LED结温
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)。
《大功率LED结温与热阻测量研究》
《大功率LED结温与热阻测量研究》一、引言随着LED技术的不断发展，大功率LED已成为现代照明领域的重要应用之一。
然而，由于大功率LED在工作过程中会产生大量的热量，其结温与热阻的测量成为了影响其性能和寿命的关键因素。
因此，本文旨在研究大功率LED结温与热阻的测量方法，为LED的优化设计和应用提供理论依据。
二、大功率LED结温与热阻的基本概念结温是指LED芯片内部PN结的温度。
在大功率LED的工作过程中，由于电能的转换和光能的辐射，会产生大量的热量，使得LED结温升高。
而热阻则是描述LED器件在单位时间内单位体积所产生热量对结温上升的阻碍能力。
因此，了解大功率LED 的结温与热阻，对于提高其性能和延长其寿命具有重要意义。
三、结温与热阻的测量方法（一）结温的测量方法1. 光学法：通过测量LED的光参数，如光通量、色温等，间接推算出结温。
该方法简单易行，但精度较低。
2. 电学法：通过测量LED的电学参数，如正向电压、反向电流等，结合LED的电热转换关系，计算出结温。
该方法精度较高，但需要一定的专业知识和设备。
3. 热像仪法：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。
该方法具有较高的测量精度和空间分辨率。
（二）热阻的测量方法1. 稳态法：通过在特定条件下使LED达到稳态工作状态，测量其结温和环境温度，计算热阻。
该方法简单易行，但需要较长时间达到稳态。
2. 瞬态法：通过在较短的时间内对LED施加一定功率的电脉冲，测量其温度变化，从而计算热阻。
该方法测量时间短，但需要较高的技术水平和设备精度。
四、实验设计与实施（一）实验材料与设备实验所需材料包括大功率LED器件、热电偶、温度传感器、数据采集器等。
实验设备包括恒流源、加热装置、红外热像仪等。
（二）实验步骤1. 将大功率LED器件固定在加热装置上，并连接恒流源和温度传感器。
2. 逐渐增加LED的工作电流，同时记录其工作状态下的电压、电流等电学参数以及通过红外热像仪测得的表面温度数据。
LED结温及热阻的测量
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。
关键词:发光二极管、结温、热阻、峰值波长、能量比引言发光二极管（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[1][2]，并将成为普通照明中的主要光源[3]。
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[4]，这主要是由于LED结温升高导致的。
2002年Hongetal.[5]研究结果表明，AlGaInP红色LED的峰值波长的偏移与结温的变化存在线性关系。
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。
本文首先对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[6]。
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。
结温的危害及计算公式
结温的危害及计算公式
结温指半导体元件内部的温度。
在LED 中是指芯片内发光层(pn结间设置多重量子阱构造的位置)的温度。
LED芯片的发光层在点亮时温度会上升。
一般情况下,结温越高,发光效率就越低。
LED随着输入电流的增加尽管光通量会提高,但发热量会变大。
由此会出现发光层的温度(结温)升高而使发光效率降低,功耗增加,从而使结温进一步上升的恶性循环。
通过降低LED芯片封装及该封装安装底板的热阻,使芯片产生的热量得以散发,避免结温上升等改进,可以提高亮度。
结温为：热阻×输入电力+环境温度,因此如果提高接合温度的最大额定值,即使环境温度非常高,LED也能正常工作。
例如,在白色LED中,有的LED芯片品种的可容许接合温度最高达到+185℃。
接合温度可因LED的点亮方式而大为不同。
例如,脉冲驱动 (向LED输入断续电流驱动,间歇点亮)LED时,结温就不容易上升,而连续驱动(向LED输入稳定电流驱动,连续点亮)LED,结温就容易上升。
芯片蓄热的话光强就会降低
白色LED配备的LED芯片的发光层在点灯过程中温度会上升。
