半导体照明中结温的电学法测试与优化
led的灯珠的结温
LED的灯珠的结温1. 介绍LED灯珠LED（Light Emitting Diode）是一种半导体器件，可以将电能转化为光能。
它具有高效、节能、寿命长等特点，因此被广泛应用于照明、显示和通信等领域。
在LED中，灯珠是最基本的发光单元。
2. 灯珠的结温概念灯珠的结温是指LED芯片内部的温度，也称为芯片结温或Tj。
它是衡量LED工作状态和性能稳定性的重要指标。
3. 影响灯珠结温的因素3.1 光通量光通量是指单位时间内从光源发出的光功率，单位为流明（lm）。
当光通量较大时，意味着LED芯片需要消耗更多的电能来产生更多的光，从而导致芯片温度上升。
3.2 散热设计良好的散热设计可以有效降低LED芯片的结温。
散热器、散热胶和散热风扇等散热装置可以帮助将芯片产生的热量迅速散发到周围环境中。
3.3 工作电流LED芯片的工作电流也会对结温产生影响。
较大的工作电流会导致芯片发热量增加，进而使得结温升高。
3.4 环境温度环境温度是指LED灯珠所处的周围环境温度。
较高的环境温度会导致LED芯片难以散热，从而使得结温升高。
4. 结温对LED性能的影响4.1 光衰当LED芯片的结温升高时，其光衰速率也会加快。
光衰是指LED光通量随时间逐渐减小的现象。
过高的结温会缩短LED灯珠的使用寿命。
4.2 光效光效是指单位功率下所发出的光通量。
当LED芯片工作在较低结温下时，其光效较高；而当结温升高时，光效则下降。
4.3 可靠性结温过高还会对LED芯片的可靠性产生负面影响。
过高的结温可能导致元器件老化、损坏或失效，从而降低LED灯珠的可靠性。
5. 结温的测试与控制为了确保LED灯珠的正常工作和稳定性能，需要对其结温进行测试和控制。
5.1 测试方法常见的结温测试方法包括接触式测量和非接触式测量。
接触式测量通常使用热电偶或红外测温仪，直接接触或瞄准LED芯片进行测量。
非接触式测量则利用红外热像仪等设备，通过检测LED芯片发出的红外辐射来估算结温。
灯具温升
LED 灯具的热特性测试上海亚明灯泡厂有限公司 严华锋摘要：本文介绍了测试LED 灯具内部芯片结温的方法及检测过程，并通过测试不同的LED 路灯工作时结温，说明了一般判定LED 灯具热特性的测试方法。
关键词：发光二极管、灯具、结温引言：参考美国NGLIA&DOE 公布的光效与成本信息（图1），LED 预计在未来的几年将迅速进入功能照明领域。
LED 将是半导体材料领域，继硅材料技术之后对人类的另一大贡献。
在研究LED 光效提升的同时，LED 可靠性问题也得到了广泛的关注，特别是温度对LED 性能的影响。
Nadarajah Narendran 在不同的温度条件下对白光LED （Lumileds Star 结构）进行通电（I F =350mA ）老化试验[1]，同时监控LED 管脚温度，得到了管脚温度和寿命关系的试验数据（图2），证明了温度对LED 寿命的影响。
图 2 恒温控制箱中Star LED 管脚温度与寿命的关系（来源：IEEE/OSA JOURNAL OF DISPLAY TECHNOLOGY,VOL.1,NO.1.SEPTEMBER 2005）所以，LED 晶粒的工作温度（结温）将是未来LED 灯具的重要性能指标之一。
但由于没有相应的检测判定标准，在目前的LED 灯具厂商规格中没有很好的体现。
本文参考图 1 LED 光效及成本发展趋势 （来源：美国NGLIA & DOE ）EIA/JESD51-1（1995）标准[2]制定的半导体单晶粒元件热阻电参数检测方法，提出了一种比较可行的LED 灯具工作结温检测方法，并介绍了应用实例。
一、 LED 灯具工作结温检测原理LED 作为一种典型的半导体器件，具有典型的V-I 曲线特性，如图3所示图 3 LED 的V ‐I 特性曲线LED 的V F 与I F 的关系一般按照如公式(1) 所示，利用数学推导并对两边进行运算，可以得到公式(5)，即温度变化对于V F 值变化的关系。
浅析 LED 半导体照明存在的测试问题及改进措施
浅析 LED 半导体照明存在的测试问题及改进措施发表时间：2020-07-20T11:44:42.840Z 来源：《中国电业》2020年第7期作者：李倩倩[导读] 科学技术的进步有力地推动着照明技术的发展摘要：科学技术的进步有力地推动着照明技术的发展，当前照明领域的发展潮流是“科技照明、绿色节能、安全环保”。
半导体照明光源 LED 具有高效率、高亮度、长寿命、易控制、节能、环保等显著优点，被认为是照明领域主流光源的最有力的竞争者。
