电压法LED结温及热阻测试原理分析
LED结温热阻计算方法详解
LED结温热阻计算方法详解.Ta: 环境温度Rsa：铝基散热装置的热阻、散热器与环境间的热阻Ts: 散热装置的温度. Rms：铝基板到铝散热装置的热阻Tm: 铝基板的温度. Rcm：引脚到铝基板的热阻Tc: 引脚的温度. Rjc：PN结到引脚的热阻、结壳间的热阻Rja：PN结点到环境的热阻 Tj：晶体管的结温、芯片PN结最大能承受之温度( 100-130℃)P表示功耗 Rcs表示晶体管外壳与散热器间的热阻，L50: LED光源亮度降至50%的寿命L70: LED光源亮度降至70%的寿命结温计算的过程：1.热阻与温度、功耗之间的关系为： Ta=Tj-*P(Rjc+Rcs+Rsa)=Tj-P*Rja，2.当功率晶体管的散热片足够大而且接触足够良好时，壳温Tc=Ta晶体管外壳与环境间的热阻Rca=Rcs+Rsa=0。
此时Ta=Tj-*P(Rjc+Rcs+Rsa)演化成公式Ta=Tc=Tj-P*Rjc。
厂家规格书一般会给出，最大允许功耗Pcm、Rjc及(或) Rja等参数。
一般Pcm 是指在Tc=25℃或Ta=25℃时的最大允许功耗。
当使用温度大于25℃时，会有一个降额指标。
3.以ON公司的为例三级管2N5551举个实例：1)2N5551规格书中给出壳温Tc=25℃时的最大允许功耗是1.5W，Rjc是83.3度/W。
2)代入公式Tc=Tj- P*Rjc有：25=Tj-1.5*83.3可以从中推出最大允许结温Tj为150度。
一般芯片最大允许结温是确定的。
所以，2N5551的允许壳温与允许功耗之间的关系为：Tc=150-P*83.3。
3)比如，假设管子的功耗为1W，那么，允许的壳温Tc=150-1*83.3=66.7度。
4)注意，此管子Tc =25℃时的最大允许功耗是1.5W，如果壳温高于25℃,功率就要降额使用。
规格书中给出的降额为12mW/度(0.012W/度）。
5)我们可以用公式来验证这个结论。
假设壳温为Tc，那么，功率降额为0.012*(Tc-25)。
电压法LED结温及热阻测试原理分析
电压法LED结温及热阻测试原理分析发布日期：2010-08-01 来源：关键字：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/°C 。
K 值可由公式K=ㄓVf/ㄓTj 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 。
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）1. 红外热像法2. 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.3. 管脚温度法4. 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。
5. 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：（1） 测量温度系数Ka. 将LED 置于温度为T A 的恒温箱中足够时间至热平衡，此时T jA =T Ab. 用低电流（可以忽略其产生的热量对LED 的影响，如I f =0.1,1.0,5.0,10mA ）快速点测LED 的V fAc. 将LED 置于温度为T B (T B >T A 的恒温箱中足够时间至热平衡，此时T jB =T Bd. 重复步骤b ，测得V fBe. 计算KA B fA fB jA jB fAfB T T V V T T V V K --=--=（2） 测量在输入电功率加热状态下的变化a. 将LED 置于温度为T A 的恒温箱中，给LED 输入额定I F 使其产生自加热b. 维持恒定加热电流I F 足够时间至LED 工作热平衡，此时V F 达到稳定，记录I F ，V Fc. 迅速切换到测量电流源I f ，立即进行(l)之b 步骤，测量V f（3） 结温、热阻计算fA f f V V V -=∆K V V T fAf j -=6. 脉冲电流法。
LED结温测算方法
