LED结温、热阻构成及其影响
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 。
浅谈结温与热阻在LED中的作用
式（１）中Ｋ：化学反应速率，Ｒ为波尔兹曼常 数（８．６２３×１０．５ｅＶ／Ｋ），Ａ为频率因子，Ｅａ：激活 能，关于激活能的确定方式这里不做详细介绍，试 验中选择为０．８ｅＶ。经过式（１）的演变，形成复合 模式，得到加速因子ＡＦ公式：
一（》Ｐ倦寺
式（２）中ｎ为经验常数选择２，Ｔｉｏｐ为正常工作
结温（Ｋ），Ｔ｜ａｃ为加速试验结温（Ｋ），ｋ为加速
Ｓｙｓｔｅｍ ＩｎｔｅｇｒａｔＩｏｎ＆Ａｐｐ¨ｃａｔｊｏｎ
浅谈结温与热阻在ＬＥＤ中的作用
刘娉娉，武锐，王景伟，辛亮
大连路美芯片科技有限公司，大连经济开发区黄海大道１号，邮编１１６６００ 得到发光二极管的结温，这也是普遍被采用的方式 【１一。 本文采用电参数法测量ＬＥＤ的结温与热阻，并 以此作为芯片不同尺寸设计、器件封装、老化条件 制定的主要依据。
线性关系的特性，通过测量不同温度下正向压降差
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第六届中国国际半导体照明论坛
６ｔｈ Ｃｈｉｎａ ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａＩ ＦＯｒｕｍ
ｏｎ
ＳｏＩｌｄ Ｓｔａｔｅ ＬｌｇｈｔＩｎｇ
寸越大结温越低；相同环境温度下，随着输入电流 的增加，结温也随之升高，如在室温１４ｍ¨尺寸下， 电流２０ｍＡ、３０ｍＡ及５０ｍＡ下，结温分别为４４。Ｃ、 ５５。Ｃ、８０。Ｃ：相同驱动电流下，环境温度对结温也 产生一定影响，如在３０ｍＡ驱动电流下，环境温度 ２５。Ｃ、５５。Ｃ下，１２ｍｉＩ尺寸的结温由６１。Ｃ上升为 ９５。Ｃ。由此可得到，对于同一类型的ＬＥＤ器件，在 相同的工作电流时，芯片尺寸越小结温越高；环境 温度越高，结温也随之升高；相同环境温度下，输 入电流越大，结温越高。结温的大小与芯片尺寸、 工作电流和环境温度有着密切关系。
５６Ｈ。
８４ １２０６ ５１２８
关于 LED冷光源 热阻 结温三个问题
关于 LED冷光源热阻结温三个问题
一、LED是冷光源吗？
LED是英文Light Emitting Diode（发光二极体）缩写，是一种新型的用微弱的电能就能发光的高效固体光源，属于半导体。
LED最重要的组成部分是半导体晶体,如果有电流通过，晶体就会发光。
冷光源的特点是把其他的能量几乎全部转化为可见光了，其他波长的光很少，关于这个问题，我们要从以下几点考虑：
1、LED的发光原理是电子与空穴经过复合直接发出光子，过程中不需要热量。
LED可以称为冷光源。
2、LED的发光需要电流驱动。
输入LED的电能中，只有约15%有效复合转化为光，大部分（约85%）因无效复合而转化为热。
3、LED
发光过程中会产生热量，LED并非不会发热的冷光源。
二、降低LED热阻的途径有哪些？
1.降低芯片的热阻
2.最佳化热通道（1）通道结构 *长度（L）越短越好； *面积（S）越大越好； *环节越少越好； *消除通道上的热传导瓶颈。
（2）通道材料的导热係数λ越大越好;
（3）改良封装工艺，令通道环节间的介面接触更紧密可靠。
3.强化电通道的导/散热功能
4.选用导/散热性能更高的出光通道材料
三、降低LED结温的途径有哪些？
1.减少LED本身的热阻；
2.良好的二次散热机构；
3.减少LED与二次散热机构安装介面之间的热阻；
4.控制额定输入功率;
5.降低环境温度。
led结温影响
led结温影响? 设为首页 ? | ? 加入收藏 ? | ? 网站地图 ? 首页 ? ? ? ? ? ?协会概况协会活动培训信息资质认证会员中心信息反馈您现在的位置：上海半导体照明工程技术协会>> 热点新闻>> 技术交流>>正文内容影响LED灯具结温因素的分析来源：上海合复新材料科技有限公司发布时间：2021年03月23日LED照明具有节能、环保、工作寿命长等特点，因而发展非常迅猛，发展潜力巨大。
然而半导体照明（LED）虽然比白炽灯消耗的能量低很多，但目前LED芯片在工作时光电转化率仍然不高，只有20%-30%左右，大部分能量都转换为热能；另外，驱动电源在工作中也会产生一定的热量。