LED 作为一种新型光源应用在照明领域时，其结构、特性、应用等与白炽灯、荧光灯等传统光源存在很大差别，加之LED及 LED应用产品的多样性、多变性，以及相关技术的不断发展和新产品的不断涌现，造成目前LED 标准、检测、评估等工作的相对滞后，成为影响 LED 半导体照明产业发展的主要问题之一。
关键词： LED ；测试问题；改进措施随着社会的不断发展，半导体照明与 LED 技术产业，得到快速发展，对技术检测服务平台与标准体系的需求越来越迫切。
LED 技术，作为新能源产品应用在现今照明领域。
其特征、应用、结构与普通荧光灯、白炽灯相比，存在较大的差别。
随着技术不断的创新，现今LED 产品呈现多变性、多样性。
随着周边产品和技术的不断繁衍，客户需求量的不断增加，行业标准与管理措施的不足逐渐显露，导致LED 产品检测、标准定义、技术评估等工作滞后。
影响我国 LED 半导体行业发展。
1 LED 半导体照明存在的测试问题 LED 半导体产品，与传统白炽灯、荧光灯类似，是通过热学参数、电学参数、色度参数、光度参数、可靠性、稳定性、老化特性、安全性等参数，进行检测和测试。
但是，由于 LED 照明产品独特得发光特征。
单个 LED 是具有光源特征。
当多个 LED 组成灯具与光源产品。
多样得结构组成，产生了复杂的光源特征。
同时 , 由于 LED 产品具有独特得特性与复杂得现场环境 , 散热架构、驱动电源和 LED 光源模组等组成部分的紧密结合，然而，不同 LED 产品应用的配光架构与光源分布也大为不同。
LED结温测试方法总结
LED结温测试
（参考：LED结温测试方法研究）
红外热像法
光谱法：利用LED结温升高时，LED的主波长或λp就会向长波长漂移，其正法线方向的亮度B0也会下降，主波长会漂移。
有实验数据表明当结温每升高10℃，则波长向长波漂移1nm.
管脚温度法
蓝白比法：利用芯片的蓝光发光与荧光粉发光随结温变化的不一致来确定结温。
定义W为光谱中整个白光的功率，B为蓝光部分的功率，那么比值R=W/B应该是结温的函数。
K系数法：
初始电压是指LED刚通电时测得的正向电压，初始结温是指刚通电时的结温，近似等于环境温度。
在恒定电流（20mA）改变环境温度（35-100℃）测量的情况下，初始电压与初始结温符合很强的线性关系。
通过测量正向电压确定结温
具体方法如下：
测量温度系数K
将LED置于温度为TA的恒温箱中足够时间至热平衡，此时TjA=TA
用低电流（可以忽略其产生的热量对LED的影响，如If=0.1,1.0,5.0,10mA）快速点测LED的VfA
将LED置于温度为TB(TB>TA的恒温箱中足够时间至热平衡，此时TjB=TB
重复步骤b，测得VfB
计算K
测量在输入电功率加热状态下的变化
将LED置于温度为TA的恒温箱中，给LED输入额定IF使其产生自加热
维持恒定加热电流IF足够时间至LED工作热平衡，此时VF达到稳定，记录IF，VF
迅速切换到测量电流源If，立即进行(l)之b步骤，测量Vf
结温、热阻计算
脉冲电流法。
半导体照明标准和测试方法
近场测量 (2-3m)
探测器 D1实现近场测量 光度探头：紧凑型分布光度计 高精度快速光谱辐射计：分布光谱辐射计 成像亮度计：近场分布光度计
GO-R5000 全空间快速分布光度计系统配置方案
GO-R5000 全空间快速分布光度计（含精密转台、控制单元、光度计、 专用测控软件和精密激光对准系统） 可选配机载HAAS-2000高精度快速光谱辐射计：测量空间光谱分布 可选配机载CX-2B 100万像素16bit制冷恒温CCD型成像亮度计：测量亮 度、构成近场分布光度计 主探头选用CLASS L光度探头(f1’<1.5%)，精密恒温、前置放大 标准光源 高精度数字功率计：测量被测光源的电参数 精密数显直流稳压稳流电源 变频稳压电源：为被测光源提供电源
取决于光强测量精度，下文将进一步讨论
光强分布(配光曲线)的测量
测量方法：分布光度计 利用照度测量和照度平方反比关系测量光强：
光强测试距离
根据EN13032-1:2004 至少为灯具最大发光面尺寸的5倍（余弦分布） 至少为灯具最大发光面尺寸的10倍（非余弦分布） 投光灯的最小测试距离可用以下公式计算:
TJ TJ 0 TJ
' disperse
PJK Pinput
TK TJ 0
' JK
T j Pinput
TJ TK TJ
LED产品的寿命表征和测量
表征普通照明用LED产品寿命的一般技术指标：
寿命（h）：LED产品不能点燃或光通维持率降至70％或50％以下 推算寿命（h）：由寿命或加速试验结果推算出的寿命时间。