LED结温测算⽅法⽬录第⼀章电压法测量结温第⼀节电压法测算结温的理论依据第⼆节K系数的测量1. 测量K系数的原理2. 关于K系数的说明3. 测试电流⼤⼩对K系数的影响4. K系数测量⽅法5. 数据处理6. 关于器件⼚商提供K值的建议7. K系数测量误差问题第三节利⽤K系数测算结温第⼆章热阻法测算结温第⼀节热阻法测算结温的基本原理第⼆节热阻法测结温的问题1. 为什么要⽤热阻法测结温2. 热阻参考点的选择3. 器件传热状况的影响4. 温度的影响5. 热阻法测结温参考点的正确选择第三章其它测结温⽅法简介前⾔关于 PN 结温度的测量，以往在半导体器件应⽤端测算结温的⼤多是采⽤热阻法，但这种⽅法对LED 器件是有局限性的，并且以往很多情况下被错误地应⽤。
应⽤热阻法的错误之处，以及其局限性，本⼈已在⽂献【1】中有详细阐述。
本⼈认为应该摒弃热阻法。
现在出现了不少新的测结温的⽅法，但其中⼀些⽅法也许并不能很好地反映结温。
⽐如红外成像法，理论上讲这只是测量器件表⾯或芯⽚表⾯的温度，不可能测量到实际 PN 结处的温度。
光谱法则只是个别专业测试机构能够进⾏，仪器昂贵，不适于器件使⽤者⽇常⼯作。
实际上，⽆论从专业测量，还是业余测量，最简便易⾏、最准确的、最基础的，还是电压法测算结温。
热阻法其实是在电压法基础上衍⽣⽽来的。
由于现在测量显⽰精度达 1mV 的仪表很便宜，器件使⽤者完全没有必要采⽤热阻法来测算结温。
本⽂主要是介绍电压法测算结温。
也介绍了热阻法测算结温，并提出热阻法存在的问题。
最后简单介绍了⼀些其它测结温的⽅法。
本⽂介绍的电压法测算结温的⽅法，是从⼀般⼯程应⽤的⾓度来讲。
主要是为⼀般的器件⼚商和器件使⽤者提供⾃⼰测试的⽅法。
因此所述的⽅法中，使⽤的⼀些仪器不能与专业的仪器设备⽐较，但精度和准确性不⽤担⼼。
这⽅⾯只要你懂得了物理原理就明⽩了。
关键还是看具体的操作者对测试机构的设计和仪表的选择，以及操作中的精⼼程度。
LED的结温与原因分析
LED的结温与原因分析1、什么是LED的结温？LED的基本结构是一个半导体的P—N结。
实验指出，当电流流过LED元件时，P—N结的温度将上升，严格意义上说，就把P—N结区的温度定义为LED的结温。
通常由于元件芯片均具有很小的尺寸，因此我们也可把LED芯片的温度视之为结温。
2、.产生LED结温的原因有哪些？在LED工作时，可存在以下五种情况促使结温不同程度的上升：a、元件不良的电极结构，视窗层衬底或结区的材料以及导电银胶等均存在一定的电阻值，这些电阻相互垒加，构成LED元件的串联电阻。
当电流流过P—N结时，同时也会流过这些电阻，从而产生焦耳热，引致芯片温度或结温的升高。
b、由于P—N结不可能极端完美，元件的注人效率不会达到100％，也即是说，在LED工作时除P区向N区注入电荷(空穴)外，N区也会向P区注人电荷(电子)，一般情况下，后一类的电荷注人不会产生光电效应，而以发热的形式消耗掉了。
即使有用的那部分注入电荷，也不会全部变成光，有一部分与结区的杂质或缺陷相结合，最终也会变成热。
c、实践证明，出光效率的限制是导致LED结温升高的主要原因。
目前，先进的材料生长与元件制造工艺已能使LED极大多数输入电能转换成光辐射能，然而由于LED芯片材料与周围介质相比，具有大得多的折射系数，致使芯片内部产生的极大部分光子(>90％)无法顺利地溢出介面，而在芯片与介质介面产生全反射，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，促使结温升高。
d、显然，LED元件的热散失能力是决定结温高低的又一个关键条件。
散热能力强时，结温下降，反之，散热能力差时结温将上升。
由于环氧胶是低热导材料，因此P—N结处产生的热量很难通过透明环氧向上散发到环境中去，大部分热量通过衬底、银浆、管壳、环氧粘接层，PCB与热沉向下发散。
显然，相关材料的导热能力将直接影响元件的热散失效率。
一个普通型的LED，从P—N 结区到环境温度的总热阻在300到600℃／w之间，对于一个具有良好结构的功率型LED元件，其总热阻约为15到30℃／w。
LED测试原理(110422).
