大功率LED结温方法
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)。
LED结温测试方法总结
LED 结温测试（参考：LED 结温测试方法研究）1. 红外热像法2. 光谱法：利用LED 结温升高时，LED 的主波长或λp 就会向长波长漂移，其正法线方向的亮度B0也会下降，主波长会漂移。
有实验数据表明当结温每升高10℃，则波长向长波漂移1nm.3. 管脚温度法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。
通过测量正向电压确定结温具体方法如下：（1） 测量温度系数Ka. 将LED 置于温度为T A 的恒温箱中足够时间至热平衡，此时T jA =T Ab. 用低电流（可以忽略其产生的热量对LED 的影响，如I f =0.1,1.0,5.0,10mA ）快速点测LED 的V fAc. 将LED 置于温度为T B (T B >T A 的恒温箱中足够时间至热平衡，此时T jB =T Bd. 重复步骤b ，测得V fBe. 计算KA B fA fB jA jB fAfB T T V V T T V V K --=--=（2） 测量在输入电功率加热状态下的变化a. 将LED 置于温度为T A 的恒温箱中，给LED 输入额定I F 使其产生自加热b. 维持恒定加热电流I F 足够时间至LED 工作热平衡，此时V F 达到稳定，记录I F ，V Fc. 迅速切换到测量电流源I f ，立即进行(l)之b 步骤，测量V f（3） 结温、热阻计算fA f f V V V -=∆K V V T fAf j -=6. 脉冲电流法。
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。
大功率白光LED的结温测量
Ｋｅ ｏ ｄ ： ｉ —ｏ ｅＬ Ｄ； ｎｔ ｎｅ ｐ ｒ ｕｅｔｅｍ ｌｅｉａｃ ； ｎ ｅ ｌ ｎ ａ ｓ ｙ ｒ ｓ ｈｇ ｐ ｗ ｒ Ｅ ｊ ｃ ｏ ｍ ｅａ ｒ； ｒ ａ ｒ ｓ ｎｅｆ ｉ ｅ ｔｎ ｌ ｉ ｗ ｈ ｕ ｉ ｔ ｔ ｈ ｓｔ ｉ ｔ ｅ ｍｅ ａ ｙ ｓ
Ｔ１ ＡＮ ａｌｉＧＵＡＮ ｎ —ｅ ｇ Ｗ ＡＮＧ ｎ ， Ｄ —ｅ， Ｒｏ ｇ ｆ ｎ ， Ｘｉ ｇ ＺＨＡ Ｏ ｅ — ｉ ｇ Ｗ ｎｑｎ
（ ｓｔｔ ｏ ＭａｅｉｌＳ ｉ ｃ ｎ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｈｅａ ｏｙ ｃｎｃＵ ｉ ｒｉ ， ｉ ｚｏ４ ４ ０ ， ｈｎ ） Ｉ ｔｕｅ ｆ ｔ ａ ｃ ｎｅ ｄＥ ｇｎｅｉ ， ｎ ｎＰ ｌｔ ｈ ｉ ｎｖ ｓｙ Ｊ ｏｕ ５ ０ ３ Ｃ ｉａ ｎｉ ｒ ｓ ｅ ａ ｎ ｅ ｅ ｔ ａ
田大垒 ，关荣锋 ，王 杏 ，赵 文卿
（ 南理 工人学材料科学与工程学院 ，河 南 焦作 ４ ４ ０ ） 河 ５ ０ ３
摘
要 ：大功率 Ｌ Ｄ 器件的结温是 其热性 能的重要指 标之一 ，温度对 Ｌ Ｄ 的可靠性产生重要 的影 Ｅ Ｅ
响 。采用板上封装 的方法 ，利用 大功率芯 片结合金属基板封 装出 了大功率 白光 Ｌ Ｄ样 品 ，利 用 Ｌ Ｄ Ｅ Ｅ
ｄｓ ｉ ｔ ｎ ｅｔｔｅ ｅ ｅａ ｒ ｓｎｉｖ ａａ ｔ ａ ｍｅｓｒｄ ｙｆｒ ａｄ ｏｔ ｅ ｔｏ ，ｕ ｃｏ ｒ— ｉｒ ｕｉ ｓ ｈ ｍｐｒｔ ｅ ｅｓ ｉ ｐ ｒ ｅ ｗ ｓ ａｕｅ ｗ ｌ ｇ ｈ ｄｊｎｔ ｎ ｅ ｔｂ ｏ ｔ ， ｔ ｕ ｔｅ ｍｅ ｒ ｂ ｏ ｒ ｖ ａ ｍｅ ｉ ｔ ｎ
光 强 分 布 测 试 仪 测 试 了 器 件 的 ＩＶ 曲 线 ， 用正 向 电压 法 测 量 了器 件 的 温 度 敏 感 系 数 ， 进 而通 过 测 —
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结温热阻测试方法(201103)
• 其中，显微拉曼光谱、光致荧光法与 电致荧光法因其测ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ精度较低件10℃， 因而较不常被使用：红外热像法和液 晶显示法测试时要求芯片上方无封装 材料，因此，在使用时会受到一定限 制。唯独电学法因具有测量方便且测 量精度远高于其它测量方法，因此成 为最常被广泛使用的测量方法。
电压法测量LED 结温的原理
图一
• Rja 在标准规范的条件下测量，可用于比较不同封装散热的情况。 • Rjb 是指在自然对流以及风洞环境下由芯片接面传到下方测试板部分 热传时所产生 的热阻，可用于由板温去预测结温。见图二
图二