辐亮度测量的原理图
LED辐射危害测量系统的实物图
报告人简介
潘建根，教授级高工，杭州远方光电信息有限公司董事长兼技术总 监，国际照明委员会（CIE）光辐射测量分部中国代表，CIE 《LED 灯具测量方法》负责人 ，中国照明学会常务理事兼测试计量专委会 副主任委员，全国照明电器标委会光辐射测量标准化分会 （SAT/TC224/SC3）副主任委员兼秘书长，国家863计划半导体照 明工程总体专家组成员。2008年潘建根教授被美国国家标准技术研 究院(NIST)聘为客座研究员，2009年获CIE突出贡献奖。 自1985年至今潘建根教授一直从事光电精密计量测试技术研究和设 备开发工作。潘建根教授曾任教于浙江大学光电系，1993年创办杭 州远方观点信息有限公司，近年来，他所领导的科研团队特别专注 于半导体照明测试技术和标准化的研究，发表论文40余篇，拥有技 术专利30余项，主持多项国家863高科技计划项目和各级政府的科技 攻关课题，基于上述研究成果，他主持和参与起草了多项国际和国 内半导体照明标准和光辐射测量标准。 联系方法：everfine@
半导体热电材料的性能测试与优化
半导体热电材料的性能测试与优化随着科技的飞速发展，人类对能源的需求越来越大，同时能源的消耗也日益增加，这使得研究和开发新型节能环保的能源材料变得刻不容缓。
在此背景下，半导体热电材料的性能测试与优化逐渐成为了人们关注的热门话题。
什么是半导体热电材料？半导体热电材料是一种既能将热能转化为电能，又能将电能转化为热能的物质。
半导体热电材料的性能可以通过测量材料的热电性能来评估，包括热电势、电导率和热导率等。
为了对半导体热电材料的性能进行测试与优化，需要用到一系列先进的测试仪器设备，如霍尔效应测试仪、热流计等。
在测试中，我们首先需要测量热电势，这是一个判断半导体热电材料是否具备热电力效应的重要指标。
热电势是一个物理量，通常被定义为材料内部正、负电荷移动的电势，具体来说，就是通过一个由两种不同的金属组成的电极，在半导体材料上形成的电势差。
利用霍尔效应测试仪就可以测量半导体材料的热电势。
其次，需要测量半导体材料的电导率。
电导率是一个衡量物质导电能力的物理量，它的大小取决于这种材料中的电子数量，电子的迁移率和能带结构等因素。
在测试中，可以采用电导率测量仪来测量材料的电导率。
最后，需要测量半导体材料的热导率。
热导率是一个物理量，表示材料中传热的能力。
在测试中，可以采用热流计来测量半导体材料的热导率。
通过以上测试，可以得出半导体热电材料的性能数据，并进一步优化材料的热电性能。
在优化过程中，可以采用离子注入、材料构造调整、微调元素掺杂等方法来改善半导体热电材料的性能。
比如，在离子注入过程中可以调整材料的元素浓度，来提高材料的电导率和热导率，从而达到提升热电材料性能的目的。
总之，半导体热电材料的性能测试与优化是一个相对复杂和系统性较强的问题。
只有全面、准确地测量半导体热电材料的热电性能，并有针对性地进行优化，才能有效提高材料的能源利用效率，为人类的可持续发展贡献更多的力量。
光学、电学和热特性的判定在半导体照明测量中的重要性及解决方案
4 π geometry
2 π geometry
IESNA LM-79
(2) Method using a sphere photometer
Total luminous flux standard lamp
4 π geometry
2 π geometry
Uncertainty of Sphere Based Measurements
• NIST Uncertainty in Sphere-Based Measurements (Best on Earth) – +/-1% (2σ) Lumens for White LED products – +/-0.001 x and y (2σ) Chromaticity for White LED Products Best Practical Secondary Laboratory Uncertainty – +/-1.5-2% (2σ) Lumens for White LED products – +/-0.002 x and y (2σ) Chromaticity for White LED Products Commercial Laboratories – +/-3% (2σ) Lumens for White LED products – +/-0.003 x and y (2σ) Chromaticity for White LED Products Good Industry Laboratories and QC – +/-5% (2σ) Lumens for White LED products – +/-0.005 x and y (2σ) Chromaticity for White LED Products Practical Production Testing <10% All above numbers are based on spectral 光源系统