U
VF VFP
VFD=VFP—VF
®
Group
亮度和光强单位
➢ LOP（亮度）： 是指发光体（反光体）表面发光（反光）强弱的物理量。
毫瓦、流明、坎德拉间的关系： ➢ 辐射功率RF
（Radiant Flux）单位是mw, 它表示一个光源单位时间里发出的光能 量。 ➢ 光通量（luminous flux） 单位是lm，指人眼所能感觉的辐射功率，它等于单位时间内某一波段 的辐射能量和该波段的相对视见率的乘积。 ➢ 坎德拉（光强度）： 是一光源在给定方向上的发光强度。指光源在指定方向的单位立体角 （圆）发出的光通量。
INT
பைடு நூலகம்WLP
C
D
AB
λ（波长）
®
Group
主波长与纯度
➢ WLD（主波长）：人 眼观测到的颜色的光 谱色。若已获得被测 LED器件的色度坐标 ，就可以将其与纯白 点（x0＝0.3333，y0 ＝0.3333）连线，直 线与光谱轨迹的交点 就是被测LED颜色的 主波长（D点即为主 波长）。
➢ Purity：颜色的纯度 ，越接近1说明颜色 越纯(d/D) 。
包括 4 道 VF, 2 道 VZ, 3道 LOP, 以及 3 道波長等。
®
Group
电学特性：Vf
VF-顺向电压
在给定的测试电流下得到
LED617测试范围：
0~8V±(0.25%±2count s)。
LED的V/I特性：
发光二极体的电压与电流的 关系，在正向电压正小于某 一值时，电流极小，不发光 ；当电压超过某一值后，正 向电流随电压迅速增加，发 光。
三种直流测试项目的测试点
®
Group
DVF介绍
LED结温测试
北京海基嘉盛科技有限公司 线性c-delta 函数 d(t) 更容易实现
a(t ) W t ht
得到阶跃响应函数 a(t) 意味着我们了解了整个系统。
电路分析理论 —— RC 网络模型 对于单一的 RC 网络，其时间相应可描述为：
化试验效果以及可靠性筛选等）。
7
i 1
n
a(t ) R( )1 exp( t / )d
0
如果知道时间常数谱 R( ) 的表达式，这个热学系统的热学模型也就清晰了。
3
北京海基嘉盛科技有限公司 结构函数的推导
T3Ster Master: Derivative
18 VIPER1-2 - Ch. 0 16
从原点到这条渐近线之间的x值就是结区到空气环境的热阻也就是稳态情况下的热如何用结构函数识别器件封装内部如固晶层的缺陷北京海基嘉盛科技有限公司达到热稳定状态时的热阻thja探测器件内部的缺陷包括固晶层树脂层的焊接工艺老化试验效果以及可靠性筛选等
北京海基嘉盛科技有限公司
T3Ster 测试原理
硬件实时采集 测量原理：根据先进的 JEDEC 静态测量法（JESD51-1 Static Method） 原理，改变器件的输入功率，使器件温度发生变化。在达到热平衡之前， T3Ster 以 1 s 的告诉采样率实时记录温度随着时间变化的瞬态响应曲线。
a(t ) R 1 exp(t / )
2
北京海基嘉盛科技有限公司
对于多个 RC 网络串联，其时间相应可描述为： a(t ) Ri 1 exp(t / i )
i 1
n
对于通常的热学系统，可以看做一个分布式的 RC 系统，其时间相应为：
大功率LED结温方法
大功率LED 结温方法GaN 基白光LED 结温测试方法1. 正向电压法(forward voltage method)原理：初始电压与初始结温符合很强的线性关系KV V T T t j 00-+= 其中T0是作为参考的环境温度,V0是在T0下的初始电压;Tj 和Vt 分别是稳定时的结温和正向电压。
系数K 可以通过测量两组不同的参考温度和电压得到K=(V1-V0) /(T1-T0),也可以通过测量多组参考温度和电压作线性拟合得到。
K 值测量测量时将LED 放置在控温烤箱中，施加小电流（10mA ），分别在不同的烤箱温度下（Ta1,Ta2）,每个温度阶段恒温30min （样品为1WLED 加散热片，如果未加散热片可另外考虑），使得结温与环境温度一致，测试过程中保持电流恒定。
测量LED 的正向电压（Vf1,Vf2）,这时可近似认为；K=(V1-V0) /(Ta2-Ta1)Rth 为热阻Rth=（Tj-Tb ）/PTb 为测试得到的基板底部的温度，P 为L E D 的耗散功率,Tb 用热电偶实时测量LED 基板底部的温度。
2. 管脚法(Pin method)原理：管脚温度法是利用LED 器件的热输运性质,通过测量管脚温度和芯片耗散的热功率,以及热阻系数来确定结温p j j p j R P T T -+=*其中Tp 是管脚温度,Tj 是结温;Pj 是LED 芯片耗散的热功率;R Θj-p 是从结到管脚的热阻系数,可以由厂家给出,或者由实验确定,本实验中结合电压法测量来确定热阻系数文献中提到热阻系数由电压法测得，而电压法又会存在误差，所以此方法误差会较大一些。
