LED热阻测试
LED热阻的定义与测量技术
LED热阻的定义与测量技术zxm内容标题导览：｜介绍｜封装热传标准与定义｜热阻测量方法介绍｜结论｜热阻值用于评估LED的散热效能，是热传设计中一个相当重要的参数，对于LED产品和组件的设计有很大的帮助。
近年来由于大功率LED应用于照明行业的期望驱使，人们在努力提高LED光效率的同时，花费了巨大的注意去克服散热问题因而热管理（thermal management）相关技术的发展也越来越重要【1】。
LED及其组件热管理技术中最常用也是重要的评量参考是热阻（thermal resistance），其中最重要的参数是由芯片接面到固定位置（如热沉基板等）的热阻，其定义如下：热阻值一般常用θ或是R表示，其中Tj为接面位置的温度（结温），Tx为热传到某点（参考点）位置的温度，P为输入的发热功率。
热阻大表示热不容易传递，因此组件所产生的温度就比较高，由热阻可以判断及预测LED和组件的发热状况。
LED和组件设计时，为了预测及分析组件的温度，需要使用热阻值的资料，因而组件设计者则除了需提供良好散热设计产品，更需提供可靠的热阻资料供系统设计之用【2】。
此处LED及其组件热测量方法和标准参照JEDEC JC15.1 会议订定之已发表标准。
具体如下：Standard PublishedStandard Proposed(In committee work group)Standard Suggested图一 JEDEC JC15.1 会议订定之已发表标准、提出之标准及建议之标准SEMI的标准中定义了两种热阻值，即Θja及Θjc，其中：R ja是测量在自然对流或强制对流条件下从芯片接面到大气中的热传，如图二（a）所示。
（由于测量是在标准规范的条件下去做，因此对于不同的基板设计以及环境条件就会有不同的结果，此值可用于比较封装散热的容易与否，用于定性的比较）R jc是指热由芯片接面传到IC封装外壳的热阻，如图二（b），在测量时需接触一等温面。
LED热阻
匈牙利 MicRed 公司 T3ster, TeraLED 热阻测试系统通过国家计量认证；已为深圳中电淼浩、明达光电、福州鸿博等相关单位做了多批测试。
T3Ster 是 MicReD 研发制造的先进的热测试仪，用于测试 IC、LED、散热器、热管等电子器件 的热特性。
T3Ster 运用先进的 JEDEC 静态试验方法 （JESD51-1） 通过改变电子器件的的输入功率， ， 使得器件产生温度变化，在变化过程中，T3Ster 测试出芯片的瞬态温度响应曲线，仅在几分钟之 内即可分析得到关于该电子器件的全面的热特性。
T3ster 的基本配置包括测试主机(包括数控单元、功率驱动单元和 1-8 个测试通道)以及安装于 Windows 平台的测量控制和结果分析软件。
仪器配备有不同的接口(USB 或 LPT 接口)联接到个人 电脑上。
除此之外，客户还可以选配各种不同的附件以加强其功能。
T3ster 适用于测试不同的电子设备，如： .分离或集成的双极型晶体管、MOS 晶体管、常见的三极管、LED 封装和半导体闸流管等； .任何复杂的 IC 器件(利用其内置的基板二极管)； .具有单独加热器和温度传感器的热测试芯片。
MicRed T3ster+TERALED 系统参数： ．符合 JEDEC 标准。
．多通道测量。
．温度控制装置（15 ℃--100℃） ．可进行 K 系数的校正，温度控制精度为 0.01ºC。
．可测量加热和冷却曲线。
．可测稳态热阻。
．可同时测量不同温度下的光（光强、光通 量、色） 、热参数。
．可测量出扣出光功率后器件的实际热耗 PH。
FLOMERICS 公司简介：FLOMERICS 公司创立于 1988 年，是一家在伦敦股票交 易所上市的上市公司， 全球第一个开发专门针对电子散热领域 的 CFD(Computational Fluid Dynamics，计算流体力学)仿真软 件-FLOTHERM 软件。
功率型LED热阻测试仪的设计
I功率型LED热阻测试仪的设计摘要热阻测试仪已成为功率型LED不可或缺的检测设备之一，随着功率型LED在照明领域的应用和普及，对热阻测试仪的需求也不断增加，研制开发准确、高效、低成本的热阻测试仪势在必行。
LED的结温变化影响其光通量、颜色、主波长以及正向电压等光度、色度和电气参数。
因此，开展功率型LED热阻测试影响因素研究，对热阻进行准确快速的测试就显得十分必要，可对功率LED进行有效的热管理。
基于电学参数法原理，设计热阻测试仪方案，实现了热阻测试仪的整体功能和各个子功能的硬件搭建和控制软件编程，最终研制成功热阻测试仪。
最后对所做研究成果进行了总结并对今后测试仪的改进和完善提出了自己一些看法和意见。
