led封装界面热阻量测技术

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1、工業材料雜誌266期2009/02ＬＥＤ技術專LED封裝界面熱阻量測技術題TechnologyofInterfaceThermalResistanceMeasurementforLEDPackage「王建評C.P.Wang1、黃勝邦S.B.Huang2工研院電光所(EOL/ITRI)1工程師、2正工程師/經理」因應照明市場的廣大需求，近年來高功率LED的發展備受關注，因此如何有效解決散熱問題，就成為影響高功率LED提高發光效率及延長使用壽命最重要的因素之一。本文將介紹一套新發展的界面熱阻量測技術，可以有效提升LED的低熱阻封裝技術。Highpowerlightemitt

2、ingdiodes(LEDs)haveattractedmuchinterestbecauseoftheextensivede-mandsoflightingmarkets.ThelightingefficiencyandlifetimeofLEDsarestronglyrelatedtoappropri-atethermalmanagement.Inthisarticle,anoveltechnologyforinterfacethermalresistancemeasure-mentwillbeelucidated.Theinvestigationcaneffect

3、ivelyimprovethermalimpedanceissueofLEDs.關鍵詞/KeyWords發光二極體(LightEmittingDiodes;LEDs)、界面熱阻(InterfaceThermalResistance)、暫態量測(TransientMeasurement)術，成為一項重要的研究課題。前　言傳統的熱阻量測方式僅能量測LED整於高功率LED的迅速發展，使LED體的封裝熱阻，無法得知每一層封裝材料的由光源已開始跨入廣大的照明市場，熱阻抗值，藉由界面熱阻量測技術的建立，如應用在室內外照明，汽車光源及特殊照可以量測由晶粒端至基板之間每個界面的明等等，

4、如圖一。傳統低功率型的封裝，材料熱阻抗，對於找出如何降低封裝熱阻，由於封裝熱阻可高達200K/W以上，如圖提供相當多重要的資訊。除此之外，亦可二，已無法解決高功率LED所需散熱上的應用於LED封裝產線的品質管控，本文將需求，因此國內外廠商積極開發各型高功對此新型熱阻量測技術做進一步的介紹。率封裝，例如應用高導熱金屬材料及近年熱阻量測技術介紹來積極開發的陶瓷材料等。應用於照明市場的LED商品對於壽命及可靠度的要求更1.順向偏壓熱阻量測技術加嚴格，因而其封裝結構必須能夠因應高電流密度帶來的極高熱應力，避免可能造由於LED封裝結構無法直接量測晶片成如晶片損壞、樹脂黃化、金線斷

5、裂及脫溫度，因此僅能以間接的方式取得。一般層等現象，因此如何降低LED封裝熱阻技最常被使用的方法為透過量測二極體順向087工業材料雜誌266期2009/02ＬＥＤ技術專題偏壓(ForwardVoltage)及溫度之間的關連性，TJ=TJ0+DTJ稱為溫度靈敏係數(TemperatureSensitive求得晶片溫度後，可利用熱阻定義求出封Parameter;TSP)，如圖三所示。此斜率代表裝熱阻值涵意為二極體電壓及晶片溫度之間的關係，再經由給予二極體額定的操作電流下所量測得到的電壓值，即可計算出晶片溫度及晶片到環境的熱阻抗。其一般量測程序說其中Tref代表參考溫度，可定

6、義為環境溫度明如下：如圖四所示，首先在待測LED上或基板溫度，其分別對應晶片至環境的熱給予量測電流IM，可量測得到相對應電壓阻值及晶片至基板的熱阻值大小。VF0。接著給予加熱電流IH，待達到穩定狀態後可相對應量測另一穩態電壓VH。最後以快速方式用電流IM取代IH並得到電壓1000VFSS，晶片溫度可由以下公式簡單計算出。800600400DVF=

7、VF0-VFSS

8、200oltage(mV)0V020406080100120140DTJ=TSP´DVFAmbientTemperature(°C)TSPDiodeForward-Biased▲圖三　二極體的電壓及溫度特性V

9、HVFOVFSStt1t2▲圖一　LED照明市場IHIMtt1t2Cree5mmLampCree®XLamp®XR-ELED▲圖二　Cree公司生產的低功率及高功率型LED▲圖四　熱阻量測程序088工業材料雜誌266期2009/02ＬＥＤ技術專由上述基本原理介紹可得知，利用溫狀態T1，此時給予一額外較大功率P2時，題度靈敏係數為一種常見且廣泛接受的熱阻溫度會呈現上升並最終達到平衡狀態T2。量測方式，其量測精準度與設備解析度具此時二極體熱阻值即可由T1及T2兩者之間有相當重要的關連性。由於熱量在LED封的溫度差除以P1及P2之間的溫度差求得