3. 蓝白法（non-contactmethod for determining junction temperatur ） 原理：利用白光LED 的发光光谱分布(SPD)来测量结温,最大的优点是不需要破坏器件的整体性,是一种非接触的结温测量方法。
蓝白比R 与结温都有较好的线性关系,可通过测量光谱算得R 值,然后用下面的换 算公式得到结温：rj K R R T T 00-+= 其中T0为参考结温,Tj 是要测量的结温;R0和R 分别是结温为T0和Tj 时的蓝白比;Kr 是比例系数,可以通过测量两组不同的参考结温和蓝白比得到Kr=(R0-R1) /(T0-T1),也可以通过测量多组已知结温情况下的蓝白比作线性拟合。
led热阻实验报告
led热阻实验报告
LED结温及热阻的测量：
LED的PN结结温是影响LED光通量和寿命的主要因素，本文用电压法对直插LED，食人鱼LED和大功率LED的结温和热阻进行了实验研究。
在测量LED结温的同时，研究它的光谱变化，色光LED 峰值波长的偏移与其结温存在线性关系，白光LED的总能量和蓝光能量比率(W/B)的变化与结温也存在线性的关系。
因此，采用非接触式可间接测取LED的结温。
测量原理：
LED的结温是影响发光二极管各项性能指标的一个重要因素，测量LED结温的方法可用通过测量在不同环境温度下LED的正向电压的大小来得到。
实验原理被测LED置于积分球内，积分球放在恒温箱的中间，积分球内的光经石英光纤导入SSP3112快速光谱分析仪，可以快速测取LED的峰值波长或W/B比率。
将热电偶与LED管脚紧密接触，用测温仪读取不同加热电流和不回环境温度下的管脚温度。
恒温箱的温度范围为0℃-150℃，精度1℃。
PC机通过高速开关控制对LED的加热电流(IF)和参考电流(IFR)，并测量IF和IFR下的VF 和VFR。
热是从温度高处向温度低处散热。
大功率LED主要的散热路径是;管芯一散热垫一印制板敷铜层→印制板→环境空气。
若LED的结温为TJ，环境空气的温度为TA散热垫底部的温度为Tc(TJ>Tc>TA。
在热的传导过程中，各种材料的导热性能不同，即有不同的热阻。
若管芯传导到散热垫底面的热阻为RIC(LED的热阻)、散热垫传导到PCB面层敷铜层的热阻为RCBPCB传导到环境空气的热阻为RBA，则从管芯的结温TJ传导到空气TA的总热RJA与各热阻关系为:RJARJC+RCB+RBA各热阻的单位是℃/W。
电压法测算结温
电压法测算结温关于PN 结温度的测量，以往在半导体器件应用端测算结温的大多是采用热阻法，但这种方法对LED 器件是有局限性的，并且以往很多情况下被错误地应用。
应用热阻法的错误之处，以及其局限性，本人已在文献【1】中有详细阐述。
本人认为应该摒弃热阻法。
现在出现了不少新的测结温的方法，但其中一些方法也许并不能很好地反映结温。
比如红外成像法，理论上讲这只是测量器件表面或芯片表面的温度，不可能测量到实际PN 结处的温度。
光谱法则只是个别专业测试机构能够进行，仪器昂贵，不适于器件使用者日常工作。
实际上，无论从专业测量，还是业余测量，最简便易行、最准确的、最基础的，还是电压法测算结温。
热阻法其实是在电压法基础上衍生而来的。
由于现在测量显示精度达1mV 的仪表很便宜，器件使用者完全没有必要采用热阻法来测算结温。
本文主要是介绍电压法测算结温。
也介绍了热阻法测算结温，并提出热阻法存在的问题。
最后简单介绍了一些其它测结温的方法。
本文介绍的电压法测算结温的方法，是从一般工程应用的角度来讲。
主要是为一般的器件厂商和器件使用者提供自己测试的方法。
因此所述的方法中，使用的一些仪器不能与专业的仪器设备比较，但精度和准确性不用担心。
这方面只要你懂得了物理原理就明白了。
关键还是看具体的操作者对测试机构的设计和仪表的选择，以及操作中的精心程度。
本文虽然主要针对LED 方面来讲，但也可以扩展到其它半导体器件的结温测量方面。
因为LED的PN 结和其它半导体器件的PN 结，在原理上是相同的。
第一章电压法测量结温第一节电压法测算结温的理论依据根据半导体物理理论，理想PN 结的正向电压、电流及PN 结温度有如下关系【2】：。
功率LED结温和热阻在不同电流下性质研究
光电子学功率LED 结温和热阻在不同电流下性质研究毛德丰 郭伟玲 高 国 沈光地(北京工业大学,光电子技术省部共建教育部重点实验室,北京,100124)2009-01-19收稿,2009-03-16收改稿摘要:通过对不同驱动电流下各种颜色L ED 结温和热阻测量,发现各种颜色L ED 的热阻值均随驱动电流的增加而变大,其中基于InG aN 材料的蓝光和白光L ED 工作在小于额定电流下时,热阻上升迅速;驱动电流大于额定电流时,热阻上升速率变缓。
其他颜色L ED 热阻随驱动电流变化速率基本不变。
结温也随驱动电流的增加而变大。
