LED结温学习报告分析
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 。
LED结温精密测量及相关因素分析

关键 词 : L E D; 结 温测 量 ;测量 电流 ; 加 热 电流 ; 加热时间; 调 制
中图分 类号 : TN 3 0 7 文献标 识 码 :A d o i :1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 0 0 5 — 5 6 3 0 . 2 0 1 3 . 0 3 . 0 0 2
me a s u r e me n t f a c t o r s ,i . e . me a s u r i n g c u r r e n t ,h e a t i n g c u r r e n t ,h e a t i n g t i me ,w a s a n a l y z e d i n t h e LE D i u n c t i o n t e mp e r a t u r e p r e c i s i o n me a s u r e me n t . Th e s ma l 1 c u r r e n t K- f a c t o r me t h o d i S
J I ANG Y i c h e n g, Z HUTe n g f e i ,S HEN Y u e q i a n g,C AI Y i , Z HANG J u n
( Ha n g z h o u I n s t i t u t e o f T e s t a n d C a l i b r a t i o n f o r Qu a l i t y a n d T e c h n o l o g y S u p e r v i s i o n, Ha n g z h o u 3 1 0 0 1 9 , C h i n a )
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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的结温与原因分析

LED的结温与原因分析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、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,具有大得多的折射系数,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。
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。
温度对LED的影响分析(很好的led学习资料)

温度对LED的影响分析led(Light Emitting Diode:发光二极管)作为第四代光源,因其节能、环保、长寿命等优点极具发展前景。
但因为LED对温度极为敏感,结温升高会影响LED的寿命、光效、光色(波长)、色温、光形(配光)以及正向电压、最大注入电流、光度、色度、电气参数以及可靠性等。
本文详细分析了温度升高对LED各光电参数及可靠性的影响,以利于LED芯片和LED 照明产品的设计开发。
一、温度过高会对LED造成永久性破坏(1)LED工作温度超过芯片的承载温度将会使LED的发光效率快速降低,产生明显的光衰,并造成损坏;(2)LED多以透明环氧树脂封装,若结温超过固相转变温度(通常为125℃),封装材料会向橡胶状转变并且热膨胀系数骤升,从而导致LED开路和失效。
二、温度升高会缩短LED的寿命LED的寿命表现为它的光衰,也就是时间长了,亮度就越来越低,直到最后熄灭。
通常定义LED光通量衰减30%的时间为其寿命。
通常造成LED光衰的原因有以下几方面:(1)LED芯片材料内存在的缺陷在较高温度时会快速增殖、繁衍,直至侵入发光区,形成大量的非辐射复合中心,严重降低LED的发光效率。
另外,在高温条件下,材料内的微缺陷及来自界面与电板的快扩杂质也会引入发光区,形成大量的深能级,同样会加速LED器件的光衰[1]。
(2)高温时透明环氧树脂会变性、发黄,影响其透光性能,工作温度越高这种过程将进行得越快,这是LED光衰的又一个主要原因。
(3)荧光粉的光衰也是影响LED光衰的一个主要原因,因为荧光粉在高温下的衰减十分严重。
所以,高温是造成LED光衰,缩短LED寿命的主要根源。
不同品牌LED的光衰是不同的,通常LED厂家会给出一套标准的光衰曲线。
例如Philips Lumiled公司的Luxeon K2的光衰曲线如图1所示,当结温从115℃提高到135℃,其寿命就会从50,000小时缩短到20,000小时。
图1Lumiled Luxeon K2的光衰曲线高温导致的LED光通量衰减是不可恢复的,LED没有发生不可恢复的光衰减前的光通量,称为LED的“初始光通量”。
led热阻实验报告

led热阻实验报告
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。
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回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;管芯一散热垫一印制板敷铜层→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。
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RIC(LED的热阻)、散热垫传导到PCB面层敷铜层的热阻为RCBPCB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RJA与各热阻关系为:RJARJC+RCB+RBA各热阻的单位是℃/W。
大功率LED结温研究(图文)