通电以后，电源和LED芯片开始工作，不断产生热量，产生的热量首先传导给散热器，再由散热器将热量导出，然后通过散热器外表面通过自然对流和辐射等方式散发到环境中。
最初，产生的热量大于散出的热量，LED的结温会不断升高，经过一段时间（约1-2小时），产热、散热达到平衡，LED的结温基本保持不变。
如果LED的结温过高，会造成LED发生不可逆光衰，其寿命会降低甚至失效。
那么，影响LED 芯片结温的因素究竟有那些呢？首先LED灯具结温可由热阻公式R总=（Tj-T环）/W产推知：Tj=R总*W产+T环（式中Tj――LED结温，R总――LED芯片到环境的总热阻，W产――总的产热功率，T环――环境温度）。
从以上公式可以看出，影响LED结温的因素主要是产热、散热（热阻）和环境温度，具体地说,就是对于一个LED灯具，整体的产热功率越大、散热效果越差、环境温度越高，LED芯片的结温越高；反之，芯片的结温越低。
下面我们分别就产热、散热和环境温度对LED结温的影响加以分析。
1．产热对LED结温的影响图1 LED灯具工作示意图首先我们分析一下LED灯具的构成，一般一个直流LED灯具主要包括灯罩，灯板（包括铝基板和灯珠），散热器，驱动电源、接口等，如图1示。
LED的结温
LED的结温计算LED的PN结结温主要影响LED光通量和寿命，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。
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。
对于白光LED，随着结温的增加，LED发出黄光和蓝光的强度以不同的速率下降,白光LED的总能量和蓝光能量比率（W/B）与结温存在关系。
首先对LED的结温进行研究，由此可得到LED的热阻。
然后在测量结温的同时，测量LED光谱变化，可以得出LED的PN结结温与色光LED峰值波长或白光LED的白色/蓝色能量比（W/B）之间存在一定的关系。
因此可以采用非接触式方法来进行结温的测量。
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。
实验原理如图1所示，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同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→散热垫→印制板敷铜层→印制板→环境空气。
若LED的结温为T J，环境空气的温度为T A,散热垫底部的温度为T c（T J＞T c＞T A。
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。
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 。
4.4 LED的热学特性
正向电压法二极管热阻测试
二、热阻
仪器的工作原理
半导体器件在恒定电流下LED的正向电压与温 度具有很好的线性关系 VTj=VTo +K(Tj-To) (1) 式中，VTj、VTo分别是Tj和To时的输入电压；K 是热敏温度系数，它与芯片衬底材料、芯片结 构、封装结构、发光波长等都有关系。
4.4 LED的热学特性
内容
一、引言 二、热阻及测量 三、LED的工作温度与存储温度
一、引言
热学对LED的影响
寿命 主波长漂移：当结温升高10℃，波长发生红移， 即波长向长波（红外方向）漂移1~2nm 。相 反，温度降低发生蓝移。
二、热阻
定义 当热量在物体内部以热传导的方式传递时，反 映热传导体阻碍热流的能力的物理量称为热阻。 对于热流经过的截面积不变的平板，导热热阻 为L/(kA)。其中L为平板的厚度，A为平板垂直 于热流方向的截面积，k为平板材料的热导率。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二、热阻
三、LED的工作温度与存储温度
工作温度：-30~80℃是指环境温度，与热阻有 关，pn结温度保持在100 ℃以下。 存储温度：-40~100℃，同时一般要求相对湿 度以不结露为准。No Condensed
二、热阻
确定热阻大小