关键词：功率型LED，热阻，电学参数法，热阻测试仪II Design of Power-type LED Thermal Resistance TesterABSTRACTThermal resistance testing system has been one of the equipments that power-type LED (PTLED) indispensable. With the development and popularization of PTLED in solid state lighting application, the demand for thermal resistance tester is increasing. The change of LED junction temperature affects the luminous flux, color, forward voltage, dominant wavelength, brightness, etc. Therefore, quick and accurate measurement of PTLED thermal resistance and other thermal properties has becoming necessary for LED packaging and heat sink design.Based on the electrical test method, I design the project of thermal resistance tester, which can achieve the whole function and the sub-function of a single thermal resistance tester. Then build the hardware and the control program software, make out a monolithic thermal resistance tester. Finally I concluded the achievements I have done and expressed my opinion and vision on the improvement and modification of resistance tester in the future.KEY WORDS: power-type LED, thermal resistance, electrical test method, thermal resistance testerIII目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1 课题研究背景与意义 (1)1.2 LED光源的发展和趋势 (1)1.2.1 LED光源的发展状况 (1)1.2.2 LED光源的发展趋势 (2)1.3 概述 (2)2 功率型LED热参数与其测试技术 (3)2.1 LED发光原理 (3)2.2 功率型LED的结温和热阻 (3)2.2.1 功率型LED的结温 (4)2.2.2 功率型LED的热阻和测量方法 (6)2.3 测试原理的选择 (7)2.3.1 电学参数法的测试原理 (7)2.3.2 设计中各个参数的选取 (8)2.4 本文研究的主要内容 (9)3 功率型LED热阻测试仪的开发 (10)3.1 设计中硬件的选择和功能介绍 (10)3.1.1 单片机STC89C52 (10)3.1.2 ADC0809转换器 (12)3.1.3 LM324运算放大器 (13)3.2 热阻测试仪的设计思路 (13)3.3 热阻测试仪各个子功能介绍 (14)3.3.1 恒流源 (14)3.3.2 信号放大模块 (14)3.3.3 A/D转换器 (15)3.3.4 单片机 (15)3.3.5 数码显示管 (16)3.4 热阻测试仪的硬件搭建 (16)3.5 热阻测试仪的软件编程 (17)3.6 热阻测试仪的工作流程 (19)IV4 实验结果及分析 (20)4.1 实验结果 (20)4.2 误差分析 (21)4.3 实验小结 (22)5 毕业设计的讨论与总结 (23)5.1 系统的改进 (23)5.1.1 减小环境温度所产生的误差 (23)5.1.2 减小器件间热传导所产生的误差 (23)5.1.3 增加对K值校准的模块 (23)5.2 影响LED器件热阻值的探讨 (23)5.3 总结 (24)致谢 (25)参考文献 (26)附录 (27)功率型LED热阻测试仪的设计 11 绪论1962年由GaAsP材料制作而成红色发光二极管(1ight emitting diode, LED) 问世。
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。
LED热学参数测试研究
成 ♣要的求热一阻个。无穷大热沉和 PT T P T JC
J H
PfiJnCaPlTHJ
PTPifinnailTtPiianitlial
PH
H
PH
芯片耗散功率
管壳顶面相接触。
TPinitial TPfinal
热平衡初始管壳温度 ♣ 可以用内部嵌有热电
偶 ♣ 记的录大热块沉无的氧温铜度替变代化。， 热平衡最终管壳温度 JCPTHJ
ΔTi =K·ΔVF TJ=TJi+ ΔTi