大功率LED的散热设计(图)余姚市华恩光电有限公司 2011.04.20近年来,大功率LED发展较快,在结构和性能上都有较大的改进,产量上升、价格下降;还开发出单颗功率为100W的超大功率白光LED。
与前几年相比较,在发光效率上有长足的进步。
例如,Edison公司前几年的20W白光LED,其光通量为700lm,发光效率为35lm/W。
2007年开发的100W白光LED,其光通量为6000lm,发光效率为60lm/W。
又例如,Lumiled公司最近开发的K2白光LED,与其Ⅰ、Ⅲ系列同类产品比较如表1所示。
从表中可以看出:K2白光LED在光通量、最大结温、热阻及外廓尺寸上都有较大的改进。
Cree公司新推出的XLamp X R~E冷白光LED,其最高亮度挡QS在350mA时光通量可达107~114lm。
这些性能良好的大功率LED给开发LED白光照明灯具创造了条件。
前几年,各种白光LED照明灯具主要是采用小功率Φ5白光LED来做的。
如1~5W的灯泡、15~20W的管灯及40~60W的路灯、投射灯等。
这些灯具使用了几十到几百个Φ5白光LED,生产工艺复杂、可靠性差、故障率高、外壳尺寸大,并且亮度不足。
为改进上述缺点,这几年逐步采用大功率白光LED来替代Φ5白光LED来设计新型灯具。
例如,用18个2W的白光LED做成的街灯,若采用Φ5白光LED则要几百个。
另外,用一个 1.25W的K2系列白光LED,可做成光通量为65lm的强光手电筒,照射距离可达几十米。
若采用Φ5白光LED来做则是不可能的。
图1 结温TJ与相对出光率关系图用大功率LED做的灯具其价格比白炽灯、日光灯、节能灯要高得多,但它的节能效果及寿命比其他灯具也高的多。
如果在路灯系统及候机大厅、大型百货商场或超市、高级宾馆大堂等用电大户的公共场所全部采用LED灯具,其一次性投资较高,但长期的节电效果及经济性都是值得期待的。
目前主要采用1~3W大功率白光LED作照明灯,因为其发光效率高、价格低、应用灵活。
LED光衰结温关系测试报告

