COB平面光源结温分析与优化策略

COB（Chip On Board，即板上芯片）平面光源的结温（Junction Temperature，常以Tj标识），指的是其内部半导体芯片——比如LED芯片——PN结的实际工作温度。这一指标对光源的性能表现、使用寿命以及运行可靠性有着直接且关键的影响。诸多因素共同作用于COB平面光源的结温，可从芯片固有属性、封装工艺设计、散热方案配置、实际工况环境等多元视角展开剖析，具体如下：

一、芯片固有属性

输入功率越大，电光转换过程中未能有效转化为光能的能量就越多，这些多余能量主要以热能形式散发，进而推高结温。

电光转换效率越低下，在同等功率输入时产生的热量就越多，结温攀升更为显著。举例而言，品质欠佳的芯片效率或许不足70%，而优质芯片则能实现80%以上的高能效，二者在散热压力上存在巨大差异。

芯片体积越小，单位面积所承载的功率密度（即功率除以面积）就越高，热量更易集中堆积，导致结温快速上升；相反，大尺寸芯片拥有更大的散热面积，有助于保持较低的结温。

COB光源往往采用多颗芯片集成的方式，随着芯片数量的增加，总发热量也随之增大。若散热设计跟不上节奏，结温将大幅飙升。

二、封装工艺设计要素

固晶材料：连接芯片与基板的黏合剂（如银胶、共晶焊料）的导热系数直接影响热量从芯片传导至基板的效率。例如，共晶焊料（导热率约为50 - 100 W/(m·K)）在导热效果上远超普通银胶（约1 - 5 W/(m·K)），可有效降低热阻。

基板材质：不同材质的COB基板（如陶瓷基板、金属基PCB）导热性能迥异。其中，陶瓷基板中的Al₂O₃（导热率约20 - 30 W/(m·K)）、AlN（约180 - 200 W/(m·K)）相较于传统FR - 4基板（仅约0.2 - 0.3 W/(m·K)），散热优势明显，能显著降低结温。

荧光粉涂层：荧光粉层的厚度及其导热能力会影响热量传递路径，过厚或导热不佳的荧光粉层会形成额外的热阻，造成热量滞留。

封装结构的整体热阻（从芯片到环境的总热阻）是决定结温高低的关键因素。热阻越小，热量散失速度越快，结温也就越低。通过优化基板布线布局、减少封装层级等手段，可以有效降低结构热阻。

三、散热方案配置要点

散热器所用材质（如铝合金、铜）及结构设计（鳍片数量、表面积大小、厚度）直接关系到散热效率。铜的导热率（约401 W/(m·K)）虽高于铝合金（约100 - 200 W/(m·K)），但成本也更高；增加鳍片表面积可强化空气对流散热效果，从而降低结温。

散热器与COB基板的接触紧密程度（如是否涂抹导热硅脂、螺丝固定的压力大小）会影响接触热阻。接触越紧密、使用的导热硅脂导热率越高（如金属基硅脂可达5 - 10 W/(m·K)），散热效果就越好。

自然对流散热：仅依赖空气的自然流动进行散热，适合低功率的COB光源，但散热效率相对较低，且结温易受环境温度波动影响。

强制风冷/液冷：借助风扇或水冷系统增强散热能力，适用于高功率COB光源，可大幅降低结温（例如，采用强制风冷可使结温较自然散热降低20 - 50℃）。

四、实际工况与环境因素考量

COB光源的工作电流越大，芯片功耗（功率=电流×电压）就越高，产生的热量也随之增加，导致结温上升。例如，当工作电流从300mA提升至600mA时，部分芯片的结温可能急剧上升30 - 50℃。

环境温度（Ta）越高，散热系统的散热温差（Tj - Ta）就越小，散热效率相应降低，结温必然随之升高。例如，在高温环境（如50℃）下，COB的结温可能比常温（25℃）环境下高出20 - 30℃。

长时间连续运行会使热量不断累积，若散热系统无法及时排出这些热量，结温将逐渐升高并最终达到热平衡状态。

五、其他潜在影响因素

光学设计细节：诸如透镜或灯罩的遮挡可能会阻碍空气流通，增加散热阻力；反射杯若采用导热性差的材料制作，也可能导致局部热量积聚。

老化与损耗问题：长期使用后，固晶材料、导热硅脂等可能出现老化失效现象（如氧化、干涸），导致热阻增大，进而引起结温上升。

总结

COB平面光源的结温是芯片产热、封装热阻、散热效能、工作条件等多种因素综合作用的结果。在实际应用中，需通过精选高性能芯片、选用高导热率的封装材料、设计高效的散热系统以及合理调控驱动电流等措施来有效降低结温，从而保障光源的光效（结温升高会导致光通量下降）、寿命（结温每升高10℃，寿命可能缩短50%）和运行可靠性。