测试原理 根据LED芯片pn结温度升高10℃，波长会漂移 1-2nm，或当pn结温度升高10℃时，光强会下 降1%，按照这种规律可测出pn结温度上升了多 少度。
二、热阻
NC2992型半导体器件可靠性分析仪
中国电子科技集团第十三研究所
按中国光协光电器件专业分会行标(GD/T1-2003)测量LED热阻。
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内部热阻的定义及其对商品结温的影响
LED内部热阻的定义及其对商品结温的影响尽管LED与传统照明相比具有卓越的功效，但LED仍然很热。
由于过热是导致不希望的影响的原因，例如色度偏移或更糟，灾难性故障，热管理是固态照明（SSL）设计的重要方面。
对于一组给定的工作条件，LED的内部热阻主要决定器件的热度以及达到峰值温度的速度。
更大的内部热阻导致更快的温升和更高的峰值温度。
热管理的重要性LED中的主要热源来自构成器件的p型和n型半导体材料之间的结。
该热量是结点处或附近的电子和空穴复合的副产物。
理想地，重组导致光子离开LED并有助于整体照明，但是通常光子在模具中被重新吸收，从而产生热量。
在器件工作时发生的LED晶格的微小振动也会升高温度。
尽管LED与传统光源相比具有很高的功效，但应用于该设备的约70％至80％的电能仍然转换为热而不是光。
因为LED结很小，所以能量很小密度高，温度迅速上升。
现代芯片的结温（TJ）升至100 o C及以上并不罕见，尽管现代LED比旧设备更坚固，但在高温下长时间操作是不希望的。
限制结温可降低色度漂移并延长寿命。
对于给定的一组操作条件（例如正向电压/电流，照明灯具中LED阵列的密度和典型的环境温度）工程师可以计算LED的结温，并设计一个热管理系统，从芯片中提取热量并将其安全地散发到周围环境中。
现代芯片设计有导电热路径，将热量从结点引导至“焊点”。
焊点是LED接触PCB的部分，通常连接到PCB的散热层。
PCB和/或独立散热器。
图1 ：现代LED设计用于将热量传导到焊点，然后传导到周围的环境t通过PCB。
（由美国能源部提供）LED制造商热衷于帮助客户克服热管理挑战。
图2（a）和（b）显示了欧司朗的TOPLED 和DRAGON LED系列设计的路径如何将热量传导到焊点。
分析LED结温的成因及如何降低结温
分析LED结温的成因及如何降低结温时间：2011-09-21浏览547次【字体：大中小】我来说两句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，具有大得多的折射係数，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。
LED散热器各部分热阻及其影响因素
散热器的总热阻等于散热器本身导热热阻加上散热器表面到环境的散热热阻，散热器到环境的热阻可通过以下公式计算：
R3=R1+R2=(T1-T3)/a.W⑺
通过前面的分析可以知道，影响散热器总热阻的因素可以概括如下：
⑴.散热器本身参数的影响：散热器平均传热距离越短，散热器热阻越小;散热器平均传热面积越大，散热器热阻越小;散热器材料导热系数越大，散热器热阻越小;散热器散热面积越大，散热器热阻越小;散热器表面材料的辐射系数越大，散热器热阻越小
led散热器各部分热阻及其影响因素wled灯功率另外根据能量守恒定律热平衡后led灯产生的热量与散热器自身导出的热量是相等的用公式表示产led工作时产生的热量导散热器本身导出的热量t1与铝基板接触点处散热器的温度t2散热器外表面平均温度aled产热系数w为led灯实际功率b散热器材料综合导热系数s散热器平均传热面积l散热器热传导平均距离对于特定散热器bsl是一定的因此公式可简化为q导m
Q产=a.W⑵
Q导=b.s.(T1-T2)/L⑶
式中
Q产——LED工作时产生的热量
Q导——散热器本身导出的热量
T1——与铝基板接触点处散热器的温度
T2——散热器外表面平均温度
a——LED产热系数
W——为LED灯实际功率
b——散热器材料综合导热系数
s——散热器平均传热面积
L——散热器热传导平均距离