一般情况下,如果被称为结温的发光层部分的温度上升,发光效率就会降低,即使输入电力也不亮。
通过降低LED
芯片封装和封装底板的热阻,散发芯片上产生的热量,设法使结温不上升,能够使发光更亮。
(图根据德国欧司朗光电半导体的资料制作)
如果使用提高了结温最大额定值的LED芯片,在安装使用时能够获得很多优点。
例如,由于增加了输入电力,可提高输出功率。
还可以缩小底板的散热片等。
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。
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。
什么是LED 的结温
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。
现在世界上知名的LED 光源品牌CREE、LUMILED（流明）、CIZITEN（丰田合成）、NICHIA（日亚）、ORSAM、首尔半导体。
光效：单位每瓦流明 Lm/w，说明电光源将电能转化为光的能力，以发出的光通量除以耗电量来表示真空普通灯泡的光效约为 7-8LM/W、充气普通灯泡的光效约为10-13 LM/W高色温卤钨灯的光效约为 26-28 LM/W、日光色荧光灯的光效约为 40-65 LM/W 三基色荧光灯的光效约为 65-80 LM/W、荧光高压汞灯的光效约为 40-60 LM/W 超高压氙灯的光效约为 30-35 LM/W、高压钠灯的光效约为 90-120 LM/W金属卤化物灯的光效约为 70-100 LM/W理论计算表明，1W能量如果全部转变为视见函数最高的555NM 波长的光时，光效可达680LM/WLED 封装生产工艺流程1.芯片检验外观检验：材料表面是否有机械损伤及麻点麻坑（lockhill）芯片尺寸及电极大小是否符合工艺要求电极图案是否完整。
2.扩晶由于LED 芯片在划片后依然排列紧密间距很小（约0.1mm），不利于后工序的操作。
我们采用扩片机对黏结芯片的膜进行扩张，是LED 芯片的间距拉伸到约0.6mm.也可以采用手工扩张，但很容易造成芯片掉落浪费等不良问题。
3.点固晶胶在LED 支架的相应位置点上银胶或绝缘胶.（对于GaAs、SiC 导电衬底，具有背面电极的红光、黄光、黄绿芯片，采用银胶。
对于蓝宝石绝缘衬底的蓝光、绿光LED 芯片，采用绝缘胶来固定芯片），评估一款银胶的好坏主要有两点：一、粘稠度（一般在3000-4000cps）二、热量传导率（目前我司采用的是美国银胶EPO-TEK 公司生产导热系数为29W/mk）三、固化条件工艺难点在于点胶量的控制，在胶体高度、点胶位置均有详细的工艺要求.由于银胶和绝缘胶在贮存和使用均有严格的要求，银胶的解冻、搅拌、使用时间都是工艺上必须注意的事项.4.备固晶胶和点胶相反，备胶是用备胶机先把银胶涂在LED 背面电极上，然后把背部带银胶的LED 安装在LED 支架上.备胶的效率远高于点胶，但不是所有产品均适用备胶工艺（一般应用于做数码管生产上面）。
led灯具工作结温的检测方法及应用
led灯具工作结温的检测方法及应用LED灯具作为具有节能效果的照明设备，越来越多的应用于家庭和商业等场所，作为一种新型的照明设备，使用正常情况下具有非常好的节能性能。
但是，LED一种温敏器件，当它的温度升高时，它的寿命将会大大缩短，所以对其工作结温进行有效的检测是非常重要的。
LED工作结温检测的方法主要有两种，分别是外部温度检测和深层温度检测，其中外部温度检测就是通过在LED灯具表面上安装一个温度传感器检测LED灯具的表面温度，而深层温度检测则是通过放置LED灯具内部一个温度传感器，来检测其内部温度。
外部温度检测的优点是成本低，检测精度高，设备及控制简单，但是这种检测方法受到环境温度的影响很大，而且只能检测到LED灯具表面的温度，不能检测到LED灯具内部的温度，而深层温度检测则没有这样的问题。
深层温度检测主要通过将温度传感器放置在LED灯具内部，检测LED灯具内部的温度，这种检测比较准确，检测结果也比较可靠，但是安装的成本比较高，而且这种检测方法受电路设计的影响也很大。
此外，还有一种LED灯具工作结温的检测方法，即利用摄像机实现LED灯具的热成像检测，它可以从LED灯具的表面温度、热聚集区域和散热状况等几个方面对LED灯具的整体工作状况进行综合检测，而且这种检测方法安装成本低，检测结果准确，而且可以实现远程监控，有利于LED灯具的维修和保养工作。