LED Package Measurement Report _Sample3Mechanical Analysis Division- 2 - 1 测试概要admin@ 400-080-14802 测试环境3 温度系数(K-factor)的测试在LED Package_Sample3的底部涂上Grease,放在TeraLED的热沉上,控制环境温度。
admin@ 400-080-1480- 4 -3.3 软件设置 (仅供参考)设置温度的范围在设置中选择K-factor 校准设置温度稳定时间admin@ 400-080-14804 瞬态热测试Isense测试电流源Idrive驱动电流源- 6 -admin@ 400-080-14801)在LED Package_Sample3通过350mA驱动电流加热,使之达到热平衡。
2)在LED Package_Sample3达到热平衡之后,瞬间从大电流350mA切换到测试小电流5mA 电流测量LED Package_Sample3冷却过程中的瞬态热变化。
- 8 - 4.3 瞬态热测试参数4.4 瞬态热测试结果根据JESD51-14规范对初期Noise 做适当修正。
最早的有效数据从微秒级开始,有效数据开始点越早,能看到的Package 中散热结构越多,结构分析能力越强。
1us 的采样间隔,提供超高采样密度。
采样密度越高,把握的瞬态热变化细节越多,结构分析结果更准确,可重复性更好。
直接确认热饱和时的结温为48.97℃admin@ 400-080-14805 结构函数T3Ster-Master 软件将瞬态热测试结果通过数学手段转换成结构函数,帮助分析散热结构。
结构函数反映了从发热源(原点)到环境(最后直线向上部分)的热流路径上的所有热容与热阻分布。
根据结构函数上斜率(热容与热阻的比值)变化,可以区分出代表不同材料的段。
用直观的方式,帮助分析散热路径上不同材料的热阻与热容。
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2、良好的二次散热机构 3、减少LED与二次散热机构安装界面之间的热阻
4、降低LED周围环境温度
二、电压法测量结温:
测量温度系数K:
1、将LED至于温度为TA的恒温箱中足够时间至热平衡,此时TjA=TA
2、用低电流(可以忽略其产生的热量对LED的影响,如 If=0.1,1.0,5.0,10mA)快速点测LED的VfA
3、将LED置于温度为TB(TB>TA的恒温箱中足够时间至热平衡,此时 TjB=TB 4、同理,用低电流If=0.1,1.0,5.0,10mA测得VfB
LED结温的测试方法:
4、蓝白比法:利用芯片的蓝光发光与荧光粉发光 随结温变化的不一致来确定结温。定义W为光谱中 整个白光的功率,B为蓝光部分的功率,那么比值 R=W/B应该是结温的函数。 5、K系数法:初始电压是指LED刚通电时测得的正 向电压,初始结温是指刚通电时的结温,近似等于 环境温度。在恒定电流(20mA)改变环境温度 (35-100℃)测量的情况下,初始电压与初始结温 符合很强的线性关系。
4结温计算:
电压法测结温小结:
电压法测量结温通常采用四线法,即两条是电源线,两条 是用来接到电压表上的,这样可以避免电源线上电压影响, 也可以避免电压表对流过LED的电流分流,提高测试精度。 如果要求不高,不在乎几度的误差,也可以简单地直接从 电源线上取电压
降低led结温的途径:
1、减少LED本身的热阻,控制额定输入功率
产生结温的原因:
一、出光效率低,大多数电能转化成了热能。 二、LED封装的散热能力是产生结温的关键条件,散热 能力强,结温下降,反之散热能力差时结温将上升,其 结果将会导致出光效率更低,将进一步推动结温的上升。
结温对LED光电性能的影响
一、LED结温高于自身正常能承受的最高温时,导致 封装材料(如环氧树脂)、荧光粉为性能变坏,产生 不可恢复的永久性衰变,直至失效。
较易实现的测量结温的两种方法:
一、管脚温度法:
将传感器用导热胶固定在测试焊点处,点亮灯珠,等待热 平衡后读取温度。一般而言,LED开启20分钟后基本达到 热平衡。
一、管脚温度法:
测量此时led两端的电 压和流过的电流。
结温=焊点温度 +(热阻*LED测量的功率)
LED灯珠的热阻可参照被测灯珠的规划书参数
LED结温学习报告
报告人:茂恒光电于存胜
LED结温的定义:
LED的基本结构是一个半导体的P—N结。当电流流过 LED器件时,由于led中空穴和电子运动,一部分能量产 生有效的光电效应,发出光子,一部分是以发热的形式 消耗掉了,因此P—N结区芯片的温度将上升,我们把 P—N结区的温度定义为LED的结温。通常由于器件芯片 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。
5、计算K值:
测量在输入电功率加热状态下的变化:
1、将LED置于温度为TA的恒温箱中,给LED输入额定电流If使 其产生自加热
2、维持恒定加热电流If足够时间至LED工作热平衡,大约20- 30分钟,此时VfA达到稳定,记录If,VfA
3、迅速切换测量电流If用低电流(可以忽略其产生的热量对 LED的影响,如If=0.1,1.0,5.0,10mA)快速点测LED的Vf
二、结温上升时,LED的发光波长变长,颜色发生红 移,显示效果发生偏色。 三、由于PN结上的正向电压Vf具有负温度系数特性, 因此随着PN结温度的上升,LED正向电压值Vf会下 降,会导致期间的损坏。 四、LED结温上升,发光效率随之变差。
LED结温的测试方法:
1、红外热成像法:利用红外非接触温度仪直接测量LED 芯 片的温度,但要求被测器件处于未封装的状态,另外对LED 封装材料折射率有特殊要求,否则无法准确测量,测量精度 比较低。 2、管脚温度法:通过测量管脚温度和芯片耗散功率和热 阻系数求得结温。但是因为耗散功率和热阻系数的不准 确,所以测量精度比较低。 3、光谱法:利用发光光谱峰位移测定结温,也是一种非 接触的测量方法,直接从发光光谱确定禁带宽度移动技术 来测量结温,这一方法对光谱测试仪器分辨精度要求较高, 发光峰位的精度测定难度较大,而光谱峰位移1 纳米的误 差变化就对应着测量结温约30 度的变化,所以测量精度 和重复性都比较低。