电压法LED结温及热阻测试原理2东莞市中实创半导体照明有限公司【导读】: 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近年来，由于功率型 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 直接的意义以下将简述LED及其灯具的主要热性能指标，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/PK值可由公式K=/Vf//Tj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=/T/P= 【Ta—Tj 】/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TiC^cuitBwd£DefinitiQnof%Of jy(a) Bj孔之定義W叨賓之定義+T1 Tcatt 冲 \ TVi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三二、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 PhaselO Thermal Analyzer； TEA 公司的 different TTS systems 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 下表是三家典型的进口设备和国产设备（杭州伏达光电技术有限公司的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 热阻量测标准草案》要求的几项主要技术参数的对比（数 据是由公开现有资源收集来的，大部分来自网站的现有资料）：我用热电偶测温仪和红外线测温仪做了对比试验。
热电偶探头插入PAR20灯杯外壳缝隙（靠近芯片的地方）测得温度55°C，还算可以要测其他部位的 温度，比如塑件或灯杯外表面，由于探头大部分暴露在空气中，温度误差比较大了！用红外线测得话，由于被测点太小，而红外测温仪取温范围较大，会将周围环境的温度采样进去！ 看过Philips的PAR20测试报告，他是只取一点：灯杯和盖圈结合处（芯片附近）测量温度，依据室温 的变化测量该点的温度变化，绘制温度曲线但我们没有可以调节温度的测试环境，所以采用固定室温来测 量灯具表面不同部位温度的方式就是在灯具外表面取几个有代表性的点来测试请问有没有合适的专用仪 器测量 LED 灯具表面温度呢？测量 LED 灯具表面温度取哪几个点测试呢？。