LED熱阻的測量系統(tǒng)的相關分析

隨著 LED 超高亮度的出現(xiàn)及 LED 色彩的豐富，LED 的應用也由zui初的指示擴展到交通、大屏 幕顯示、汽車剎車燈、轉(zhuǎn)向燈、工程建筑裝飾燈、特種照明領域并正在向普通照明積極推進。阻 礙這一發(fā)展的zui大敵害是 LED 的熱量管理，因此從事熱阻、結溫、熱參數(shù)匹配等問題的研究和改 進具有深遠的意義。 如何降低大功率 LED 的熱阻、結溫，使 PN 結產(chǎn)生的熱量能盡快的散發(fā)出去，不僅可提高產(chǎn) 品的發(fā)光效率，提高產(chǎn)品的飽和電流，同時也提高了產(chǎn)品的可靠性和壽命。據(jù)有關資料分析，大 約 70％的故障來自 LED 的溫度過高，并且在負載為額定功率的一半的情況下溫度每升高 20 C 故 障就上升一倍。為了降低產(chǎn)品的熱阻，首先封裝材料的選擇顯得尤為重要，包括晶片、金線，硅 膠、熱沉、粘結膠等,各材料的熱阻要低即要求導熱性能好；其次結構設計要合理，各材料間的 導熱性能和膨脹系數(shù)要連續(xù)匹配。 避免導熱通道中產(chǎn)生散熱瓶頸或因封裝物質(zhì)的膨脹或收縮產(chǎn)生 的形變應力，使歐姆接觸、固晶界面的位移增大，造成 LED 開路和突然失效。 目前測量半導體器件工作溫度及熱阻的主要方法有：紅外微象儀法，電壓參數(shù)法，還有光譜 法，光熱阻掃描法及光功率法。其中電壓法測量 LED 熱阻zui常用。

熱的產(chǎn)生、 LED 熱的產(chǎn)生、傳導和疏散與傳統(tǒng)光源一樣，半導體發(fā)光二極管（LED）在工作期間也會產(chǎn)生熱量，其多少取決于整體 的發(fā)光效率。在外加電能量作用下，電子和空穴的輻射復合發(fā)生電致發(fā)光，在 P-N 結附近輻射出 來的光還需經(jīng)過晶片（chip）本身的半導體介質(zhì)和封裝介質(zhì)才能抵達外界（空氣）。綜合電流注 入效率、輻射發(fā)光量子效率、晶片外部光取出效率等，zui終大概只有 30-40％的輸入電能轉(zhuǎn)化為光能，其余 60-70％的能量主要以非輻射復合發(fā)生的點陣振動的形式轉(zhuǎn)化熱能。而晶片溫度的升 高，則會增強非輻射復合，進一步消弱發(fā)光效率。 大功率 LED 一般都有超過 1W 的電輸入功率，其產(chǎn)生的熱量相當可觀，解決散熱問題乃當務 之急。通常來說，大功率 LED 照明光源需要解決的散熱問題涉及以下幾個環(huán)節(jié)： 1. 晶片 PN 結到外延層 ； 2. 外延層到封裝基板 ； 3. 封裝基板到外部冷卻裝置再到空氣。 這三個環(huán)節(jié)構成大功率 LED 光源熱傳導的主要通道， 熱傳導通道上任何薄弱環(huán)節(jié)都會使熱導 設計毀于一旦。熱的傳播方式可分為三種：（1）傳導——熱量是通過逐個原子傳遞的，所以不 能采用高熱阻的界面材料；（2）對流——熱量通過流轉(zhuǎn)的介質(zhì)（空氣、水）擴散和對流，從散 熱器傳遞到周圍環(huán)境中去，故不要限制或阻止對流；（3 ）輻射——熱量依靠電磁波經(jīng)過液體、 氣體或真空傳遞。 對大功率 LED 照明光源而言傳導方式起zui主要的作用， 為了取得好的導熱效果， 三個導熱環(huán)節(jié)應采用熱導系數(shù)高的材料，并盡量提高對流散熱。