COB封裝LED光學(xué)性能的6組變量關(guān)系

　　近年來(lái)，在LED器件系列中的COB(chip on board)系列應用高速增長(cháng)。LED COB(chip on board)封裝是指將LED芯片直接固定在印刷線(xiàn)路板(PCB)上，芯片與線(xiàn)路板間通過(guò)引線(xiàn)鍵合進(jìn)行電氣連接的LED 封裝技術(shù)。其可以在一個(gè)很小的區域內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，其封裝結構、電流的大小、以及散熱性能都會(huì )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(méi)有對電流和點(diǎn)亮時(shí)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)間下的數據，通過(guò)數據分析影響光學(xué)性能的因素。

　　1.實(shí)驗

　　1.1 產(chǎn)品制備

　　將LED 通過(guò)擴晶、點(diǎn)銀漿、固晶、烘干、綁定后的試樣如圖1所示。再通過(guò)色溫的要求來(lái)上注適量的熒光粉。檢測通過(guò)軟件ZWL3907來(lái)測試其色溫，完成后再烘烤固化，如圖2所示。

　　1.2 測試方法

　　采用中為補粉機(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(guò)對軟件測試設置調制，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(guò)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(huì )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，結果如表1所示。

　　圖5 是光通量隨著(zhù)電流變化規律。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，上升趨勢急劇，說(shuō)明電流的改變對光通量有著(zhù)顯著(zhù)的變化。

　　圖 6是光效隨著(zhù)電流變化的規律。不難發(fā)現，光效卻在急劇下降，分別由原來(lái)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(wú)法有效導出，導致光效降低。但電流在限定電流參數的條件下增加，光通量會(huì )顯著(zhù)升高。由兩組數據結果更能證明，電流的大小直接影響LED光學(xué)性能。

　　圖7 是色溫隨著(zhù)電流變化的規律。當電流由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，結果如表2。

　　圖8是光通量隨電流的變化規律。光通量分別降低1.474%、4.855%、7.493%;2.073%、3.859%、7.793%，隨著(zhù)點(diǎn)亮時(shí)間越長(cháng)其下降量越大。

　　圖 9是光效隨電流的變化規律。從圖中不難發(fā)現，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(zhù)點(diǎn)亮的時(shí)間越長(cháng)，其光效下降量逐漸增大。由于使用時(shí)間越長(cháng)，電流保持不變，LED芯片產(chǎn)生大量熱量，熱量在芯片內部聚集，導致了芯片出光效率的下降。當熱阻較大時(shí)，由于PN結溫度上升，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)亮時(shí)間分別從0~1 min、0~5 min、0~10 min，從圖10可以觀(guān)察出色溫隨電流的變化規律，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)亮時(shí)間越長(cháng)，色溫變化越大。

　　3. 結論

　　采用COB封裝的LED，通過(guò)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(huì )導致色溫逐漸升高，光通量也隨著(zhù)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(guò)點(diǎn)亮時(shí)間延長(cháng)會(huì )導致色溫逐漸增加，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(wèn)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(guò)限定參數或者使用時(shí)間過(guò)長(cháng)會(huì )導致 LED 芯片產(chǎn)生大量熱量，并且熱量在芯片內部聚集，熱阻較大，由于PN結溫度上升，光通量會(huì )逐漸降低，光效也會(huì )相對降低。所以改變材料、改變芯片位置、改變總體結構來(lái)增加散熱能力會(huì )使LED有更長(cháng)的壽命，更出色的光效。