电压法LED结温及热阻测试原理

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1、电压法LED结温及热阻测试原理近年來，由于功率型LED光效提高和价格下降使LED应用于照明领域数量迅猛增长，从各种景观照明、户外照明到普通家庭照明，应用日益广泛。LED应用于照明除了节能外，长寿命也是其十分重要的优势。目前由于LED热性能原因丄ED及其灯具不能达到理想的使用寿命;LED在工作状态吋的结温直接关系到其寿命和光效;热阻则直接影响LED在同等使用条件卜LED的结温;LED灯具的导热系统设计是否合理也直接影响灯具的寿命。因此功率型LED及其灯具的热性能测试，对于LED的生产和应用研发都有-

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3、分直接的意义。以卜•将简述LED及其灯具的主耍热性能指标，电压温度系数K、结温和热阻的测试原理、测试设备、测试内容和测试方法，以供LED研发、生产和应用企业参考。一、电压法测量LED结温的原理LED热性能的测试首先要测试LED的结温，即工作状态下LED的芯片的温度。关于LED芯片温度的测试，理论上有多种方法，如红外光谱法、波长分析法和电压法等等。目前实际使用的是电压法。1995年12月电子工业联合会/电子工程设计发展联合会议发布的〉标准对于电压法测量半导体结温的原理、方法和要求等都作了详细规范。电压法

4、测量LED结温的主要思想是：特定电流下LED的正向压降Vf与LED芯片的温度成线性关系,所以只要测试到两个以上温度点的Vf值,就可以确定该LED电压与温度的关系斜率，即电压温度系数K值,单位是mV/。。cK值可由公式K=lUVf/!kTj求得。K值有了，就可以通过测量实时的Vf值，计算出芯片的温度（结温）Tj。为了减小电压测量带來的误差,〉标准规定测量系数K时，两个温度点温差应该大于等于50度。対于用电压法测量结温的仪器有几个基本的要求：A、电压法测量结温的基础是特定的测试电流下的Vf测量，而LED芯

5、片由于温度变化带来的电压变化是毫伏级的,所以要求测试仪器对电压测量的稳定度必须足够高,连续测量的波动幅度应小于1mV。B、这个测试电流必须足够小，以免在测试过程中引起芯片温度变化;但是太小吋会引起电压测量不稳定，有些LED存在匝流体效应会影响Vf测试的稳定性•所以要求测试电流不小于IVIlli线的拐点位置的电流值。C、由于测试LED结温是在工作条件卜•进行的，从丄作电流（或加热电流）降到测试电流的过程必须足够快和稳定,Vf测试的吋间也必须足够馬，才能保证测试过程不会引起结温下降。在测虽瞬态和稳态条件的

6、结温的基础上，可以根据下面公式算111LED相应的热阻值:Rja=iT/P=[TaTj]/P其中Ta是系统内参考点的温度(如革板温度),Tj是结温,P是使芯片发热的功率对丁LED可以认为就是LED电功率减去发光功率。由于LED的封装方式不同,安装使川情况不同,对热阻的定义有差别，测试时需要相应的支架和夹具配套。SEMI的标准中定义了两种热阻值,Rja和Rjb，其屮：Rja是测量在自然对流或强制对流条件下从芯片接面到人气屮的热传导，情形如图一(a)所示。DefinitionofR”UDeflnlttcn

7、of岁厂(b)晅之定義-图一Rja在标准规范的条件卜测量，町川丁•比较不同封装散热的情况。Rjb是指在自然対流以及风洞环境下由芯片接血传到下方测试板部分热传时所产牛的热阻，可用于由板温去预测结温。见图二Definitionof3(C)0垃或应£之定義(d)0jbJ

8、进行设计的。典型的设备有:MicReD公司的T3Ster®;AnaTech公司的Phasel0ThermalAnalyzer;TEA公司的differentTTSsystems等。山于LED热性测试的进口设备价格昂贵，使用复杂，目前国内只有很少的单位配备了进口设备。目前国产设备和进口设备相比，综合技术指标方面冇一定差距，尤其是分析软件方面差距较大。但是由于LED芯片体积较大，测试要求和集成电路的测试要求有很大不同，人部指标已经可以完全满足测试要求。在价格方而国产设备有很人竞争优势,设计要求也以LED测

9、试为主，使用方便，有利LED热性能测试的广泛使用。下表是三家典型的进口设备和国产设备（杭州伏达光电技术有限公司的JDS200型LED光色电热综合测试系统）；以及台湾半导体光电产业协会关于《LED热阻量测标准草案》要求的儿项主要技术参数的对比（数据是山公开现有资源收集来的，大部分来自网站的现有资料）：