LED芯片结温测试与热成像技术分析
LED芯片结温测试与热成像技术分析摘要：本文以LED为研究对象，以电学测量法测试LED芯片结温，分析加热电流对结温的影响。
初步探讨采用红外热成像技术分析LED温度进而推算LED芯片结温的可行性。
结果表明LED样品结温大小与加热电流变化近似线性，热成像测得LED温度数据与结温变化规律较为一致。
关键词：LED芯片结温测量红外热成像当今时代，能源问题极其重要。
在照明领域内，发光二极管（light emitting diodes，LED）以其效率高、寿命长、节能等特点，成为新一代照明产品。
LED的光学性能和电性能与LED内部P-N结的温度（即LED结温）有着密切的内在联系。
当LED正常工作时，结温逐渐增高,使得LED器件流子的复合效率降低，出射光子必然减弱，导致LED 输出光及照明品质的下降。
因此研究可靠、快速地测量LED结温的方法成为光电照明工程研究的热点。
[1,2]LED结温测量的方法有多种，其中电学参数测量法是常用的一种。
本文首先运用此方法，以1W单颗LED（6500K冷白光）为研究对象，分析测试结温与加热电流的关系。
此外，采用基于红外测温原理的红外热成像技术，在不破坏LED结构、非接触的前提下测试并获取LED温度峰值点和温度图像，分析LED红外热成像技术与电学参数测量结温这两种测试方法之间是否具有某种联系或变化规律。
1 测试设备及实验电学参数测量结温所需设备及测试系统装置如图1所示。
该套系统为浙江大学三色光电仪器SPR-300LED结温测试系统，分别包括小型积分球（直径为0.5m）、LED-220T温度控制仪、恒温底座、驱动电源、温度反馈系统以及结温数据处理软件，图1中的5所示为LED 样品在系统中的安装位置，即位于积分球的内侧壁。
测试步骤：（1）样品LED型号：美国普瑞BXCE4545450-F1-z 的1W（6500K）贴片式LED，该样品性能稳定。
（2）LED接通驱动电源后，LED安装在位于积分球侧壁的恒温底座上，背面紧贴底座，使温度传递达到最理想状态。
LED测试方法及测试内容
LED 测试方法及要求半导体发光二极管（led）是新型的发光体，电光效率高、体积小、寿命长、电压低、节能和环保，是下一代理想的照明器件。
LED光电测试是检验LED光电性能的重要而且唯一的手段，相应的测试结果是评价和反映当前我国LED产业发展水平的依据。
制定LED光电测试方法的标准是统一衡量LED产品光电性能的重要途径，是使测试结果真实反映我国LED产业发展水平的前提。
本文结合最新的LED测试方法的国家标准，介绍了LED的光电性能测试的几个主要方面。
一、引言半导体发光二极管（LED）已经被广泛应用于指示灯、信号灯、仪表显示、背光源、车载光源等场合，尤其是白光LED技术的发展，LED在照明领域的应用也越来越广泛。
但是过去对于LED的测试没有较全面的国家标准和行业标准，在生产实践中只能以相对参数为依据，不同的厂家、用户、研究机构对此争议很大，导致国内LED产业的发展受到严重影响。
因此，半导体发光二极管测试方法国家标准应运而生。
二、LED测试方法基于LED各个应用领域的实际需求，LED的测试需要包含多方面的内容，包括：电特性、光特性、开关特性、颜色特性、热学特性、可靠性等。
1、电特性LED是一个由半导体无机材料构成的单极性PN结二极管，它是半导体PN结二极管中的一种，其电压-电流之间的关系称为伏安特性。
由图1可知，LED电特性参数包括正向电流、正向电压、反向电流和反向电压，LED必须在合适的电流电压驱动下才能正常工作。
通过LED电特性的测试可以获得LED的最大允许正向电压、正向电流及反向电压、电流，此外也可以测定LED的最佳工作电功率。
图1：LED伏安特性曲线LED电特性的测试一般利用相应的恒流恒压源供电下利用电压电流表进行测试。
2、光特性类似于其它光源，LED光特性的测试主要包括光通量和发光效率、辐射通量和辐射效率、光强和光强分布特性和光谱参数等。
（1）光通量和光效有两种方法可以用于光通量的测试，积分球法和变角光度计法。
