LED结温及热阻测试
中心议题：
- 电压法测量LED结温的原理
- 测试仪器性能介绍
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,LED及其灯具不能达到理想的使用寿命;LED在工作状态时的结温直接关系到其寿命和光效;热阻则直接影响LED在同等使用条件下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十分直接的意义。
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/°C。K值可由公式K=ㄓVf/ㄓTj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来的误差,>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。对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;但是太小时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IV曲线的拐点位置的电流值。
C、由于测试LED结温是在工作条件下进行的,从工作电流(或加热电流)降到测试电流的过程必须足够快和稳定,Vf测试的时间也必须足够短,才能保证测试过程不会引起结温下降。
在测量瞬态和稳态条件的结温的基础上,可以根据下面公式算出LED相应的热阻值：
Rja=ㄓT/P=【TaTj】/P
其中Ta是系统内参考点的温度(如基板温度),Tj是结温,P是使芯片发热的功率对于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,安装使用情况不同,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,其中：Rja是测量在自然对流或强制对流条件下从芯片接面到大气中的热传导,情形如图一(a)所示。
图一
Rja在标准规范的条件下测量,可用于比较不同封装散热的情况。
Rjb是指在自然对流以及风洞环境下由芯片接面传到下方测试板部分热传时所产生的热阻,可用于由板温去预测结温。见图二
图二
大功率LED封装都带基板,绝大部分热从基板通过散热板散发,测量LED热阻主要是指LED芯片到基板的热阻。与Rjc的情况更加接近。见图三
图三
几款测试仪器性能介绍
目前用于LED热性能测试的设备是参照EIA/JESD51标准的要求进行设计的。典型的设备有：MicReD公司的T3Ster®;AnaTech公司的Phase10ThermalAnalyzer;TEA公司的differentTTSsystems等。由于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,综合技术指标方面有一定差距,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,大部指标已经可以完全满足测试要求。在价格方面国产设备有很大竞争优势,设计要求也以LED测试为主,使用方便,有利LED热性能测试的广泛使用。
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