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1、第27卷第2期光学仪器Vol.27,No.22005年4月OPTICALINSTRUMENTSApril,2005文章编号:1005-5630(2005)02-0013-05一种高功率LED热阻的测试方法马春雷,鲍超(浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,浙江杭州310027)摘要:叙述了利用动态电学测试方法测量高功率LED热阻和结温的原理、试验装置、测量步骤和影响测试结果的因素。研究结果表明,该方法具有测试结构简单、稳定性高等特点,可作为高功率LED热阻和结温的标准测试方法。关键词:高功率LED;热阻;结温中图分类号:TM930.12文献标识码:AAnovelmeasuringmeth
2、odofthermalresistanceforhighpowerLEDMAChun-lei,BAOChao(StateKeyLaboratoryofModernOpticalInstrumentation,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China)Abstract:ThemaesurementprincipleandprocedurebasedontheelectricalmeasurementmethodforthermalresistanceandjunctiontemperatureofhighpowerLEDandthefactorswh
3、ichinfluencemeasuringresultsareinvestigated.Atthesametimewedesignthesetupofthetestsystemforthemeasuringofthermalresistance.Theexperimentalresultsshowthatthemetodhastheadvantagesofsimplestructureandgoodstability,anditcanbeperformedtomeasurethermalresistanceandjunctiontemperatureofhighpowerLEDasst
4、andardmeasurementmethod.Keywords:highpowerLED;thermalresistance;junctiontemperature1引言随着蓝、白色LED(lightemittingdiode)的问世和GaN基半导体材料的进步,以半导体灯替代传统的白炽灯和荧光灯的照明技术革命正在兴起,相比后者半导体照明器件具有功耗低、使用寿命长和响应时间短等优势,代表着照明技术的新趋势。高功率LED则是半导体照明中的关键器件,相对于用作指示器件的LED,作为照明器件的超高亮度LED由于耗散功率的增加和环境温度的变化会引起LED芯片PN结结温的显著变化,而LED的结温
5、变化则会影响其光通量、颜色、主波长以及正向电压等光度、色度和电气参数。此外,LED多以透明环氧树脂封装,若结温超过固相转变温度,封装材料会向橡胶状转变且热膨胀系数骤升,从而导致器件失效。因此,对高功率LED的结温、热阻等热特性参数进行准确快速的测试就显得十分必要,从而可为LED的封装和热沉设计提供设计参数和失效检验,对高功率LED进行有效的热管理。收稿日期:2004-09-03作者简介:马春雷(1975-),男,河北南宫市人,硕士研究生,主要从事光电器件测试的研究工作。·14·光学仪器第27卷2高功率LED热学特性的测量原理2.1高功率LED的热学特性参数LED作为一种半导体器件,主要
6、以热阻(RθJX)表征其本身的热学特性。依据文献[1]热阻的定义为:TJ-TXRθJX=(1)PH式中RθJX是待测器件PN结到指定环境之间的的热阻(℃/W);TJ是测试条件稳定时的待测器件的结温(℃);TX是指定环境的参考温度(℃);PH是待测器件的耗散功率(W)。因此,为了测定LED的热阻需确定(1)式右边的三个参数,而其中参数之一的结温(TJ)则是测量中的重点,结温的测量可通过下式表示的方法进行:TJ=TJ0+ΔTJ(2)ΔTJ=K×ΔTSP(3)式中TJ0是待测器件未施加加热功率前的初始结温(℃)ΔTJ是因施加加热功率引起的结温变化量(℃)K是定义ΔTJ与ΔTSP之间关系的常量
7、(℃/mV)ΔTSP是温度敏感参数值的变化量(mV)2.2PN结结温的测量方法结温的测量采用的是动态电学测量方法,该方法利用发光二极管PN结的正向压降VF与PN结的温度成线性关系的特性,通过测量其在不同温度下的正向压降差来得到发光二极管的结温。在测量中PN结既是被测对象,同时也是温度传感器,PN结温度的变化通过温度敏感参数即PN结正向压降的变化输出,这样就简化了测试线路和结构,同时消除了因附加温度传感器而引入的测量误差。该方法的测量电路原理如图
