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LED的热学指标

LED之家  于2009-01-18 00:06:24  http://www.ledjia.com/ledhangye/viewarticle.php?id=657

文章摘要:LED的热学指标2007年12月4日1、热阻Rth在LED点亮后达到热量传导稳态时,芯片表面每耗散1W的功率,芯片pn结点的温度与连接的支架或铝基板的温度之间的温差就称为热阻Rth,单位为℃-W。数值越低,表示芯片中的热

LED的热学指标

2007年12月4日

1、 热阻Rt h

在LED点亮后达到热量传导稳态时,芯片表面每耗散1W的功率,芯片pn结点的温度与连接的支架或铝基板的温度之间的温差就称为热阻Rth,单位为℃/W。数值越低,表示芯片中的热量传导到支架或铝基板上就越快。这有利于降低芯片中的pn结的温度,从而延长LED的寿命。

影响热阻的因素

怎样才能降低LED的热阻呢?热阻的大小与以下因素有关:

·与LED芯片本身的结构与材料有关。

·与LED芯片粘结所用的材料的导热性能及粘结时的质量有关,是用导热性能很好的胶,还是用绝缘导热的胶,还是用金属直接连接。

·热沉是用什么材料制成的?是用导热很好的铜,还是铝,而且与铜、铝的散热面积大小也有直接的关系。

选用一定的材料与控制相关的技术细节,就可以降低LED的热阻,从而提高LED的寿命与工作效能。

确定热阻大小

怎么测出热阻呢?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。

中国电子科技集团第十三研究所制造听NC2992型半导体器件可靠性分析仪,可用于测试热阻。这种仪器的工作原理是,利用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(测试布线图参见图1)。输入电压随温度的变化关系可近似为下列公式:

VT j=VT o +K(Tj-To) (1)

式中,VT j、VT o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。热阻是沿热流通道上的温度差与通道上耗散的功率之比,对于LED来说,热阻一般是指从LED芯征pn结到热沉上的热阻,热阻计算公式可表示为

Rt h =( Tj-Tx)/P (2)

式中,Tj为施加大小为P的加热功率脉冲后测得的LED结温;Tx为热沉铝基板上的温度。

图1 正向电压法二极管热阻测试示意图

根据图1,对被测LED施加一定的加热功率脉冲(恒流IH),被测LED的pn结发热。比较恒流脉冲施加前后,在恒流IM偏置下所测的电压变化量。在测试前被测LED结温与热沉温度相同的前提下,由温度检测装置测得热沉温度,从而得到被测LED的初始结温。

由于在正向电流IM下,pn结温升与其正向电压变化成线性关系,因此相关系数K为器件的热敏温度系数(mV/℃)。通过此热敏温度系数,在恒定的偏置电流IM下,可将功率恒流脉冲施加前后的结电压变化量ΔVF换算为相应的结温变化量。可将式(1)和式(2)改写为式(3):

Rt h =ΔVF/K·P (3)

如图1所示,首先转换开关置于“1”,则被测LED注入恒定电流IM,测得其正向电压VF1。然后开关切换到“2”,给被测LED注入恒定电流IH,使其结温升高。在一定时间之后,开关再次切换至“1”,在IM下测得LED的正向电压VF2。最后就可以计算出热阻。

2、 LED的储存环境温度与工作温度

通常情况下,LED的储存环境温度应在-40℃~+100℃。所以在封装LED时,有时为了使封装胶快干或荧光粉快干,在温度150℃保存1~2小时。这对LED是否有影响,可以继续展开实验来证明。按作者做过的实验,上述方式会对LED产生一定的影响。

一般情况下,LED的工作温度是-30℃~+80℃,但工作温度与热阻有关系。总而言之,LED在工作时,最好将它的pn结温度保持在100℃以下。

3、 其他相关指标

防静电(ESD)指标

做好的LED器件要注意防静电。无论是在运输状态,还是在装配过程中,都可能出现静电带来的损坏,要特别注意防静电。一般LED做好后,双极开路防静电指标应在500V之内。

失效率λ

失效率λ是指一批LED器件在点亮后多长时间、有多少个出现“死灯”现象。这是衡量这批LED器件质量的关键指标。若工作10小时内无“死灯”现象出现,说明失效率较好,即失效率为0。

寿命

LED器件在正常工作条件下,半光衰时间越长,说明LED的寿命越长。按理论计算可达10万小时以上。但目前由于材料、制造技术等方面原因,市场上的LED器件寿命只能达到2~3万小时。随着技术的不断进步,LED器件的寿命会越来越长。但是如何快速测定半光衰时间,还有待于制造出通用的仪器进行测定。

目前有报道指出,只要测定LED器件点亮时波长的漂移和与器件连接的热沉的温度,就可算出LED器件的寿命,这还有待于实验的证实。但是,LED器件的寿命与使用时系统的散热条件、出光效率有直接关系。即使LED器件的寿命很长,如果用于灯具系统,但这个灯具设计的散热系统和出光系统不是很理想,则LED器件的寿命也不会长。

其他指标

LED是靠环氧树脂等胶封装起来的。由于时间和化学作用,会使封装胶的透光性变差。有时会使胶体变黄变浊,影响透光;有的会使胶玻化而破碎。这些都会使LED器件的性能发生变化,因此达不到原来的技术指标,从而影响其出光效率和使用寿命。


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