)，其中m=b.s/L，经推导可知m.(T1-T2)=a.W，因此(T1-T2)=a.W/m，带入公式⑴可知R导=a/m，由此公式可以看出对于特定散热器，在LED灯源一定的情况下，散热器的热阻是一个定值。另外，在热阻计算公式中W代表的是LED的总功率，而LED在工作中一部分功率用于发光，一部分功率转变为热能，因此既然是计算热阻，公式中的W换成产热功率(a.W)更为科学，这样R导=1/m=L/(b.s),就是说散热器本身热阻与电阻一样，是一个仅跟散热器本身参数有关的常数，它与散热器平均传热距离成正比，与散热器平均传热面积、散热器材料导热系数成反比。
对LED传热规律的总结
《浅议LED照明传热及其影响》1.热对LED的影响15%-25%电能转换为光能，其余转换为热能通常结温不能大于150摄氏度(1) 结温对LED光输出的影响结温升高，输出的光强度减小；结温降低，输出的光强度增大。
这种变化通常为可逆与可恢复的。
（有一个图可以表示出来这种变化）(2) 结温对发光波长的影响（这块我不懂）结温所导致的LED发光波长的变化将直接造成人眼对LED发光颜色的不同感受。
？？？(3) 结温对LED正向电压的影响正向电压是判定LED性能的一个重要参量，它的数值取决于半导体材料的特性，芯片尺寸及器件的成结与电极的制作工艺。
公式：Vf T=Vf0+K(T-T0) Vf T为温度为T时的结温(4) 结温对发光效率的影响LED内部会形成自然热循环，如果不及时引导和消散LED的热量，LED的发光效率将不断降低。
(5) 高温下器件性能的衰变高温下，LED发生可恢复性的变化和不可恢复性的永久性衰变LED器件输出性能永久性衰变产生的原因。
一是材料内缺陷的增殖，侵入发光区，形成大量的非辐射复合中心，严重降低器件的注入效率与发光效率。
高温条件下材料内的为缺陷及来自界面与点半的快扩杂志也会引入发光区，形成大量深能级。
二是高温时，LED封装环氧的变性2.LED灯具传热路径分析LED芯片的散热方式主要是传导和对流结温T J=T A+R th*P D高功率LED灯具传热路径：结点、热沉、MCPCB、散热器、空气（有图我看不懂）3.LED灯具散热模块热传材料介绍(1) LED散热基板材料基板材料的选择必须兼顾结构强度及散热方面的要求，传统的LED发热量不大，通常运用一般的铜箔印刷电路板(PCB)，高功率LED通常用Metal Core PCB(将印刷电路板贴附在一块金属板上)。
常见的为铝基的MCPCB。
(2) LED界面材料散热器地面与铝基板表面之间会存在很多沟壑或空隙，其中都是空气，由于空气是热的不良导体，所以会影响散热效率，降低散热器的作用。
结温与热阻制约大功率LED发展
属线路板（ Metai core printed circuit board，简 称 有的器件生产厂家会在产品 Datasheet 中提供器
MCPCB）之间的热沉；R!Attach2 为金属线路板与外 部热沉之间导热胶的热阻；R!B-A 为金属线路板通 过外部热沉到环境（ 一般为空气）之间的热阻。
件工 作 的 最 高 环 境 温 度，有 的 器 件 生 产 厂 家 则 仅给出器 件 的 最 高 允 许 结 温 和 器 件 的 存 储 温 度。但一般地，考虑 LED 器件作为通用产品应用
由于 LED 结温直接影响器件的寿命、光通量和光
一般地，RJ-S由器件封装厂家给出，表 1 是目 前已商品化的部分大功率器件的热阻。下面分析 3 种外部热沉在功率器件中的应用情况。
品质，因此，一般规定 LED 结温不高于 125 C ，即： 4. 1 以金属线路板直接作器件外部热沉
T环境 +（ R!J-S + R!Attach1 + R!S-B + R!Attach2 +
R + R !Attach2
!B-A
（2）
式中：R!J-S为 LED 器件热阻，即 pn 结到器件内部
热沉之间的热阻；R!Attachl 为内部热沉与金属线路
板之间导热胶的热阻；R!S-B 为器件内部热沉到金
第6 期
余彬海，等：结温与热阻制约大功率 LED 发展
763
图 5 （ a）大功率 LED 系统的示意图；（ b）大功率 LED 的热阻模型 Fig. 5 （ a）The high-power LED system schematic；（ b）Series thermai resistance circuit of high-power LEDs.