相同驱动电流下,基于AlG aInP 材料的1W 红色、橙色L ED 的结温要低于基于InG aN 材料的蓝色、绿色、白色L ED 的结温。
分别用正向电压法和红外热像仪法测量了实验室自制的1mm ×1mm 蓝光芯片结温,比较了两种方法的优缺点。
结果表明,电学法测量简单快捷,测量结果可以满足要求。
关键词:结温;热阻;驱动电流;功率发光二极管中图分类号:T N 312+.8 文献标识码:A 文章编号:1000-3819(2010)02-0308-05Research on the Thermal Resistance and Junction Temperature of High -power LEDsM AO Defeng GUO Weiling GAO Guo SH EN Guangdi(K ey L abor atory of Op to -electr onics T echnology ,M inistry of Education ,Beij ing U niver sityof T echnology ,Beij ing ,100124,CH N )Abstract :In this paper ,the junction temperature and therm al resistance of different color po wer LEDs w ere measured at different drive current by forw ard -v oltage metho d .T he color s include red,orange,green,blue and w hite.The results show that the junction temper ature and therm al resistance of different color LEDs increase as the driving current rising.The ther mal re-sistance o f blue and w hite LED based on InGaN mater ials rise quickly at the low driving cur rent ,after the current is mo re than the oper ation current,the thermal resistances increase a little bit slo w ly;and those of the other colo r LED increase almost the same speed.When the dr iv ing cur-rent is the sam e for the same pow er LED ,the higher the therm al conductivity o f LED heat sink materials,the low er the LED junction tem peratur paring w ith the forw ard-voltage metho d,the infrared thermal im ag ing metho d is used to measure the junctio n temperature of 1W blue LED .T he results show the datum o f the tw o methods agrees with each o ther .Key words :junction temperature ;thermal resistance ;drive current ;power LEDEEACC :4260D第30卷 第2期2010年6月固体电子学研究与进展RESEARCH &PROGRESS OF SSEVo l.30,N o.2Jun.,2010联系作者:E-mail:guow eiling@基金项目:国家863计划资助项目(2009AA 03A1A3,2008AA03A192);国家科技重大专项资助项目(2008ZX10001-014)引 言全球照明协会表示在不远的将来,大功率发光二极管(Pow er lig ht-emitting diodes)将在普通照明领域起到至关重要的作用。
电压法LED结温及热阻测试原理
电压法LED结温及热阻测试原理近年来,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/°C 。
K 值可由公式K=ㄓVf/ㄓTj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 。
LED结温与热阻测量方法的研究