这里TJi是测量开始前LED结温 的初始温度。
LED结温测量的电流电压波形
I M 选择至关重要。除取典 型值0.1,
tMD:measurement delay time tSW:sample window time
LED热学模型
LED PN结内产生的热量从芯片开始沿着下述热学通道传输： PN结(junction)—反射腔(slug)—印刷板(board)—环境(ambient)
JS 为芯片和芯片粘结剂到反射腔之间形成的热阻
JS
SB 为反射腔，环氧树脂到印刷板间的热阻。
BA 为印刷板和接触环境空气的热沉之间组合 的热阻
热阻基本概念
所谓热阻就是器件对散热所产生的阻力 热阻定义为热流通道上的温度差与通道上耗
散功率之比
LED热学设计的目的在于预言LED芯片的 结温，所谓结温是指LED芯片PN结的温度。
Thermal Resistance稳态热阻& Thermal Impedance瞬态热阻
结－管壳热阻
♣ LED结到管壳之间形
LED热学参数测试研究
光谱实验室
引言
LED器件的热学性能会直接影响到 器件发光效率、强度、光谱特性、可靠性 和使用寿命。 LED主要以热阻表征其本身 的热学特性。热阻是衡量超高亮和功率型 LED器件及阵列组件热工控制设计是否合 理的最关键的因素。
大功率LED热阻的测量
大功率LED热阻的测量1. 原理半导体材料的电导率具有热敏性，改变温度可以显著改变半导体中的载流子的数量。
禁带宽度通常随温度的升高而降低，且在室温以上随温度的变化具有良好的线性关系，可以认为半导体器件的正向压降与结温是线性变化关系：ΔVf=kΔT j（K：正向压降随温度变化的系数）则从公式（1）及其推导可知，大功率LED的热阻（结点到环境）为：Rthja＝ΔVf /（K*Pd ）式中，Pd＝热消散速率，目前约有60％～70％的电能转化为热能，可取Pd＝0.65*If*Vf计算。
只要监测LED正向压降Vf的改变，便可以求得K值并算出热阻。
2. 测量系统热阻测试系统如图4，要求测试中采用的恒温箱控温精度为±1℃，电压精度1mv。
图中R1是分流电阻，R2用来调整流过LED的电流大小，通过电阻R1、R2和恒流源自身的输出调节，可以精确控制流过LED的电流大小，保证整个测试过程中流过LED的电流值恒定。
3. 测试过程（1）测量温度系数K：a. 将LED置于温度为Ta的恒温箱中足够时间至热平衡,此时Tj1= Ta ；b. 用低电流（可以忽略其产生的热量对LED的影响，如I f’ = 10mA）快速点测LED的Vf1；c. 将LED置于温度为Ta’(Ta’>Ta)的恒温箱中足够时间至热平衡，Tj2=Ta’；d. 重复步骤2，测得Vf2；e. 计算K：K＝(Vf2-Vf1)/(Tj2-Tj1)＝(Vf2-Vf1)/( Ta’- Ta)（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Ta的恒温箱中，给LED输入额定If使其产生自加热；b. 维持恒定If足够时间至LED工作热平衡，此时Vf达至稳定，记录If ,Vf；c. 测量LED热沉温度（取其最高点）Ts；d. 切断输入电功率的电源，立即（〈10ms）进行（1）之b步骤，测量Vf3。
（3）数据处理：△Vf＝Vf3－Vf1，取Pd＝0.65*If*Vf计算：Rthja＝△Vf/（K*Pd）Rthsa＝（Ts－Ta）/Pd＝（Ts－Ta）/（0.65*IF*Vf）Rthjs＝Rthja－Rthsa。
准确测量大功率LED热阻的新方法
收稿日期:2008-05-15. 基金项目:北京市科委重大项目;国家“863”计划项目.光电器件准确测量大功率L ED 热阻的新方法周长波1,钱可元1,罗 毅1,2(清华大学1.深圳研究生院半导体照明实验室,广东深圳518055;2.电子工程系集成光电子学国家重点实验室,北京100084)摘 要: 准确测量大功率L ED 的热阻,关键是准确地确定L ED 的结温增量。
首先利用正向电压法获得L ED 的结温;通过测量L ED 的降温曲线,计算获得L ED 稳定工作时底座的温度,从而得到L ED 的结温相对底座温度的增量。
然后,再与注入电功率相除,即可得到准确的热阻。
与常规方法相比,避免了直接测量L ED 底座温度中界面热阻的影响,使得测量L ED 的热阻更加准确、方便。
该方法还可以用于测量贴片封装L ED 等常规方法难以测量的L ED 以及用于分析大功率L ED 二次封装时引入的热阻,为评价大功率L ED 的封装质量提供了一种有效的评测手段。
