LED结温热阻测试方法(201103)

• 其中，显微拉曼光谱、光致荧光法与 电致荧光法因其测量精度较低件10℃， 因而较不常被使用：红外热像法和液 晶显示法测试时要求芯片上方无封装 材料，因此，在使用时会受到一定限 制。唯独电学法因具有测量方便且测 量精度远高于其它测量方法，因此成 为最常被广泛使用的测量方法。
电压法测量LED 结温的原理
• 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=⊿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，<EIA/JESD51- 标准规定测量系 1> 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= [TaTj]/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。
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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wk.baidu.com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。
(4)红外热像仪法
• 红外热像仪法主要基于物体的红外辐 射强度是表面温度的函数。当用红外 探头对器件表面扫描时，将会得到表 面辐射的强度分布，进而转化成对应 的温度分布。
(5)正向电压法，俗称电学法。
• 该方法是以正向恒流下的结电压作为 温敏参数，测量LED结温。 • 优点：快速、非破坏性等，特别是在 瞬态热响应测量方面具有其它方法无 法替代的优点，显示出较强的实用性。 • 缺点：不能获得温度的空间分布。
图三
• • 测量LED热阻通常采用下列几种方法: (1)显微拉曼光谱 – 该方法是利用拉曼散射谱中的谱线StokeS和Antistokes在不同温度下的移动量，来 测量温升。 – 优点:由于显微镜头的最小光斑半径是1μm，空间移动的最小精度是0.1 μm ，这样 通过二者的结合，可测量某一区域的温度分布。 – 缺点：由于该方法属外部客观测量，不能进行瞬态热响应测量。
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。
(2)电致荧光法和光致荧光法
• 电致荧光法和光致荧光法的主要原理 都是LED发射光谱的峰值波长入P会随 结温升高向长波方向线性移动。电致 和光致荧光法在测量前均要做温度与 峰值波长移动关系的校准。 • 缺点：操作复杂，不能进行瞬态热响 应测量。
(3)液晶显示法
• 液晶显示法是将液晶材料涂在器件表 面上。当各点温度不同时，液晶材料 会显示出不同的颜色，进而得到器件 表面温度分布。
• 结温测试过程中，从加热电流到测试电流 的变化速度越快，测量越准确。由于大功 率 LED是单个芯片里只有一个 PN 结而且 体积较大，热容较大，在微秒级的范围内， 测试速度的差距引起的结温测量偏差相对 较小。 • 设备最好与光谱测试系统同时使用，电功 率减去发光功率应为最终的发热功率。
LEO热阻的测量方法
LED结温热阻测试方法
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目前用于 LED 热性能(结温热阻)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 Phase11 Thermal Analyzer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和可靠性方面差距较大。 MicRed公司的T3Ster设备价格约rmb100多万，国内使用单位有香港科技大学、厦门大 学、厦门质检所、航天五院元器件可靠性中心（511）、中国空间技术研究院西安分院 （504）；AnaTech公司的Phase 11约rmb 25万左右，国内使用单位有飞利浦、科锐 等。