LED灯具工作结温的检测方法及其应用范围也非常广泛，主要应用于照明领域，包括家庭、商业机构和工业场所等，这些地方使用的LED灯具需要定期进行检测，以保证它们的正常使用。
此外，LED灯具的工作结温检测也可以广泛应用于汽车制造行业。
例如，在汽车照明系统的燃料管理系统中，LED灯具的工作结温是一个重要的环节，需要对其进行有效的检测，以确保其正确的工作。
综上所述，LED灯具的工作结温检测是非常重要的，它可以有效地检测LED灯具的温度状况，帮助改善LED灯具的照明效果，确保LED灯具的正常使用，从而更好地节能环保。
LED结温和功率
现在的高端发光二极管通常使用高导热材料，冷却系统的设计也与环境温度和特定的最终用途相符，以降低结温，从而应用于从装饰照明到汽车大灯等关键需求，目前LED的最大允许结温是有限的，大约120-135度（最近的记录最高可达185度），而白炽灯灯丝的工作温度为1500-3000度，相比之下，结温是发光二极管应用发展的主要障碍。
同时，为了提高LED的功率，即提高电输入能量以获得尽可能大的光功率输出，但这也会导致LED在工作过程中放出大量的热，使管芯结温迅速上升，输入功率越高，发热效应越大。
温度的升高将导致器件性能的变化与衰减，甚至失效。
1、结温-LED光输出实验指出，发红、黄光的InGaAlP LED与发蓝、绿光的InGaN LED，其光输出强度均明显依赖于器件的结温。
也就是说，当LED的结温升高时，器件的输出光强度将逐渐减小；而当结温下降时，光输出强度将增大。
InGaAlP LED的光输出相对量随温度的变化，以25˚C作为器件性能的基准点，InGaAlP 橙色的LED比红色的LED具有更高的温度灵敏度。
当结温升至100˚C时，琥珀色器件的输出通量降去了75％。
对于InGaAlP LED，温度系数仅与器件的发光波长有关，而与衬底是否透明无关，进一步的实验指出，InGaAlP的发光波长越短，器件的出光通量随温度增加衰减得越快。
InGaAlP LED 假设25˚C时LED的值为100%，那么当结温升至100˚C时，640nm、620nm与590nm的InGaAlP LED的光输出分别为原始值的42％、30％与20％。
对于InGaN系列的LED，出光通量随温度的变化远小于InGaAlP LED，随着发光波长变短，光输出通量随温度的变化越不明显。
一般情况下，这种变化是可逆与可恢复的，这种效应的发生机制显然是由于材料的一些相关参数会随温度发生变化，从而导致器件参数的变化。
如随温度的增加，电子与空穴的浓度会增加，禁带宽度会减小，电子迁移率也将减小。
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灯珠结温测试方法
led灯珠结温测试方法英文回答：LED Die Temperature Measurement Methods.Determining the junction temperature (Tj) of an LED die is crucial for ensuring optimal performance and reliability. Accurate Tj measurement enables the assessment of thermal management effectiveness and the prediction of LED lifespan. Several methods are commonly used to measure LED die temperature:1. Forward Voltage (Vf) Method.The forward voltage (Vf) of an LED decreases linearly with increasing temperature. By measuring the Vf at a known temperature and then at the operating temperature, the temperature difference can be calculated using thefollowing equation:ΔTj = (ΔVf / αVf) (1 + αTj)。