• 大功率 LED 封装都带基板，绝大部分热从基板通过散热板散发，测 量 LED 热阻主要是指 LED 芯片到基板的热阻。与 Rjc 的情况更加接 近。
图三
• 为了减小电压测量带来的误差，<EIA/JESD51- 标准规定测量系 1> 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 。 – B、这个测试电流必须足够小，以免在测试过程中引起芯片温度变 化；但是太小时会引起电压测量不稳定，有些 LED 存在匝流体效 应会影响 Vf 测试的稳定性，所以要求测试 电流不小于 IV 曲线的 拐点位置的电流值。 – C、由于测试LED 结温是在工作条件下进行的，从工作电流（或 加热电流）降到测 试电流的过程必须足够快和稳定，Vf 测试的时 间也必须足够短，才能保证测试过程不会引 起结温下降。
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 。
led 胶面温度 结温
led 胶面温度结温LED胶面温度是指LED灯具表面的温度，而结温则是指LED芯片内部的温度。
LED胶面温度和结温都是LED工作温度的重要参数，对LED的工作状态和寿命有着重要影响。
首先，LED胶面温度是指LED灯具外部表面的温度，它受到环境温度、工作电流、散热设计等多种因素的影响。
LED胶面温度过高会影响LED的光衰，降低发光效率，甚至缩短LED的使用寿命。
因此，LED胶面温度的合理控制对于LED的性能和寿命至关重要。
其次，结温是指LED芯片内部的温度，它受到LED芯片自身的发热功率、散热设计以及外部环境的影响。
LED芯片的结温过高会导致晶体管温度升高，影响LED的电学特性，甚至缩短LED的使用寿命。
因此，LED芯片的结温也需要得到合理的控制和管理。
针对LED胶面温度和结温的问题，可以从以下几个方面进行全面回答：1. 影响因素，LED胶面温度和结温受到哪些因素的影响？比如环境温度、工作电流、散热设计、LED芯片功率等因素对LED温度的影响。
2. 控制方法，如何有效控制LED胶面温度和结温？可以从散热设计、工作电流控制、环境温度控制等方面进行探讨。
3. 重要性，为什么LED胶面温度和结温对LED的性能和寿命至关重要？可以从光衰、发光效率、电学特性、寿命等方面进行阐述。
4. 应用领域，LED胶面温度和结温的合理控制在哪些领域特别重要？比如LED照明、汽车照明、显示屏等领域对LED温度有着严格的要求。
综上所述，LED胶面温度和结温是LED工作温度的重要参数，对LED的性能和寿命有着重要影响。
合理控制LED胶面温度和结温对于保证LED的稳定工作和延长LED的使用寿命具有重要意义。
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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
K
V 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 ）/P
Tb 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：
r
j 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。
参考资料：陈挺 《GaN 基白光LED 的结温测量》 发光学报
4. 一种利用有限元法模拟LED 芯片结点温度的方法（用于LED 模块）(finite element analysis)
利用Ansys 软件中的热分析模块,来计算LED 光源模块中结点温度的方法，此方法要知道 如果已知散热片上一点的温度,芯片的温度可以表示成
W R T T H J H J *-+=
TJ 是LED 芯片结点的温度,也是待求量;TH 是散热片的温度,可以通过热电偶测量;R ΘJ-H 是从LED 芯片到散热片的热阻
此方法需先得到热阻R ΘJ-H ，因此相对会比较复杂。
参考文献：王劲 《一种利用有限元法模拟LED 芯片结点温度的方法》 材料结构及工艺
5大电流测功率型白光LED 的结温方法(Measurement of LED Junciton Temperature in Working Circuit)
利用的是正向电压法，通过用大电流（350mA ）与传统的小电流进行比较分析，由于可 以来选 取 系统的工作 电流为测试 电流 ，因此 ，只需要想办法 读取测试 L E D 两端的电压数据 ，不需要专门的测试 电源对 L E D 供电，也就不要改变原来系统 的连接关 系，因而使得测试过程大大简化
参考文献：张万路 《用大电流测功率型白光LED 的结温方法研究》照明工程学报。