導致發光麵的溫度較高。如果采用熱電偶直接測量發光麵的溫度,熱電偶的探頭也會吸光轉換成熱,使溫度測量值偏高。

 

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。


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相關標簽:COB1616,LED光源COB,COB封裝

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