《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。
结点温度及热阻讲解
結點溫度及熱阻講解1.LED結溫產生的原因LED的結溫是指P-N結區的溫度，通常被理解成LED芯片的溫度。
其形成是LED空穴、電子流的運動，一部分能量產生有效果的光電效應，發出光子;另一部分以熱能的形式消耗掉了，從而導致P-N結區芯片溫度升高。
對于一個封裝好的LED發光二極光來說，產生結溫有兩個原因，其一為出光效率低，說明大部分電能轉化為熱能，產生了結溫;其二為LED 的封裝散熱能力，散熱能力的好坏是產生結溫高低的關鍵因數，散熱能力強，產生的結溫相對就低，反之散熱能力差時，結溫將會上升，其結果將會導致出光效率更低，進一步推動結溫的上升。
2.LED熱阻的定義熱阻是表征LED熱學特性的一個重要參數。
其定義為：在熱平衡條件下，兩規定點（或區域）溫度差與產生這兩點溫度（或區域）的熱耗散功率之比。
熱阻符號Rθ或Rth，熱阻單位K/W。
其數學表達式為：Rθ=△T/PD，其中△T為溫度差，PD為兩規定點（或區域）的熱功率流。
從公式中可以看出，當LED熱功率流不變時，△T與PD成正比例關系，△T= Rθ* PD。
從而可知LED結溫與熱阻、熱功率的關系為：Tj=Rja*(Pi-Po)+Ta,式中Tj——LED的P-N結溫度;Rja ——從P-N結到環境之間的熱阻; Pi ——LED的輸入功率; Po ——LED的光功率; Ta ——環境溫度。
基于目前的半導體制造技朮，LED的輸入功率中只有大約10%~15%的能量轉化為光能，其它的則轉化為熱能，所以我們在進行結溫評估時，近似的認為器件的熱耗散功率等于器件的電輸入功率，即：PD= Pi-Po ≒Pi = VF*IF。
3.熱阻的構成通常在LED器件應用中，結構熱阻分為芯片襯底、襯底與LED支架固、焊區的粘結層、LED支架、LED器件外挂散熱裝置及自由空間熱阻，其熱阻通道成串聯關系，如下包含散熱片的熱阻模型：用數學公式表示為：Rth j-a=Rth j-sp+Rth sp-h+Rth h-a，從上面模型可以看出總熱阻是三個熱阻串聯之和，它們分別是，從結點到焊接點的熱阻Rth j-sp，從焊接點到散熱片間的熱阻j-sp+Rth sp-h，從散熱片到外部環境的熱阻Rth h-a。
led的灯珠的结温
LED的灯珠的结温1. 什么是LED灯珠的结温？LED（Light Emitting Diode）是一种半导体器件，通过电流通过时发射出可见光。
而LED灯珠则是指由多个LED芯片组成的发光源。
在LED灯珠中，结温（Junction Temperature）是指芯片内部结构的最高温度，也是影响LED性能和寿命的重要因素。
2. 结温对LED性能和寿命的影响LED灯珠在工作过程中会产生热量，而结温则决定了芯片内部各种物理和化学过程的进行情况。
高结温会导致以下问题：a. 光衰高结温会加速LED芯片中材料老化和损伤，从而降低光效和色彩品质。
研究表明，当结温每升高10摄氏度时，光衰速度将加快20%至30%。
b. 寿命缩短高结温会加速芯片中金属线与半导体材料之间界面的迁移和氧化反应，从而降低芯片寿命。
同时，高结温还容易引起焊点断裂、金属线断裂等问题，进一步缩短LED灯珠的寿命。
c. 光色偏移结温的升高会导致发光材料的能带结构发生变化，从而引起光色偏移。
这会影响到LED灯珠的色温和色彩品质，降低用户体验。
3. 结温的测量方法为了准确测量LED灯珠的结温，常用以下两种方法：a. 基于热电模型的间接测量法该方法通过在芯片底部安装一个热敏电阻来测量结温。
当LED芯片工作时，热敏电阻受到芯片产生的热量影响而发生变化，通过测量电阻值的变化即可推算出芯片结温。
b. 基于红外线热像仪的直接测量法该方法通过红外线热像仪直接对LED灯珠进行拍摄，并利用红外辐射信号来计算出芯片表面和结温。
这种方法具有非接触性和实时性优势，适用于大批量生产中对LED灯珠进行快速检测。
4. 结温的控制方法为了降低LED灯珠的结温，可以采取以下措施：a. 散热设计优化通过合理的散热设计，提高LED灯珠散热效果，减少结温的升高。
例如使用优良的散热材料、增加散热片面积、增加风扇散热等方式。
b. 电流控制合理控制LED灯珠的工作电流，避免过高电流引起过多热量产生。
led灯珠的热阻
led灯珠的热阻
摘要：
1.LED 灯珠的热阻定义
2.LED 灯珠热阻的影响因素
3.如何降低LED 灯珠的热阻
4.总结
正文：
一、LED 灯珠的热阻定义