科技成果——半导体芯片结温与系统热阻构成无损检测关键技术
科技成果——半导体芯片结温与系统热阻构成
无损检测关键技术
成果简介
该项目针对工况下半导体器件有源区（结）功率密度高、温升高，致使接近60%的系统失效问题，开展了创新性研究并取得成果。
主要包括：热阻构成分析技术、温敏参数快速检测方法与技术、焊接质量分析评价技术。
通过一次测量器件温敏参数随时间变化过程曲线，有效获取器件结温，以及由有源区至外部环境散热路径上材料层热阻构成。
实现封装半导体器件结温的无损、准确、快速测量，以及散热特性“可视化”分析。
研制的仪器测量精度由于0.1摄氏度，与国际上同类仪器相比，仪器性能指标处于国际先进水平，突破了国外对该技术的垄断。
通过同时采集温度平台温度和器件温敏参数随时间变化过程，获取半导体器件电学参数随温度变化系数，将传统温度系数的稳态多点恒温测量方法时长从小时量级，缩短为6分钟以内。
在保证测量精度条件下，效率提高超过10倍以上。
应用情况
项目研究成果主要应用单位包括：东莞勤上光电技术股份有限公司，华为技术有限公司，北京卫星制造厂有限公司，中国电子科技集团公司第12研究所、第14研究所、第55研究所，中国科学院半导体研究所，中国科学院理化研究所，六安学院，华北电力大学等二十余家企事业单位。
LED测试方法及测试内容
LED 测试方法及要求半导体发光二极管（led）是新型的发光体，电光效率高、体积小、寿命长、电压低、节能和环保，是下一代理想的照明器件。
LED光电测试是检验LED光电性能的重要而且唯一的手段，相应的测试结果是评价和反映当前我国LED产业发展水平的依据。
制定LED光电测试方法的标准是统一衡量LED产品光电性能的重要途径，是使测试结果真实反映我国LED产业发展水平的前提。
本文结合最新的LED测试方法的国家标准，介绍了LED的光电性能测试的几个主要方面。
一、引言半导体发光二极管（LED）已经被广泛应用于指示灯、信号灯、仪表显示、背光源、车载光源等场合，尤其是白光LED技术的发展，LED在照明领域的应用也越来越广泛。
但是过去对于LED的测试没有较全面的国家标准和行业标准，在生产实践中只能以相对参数为依据，不同的厂家、用户、研究机构对此争议很大，导致国内LED产业的发展受到严重影响。
因此，半导体发光二极管测试方法国家标准应运而生。
二、LED测试方法基于LED各个应用领域的实际需求，LED的测试需要包含多方面的内容，包括：电特性、光特性、开关特性、颜色特性、热学特性、可靠性等。
1、电特性LED是一个由半导体无机材料构成的单极性PN结二极管，它是半导体PN结二极管中的一种，其电压-电流之间的关系称为伏安特性。
由图1可知，LED电特性参数包括正向电流、正向电压、反向电流和反向电压，LED必须在合适的电流电压驱动下才能正常工作。
通过LED电特性的测试可以获得LED的最大允许正向电压、正向电流及反向电压、电流，此外也可以测定LED的最佳工作电功率。
图1：LED伏安特性曲线LED电特性的测试一般利用相应的恒流恒压源供电下利用电压电流表进行测试。
2、光特性类似于其它光源，LED光特性的测试主要包括光通量和发光效率、辐射通量和辐射效率、光强和光强分布特性和光谱参数等。
（1）光通量和光效有两种方法可以用于光通量的测试，积分球法和变角光度计法。
LED结温(Tj)温度测量概述5页word文档
LED结温（Tj）温度测量概述因LED具有寿命长、耐候性能好等优点，近年来在汽车照明领域中得到了广泛的应用。
虽然LED具有很多优点，但是其作为光电器件，在工作过程中却只有约15%～25的电能可以转换成光能，其余的电能基本都会被转化成热能。
因此，如果采用LED作为光源运用于车灯照明中时，LED的结温（Tj）测量就成为了散热设计的关键点。
1 LED结温（Tj）的含义：LED的结温（Tj）简单来讲，就是LED本身的温升极限，英文含义为：Temperature Junction。
LED的基本结构是一个半导体的PN结，由于LED 的芯片均具有很小的尺寸。
因此一般把LED芯片的温度视之为结温。
LED 的结温高低直接影响到其发光效率，器件寿命，可靠性，发射波长等，保持LED结温在允许的范围内，是LED能否发挥出应有机能的关键一环。
2 影响LED结温（Tj）上升的主要因素：2.1 发光效率是导致LED结温升高的主要原因以目前的LED生产水平，虽然通过采用先进的生产材料和器件加工工艺，已经尽可能的将LED绝大多数的输入电能转化成了光辐射能；但是由于LED的芯片材质往往会比周围的介质相比具有大得多的折射系数，致使芯片内部产生的大部分光子无法顺利的溢出，而在芯片与介质面产生全反射，返回芯片内部并通过多次内部反射最终被芯片材料或衬底吸收，并以晶格振动的形式变成热，导致结温升高。