where:ΔTj is the temperature difference.ΔVf is the difference in forward voltage.αVf is the temperature coefficient of forward voltage.αTj is the temperature coefficient of Vf at the reference temperature.This method is simple and non-invasive but requires accurate knowledge of αVf and αTj.2. Light Output Power (LOP) Method.The light output power (LOP) of an LED decreases exponentially with increasing temperature. By measuring the LOP at a known temperature and then at the operating temperature, the temperature difference can be calculated:ΔTj = (1 / β) ln(LOP1 / LOP2)。
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结温
LED结温，什么是LED结温，哪些原因产生LED结温，降低LED结温的途径又有哪些？下文将详细进行分析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、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、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?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，而在芯片与介质页脚内容1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、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。
如何正确测量LED灯结温？
如何正确测量LED灯结温？用LED灯条做成的普泡形灯泡，不需加透镜既能实现360度全角度的光源，使人有回归传统白炽灯的感觉。
LED灯条灯具有多项应用优势，在市场上刮起了一股不小的旋风，正快速地被用户所接受。
蕾雨斯认为LED灯条灯把传统钨丝球泡灯制造技术与LED新兴技术相结合，使用玻璃泡充气技术，把LED灯条密闭在玻璃球泡内，并在内填充混合气体，使其起到散热作用，以达到降低LED结温，减少光衰，延长寿命的目的。
工作状态下LED 灯条的结温是影响各项性能指标的主要因素，也是严重影响LED光衰和使用寿命的关键因素，这些参数对普通照明而言都是极其重要的照明质量评价指标，这已经在照明业界达成共识。
把LED灯条密闭在充有混合气体的玻璃球泡内，仅有正负极两根导丝引出密封玻壳外与驱动电源相连，用什么方法测试LED灯条灯结温?测量常用有管脚测温法、红外成像法、电压法等。
显然管脚法因为无法把热电偶粘接到密闭的玻璃球泡内LED灯条上而不能测温;红外成像法因无法透过玻璃外壳探测到LED非标工程灯具表面的温度也不能使用;而电压法则可以解决测试的难题。
测试原理：电压法，先对样品LED灯条做K线定标，获取温度T与灯条Vf值的对应关系;然后使用自带驱动器点亮被测样品灯为加热源，点亮灯泡后，实时连续测得结温相对时间的变化，在计算机界面上用连续曲线绘制，同时绘制粘接在玻壳上一热电偶的参考点温度和环境温度曲线。
从上图中我们看到灯泡点亮后(第一时段)灯泡内LED结温逐步升高，到达平稳时温度读数为122℃。
继续试验，此时人为地破坏封泡口，把壳内混合气体放掉，内部回到大气压，图中可以看到结温曲线开始上升(第二时段)，逐渐达到新的稳定平台，这时结温达到160℃，结温显然过高。
从上图中可以看到，在整个实验过程中环境温度基本在26℃上下，而玻壳表面参考点温度在两种试验状态下基本保持在40℃左右。
从这个实验中可以看到以下几方面的现象：1.在环境温度为26℃时，正常点亮后的结温为122℃，当环境温度上升到40℃甚至更高时，结温就可能高达140℃以上，这样的结温是高还是低?对光衰、寿命有什么样的影响?我们认为这可能取决于以下几方面，既LED灯条所设计的产品允许结温;光衰、寿命试验(即寿试)所取得的数据。