LED 灯珠的热阻，指的是LED 灯珠在通过电流时，由于电阻产生的热量与电流的平方成正比，所形成的热量产生阻碍。
简单来说，热阻就是LED 灯珠在运行过程中，对电流通过的阻碍程度。
二、LED 灯珠热阻的影响因素
1.材料：LED 灯珠的材料对热阻有直接影响，不同的材料具有不同的导热性能，因此，选择合适的材料可以降低热阻。
2.设计：LED 灯珠的设计也会影响热阻，例如，LED 灯珠的形状、大小、连接方式等都会对热阻产生影响。
3.环境：LED 灯珠的工作环境也会对热阻产生影响，例如，温度、湿度等环境因素都会对LED 灯珠的热阻产生影响。
三、如何降低LED 灯珠的热阻
1.选择合适的材料：选择导热性能好的材料，可以降低LED 灯珠的热阻。
2.优化设计：优化LED 灯珠的设计，例如，采用较大的表面积，可以提高散热性能，降低热阻。
3.改善工作环境：通过改善LED 灯珠的工作环境，例如，提高散热条件，也可以降低热阻。
四、总结
LED 灯珠的热阻对LED 灯珠的性能和使用寿命有重要影响，因此，降低LED 灯珠的热阻是提高LED 灯珠性能和使用寿命的重要手段。
led发光二极管的一些基本性质总结
1.结温随电流增加1.1功率LED 结温和热阻在不同电流下性质研究通过对不同驱动电流下各种颜色LED 结温和热阻测量, （1）发现各种颜色LED 的热阻值均随驱动电流的增加而变大, （2）其中基于InGaN 材料的蓝光和白光LED 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LED 热阻随驱动电流变化速率基本不变。
（3）结温也随驱动电流的增加而变大。
（3）相同驱动电流下, 基于AlGaInP 材料的1W 红色、橙色LED 的结温要低于基于InGaN 材料的蓝色、绿色、白色LED 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1 mm ×1 mm 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。
1.结温随驱动电流的增加（1）分析认为, 随着驱动电流的加大, 会导致LED 内部产生电流拥挤效应, 电流拥挤会导致光输出效率的减少( 辐射复合减少) , 因此导致结温上升, 而结温的升高会导致LED材料热导率的变化。
一些小组研究得出GaN 导热系数在25～175 °C 时从2. 50 W/ ( cm·K) 下降到1. 75W/ ( cm·K ) [ 4] ; 其他人研究说温度从25～125 °C时, GaN 导热系数由2. 0 W/ ( cm·K) 下降至1. 6W/ ( cm·K) [ 5] 。
反过来, 材料导热系数的下降又会制约LED 的热传导, 进一步提高LED 结温, 如此相互制约, 甚至会形成恶性循环。
另外, 过大的电流还会导致LED 各接触层之间失配度的变化、焊料的退化等[ 6] , 也会导致LED 温度的升高。
（2）其次, 从表中可以看出, 由AlGaInP 材料制作的红色、橙色LED 结温在相同驱动电流下结温差距不大, 由InGaN 材料制作的蓝色、绿色、白色LED 的结温也很相似, 而由AlGaInP 材料制作的LED 的结温要远远低于InGaN 材料制作的LED。
热对LED影响分析及不同材质LED的温度系数
热对LED影响分析及不同材质LED的温度系数摘要：发光二极管尚需克服其发光效?问题在于：现阶段的光能效?仅能达到15%, 而85%皆转为热?, LED 光源的应用, 仍需搭配散热机构, ?散热功能设计?当, 对于发光二极管本身，将造成严重的破坏情形。
概述发光二极管, 具有无污染, 低耗能, 寿命长, 操作反应快等优点, 随着欧盟即将在2007?禁止目前广泛使用的含汞?属光源, LED 将成为下一世代光源发展的主轴。
LED 随温度变化, 亮度不断提升, LED 的散热技术也一直在提升, 1992 年一颗LED 的热阻抗为360℃/W, 之后降至125℃/W、75℃/W、15℃/W, 而今已是到了每颗6?10℃/W 的地步, 简单的说, 以往LED 每消耗1 瓦的电能, 温度会增加360℃, 现在则是相同消耗1 瓦电能, 温度却只上升6 ?10 ℃。
发光二极管尚需克服其发光效?问题在于：现阶段的光能效?仅能达到15%,而85%皆转为热?, LED 光源的应用, 仍需搭配散热机构, ?散热功能设计?当, 对于发光二极管本身，将造成严重的破坏情形。