2.2 器件不良的电极结构也是造成结温升高的原因之一结温区域的材料、导电银胶等均存在着一定的电阻值，这些电阻相互叠加，构成了LED器件的串联电阻。
当电流通过PN结时，同时也会流经这些产生电阻的区域，从而产生热，导致芯片的温度或结温上升。
2.3 LED的散热能力是决定结温工地的另一个关键因素由于环氧树脂是一种低导热材料，因此，PN结产生的热量很难通过透明的环氧树脂向上散发到环境中去。
其大部分热量只能通过衬底、银胶、壳体、环氧粘结层、PCB板向下发散。
LED照明产品加速测试中结温测量及寿命预测修正方法研究
LED照明产品加速测试中结温测量及寿命预测修正方法研究LED照明产品因其所拥有的能耗低、寿命长、重量轻等特点日益成为照明市场的主流灯具种类,而对LED寿命预测的传统方法需要至少6000小时老化时间,花费较多的时间成本、人力以及能源,因此对LED照明产品加速测试的研究已经成为照明行业热点问题。
在加速测试寿命预测模型中,结温是能够直接影响寿命预测结果的重要参量,以往的寿命预测模型往往将结温视为定值,而一些研究证实随着加速老化的进行,结温随着时间发生改变。
本文对LED照明产品整灯温度应力加速测试中的结温测量方法以及通过结温的测量对寿命预测修正方法进行了研究,具体内容包括以下4个方面:1.研究了白光LED照明产品中的混合荧光粉在温度应力加速老化过程中衰退速率的表现。
通过对混合荧光粉LED照明产品加速寿命测试过程中的光谱分解和不同荧光粉的光谱特征提取,证明了不同的荧光粉自身的衰减速率与是否和其他荧光粉混合无关,不同的荧光粉在加速老化过程具有不同的衰减速率,进而证明LED照明产品的结温与蓝白比的关系随着加速老化过程会发生改变;2.研究了加速老化过程中LED照明产品整灯的结温非在线测量方法,及非在线加速寿命预测的修正。
搭建了实验平台,对7只LED灯具进行两个温度的阶梯应力加速寿命实验,通过测量加速老化过程中不同时间点的不同结温条件下的蓝白比建立相应时间点的结温与蓝白比方程,进而获得该时间点的结温。
实验结果表明,在加速老化过程中结温与蓝白比具有较好的线性关系。
在两个阶段的加速老化过程中,25℃环境稳定工作状态下的LED样品结温从61.6℃-63.3℃区间分布上升至71.7℃-73.2℃区间分布,上升的温差可达9.5℃-11.4℃。
然后根据结温的变化量对光通量进行修正,对于80℃和70℃的加速温度,未修正的非在线加速寿命预估偏差分别在-12.8%至-18.6%之间和-12.5%至-20.3%之间;3.研制了一套可应用于整灯测量的LED照明产品在线加速测试系统。
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Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术计算机工程应用技术本栏目责任编辑：梁书第7卷第20期(2011年7月)半导体照明中结温的电学法测试与优化袁友祥，别少兵，唐伟（湖北江汉石油仪器仪表股份有限公司，湖北武汉430205）摘要：基于电学法测试半导体照明的结温，实现了结温测试的电路，采用脉冲调制对LED 的瞬态结温值进行测试。
实验发现，结温与正向电压的标定系数K 值是影响结温测试精度的主要因素，分析了产生误差的主要原因，并对该系数进行修正。
测试结果表明：结温的实测值与参考值有良好的一致性，存在误差的原因是采样的延时时间较长，可提高数据采样率和剔除不良数据进行重复测试，以提高结温测试精度。
关键词：半导体照明；LED 结温；标定；多项式拟合中图分类号：TN312.8文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2011)20-5000-03Measurement with Electrical Method and Optimization for the Junction Temperature in Semiconductor LightingYUAN You-xiang,BIE Shao-bing,TANG Wei(HuBei Jianghan Petroleum Instrument &Meter Co.,Ltd,Wuhan 430205,China)Abstract:Based on the electrical measurement method on the junction