LED结温与热阻测量方法的研究发光二极管(LED)因其环保、寿命长和高的能量转换效率而广泛应用于照明、LCD背光、显示、紫外固化、消毒杀菌等方面。
LED特别是大功率LED存在严重的热问题。
热量的累积将导致LED结温上升,使得LED器件出现发光偏色、内部量子效率和发光效率下降、寿命缩短等一系列可靠性问题。
LED结温测量数据的精准性对热阻的计算、热界面材料热性能的评估等LED热特性的分析至关重要。
LED结温的测量通常是采用正向电压法,测量过程中,需要将电流从较大的工作电流切换到很小的测试电流,电流切换导致测量延迟问题,降低了LED结温和热阻分析的准确性。
针对上述常规LED结温测量所存在的问题,我们在之前的相关研究工作中提出了一种包含传感单元的LED结构。
本论文在基于集成传感单元的LED结温测量基础上,进一步研究了测量过程中影响其数据精准性的两个问题,即开始降温瞬间表观温度异常上升和连续性重复测量过程中唯有第一次测量与后续测量的数据存在偏差的问题,创新性地提出了迅速拉低偏压法。
该方法较好地缓解了上述两个问题,提高了LED结温测量的精确度。
此外,本文从光生载流子和材料缺陷能级的角度,对这两个导致测量不准确的问题进行了理论分析和解释。
本论文主要的研究内容和结论总结如下:1.发现基于集成传感单元结构的LED结温测量实验依然存在两个问题:测量初始期间存在表观温度异常上升现象和连续性重复测量间存在偏差。
2.创新性地提出了迅速拉低偏压法,应用于集成传感单元结构的LED结温测量实验中,较好地缓解上述两个问题对实验结果的影响。
3.通过LabVIEW编程对KeySight B2902A数字源表进行控制,将迅速拉低偏压法应用于常规LED的结温测量,实现了结温的高精准测量。
4.对上述两个导致测量不准确的问题所包含的物理过程进行了理论分析与初步的计算验证:LED热阻测量实验中的点亮阶段,激发并累积了大量的光生载流子,光照停止的瞬间,累积的光生载流子并不会瞬间地消失。
LED模块的结温及热阻测量
LED模块的结温及热阻测量韩冰发光二极管（LED）由于其亮度高、功耗低、寿命长、可靠性高、易驱动、节能、环保等特点，已被广泛应用于交通、广告和仪器仪表的显示中，现已在特殊照明中获得应用，并将成为普通照明中的主要光源。
目前世界上生产和使用LED 呈现急速上升的趋势，但是LED 存在发热现象，随着LED的工作时间和工作电流的增加，其发光强度和光通量会下降，寿命降低，对白光还会导致激发效率的下降，这主要是由于LED结温升高导致的。
热是从温度高处向温度低处散热。
LED主要的散热路径是：LED芯片→基座→铝基板→散热板→环境空气。
若LED的结温为T J，散热板底部的温度为T c（这里我只讨论LED从芯片到散热板底部之间的热阻关系），所以可以把热阻关系公式写成：RJC =（TJ－TC）/（PD-PI） 热阻的单位是℃/W。
公式里的P I代表输出的光功率，用LED模块的总功率减掉光输出的部分功率，剩余部分就是发热功率，这样计算可以更准确的反映基板、散热板材料本身的热阻特性。
可以这样理解：热阻越小，其导热性能越好，即散热性能越好。
LED热阻的测量是跟LED的结温测量紧密相关的，如果无法准确测量LED的结温，也就没办法真正准确测量到LED的热阻。
首先我介绍一下，第一个也是最关键的步骤---结温的测量，因为LED光源与其他传统光源差别很大，LED结温的高低直接影响了LED的特性，所以准确测量LED的结温很重要。
但是在测量LED结温的时候不能破坏它模块的结构，只能通过间接方法测量。
现在国际上公认能够准确得到LED结温的方法就是利用LED的结温与它的PN结压降有直接线性关系，利用这一线性关系曲线，通过直接测量LED的压降从而间接的得到LED的结温。
图1图1是我公司自己研制的一套测量LED结温与压降相关曲线的设备。
我们利用硅油不导电且导热性能优良的特点，在油缸中装入硅油，把被测的LED模块用四端法接入电路后浸没在硅油内。
LED芯片结温测试方法总结
旭明 LED芯片温度电压曲线 4 3.5 3
瞬间点亮 电流 (A)
2.5 2 1.5 1 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Temp (C)
0.35 0.5 0.7 1 25E-6
Vf (V)
不同环境温度下的旭明LED芯片电流电压曲线 4 3.8 3.6
环境控制 温度(C)
35 39 57.2 75.3
Vf (V)
3.4 3.2 3 2.8 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
96 28.2
I (A)
瞬时点亮LED芯片可以稳定的得到温度和电
压的线性关系
100us点亮时间
复旦大学电光源研究所
用大电流测量功率型白光LED结温的方法研究 照明工程学报
误差(%) 温度(℃) 误差(%) 17 68 10-15 16 50 84
1.