随着LED 亮度不断提升, LED 的散热技术也一直在提升, 所以做好LED 的散热对增加LED 的发光效率和使用寿命都会得到很大的作用。
本文内容主要针对热对LED 影响进行探讨, 详如下文所示。
热对LED 的影响LED---冷光源(1) LED 的发光原理是电子与空穴经过复合直接发出光, 过程中不需要热量, LED 可以称为冷光源(2) LED 的发光需要电流驱动, 输入LED 的电能中, 只有约15%有效转化为光, 大部分(约85%)因无效而转化为热(3) LED 发光过程中会产生热量, LED 并非不会发热的冷光源热对LED 性能和结构的影响(1) LED 发光产生的热量和工作环境温度(Ta)有关, 将引起LED 芯片结点温度Tj 的变化, LED 是温度敏感器件, 当温度变化时, LED 的性能和封装结构都会受到影响, 从而影响LED 的可靠性(2) 热量集中在尺寸很小的LED 芯片内, 若无有效排出热量, 芯片温度升高, 引起热应力的非均匀分布, 芯片发光效率和荧光粉激射效率下降(3) 当LED 芯片温度超过一定值时, 器件失效率呈指数规律增加, 统计数据表明, 组件温度每上升2℃,可靠性下降10%(4) 当多个LED 密集排列组成白光照明系统时, 热量的耗散问题更严重(5) 热将影响LED 驱动器的效率, 损害磁性组件及输出电容器等的寿命, 使LED 驱动器的可靠度降低(一般半导体组件的工作温度需控制在80°C 以下) (6) 典型的LED 由光学透明的环氧树脂封装, 温度升高到环氧树脂玻璃转换温度Tg 时, 环氧树脂由刚性材料转换成弹性材料, 热膨胀系数(Cte)会有很大变化, 封装树脂在温度变化的过程中,膨胀和收缩加剧,这将导致金线(或铝线)键合点位移增大,金线(或铝线)过早疲劳和损坏,造成LED 开路和突然失效, 为了避免LED 突然失效, LED 结点温度应该始终保持在封装树脂的Tg 以下光通量Fv 与结点温度Tj 的关系Φv(Tj2)= Φv(Tj1)e(-kΔTj)其中: Φv(Tj1)=结点温度Tj1 时的光通量Φv(Tj2)=结点温度Tj2 时的光通量ΔTj= Tj2 - Tj1 , k =温度系数不同材质类别LED 的温度系数tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。
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挂散热体热阻，R。，为自由空间热阻。 125℃时。产生不可恢复的永久性的衰变
从封装器件本身来讲，热阻主要来源为衬底R。。 通常有三种原因促使高温下LED输出性能的
和衬底到支架的粘合层R。：，以及支架热阻月…在 永久性衰减。其一，由于各外延层之间存在着或多或
ReI+Rew+R。佃 3 LED结温对光电性能的影响
其中R。是LED器件的总热阻，月。。为衬底的
热阻，尺。：为粘结层热阻，R。I为支架热阻，R。。为外 3．1 LED结温在高于正常能承受的温度
身的结温、热阻构成及其影响。 的散热能力。散热能力是产生结温高低的关键条件，
散热能力强，结温下降，反之散热能力差时结温将上
1 LED结温产生的原因 升，其结果将会导致出光效率更低，更进一步推动结
resistance，how to reduce the PN junction temperature rise，LED appIication i．s an important
key．
Keywords：LED：junction temperature：thermal resistance
温的上升。说明在相同的环境，热阻小(即散热能力
强)，光通量几乎与正电流成正比例增加。
LED结温是指P—N结区的温度，通常被理解成
料 钢 铜 铜 铝 铁 浆
金 胶
铁支架到空气的热阻可求得为4．2℃／W，则LED 通常，LED用的封装环氧胶存在着一个重要特性，即
封装器件总热阻为138+125+4．2=267．2℃／＼／＼／，若 当环氧胶温度超过一个特定温度L=1 25℃时，封装
LED使用的环境温度为65℃，它最大能承受的电功 环氧的特性将从一种钢性的类玻璃状态转变成一种
致封装材料(例如环氧树脂)、荧光粉物理性能变坏，LED发光衰变直至失效，因此分析u!D结
温、热阻构成，如何降低PN结温升，是应用LED的重要关键所在：
关键词：发光二极管；结温；热阻
中图分类号：TN312+．8 文献标识码：B
术
(深圳三升高科技股份有限公司。广东深圳518057)
摘 要：LED PN结温上升会引起LED光学、电学和热学性能的变化，甚至过高的结温还会导
