表3　模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較

　　

　　透過(guò)CFD軟件做溫度仿真

　　使用CFD軟件Flotherm作為溫度仿真，F(xiàn)lotherm采用有限值法解決方案，并以方程式來(lái)描述物質(zhì)轉(zhuǎn)換、瞬間以及三度空間的流動(dòng)能量。

　　基本條件假設(shè)

　　在進(jìn)行CFD分析時(shí)，假設(shè)有三維空間、穩(wěn)定狀態(tài)、氣流速度為0.2m/s、空氣特性穩(wěn)定、環(huán)境溫度為25℃、運(yùn)算范圍為400毫米×400毫米×150毫米以及熱透過(guò)正常對(duì)流以及傳導(dǎo)與輻射方式散熱的情況。

　　COB封裝以及搭配散熱片COB封裝模型的整體閘格單元數(shù)分別接近四十萬(wàn)與一百六十萬(wàn)，在閘格設(shè)置建議于散熱片的鰭片之間，至少使用三個(gè)單元。

　　LED模塊模型建立

　　芯片、鋁質(zhì)反射器、硅樹脂封裝、散熱片以及芯片黏著層都以單一立體方塊來(lái)架構(gòu)模型，使用立體方塊的重點(diǎn)是其永遠(yuǎn)包含一或多個(gè)有限數(shù)量的閘單元，此代表每一方塊所代表的物質(zhì)溫度均以每一獨(dú)立閘單元計(jì)算。

　　在芯片黏著層上總共有五十個(gè)芯片，每個(gè)紅色芯片以0.5毫米寬×0.5毫米長(zhǎng)×0.225毫米高的方塊來(lái)代表，每個(gè)綠色與藍(lán)色芯片則以0.376毫米寬×0.376毫米長(zhǎng)×0.25毫米高代表，并在紅色芯片的頂部以及綠色與藍(lán)色芯片的底部表面加入五十個(gè)不同功率的發(fā)熱源，其中藍(lán)色與綠色芯片采用覆芯片方式。

　　由于LED的高密度搭配超薄的芯片黏著層，因此要完成模擬需要較長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間，而這樣詳細(xì)的溫度模型在模塊出現(xiàn)于大系統(tǒng)模型下通常不太實(shí)際，因此將詳細(xì)模型簡(jiǎn)化成搭配散熱片COB封裝的精簡(jiǎn)模型，將可以有效縮短計(jì)算時(shí)間。

　　對(duì)精簡(jiǎn)模型來(lái)說(shuō)，芯片黏著層的五十個(gè)芯片以單一正方形方塊取代，表4顯示沒(méi)有使用在精簡(jiǎn)模型中的溫度特性，芯片的新等效溫度特性則由詳細(xì)模型的結(jié)果取得。

　　此外，介電層、銅箔走線、基體上的焊接材料以及導(dǎo)熱膠帶都加以記錄考慮，這些材料的熱傳導(dǎo)能力由表3中所列出的文件中取得，在具備經(jīng)陽(yáng)極化處理鋁材料散熱片中并考慮了輻射效應(yīng)。

　　熱阻的計(jì)算

　　熱流會(huì)垂直通過(guò)芯片、芯片黏著層，介電層接著直通到基體，每個(gè)獨(dú)立芯片就形成并聯(lián)的熱阻，由芯片到基體的整體熱阻值Rjb-T可透過(guò)以下方程序取得：

　　1/Rjb-T=X/Rjb-R+Y/Rjb-G+Z/Rjb-B　　　　(1)

　　其中X、Y、Z分別為紅、綠與藍(lán)光LED的芯片數(shù)，Rjb-R、Rjb-G與Rjb-B的熱阻可以使用以下方程式進(jìn)行計(jì)算：
　　Rjb=TJunction–TBoard/Power　　　　(2)

　　圖1中包含二十個(gè)紅色芯片、二十個(gè)綠色芯片與十個(gè)藍(lán)色芯片的COB封裝熱阻可由下列方程式表示：

　　1/Rjb=20/Rjb(R)+20/Rjb(G)+10/Rjb(B)

　　Rjb=1/[20/Rjb(R)+20/Rjb(G)+10/Rjb(B)]　　　　(3)

　　其中模擬結(jié)果Rjb(R)=100oC/W，Rjb(G)= Rjb(R)則為80oC/W，以這樣的結(jié)果為基礎(chǔ)，整體熱阻計(jì)算值為1.74oC/W，接近2oC/W。

　　CFD模擬的結(jié)果與比較

　　圖4顯示在相同電路板溫度下仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較，它包含有頂部發(fā)光型COB封裝，側(cè)面發(fā)光型COB封裝以及搭配散熱片的側(cè)面發(fā)光型COB封裝，其中前兩個(gè)封裝以詳細(xì)模型進(jìn)行，而最后一個(gè)則使用精簡(jiǎn)模型技術(shù)，原因是封裝上額外搭配的散熱片須要考慮更多的閘單元，因此會(huì)拉長(zhǎng)計(jì)算時(shí)間，此外，在文中也想要證明精簡(jiǎn)模型的結(jié)果事實(shí)上并不會(huì)與詳細(xì)模型有太大的差異。

　　圖1的頂部與側(cè)面發(fā)光型COB封裝使用相同的MCPCB設(shè)計(jì)，但采用不同的鋁反射器設(shè)計(jì)，不過(guò)側(cè)面發(fā)光型COB封裝由于擁有較大的反射區(qū)可協(xié)助散熱，因此預(yù)料側(cè)面發(fā)光型COB封裝的電路板溫度仿真結(jié)果將低于頂部發(fā)光型COB封裝，此推論也經(jīng)由實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果取得驗(yàn)證。

圖9與圖10分別提供側(cè)面發(fā)光型COB封裝以及搭配散熱片COB封裝的可視化模擬結(jié)果。

圖9　側(cè)面發(fā)光型COB包裝的可視化結(jié)果

圖10　搭配散熱片側(cè)面發(fā)光型COB包裝的可視化結(jié)果

　　由圖4可以得知，詳細(xì)與精簡(jiǎn)模型的仿真結(jié)果事實(shí)上都接近于實(shí)際測(cè)量結(jié)果，此清楚的顯示出，模塊封裝的精簡(jiǎn)模型可適用于系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)，有助于縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。

　　COB封裝符合LED照明應(yīng)用期待

　　COB封裝技術(shù)帶來(lái)每單位區(qū)域LED光源封裝設(shè)計(jì)上更加精簡(jiǎn)或照明度更高的輸出，低熱阻以及正確的封裝材料選擇帶來(lái)令人驚艷的光輸出以及更長(zhǎng)的壽命，此外，即插即用的功能也讓COB封裝的組裝程序能夠和CCFL類似。

　　精簡(jiǎn)或簡(jiǎn)化的模型仿真結(jié)果與實(shí)際測(cè)量結(jié)果相當(dāng)接近，此證明可透過(guò)節(jié)省CFD模擬時(shí)間與耗用資源帶來(lái)更快的設(shè)計(jì)周期，照明設(shè)備制造商可在設(shè)計(jì)中使用簡(jiǎn)化的CFD仿真模型來(lái)決定適合的溫度管理系統(tǒng)。

　　COB LED封裝不僅擁有比傳統(tǒng)離散式LED組件封裝更佳的效能，還能夠簡(jiǎn)化溫度管理來(lái)簡(jiǎn)化系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)，可以說(shuō)是幫助LED符合照明市場(chǎng)需求的理想解決方案。