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LED结温，什么是LED结温，哪些原因产生LED结温，降低LED结温的途径又有哪些？下文将详细进行分析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、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、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?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、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.巨大的热阻差异表明普通型LED 元件只能在很小的输入功率条件下，才能正常地工作，而功率型元件的耗散功率可大到瓦级甚至更高。
3、降低LED结温的途径有哪些？a、减少LED本身的热阻；b、良好的二次散热机构；c、减少LED与二次散热机构安装介面之间的热阻；d、控制额定输入功率；e、降低环境温度LED的输入功率是元件热效应的唯一来源，能量的一部分变成了辐射光能，其?部分最终均变成了热，从而抬升了元件的温度。
显然，减小LED温升效应的主要方法，一是设法提高元件的电光转换效率（又称外量子效率），使尽可能多的输入功率转变成光能，另一个重要的途径是设法提高元件的热散失能力，使结温产生的热，通过各种途径散发到周围环境中去。
led怕高温的，他的结温是125度，led最高承受温度在80来度，整灯外壳温度一般会要求小于65度，呵呵温度越低越好，大功率的温度一般在80度都是很正常的,当工作时散热不理想使结温升高后，电压小幅变大，导致电流变大，甚至烧坏内部金线。
解决办法是LED采用恒流源驱led外形是环氧树脂胶水，空气温度对他造成死灯的情况不长见，但也不要超出200度。
如果是灯不亮可能是静电给里面的发光芯片击穿先造成漏电，然后死灯的。
还有就是作业时的温度要求，LED因为一般要经过焊接使用的，所以焊接位置是LED胶体下面最少3MM 烙铁温度最高260度时间最长3S，但这只是正常LED使用时规格书中的要求，有时超出这个要求也不一定会死灯，但在这个要求之内使用LED一定是正常的，只要作业时防静电做到位。
LED是个光电器件，其工作过程中只有15%～25%的电能转换成光能，其余的电能几乎都转换成热能，使LED的温度升高。
在大功率LED中，散热是个大问题。
例如，1个10W 白光LED若其光电转换效率为20%，则有8W的电能转换成热能，若不加散热措施，则大功率LED的器芯温度会急速上升，当其结温（TJ）上升超过最大允许温度时（一般是150℃），大功率LED会因过热而损坏。
因此在大功率LED灯具设计中，最主要的设计工作就是散热设计。
另外，一般功率器件（如电源IC）的散热计算中，只要结温小于最大允许结温温度（一般是125℃）就可以了。
但在大功率LED散热设计中，其结温TJ要求比125℃低得多。
其原因是TJ对LED的出光率及寿命有较大影响：TJ越高会使LED的出光率越低，寿命越短。
K2系列白光LED的结温TJ与相对出光率的关系。
在TJ=25℃时，相对出光率为1；TJ=70℃时相对出光率降为0.9；TJ=115℃时，则降到0.8了。
TJ=50℃时，寿命为90000小时；TJ=80℃时，寿命降到34000小时；TJ=115℃时，其寿命只有13300小时了。
TJ在散热设计中要提出最大允许结温值TJmax,实际的结温值TJ应小于或等于要求的TJmax,即TJ≤TJmax。
大功率LED的散热路径.大功率LED在结构设计上是十分重视散热的。
图2是Lumiled公司K2系列的内部结构、图3是NICHIA公司NCCW022的内部结构。
从这两图可以看出：在管芯下面有一个尺寸较大的金属散热垫，它能使管芯的热量通过散热垫传到外面去。
大功率LED是焊在印制板（PCB）上的，如图4所示。
散热垫的底面与PCB的敷铜面焊在一起，以较大的敷铜层作散热面。
为提高散热效率，采用双层敷铜层的PCB，其正反面图形如图5所示。
这是一种最简单的散热结构。
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TJ，环境空气的温度为TA,散热垫底部的温度为Tc（TJ＞Tc＞TA），散热路径如图6所示。