对于一个LED发光管来讲，在确定的环境温度 LED芯片的温度。其形成是由于LED空穴、电子运
下，当热阻较小时，光通量几乎与正向电流成正比增 动，一部分能量产生有效的光电效应，发出光子；另
加。当热阻较大时，由于PN结温度上升，在正向电 一部分是以发热的形式消耗掉了，从而导致PN结
布为芯片衬底、衬底与LED支架的粘结层、LED支
导热能力将直接影响LED器件的散热性能。
架、LED器件外挂散热体及自由空间的热阻，热阻通
道成串联关系，用数学公式表述为R0_尺。。+R。：+
术
开。=△7-／PD，其中△7-为温度差，PD为两个
表2 LED衬底材料的热导系数
节点的热功率流。从公式中得知，△7-与R。
成正比例关系。热阻越大，温差大，散热能 材料 Si A1203 CaAs SiC
一个200 m的正方形，银胶的厚度为1 00 m。已
u u 心，严重降低器件的注入效率与发光效率；其二，在
知银胶的导热系数为20W／m·k，则粘接层的热阻 高温条件下，材料内的微缺陷及来自界面与电极的
0
王桥立，夏志清。文静 技
热导系数 75 25 18 49
力越差(当LED热功率流不变时)。
通常LED器件在应用中，结构热阻分
层、PCB与外挂散热体向外发散。显然相关材料的
材 碳 黄 纯 纯 纯 银
△ 金 银 锡 锌
口 氧
表1 常用热沉材料的热导系数
●
2 LED热阻的构成 铝 环
流加大到某值时，光通量将趋于饱和，随后逐渐下 区芯片发热。对于一个封装好的LED发光管来讲，
降。因此设法降低PN结温和LED的热阻是提高 产生结温有两个原因，其一为出光效率低，说明大多
LED光效最直接的途径之一。本文就此论述LED本 数电能转换成热能，产生了结温，其二为LED封装
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王桥立等：LED结温、热阻构成及其影响
文：章编号：1006—6268(2008)06—0059_03
LED结温、热阻构成及其影响 高
斤e：=n／p银胶·s=0．1÷(20×O．001×0．2×0．2) 快速扩散杂质也会引入发光区，形成大量的深能级，
=125℃／W。若LED衬底是GaAs，则导热系数为 同样会加速LED器件性能的衰变；其三，高温时，
1 8W／m×k，求得其热阻尺。。=1 38℃／W。 LED封装环氧胶的变性、发黄，出光效率下降衰减。
packaging materiaIs (such as epoxy resin)，phosphordeterioration of physical properties．
LED Iuminescence decay untiI Failure，The anaIysis of LED junction temperature，a heat
LED器件应用中则重点考虑，外挂散热体热阻尺。。 少的晶格失配，从而在界面上形成大量的诸如位错
和自由空间热交换热阻尺。，。 等结构缺陷。在较高温度时，这些缺陷会快速增殖、
因此分两步来计算出热阻尺。。假定芯片衬底是 繁衍，直至侵入发光区，形成大量的非辐射复合中
Abstract：LED PN junction temperature increases wi|I eause LED opticaI．eIectricaI and
thermaI properties of the changes，or eVen excessiVe junction temperature can lead to
高 LED热阻描述为LED散热通道上的
0 两个节点之间热功率流的阻值，热阻单位 热导系数
技 为℃／W，通常用R。表示，其数学表达式为： (W／m·k) 36．7～39．2 109 162 315 427 67 121 398 236 81．1 25 20一30
收稿日期：2008—05—10 Jun．，2∞8，总第89期 现代显示Adv柚ced Display 59
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王桥市等：LED结温、热阻构成及其影响
LED JunctiOn Temperature，a Thermal resistanCe and itS impact
WANG Qia0一¨，XIA Zhi—qing，WEN Jing
(Shenzhen SANSUN Hi—tech Co．，LId．，ShenZhen 518057，China)