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1、第27卷第2期光學儀器Vol.27,No.22005年4月OPTICALINSTRUMENTSApril,2005文章編號:1005-5630(2005)02-0013-05一種高功率LED熱阻的測試方法馬春雷,鮑超(浙江大學現(xiàn)代光學儀器國家重點實驗室,浙江杭州310027)摘要:敘述了利用動態(tài)電學測試方法測量高功率LED熱阻和結(jié)溫的原理、試驗裝置、測量步驟和影響測試結(jié)果的因素。研究結(jié)果表明,該方法具有測試結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性高等特點,可作為高功率LED熱阻和結(jié)溫的標準測試方法。關(guān)鍵詞:高功率LED;熱阻;結(jié)溫中圖分類號:TM930.12文獻標識碼:AAnovelmeasuringmeth
2、odofthermalresistanceforhighpowerLEDMAChun-lei,BAOChao(StateKeyLaboratoryofModernOpticalInstrumentation,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China)Abstract:ThemaesurementprincipleandprocedurebasedontheelectricalmeasurementmethodforthermalresistanceandjunctiontemperatureofhighpowerLEDandthefactorswh
3、ichinfluencemeasuringresultsareinvestigated.Atthesametimewedesignthesetupofthetestsystemforthemeasuringofthermalresistance.Theexperimentalresultsshowthatthemetodhastheadvantagesofsimplestructureandgoodstability,anditcanbeperformedtomeasurethermalresistanceandjunctiontemperatureofhighpowerLEDasst
4、andardmeasurementmethod.Keywords:highpowerLED;thermalresistance;junctiontemperature1引言隨著藍、白色LED(lightemittingdiode)的問世和GaN基半導體材料的進步,以半導體燈替代傳統(tǒng)的白熾燈和熒光燈的照明技術(shù)革命正在興起,相比后者半導體照明器件具有功耗低、使用壽命長和響應(yīng)時間短等優(yōu)勢,代表著照明技術(shù)的新趨勢。高功率LED則是半導體照明中的關(guān)鍵器件,相對于用作指示器件的LED,作為照明器件的超高亮度LED由于耗散功率的增加和環(huán)境溫度的變化會引起LED芯片PN結(jié)結(jié)溫的顯著變化,而LED的結(jié)溫
5、變化則會影響其光通量、顏色、主波長以及正向電壓等光度、色度和電氣參數(shù)。此外,LED多以透明環(huán)氧樹脂封裝,若結(jié)溫超過固相轉(zhuǎn)變溫度,封裝材料會向橡膠狀轉(zhuǎn)變且熱膨脹系數(shù)驟升,從而導致器件失效。因此,對高功率LED的結(jié)溫、熱阻等熱特性參數(shù)進行準確快速的測試就顯得十分必要,從而可為LED的封裝和熱沉設(shè)計提供設(shè)計參數(shù)和失效檢驗,對高功率LED進行有效的熱管理。收稿日期:2004-09-03作者簡介:馬春雷(1975-),男,河北南宮市人,碩士研究生,主要從事光電器件測試的研究工作。·14·光學儀器第27卷2高功率LED熱學特性的測量原理2.1高功率LED的熱學特性參數(shù)LED作為一種半導體器件,主要
6、以熱阻(RθJX)表征其本身的熱學特性。依據(jù)文獻[1]熱阻的定義為:TJ-TXRθJX=(1)PH式中RθJX是待測器件PN結(jié)到指定環(huán)境之間的的熱阻(℃/W);TJ是測試條件穩(wěn)定時的待測器件的結(jié)溫(℃);TX是指定環(huán)境的參考溫度(℃);PH是待測器件的耗散功率(W)。因此,為了測定LED的熱阻需確定(1)式右邊的三個參數(shù),而其中參數(shù)之一的結(jié)溫(TJ)則是測量中的重點,結(jié)溫的測量可通過下式表示的方法進行:TJ=TJ0+ΔTJ(2)ΔTJ=K×ΔTSP(3)式中TJ0是待測器件未施加加熱功率前的初始結(jié)溫(℃)ΔTJ是因施加加熱功率引起的結(jié)溫變化量(℃)K是定義ΔTJ與ΔTSP之間關(guān)系的常量
7、(℃/mV)ΔTSP是溫度敏感參數(shù)值的變化量(mV)2.2PN結(jié)結(jié)溫的測量方法結(jié)溫的測量采用的是動態(tài)電學測量方法,該方法利用發(fā)光二極管PN結(jié)的正向壓降VF與PN結(jié)的溫度成線性關(guān)系的特性,通過測量其在不同溫度下的正向壓降差來得到發(fā)光二極管的結(jié)溫。在測量中PN結(jié)既是被測對象,同時也是溫度傳感器,PN結(jié)溫度的變化通過溫度敏感參數(shù)即PN結(jié)正向壓降的變化輸出,這樣就簡化了測試線路和結(jié)構(gòu),同時消除了因附加溫度傳感器而引入的測量誤差。該方法的測量電路原理如圖
