電壓法LED結(jié)溫及熱阻測試原理分析

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1、電壓法LED結(jié)溫及熱阻測試原理分析發(fā)布日期：2010-08-01來源:關(guān)鍵字:近年來，山于功率熨LED光效提高和價格下降使LED應(yīng)用于照明領(lǐng)域數(shù)量迅猛增長，從各種景觀照明、戶外照明到普通家庭照明，應(yīng)用日益廣泛。LED應(yīng)用于照明除了節(jié)能外，長壽命也是其十分重要的優(yōu)勢。忖前由丁LED熱性能原因,LED及其燈具不能達(dá)到理想的使用壽命;LED在工作狀態(tài)時的結(jié)溫亢接關(guān)系到其壽命和光效;熱阻則直接影響I.ED在同等使用條件下山D的結(jié)溫1ED燈具的導(dǎo)熱系統(tǒng)設(shè)計是否合理也直接影響燈具的壽命。因此功率型LED及其燈

2、具的熱性能測試，對于LED的生產(chǎn)利應(yīng)用研發(fā)都有十分直接的意義。以下將簡述LED及其燈具的主婆熱性能指標(biāo)，電壓溫度系數(shù)K、結(jié)溫和熱阻的測試原理、測試設(shè)備、測試內(nèi)容和測試方法，以供LED研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用企業(yè)參考。一、電壓法測量LED結(jié)溫的原理LED熱性能的測試首先要測試LED的結(jié)溫，即工作狀態(tài)TLED的芯片的溫度。關(guān)于LED芯片溫度的測試，理論上有多種方法，如紅外光譜法、波長分析法和電壓法等等。目前實際使用的是電壓法。1995年12月電子T業(yè)聯(lián)合會/電子工程設(shè)計發(fā)展聯(lián)合會議發(fā)布的〉標(biāo)準(zhǔn)對丁?電壓法測量

3、半導(dǎo)體結(jié)溫的原理、方法和要求等都作了詳細(xì)規(guī)范。電壓法測?LED結(jié)溫的主要思想是：特定電流下LED的正向壓降Vf與LED芯片的溫度成線性關(guān)系,所以只要測試到兩個以上溫度點的Vf值,就可以確定該LED電壓與溫度的關(guān)系斜率，即電壓溫度系數(shù)K值,單位是mV/°C°K值可由公式K二蟲Vf/ikTj求得。K值有了，就可以通過測量實時的Vf值，計算出芯片的溫度（結(jié)溫）Tj。為了減小電壓測暈帶來的誤差,〉標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定測量系數(shù)K時，兩個溫度點溫差應(yīng)該大于等于50度。對于用電壓法測暈結(jié)溫的儀器有幾個基本的要求：A、電壓法

4、測最結(jié)溫的基礎(chǔ)是特定的測試電流下的Vf測量，而LED芯片山于溫度變化帶來的電壓變化是毫伏級的,所以要求測試儀器對電壓測量的穩(wěn)定度必須足夠高，連續(xù)測量的波動幅度應(yīng)小于lmVoB、這個測試電流必須足夠小，以免在測試過程中引起芯片溫度變化;但是太小時會引起電壓測竝不穩(wěn)定,有些MD存在匝流體效應(yīng)會影響”測試的穩(wěn)處性，所以要求測試電流不小于IV曲線的拐點位置的電流值。C.山于測試LED結(jié)溫是在T作條件下進(jìn)行的，從工作電流(或加熱電流)降到測試電流的過程必須足夠快和穩(wěn)>iZ,Vf測試的時間也必須足夠短，才能保

5、證測試過程不會引起結(jié)溫下降。在測量瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)條件的結(jié)溫的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)下而公式算出LED和應(yīng)的熱阻值:Rja二蟲T/P二［TaTj】/P其中Ta是系統(tǒng)內(nèi)參考點的溫度(如基板溫度)，Tj是結(jié)溫,P是使芯片發(fā)熱的功率對于LED可以認(rèn)為就是LED電功率減去發(fā)光功率。由于LED的封裝方式不同，安裝使用情況不同，對熱阻的定義有差別，測試時需要相應(yīng)的支架和夾具配套。SEMI的標(biāo)準(zhǔn)中定義了兩種熱阻值,Rja和Rjb，其中:Rja是測量在自然對流或強制對流條件下從芯片接面到人氣屮的熱傳導(dǎo)，情形如圖一(a)所示。

6、DefinitionofRJA(b)吸之定義,圖一Rja在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的條件下測量,可用于比較不同封裝散熱的情況。Rjb是指在自然對流以及風(fēng)洞環(huán)境下山芯片接面?zhèn)鞯较路綔y試板部分熱傳時所產(chǎn)生的熱阻，可用于山板溫去預(yù)測結(jié)溫。見圖二DeAnitionofR..DefinitionofR?(c)0jcj

7、于LED熱性能測試的設(shè)備是參照EIA/JESD51標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行設(shè)計的。典型的設(shè)備有:MicReD公司的T3Ster?;AnaTech公司的PhaselOThermalAnalyzer;TEA公司的differentTTSsystems等。由J'LED熱性測試的進(jìn)口設(shè)備價格昂貴，使川復(fù)雜，目前國內(nèi)只有很少的單位配備了進(jìn)口設(shè)備。目前國產(chǎn)設(shè)備和進(jìn)口設(shè)備相比，綜合技術(shù)指標(biāo)方面冇一定差距，尤其是分析軟件方面差距較大。但是由于LED芯片體積較犬，測試耍求和集成電路的測試要求有很大不同，大部指標(biāo)已經(jīng)可以完全滿

8、足測試要求。在價格方面國產(chǎn)設(shè)備有很大競爭優(yōu)勢,設(shè)計要求也以LED測試為主，使用方便，有利LED熱性能測試的廣泛使用。下農(nóng)是三家典型的進(jìn)口設(shè)備和國產(chǎn)設(shè)備（杭州伏達(dá)光電技術(shù)冇限公司的JDS200型LED光色電熱綜合測試系統(tǒng)）；以及臺灣半導(dǎo)體光電產(chǎn)業(yè)協(xié)會關(guān)于《LED熱阻暈測標(biāo)準(zhǔn)草案》要求的幾項主要技術(shù)參數(shù)的對比（數(shù)據(jù)是山公開現(xiàn)有資源收集來的，大部分來自網(wǎng)站的現(xiàn)冇資料）: