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近年來,在LED器件系列中的COB(chip on board)系列應(yīng)用高速增長。LED COB(chip on board)封裝是指將LED芯片直接固定在印刷線路板(PCB)上,芯片與線路板間通過引線鍵合進(jìn)行電氣連接的LED 封裝技術(shù)。其可以在一個(gè)很小的區(qū)域內(nèi)封裝幾十甚至上百個(gè)芯片,最后形成面光源。
與點(diǎn)光源封裝相比,COB面光源封裝技術(shù)具有價(jià)格低廉(僅為同芯片的1/3左右)、節(jié)約空間、散熱容易、發(fā)光效率提高、封裝工藝技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。由于發(fā)光效率高及制造成本低廉,COB封裝LED光源受到很多封裝企業(yè)的熱捧。
而對于一個(gè)產(chǎn)品的好壞,最主要在于其色溫、光通量及光效。對于大功率COB封裝,其封裝結(jié)構(gòu)、電流的大小、以及散熱性能都會影響LED的光學(xué)性能。
有一部分人對COB不同封裝工藝和材料做研究,但并沒有對電流和點(diǎn)亮?xí)r間做深入研究。文中對3并10串的COB封裝進(jìn)行了研究,測試在不同電流下,以及點(diǎn)亮不同時(shí)間下的數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)分析影響光學(xué)性能的因素。
1.實(shí)驗(yàn)
1.1 產(chǎn)品制備
將LED 通過擴(kuò)晶、點(diǎn)銀漿、固晶、烘干、綁定后的試樣如圖1所示。再通過色溫的要求來上注適量的熒光粉。檢測通過軟件ZWL3907來測試其色溫,完成后再烘烤固化,如圖2所示。
1.2 測試方法
采用中為補(bǔ)粉機(jī)(0.5 m 大積分球)如圖3 所示。對不同電流以及點(diǎn)亮不同時(shí)間的樣品進(jìn)行光色測試。不同電流通過對軟件測試設(shè)置調(diào)制,分別為500 mA、600 mA、700 mA、800 mA、900 mA進(jìn)行測試,點(diǎn)亮不同時(shí)間通過用恒流源分別點(diǎn)亮1 min、5 min、10 min,在點(diǎn)亮的時(shí)候需要用散熱器(如圖4)進(jìn)行散熱,否則會燒毀。
2.分析與討論
將兩個(gè)色溫在3000 K 左右的樣品放入大積分球,同時(shí)將電流分別設(shè)置為500 mA、600 mA、700 mA、800 mA、900 mA,測試得到的色溫、光通量和光效,結(jié)果如表1所示。
圖5 是光通量隨著電流變化規(guī)律。分別由1 777.232 升高到2 995.216、1 599.196升高到2 952.519,升高68.532%、84.625%,可發(fā)現(xiàn),上升趨勢急劇,說明電流的改變對光通量有著顯著的變化。
圖 6是光效隨著電流變化的規(guī)律。不難發(fā)現(xiàn),光效卻在急劇下降,分別由原來114.37下降到98.89,由107.51 下降到96.79,降低了13.535%、9.971%。由于其電流增大,產(chǎn)品發(fā)熱量增加,產(chǎn)生的熱量無法有效導(dǎo)出,導(dǎo)致光效降低。但電流在限定電流參數(shù)的條件下增加,光通量會顯著升高。由兩組數(shù)據(jù)結(jié)果更能證明,電流的大小直接影響LED光學(xué)性能。
圖7 是色溫隨著電流變化的規(guī)律。當(dāng)電流由500 mA 上升到900 mA,兩個(gè)樣品的色溫分別從2 967 上升到3 017、從2 970 上升到3 048,升高了1.685%、2.626%,上升趨勢較緩慢,但電流的改變對色溫還是有直接的影響。
將恒流源設(shè)置到V=35 V,I=600 mA,并點(diǎn)亮樣品,分別點(diǎn)亮1 min、5 min、10 min 后放入大積分球測量,測試得到的色溫、光通量和光效,結(jié)果如表2。
圖8是光通量隨電流的變化規(guī)律。光通量分別降低1.474%、4.855%、7.493%;2.073%、3.859%、7.793%,隨著點(diǎn)亮?xí)r間越長其下降量越大。
圖 9是光效隨電流的變化規(guī)律。從圖中不難發(fā)現(xiàn),光效也在下降,其光效分別降低2.527% 、4.617%、6.671%;2.171%、4.903%、7.579%,隨著點(diǎn)亮的時(shí)間越長,其光效下降量逐漸增大。由于使用時(shí)間越長,電流保持不變,LED芯片產(chǎn)生大量熱量,熱量在芯片內(nèi)部聚集,導(dǎo)致了芯片出光效率的下降。當(dāng)熱阻較大時(shí),由于PN結(jié)溫度上升,在正向電流在某值時(shí),光通量將趨于飽和,隨后逐漸下降。結(jié)果表明,點(diǎn)亮的時(shí)間直接影響LED光學(xué)性能。
電流在600 mA、電壓在35 V保持不變,點(diǎn)亮?xí)r間分別從0~1 min、0~5 min、0~10 min,從圖10可以觀察出色溫隨電流的變化規(guī)律,其兩個(gè)樣品的色溫分別上升0.537% 、1.209% 、2.384% ;0.369% 、1.104%、2.943%,趨勢較緩慢,其點(diǎn)亮?xí)r間越長,色溫變化越大。
3.結(jié)論
采用COB封裝的LED,通過對其光通量、色溫、光效以及光譜能量分布圖分析,控制電流逐漸升高會導(dǎo)致色溫逐漸升高,光通量也隨著電流的變大而升高,但相反光效卻在逐漸降低。
控制電流不變,通過點(diǎn)亮?xí)r間延長會導(dǎo)致色溫逐漸增加,同時(shí),光通量逐漸降低,光效也相對降低。
若要大量生產(chǎn)COB封裝的LED產(chǎn)品,必須解決其散熱問題,由于在基板上固定了許多晶體,而且距離特別相近,如果電流超過限定參數(shù)或者使用時(shí)間過長會導(dǎo)致 LED 芯片產(chǎn)生大量熱量,并且熱量在芯片內(nèi)部聚集,熱阻較大,由于PN結(jié)溫度上升,光通量會逐漸降低,光效也會相對降低。所以改變材料、改變芯片位置、改變總體結(jié)構(gòu)來增加散熱能力會使LED有更長的壽命,更出色的光效。
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