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RJC（LED的热阻）、散热垫传导到PCB面层敷铜层的热阻为RCB、PCB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的总热阻RJA与各热阻关系为：RJA=RJC+RCB+RBA各热阻的单位是℃/W。
可以这样理解：热阻越小，其导热性能越好，即散热性能越好。
如果LED的散热垫与PCB的敷铜层采用回流焊焊在一起，则RCB=0，则上式可写成：RJA=RJC+RBA散热的计算公式若结温为TJ、环境温度为TA、LED的功耗为PD,则RJA与TJ、TA及PD的关系为：RJA=（TJ－TA）/PD (1)式中PD的单位是W。
PD与LED的正向压降VF及LED的正向电流IF的关系为：PD=VF×IF (2)如果已测出LED散热垫的温度TC，则(1)式可写成：RJA=(TJ－TC)/PD+(TC－TA)/PD则RJC=(TJ－TC)/PD (3)RBA=(TC－TC)/PD (4)在散热计算中，当选择了大功率LED后，从数据资料中可找到其RJC值；当确定LED 的正向电流IF后，根据LED的VF可计算出PD；若已测出TC的温度，则按（3）式可求出TJ来。
在测TC前，先要做一个实验板（选择某种PCB、确定一定的面积）、焊上LED、输入IF 电流，等稳定后，用K型热电偶点温度计测LED的散热垫温度TC。
在（4）式中，TC及TA可以测出，PD可以求出，则RBA值可以计算出来。
若计算出TJ来，代入（1）式可求出RJA。
这种通过试验、计算出TJ方法是基于用某种PCB及一定散热面积。
如果计算出来的TJ 小于要求（或等于）TJmax，则可认为选择的PCB及面积合适；若计算来的TJ大于要求的TJmax，则要更换散热性能更好的PCB，或者增加PCB的散热面积。
另外，若选择的LED的RJC值太大，在设计上也可以更换性能上更好并且RJC值更小的大功率LED，使满足计算出来的TJ≤TJmax。
这一点在计算举例中说明。
各种不同的PCB目前应用与大功率LED作散热的PCB有三种：普通双面敷铜板（FR4）、铝合金基敷铜板（MCPCB）、柔性薄膜PCB用胶粘在铝合金板上的PCB。
MCPCB的结构如图7所示。
各层的厚度尺寸如表3所示。
其散热效果与铜层及金属层厚如度尺寸及绝缘介质的导热性有关。
一般采用35μm铜层及1.5mm铝合金的MCPCB。
柔*PCB粘在铝合金板上的结构如图8所示。
一般采用的各层厚度尺寸如表4所示。
1～3W 星状LED采用此结构。
采用高导热性介质的MCPCB有最好的散热性能，但价格较贵。
计算举例这里采用了NICHIA公司的测量TC的实例中取部分数据作为计算举例。
已知条件如下：LED：3W白光LED、型号MCCW022、RJC=16℃/W。
K型热电偶点温度计测量头焊在散热垫上。
PCB试验板：双层敷铜板（40×40mm）、t=1.6mm、焊接面铜层面积1180mm2背面铜层面积1600mm2。
LED工作状态：IF=500mA、VF = 3.97V。
用K型热电偶点温度计测TC，TC=71℃。
测试时环境温度TA = 25℃.1.TJ计算TJ=RJC×PD+TC=RJC（IF×VF）+TCTJ=16℃/W（500mA×3.97V）+71℃=103℃2.RBA计算RJA=（TC－TA）/PD=（71℃－25℃）/1.99W=23.1℃/W3.RJA计算RJA=RJC+RBA=16℃/W+23.1℃/W=39.1℃/W如果设计的TJmax=90℃，则按上述条件计算出来的TJ不能满足设计要求，需要改换散热更好的PCB或增大散热面积，并再一次试验及计算，直到满足TJ≤TJmax为止。
另外一种方法是，在采用的LED的RJC值太大时，若更换新型同类产品RJC=9℃/W(IF=500mA时VF=3.65V)，其他条件不变，TJ计算为：TJ=9℃/W（500mA×3.65V）+71℃=87.4℃上式计算中71℃有一些误差，应焊上新的9℃/W的LED重新测TC（测出的值比71℃略小）。
这对计算影响不大。
采用了9℃/W的LED后不用改变PCB材质及面积，其TJ符合设计的要求。
PCB背面加散热片若计算出来的TJ比设计要求的TJmax大得多，而且在结构上又不允许增加面积时，可考虑将PCB背面粘在"∪"形的铝型材上（或铝板冲压件上），或粘在散热片上，如图10所示。
这两种方法是在多个大功率LED的灯具设计中常用的。
例如，上述计算举例中，在计算出TJ=103℃的PCB背后粘贴一个10℃/W的散热片，其TJ降到80℃左右。
这里要说明的是，上述TC是在室温条件下测得的（室温一般15～30℃）。