摘要
本文对荧光胶与LED芯片的距离相互热影响进行了仿真， 结果表明荧光粉粒子在硅胶中分布的位置会引起温度的变化，随着荧光粉粒子越靠近冷却系统，胶体温度逐步降低。实验证明COB光源胶体的开裂与变黑，主要是由于荧光粉激发过程产生热量引起。
关键字：COB发光面温度、硅胶、荧光粉粒子
COB(Chip-on-Board)封装技术因其具有热阻低、高光密度输出、色容差小、组装工序少等优势，在业内受到越来越多的关注。利用黄色荧光粉封装的白光LED， 因制作工艺简单， 是通用照明中最常用的一种工艺。
蓝光LED激发黄色荧光粉会产生黄绿光， 与蓝光LED混合成白光。在蓝光激发黄色荧光粉的过程中， 会有一部分光能都转化成热能， 再加上芯片工作时传导到荧光胶上的热量， 荧光胶通常处于高温状态，因此 LED灯具的可靠性与COB光源的温度密切相关，由于COB光源采用多颗芯片高密度封装，其温度分布、测量方式与SMD光源有明显不同。
本文将介绍COB光源的温度分布特点与其内在机理，并对不同荧光胶涂覆方法进行比较。
实验使用LED模型如图1所示，
图1 ：LED模型
分别对硅胶蓝光样品，荧光胶白光样品进行高温老化。荧光胶样品胶体出现发黑现象，硅胶蓝光样品胶体未发生明显变化。通过实验可推断，由于荧光粉的引入，造成了LED胶体发生变化，出现在老化过程变黑现象。
表1 ：样品老化对比
LED胶体由荧光粉、胶水组成，其中LED荧光粉制备温度高达1500℃，而另一组成成份为硅胶，硅胶为有机物在常温下反应的产物，如表1所示，随着温度的增加，反应链发生变化，当温度到达250℃时，胶体出现发黄并开裂，温度再增加，胶水会出现碳化的现象。因此COB胶体表面变黑或开裂，是由于胶水出现的性变，而其产生变化是荧光粉引入后造成的温度升高。
表2：不同胶水在200℃/250℃胶水对比
当LED蓝光照射到发光材料（荧光粉）上时，一部分被反射、散射、透射，剩下的被吸收，而被吸收的这部分光中，一些作为发光跃迁，发射光子，一些作为晶格振动，产生猝灭。发光和猝灭在发光材料中相互独立相互竞争的两种过程，猝灭占优势时，发光就弱，效率也低，反之则亦然。而荧光量子效率为单位时间内，发射二次辐射荧光的光子数与吸收激发光初级辐射光子数之比值。
图2 ：荧光粉转换示意图
如图2所示，以某公司黄粉为例，假设LED蓝光光功率为4W，通过荧光粉吸收效率（74%），内量子效率（79%），外量子效率（59%）后，实际出来的白光光功率为1.38W，可得出荧光粉的实际转换效率为34.5%，其它转换为热能或者被其它荧光粉粒子重新转换。
图3 ：LED仿真模型
表3 ：仿真分析模型说明
由公式1、2，可得出在不同荧光粉厚度下，荧光粉的粒子数及荧光粉层数。
其中V总为荧光胶体总体积，α为胶粉质量比，ρs=4.88g/cm3为荧光粉密度，ρp=1.1g/cm3为硅胶密度，γ为荧光粉粒子半径，H为荧光胶体厚度。
仿真设定芯片输入电功率Pele=0.48×24.1=11.5W，光电转换效率η=40%，荧光粉吸收后发热能量为2.5W。
为方便计算，假设胶体形状为长方体，荧光粉为单粉，粒子均匀分布在胶体中，且每颗荧光粉粒子的发热量相等，芯片与芯片之间为胶水填充，由于计算量较大，将荧光粉模型数量降低。
表4：仿真图
从仿真结果可得出，在相同芯片温度（Tj=85℃）情况下，模型1温度比模型2温度高91℃，比模型3温度高70℃。从模型1可看出，底部荧光粉粒子温度比顶部荧光粉粒子温度低157℃，底部冷却系统散热优于顶部自然对流散热。因此减少荧光粉在胶体中的路径，能有效降低胶体温度，提升产品可靠性。
COB产品胶体的变黑与开裂现象，与荧光粉颗粒分布、荧光粉转换效率、胶水的耐温性、光密度、散热系统等均有关联。本文通过实验及仿真分析得出：
1、胶水在COB光源系统中的温度分布存在一定差异，主要是由于荧光粉在激发过程中，会产生一定热量，造成粉体附近的胶体温度升高。
2、胶体内部的温度随着荧光粉层位置的变化而出现差异，荧光粉粒子越靠近冷却系统温度越低。