世界上最好的结温测试设备能够测量1us时间间隔的电 压值。国内最好的能测量到10us的电压值，一般的只能 测量到1ms 的电压值。
2.
由于下降阶段温度降低速度过快，现有设备不能够记录
在0.001s以内的电压值
3.
考虑在上升阶段捕捉电压值
测量LED工作结温方法实验总结
王汉锋 20101105
方法研究
第一部分：电压法
第二部分：管脚温度法 第三部分：蓝白比法
第一部分：电压法测量LED结温原理
方法概述
LED芯片降温曲线
奥地利T3设备测量的结温变化曲线
LED芯片升温曲线
奥地利T3设备测量的结温变化曲线
0.01s
0.1s
1s
温度(℃) 误差(%) 温度(℃) 温度上升 温度下降 2 9 7 47 5 13
LED结温
测量LED结温电压法还是热阻法夏俊峰 2012.03.29这里先要说明，本文的目的不是搞纯理论研究，是从实际应用出发，来为大家讲解可行的方法。
现在很多人都认识到，做LED应用产品，不能通过灯具外壳的温度来判断LED芯片的具体温度了，重要的还是要得到LED芯片的具体温度。
但是如何得到LED的结温值呢？测量PN结的结温，是不可能用温度探头直接去测量的。
现在为一般人所知道的可以采用的方法有：热阻法、电压法、红外成像法。
红外成像法对我们一般人来讲，是不能做的，买不起那个设备或没有必要为几次测量去买。
即使采用红外成像法测试，也不见得就是准确的。
因为，虽然可以对不同的温度成像，但要得到准确的具体温度值，还涉及到很多方面，最重要的就是材料的表面发射率问题。
如果发射率设定的不准确，得到的温度值就不准确。
在LED芯片表面，其材料也不是一种，因此，测量时按那个材料来设定发射率值，这就是问题。
而且，它测量的是芯片表面的温度，是否能说是PN结的温度？也只能是近似而已。
那么，对我们这些搞产品应用的来讲，要想测量结温，以我们可能有的装备来讲，只能采用电压法和热阻法。
但是，正如本文题目，是用电压法还是用热阻法？至于采用哪种方法，首先要搞清它们测量的原理。
电压法测量结温的原理这部分的内容，我在“LED电压与结温关系的测量与应用问题”【1】一文中有讲，这里为了大家方便，将主要内容再做叙述。
根据半导体理论，PN结的电压与电流、温度有如下关系：V＝T·k（lnC·I+Eg）/q （1）式中：C＝A q L p Nc Nv /τp N D（C中的参数，都是材料参数，一旦芯片制造完成，就不变了，我们在这里对它们不必深究，有兴趣的去学习半导体物理和晶体管原理方面的内容。
）（1）式中，PN结电压不仅是温度的函数，还是电流的函数。
而且跟电流的关系不是线性的，而是对数关系。
这一点非常重要！这一点说明，在不同工作电流下，电压－温度关系是不同的。
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测试原理
I-V曲线
VF VFP
V
t
IR：逆向漏電流 作用一特定的逆向电压VR于特定的时间于LED上, 量測其泄漏電流IR. 测试IR时并不自动换档，档位与各分类条件IRH设定的最高档位相 同。
反向电压Vr : 0~200.0V 反向电压周期: 0~200.0ms 漏电流 : 0.000~4.000uA 4.01~40.00uA 40.1~400.0uA
T1
VFM1：加热前电压 VFM2：加热后电压 DVF=VFM1-VFFP）与稳定值（VF）之间的差值。 IFD：0=OFF，1=0~100uA,2=0~25mA,3=Auto I,V随时间变化曲线 I,V随时间变化曲线
I VFP：峰值电压 VF：稳定电压 VFD=VFP-VF t I V
LED测试原理
目录
一 二 三 四 五 六 LED发光原理 LED的特性 WEIMIN测试机采用四线法测电阻 维明测试机的测试项目分类 维明测试机电性测试项目 维明测试机光学特性性测试项目
一 LED发光原理
