电压法LED结温及热阻测试原理分析

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1、电压法LED结温及热阻测试原理分析发布日期：2010-08-01來源:关键字:近年來，山于功率熨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。忖前由丁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亢接关系到其寿命和光效;热阻则直接影响I.ED在同等使用条件下山D的结温1ED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

2、具的热性能测试，对于LED的生产利应用研发都有十分直接的意义。以下将简述LED及其灯具的主婆热性能指标，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TLED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T业联合会/电子工程设计发展联合会议发布的〉标准对丁•电压法测量

3、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®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二虫Vf/ikTj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。为了减小电压测暈带來的误差,〉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。对于用电压法测暈结温的仪器有几个基本的要求：A、电压法

4、测最结温的基础是特定的测试电流下的Vf测量，而LED芯片山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lmVoB、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竝不稳定,有些MD存在匝流体效应会影响”测试的稳处性，所以要求测试电流不小于IV曲线的拐点位置的电流值。C.山于测试LED结温是在T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>iZ,Vf测试的时间也必须足够短，才能保

5、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，可以根据下而公式算出LED和应的热阻值:Rja二虫T/P二［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人气屮的热传导，情形如图一(a)所示。

6、DefinitionofRJA(b)吸之定義,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山芯片接面传到下方测试板部分热传时所产生的热阻，可用于山板温去预测结温。见图二DeAnitionofR..DefinitionofR®(c)0jcj

7、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PhaselOThermalAnalyzer;TEA公司的differentTTSsystems等。由J'LED热性测试的进口设备价格昂贵，使川复杂，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芯片体积较犬，测试耍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

8、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。下农是三家典型的进口设备和国产设备（杭州伏达光电技术冇限公司的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热阻暈测标准草案》要求的几项主要技术参数的对比（数据是山公开现有资源收集來的，大部分來自网站的现冇资料）: