電壓法LED結溫測量原理及熱阻測試

2021-01-10 電子產品世界

LED應用於照明除了節能外,長壽命也是其十分重要的優勢。目前由於LED 熱性能原因,LED 及其燈具不能達 到理想的使用壽命;LED 在工作狀態時的結溫直接關係到其壽命和光效;熱阻則直接影響LED 在同等使用條件下 LED 的結溫;LED 燈具的導熱系統設計是否合理也直接影響燈具 的壽命。因此功率型 LED 及其燈具的熱性能測試 ,對於 LED 的生產和應用研發都有十分 直接的意義。以下將簡述LED 及其燈具的主要熱性能指標,電壓溫度係數K、結溫和熱阻的測試原理、測試設備、測試內容和測試方法,以供LED 研發、生產和應用企業參考。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/168334.htm

　　一、電壓法測量 LED 結溫的原理

　　LED 熱性能的測試首先要測試 LED 的結溫,即工作狀態下 LED 的晶片的溫度。關於LED 晶片溫度的測試,理論上有多種方法,如紅外光譜法、波長分析法和電壓法等等。目前實際使用的是電壓法。1995 年 12 月電子工業聯合會/電子工程 設計發展聯合會議發布的> 標準對於電壓法測量半導體 結溫的原理、方法和要求等都作了詳細規範。

　　電壓法測量LED 結溫的主要思想是：特定電流下 LED 的正向壓降 Vf 與 LED 晶片的 溫度成線性關係,所以只要測試到兩個以上溫度點的Vf 值,就可以確定該 LED 電壓與溫 度的關係斜率,即電壓溫度係數 K 值,單位是 mV/°C 。K 值可由公式K=ㄓVf/ㄓTj 求得。K 值有了,就可以通過測量實時的 Vf 值,計算出晶片的溫度(結溫)Tj 。 為了減小電壓測量帶來的誤差,> 標準規定測量係數 K 時,兩個溫度 點溫差應該大於等於50 度。對於用電壓法測量結溫的儀器有幾個基本的要求：A、電壓法測量結溫的基礎是特定的測試電流下的 Vf 測量,而 LED 晶片由於溫度變 化帶來的電壓變化是毫伏級的,所以要求測試儀器對電壓測量的穩定度必須足夠高,連續測量的波動幅度應小於 1mV 。

　　B、這個測試電流必須足夠小,以免在測試過程中引起晶片溫度變化;但是太小時會引起電壓測量不穩定,有些 LED 存在匝流體效應會影響 Vf 測試的穩定性,所以要求測試 電流不小於 IV 曲線的拐點位置的電流值。

　　C、由於測試LED 結溫是在工作條件下進行的,從工作電流(或加熱電流)降到測 試電流的過程必須足夠快和穩定,Vf 測試的時間也必須足夠短,才能保證測試過程不會引 起結溫下降。

　　在測量瞬態和穩態條件的結溫的基礎上, 可以根據下面公式算出LED 相應的熱阻值：

　　Rja=ㄓT/P= 【Ta Tj 】/P

　　其中 Ta 是系統內參考點的溫度(如基板溫度),Tj 是結溫,P 是使晶片發熱的功率對於 LED 可以認為就是 LED 電功率減去發光功率 。 由於 LED 的封裝方式不同,安裝使用情況不同,對熱阻的定義有差別,測試時需要相應的支架和夾具配套。SEMI 的標準中定義了兩種熱阻值,Rja 和 Rjb ,其中：Rja 是測量在自然對流或強制對流條件下從晶片接面到大氣中的熱傳導, 情形如圖一(a)所示。

　　圖一

　　Rja 在標準規範的條件下測量,可用於比較不同封裝散熱的情況。

　　Rjb 是指在自然對流以及風洞環境下由晶片接面傳到下方測試板部分熱傳時所產生 的熱阻,可用於由板溫去預測結溫。見圖二

圖二

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