temperature in semiconductor lighting,in this paper,the circuit of junction temperature measurement is designed,the technology of pulse width modulation (PWM)is used to obtain the dynamic junction temperature value.Experiment find that the factor K,the coefficient of junction temperature versus the forward voltage drop has the most important influence in the precision of the estimating junction temperature.Polynomial fit and linear fit are made to modify this coefficient.The results show that a good agreement between the measurement values and the reference values for junction temperature,the error is produced by the large sampling intervals.Improved measurement precision is carried out by enhancing the density of sampled data,relin -quishing the bad data,and then by means of duplicated testing.Key words:semiconductor lighting;junction temperature of LED;calibration;polynomial fit目前半导体照明作为一种新型固态光源，具有节能、环保、寿命长、色彩丰富等显著优点。
在半导体照明中，结温是指功率发光二极管（LED ）的PN 结温度，对于1mm*1mm*0.1mm 的芯片尺寸，其芯片的温度被定义为结温。
随着LED 功率不断增加，有超过70%的电功率被转换为热能，功率型LED 的性能受结温的影响极大，直接影响其发光效率、显色指数、色温、主波长、色坐标及使用寿命[1]。
同时，由于高结温，封装材料会很快变性导致器件失效。
由于LED 模块体积小、内部结构复杂，难以直接而准确地测量其内部温度分布[2]。
在大功率LED 发展中，精确地测试LED 结温具有很重要的理论和实际意义。
国内外有多种方法对半导体照明的结温的进行检测，最直接的方法是将微型温度传感器植入LED 封装模块中，在LED 芯片和支架之间嵌入一个热敏电阻，通过热敏电阻和温度之间的关系式推算结温，这种测试能实时稳定地监测LED 结温，但在实际应用中增加了封装级的成本[3]。
另外，拉曼光谱法测试结温是基于拉曼散射谱中的谱线stokes 和antistokes 在不同温度下的频移来计算结温，这种方法可以得到芯片内部不同微区域的温度分布；同时LED 芯片发光峰值波长也与温度之间存在一个函数关系，这两种通过光谱传感的方法由于LED 芯片封装在内部，测试时需要打开透镜而导致应用上的局限[4]。
目前最常用的结温测试方法是采用电学法进行测试，在一定恒流控制下，通过标定出LED 正向电压或扩散电阻（阱电阻）等参数与温度之间的关系来确定结温，其中正向电压法被认为是较理想的传感参数，这种测试方法可以通过脉冲控制方式来获取动态结温温升[5]。
本文基于动态测试方法搭建了结温测试电路，并分析了影响结温测试精度的因素，并针对测试误差对标定中采用的函数关系进行优化。
1实验系统及优化1.1实验测试原理结温测试电路框图如图1所示，设计两个恒流模块，一个恒流输出为LED 提供热源，输出电流为350mA ，一个恒流源为LED 提供测试电流，输出为收稿日期：2011-05-24作者简介：袁友祥（1965-），男，工程师，主要从事仪器仪表的研制开发工作。