LED（light emitting diode）发光二极体是由半导体材料 制成的元件，为一种细微的固态光源，可将电能转换为光。 其发光原理是在一顺偏之二极体P-N接合面处，自由电子与 电洞发生复合作用，因自由电子由高能级跳跃到低能级时， 释放出能量而产生光与热。 LED伏安(I-V)特性具有非线性、整流性质，单向导电性， 即外加正向偏压表现发低接触电阻，反之为高接触电阻。 基于LED各个应用领域的实际需求，LED的测试项目包括：电 特性、光特性、可靠性等。
WLP：峰值波长，光谱发光强度或辐射功率最大处所对应的波长值。 WLC：中心波长，光谱能量分布图中面积一半的垂直分割线处所对应的 波长。 HW：半波宽，光谱发光强度或辐射功率最大处的一半的宽度。
《大功率LED结温与热阻测量研究》范文
《大功率LED结温与热阻测量研究》篇一一、引言随着LED（发光二极管）技术的不断发展和广泛应用，大功率LED成为了许多现代照明设备的主要光源。
然而，随着LED 的功率增大，其产生的热量也随之增加，对LED的结温与热阻的准确测量显得尤为重要。
本篇论文将深入探讨大功率LED的结温与热阻的测量方法及其重要性。
二、大功率LED结温与热阻的重要性结温与热阻是评价大功率LED性能的重要参数。
结温反映了LED芯片内部的温度，而热阻则描述了LED在产生热量时，热量从芯片传导到外部环境所遇到的阻力。
准确的结温和热阻数据对于优化LED的设计、提高其可靠性、延长使用寿命以及减少热失效具有重要意义。
三、大功率LED结温的测量方法1. 电学测量法：通过测量LED的正向电压和反向电流的变化，可以间接推算出结温。
这种方法简单易行，但只能得到粗略的结温值。
2. 光色测量法：通过测量LED的光通量、色度等参数的变化，可以推算出结温。
这种方法精度较高，但需要专业的设备和技术。
3. 热像仪测量法：利用红外热像仪直接测量LED表面的温度分布，从而推算出结温。
这种方法精度高，但成本较高。
四、大功率LED热阻的测量方法1. 稳态法：通过在特定条件下测量LED的温升，以及其内部的热阻抗，从而推算出热阻。
这种方法简单易行，但需要较长的测量时间。
2. 瞬态法：利用热脉冲法等瞬态测量技术，通过分析LED在脉冲期间的温度变化，快速得出热阻值。
这种方法测量速度快，但需要较高的技术要求。
五、实验设计与实施本实验采用光色测量法和瞬态法对大功率LED的结温和热阻进行测量。
首先，利用专业设备对LED的光通量、色度等参数进行测量，推算出结温；然后，利用瞬态法对LED施加短时间的高温脉冲，分析其温度变化，得出热阻值。
实验过程中，严格控制环境条件，保证实验数据的准确性。
六、结果与讨论通过实验，我们得到了大功率LED的结温和热阻的准确数据。
我们发现，随着LED功率的增加，其结温和热阻也随之增加。
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电压法LED结温及热阻测试原理分析
发布日期：2010-08-01 来源：
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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/°C 。
K 值可由公式K=ㄓVf/ㄓTj 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=ㄓT/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。
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
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/JESD 51标准的要求进行设计的。
典型的设备有：Mic ReD 公司的T3Ster®;AnaTech 公司的Phase10 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)：。