COB(Chip-on-Board)光源作为高度集成的LED封装技术,其温度分布与测量对光源的发光效率、可靠性和寿命至关重要。以下从温度分布特性、测量方法、影响因素及优化方向等方面进行详细阐述: COB光源的LED芯片直接封装在基板(如陶瓷、铝基板等)上,其温度分布具有以下特点: 中心高温区:密集排列的LED芯片集中在中心,产热相互叠加,导致中心温度最高,形成热斑效应。 边缘低温区:热量通过基板向四周扩散,边缘温度逐渐降低,呈现梯度分布。 不均匀性:芯片布局、驱动电流差异和散热路径设计等因素会显著影响温度的均匀性。 动态变化:温度分布随工作时间延长逐渐趋于稳定,但在短时大电流驱动下可能出现瞬态温度波动。 (1) 接触式测温 将热电偶直接贴附在COB基板或芯片表面以测量局部温度。这种方法成本低、精度高,但可能干扰局部温度场,且无法获取整体温度分布。例如PT100传感器,适用于长期稳定监测,但空间分辨率较低。 (2) 非接触式测温 通过捕捉COB表面的红外辐射生成温度分布图,可直观显示热斑和温度梯度,适合快速分析。使用时需校准表面发射率,例如涂覆高发射率材料。利用某些荧光材料的光学特性随温度变化的原理,适用于特殊封装场景。 (3) 嵌入式温度传感器 在基板内部集成温度传感器(如NTC热敏电阻),可实时监控关键点温度,常用于闭环温控系统。 高导热基板(如氮化铝陶瓷、铜基板)能降低热阻,改善温度均匀性。过高的芯片密度会加剧中心热积累,合理分布芯片有助于优化散热路径。电流增大会导致焦耳热成倍增加,需平衡光效与热负荷关系。散热器结构(包括翅片面积、材质)、导热界面材料(TIM)及强制风冷/液冷效率直接影响温度分布。除中心点外,还需监测边缘和散热器关键节点,避免局部过热被忽略。要排除环境温度和空气对流对测量的干扰,特别是非接触式测量时。记录从启动到热平衡全过程的温度变化,以评估动态热特性。依据行业标准(如IES LM-80)设定测试电流和环境温度,确保测量结果可比性。运用ANSYS Icepak、COMSOL Multiphysics等软件建立COB热模型,模拟温度场分布,优化散热设计。 优化方向: 材料升级:采用高导热基板(如金刚石基板)或石墨烯散热膜。 结构改进:优化芯片布局(如交错排列)、增加均热板(Vapor Chamber)。 主动散热:集成微型风扇或热电制冷器(TEC),实现精准温控。 光效下降:结温每升高10°C,LED光效约降低3-5%(Arrhenius效应)。 寿命衰减:当结温超过85°C时,寿命可能缩短至标称值的50%以下。 色温漂移:高温导致荧光粉老化,引发色坐标偏移(ΔCCT增大)。 总结 COB光源的温度分布与测量是保障其性能的核心环节,需结合实验测量与仿真分析,针对热源、传热路径和散热系统进行多维度优化。未来发展趋势包括高导热材料应用、智能化温控系统构建及微型化散热技术集成,以满足高功率密度COB光源的散热需求
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