图1结温测试电路原理图E-mail:kfyj@ Tel:+86-551-56909635690964ISSN 1009-3044Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术Vol.7,No.20,July 2011.5000Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术计算机工程应用技术本栏目责任编辑：梁书第7卷第20期(2011年7月)1mA ，两路电流作用时间通过模拟开关进行控制，设计脉冲的占空比为1%，在测试电流期间对LED 前向压降值进行采集，为了消除LED 自身的环境温度和电性能影响，设计一个参考LED 反向输出电路，使用零偏补偿电路对测试的初始值进行定标，三路信号通过求和电路耦合输出，到单片机系统进行放大、A/D 转换和显示输出。
1.2优化方法测试电路进行测试之前，须对LED 的结温-正向电压之间的关系系数K 进行标定，选用某公司的1W 大功率LED 模块作为样品，将该样品放高低温循环箱中进行升温，测试的正向压降在低温阶段随温度升高呈线性下降，在超过120℃时压降值呈现加速下降趋势。
测试曲线如图2所示，实验得出高温段的数据值需要优化，不能简单用常数K 值来近似。
由肖克莱(Shockley)方程[6]进行推导可得出：（1）其中V f 为被测LED 的前向压降，k 是波尔兹曼常数，q 是电子电量，n 是理想因子，I f 是前向电流，R s 为LED 的串联电阻，E a 是受主杂质活化能，C 和r 均为材料相关的常数。
该推导式可通过泰勒展开式进行多项式分解，为便于分析，将测试数据取绝对值，根据测试曲线形态，采用二次项方程进行拟合，结果如图3所示。
采用临界温度点对标定数据分段拟合能够精确地解决结温测试过程中标定带来的误差，但同时增加了测试的工作量，且对标定的恒温恒湿箱有较高的控温要求。
对不同LED 模块测试标准，需要建立相应的数据库来描述K 系数特性。
1.3实验测试电路及设置实验用电路板和测试系统分别如图4(a)、（b ）所示，系统提供的最大功率为80W ，脉冲占空比为1%，测试系统的电压信号通过Agilent公司的六位半的多功能万用表34410A 采样输出，数据传输速率为10Sample/s,经后处理得到瞬态结温值。
为精确测试LED 结温，用直径0.3mm 的细铜丝连接模块的引脚，则由封装模块的引脚散热影响可以忽略，测试过程选取LED 的采样延时时间在uS 级，这样在测试电流与加热电流切换过程中LED 芯片的热损失也近似可以忽略。
为了确定结温测试的准确性，将热电偶通过焊锡连接到LED 底部检测铜热沉的温度，多功能万用表在该设定的采样速率条件下，采样精度可以控制在0.3mV ，根据大功率LED 的电压-温度系数关系，实测的结温数据精度可以控制在0.3℃范围内。
2实验结果5颗同类型的LED 芯片封装模块平均结温如图5所示，每颗样品的测试值如表1所示，其中参考热阻值为通过仿真得到的数据值，包括了LED模块的体热阻、接触热阻和界面热阻，同时引入了松香层和焊锡层热阻，测试数据表明样品间的一致性非常好，测试误差较小。
3结论论文采用电学法对半导体照明中的结温进行测试，使用脉冲调制方法测试瞬态的结温变化值，实现了结温测试的电路。
提出图2低温段与高温段的温度-前向压降关系图3高温段和低温段采用不同拟合方法进行优化图4实验电路板与测试电路图5样品测试平均结温值表1测试样品值及误差5001Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术计算机工程应用技术本栏目责任编辑：梁书第7卷第20期(2011年7月)（上接第4987页）入橡胶槽的情况，所以这里采用的硅橡胶圈是开模一次成型的O 型圈（见图1a 处）。
在基表的计数仓上表面和控制器底座的下平面采用了平橡胶垫，因为底座与计数仓的固定连接是采用4个M4的机制钉，所以橡胶平垫有了限位和足够的锁闭力，而使基表与控制器达到较好的密封效果（见图1中b 处）。
公司几年前早已开始采用了透明窗超声波焊的技术，这种超声波焊接是一种溶接热塑性塑料制品的技术，它是通过换能系统，把信号转换为高频机械振动，加于塑料制品工件上，通过工作表面及内在分子间的磨擦而使传导到接口的温度升高，当温度达到此工件本身的熔点时，使工件焊接口迅速溶化，继而填充于接口间的空隙，当振动停止，工件同时在一定的压力下冷却定型，便达成完美的焊接。
经过几年的使用发现这种焊接方式比较可靠，而且密封性好，同时又有利于提高生产效率，所以在设计中均采用超声波焊接加工透明窗。
3效果通过下面的图片将以往由于受潮而造成腐蚀的电路板与经过三防改进并使用了较长时间的电路板做一下比较，可以很明显地看到图2以及图3中，电路板由于长时间受潮，线路被腐蚀或是三防胶的防护层大面积受损，图4中的电路板是经过严格三防措施后使用过的电路板，基本上没有受到潮气的侵蚀。