关键词: 热阻;结温;大功率L ED ;发光二极管中图分类号:TN312.8 文献标识码:A 文章编号:1001-5868(2009)01-0043-04Thermal R esistance Evalu ation of High Pow er L EDZHOU Chang 2bo 1,Q IAN Ke 2yuan 1,L UO Y i 1,2(1.Semiconductor Lighting Lab.,G radu ate School at Shenzhen ,Shenzhen 518055,CHN;2.State K ey Lab.on Integrated Optoelectronics ,Tsinghu a U niversity ,B eijing 100084,CHN )Abstract : A novel met hod for t hermal resistance evaluation of high power L ED is propo sed.The junction temperat ure of L ED chip is obtained by forward voltage met hod.The temperat ure of solder point of L ED lamp is obtained t hrough curve fitting of t he dropping temperat ure after shutting.The difference of t he two represent s t he t hermal resistance of t he L ED.The p ropo sed met hod avoids measuring t he temperat ure of t he solder point of t he L ED lamp ,which is inevitable in common ways.The error int roduced by contact t hermal resistance is eliminated.The proposed met hod is more convenient ,accurate and consistent.The proposed met hod is capable to evaluate t he t hermal resistance of surface mount L EDs (SM T 2L EDs )which are difficult to test for common met hods.Moreover ,t he met hod is capable to test t he t hermal resistance int roduced by second time packaging.K ey w ords : t hermal resistance ;junction temperat ure ;high 2power L ED ;light emitting diode0 引言目前,大功率白光L ED 发光效率已经超过100lm/W ,大大领先于传统照明光源。
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。
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注意点： A、 点“开始测量”前必须保证此时LED结温和环境温 度一致，如果IV测试刚结束，或刚对LED通过电，需要 等几分钟后再开始测量。 B、 热沉主机的电源开关一般在参数设置完成点 “开始 测试”后打开，一保证热沉温度和环境温度一致。 C、测量结果务必保存。
LED热阻测试方法
四、标准热沉条件热阻测量 确定电压温度系数K测量结果已经保存后，点“退出测试”退出测量 界面。 点 “稳态结温热阻测量”，在跳出的对话框提示中点“是”，进入测 量界面。
进入测量界面后，先将“测量条件” 中的“控温温度”设为25度，点 “设定”。由于测量系数K时温度 升高，需要几分钟时间将“当前温 度”降到25度。“当前温度”降到 25度后，稳定数分钟即可开始测量 标准热沉条件热阻。
LED热阻测试方法
一般情况下“测量条件”设置如下：
其中 ： “加热电流”：设为LED的工作电流（如350mA） “K系数”：有K1、K2、K3、K4和自定义五种选项；在连续测量情况下，可选K1、K2、K3、K4其中之一；采用“自定义” 选项时，“脉冲宽度” 、“测试电流” 和“K”的取值必须和实际测量的设置一致。 “通电时间”：以使结温可以达到平衡为准，热沉条件下一般1分钟可以保证结温达到平衡。 “结温上限”：指结温到达该温度时，仪器会自动关闭工作电流，以保护被测量LED的安全。 “测量条件”设置完成后，点“设定”，测量条件设置完成。点击开始测试即可。
LED热阻测试方法
一．
焊接引线、热沉条件测试安装，被测量LED需要先将两极以焊线引出， 以保证测量过程稳定可靠。正确安装到热沉上的位置如下图所示：
LED和热沉需要良好接触，压圈应该适当压紧但不能太用力，以免损 坏LED
LED热阻测试方法
二、LED电特性预测量（VT测量、IV测量）开机后操作流程：A、做 “系统设置”；B、做“VT测试”；C、做“IV测试”开机的测量界 面：
谢谢！！
LED热阻测试方法
A、“系统设置” 设置电参数测量条件，界面如图。
有关参数设定原则如下： 电压档位： 高于被测量LED工作电流时的VF，但要尽量选低。（如 VF低于5V时，电压档位选8V）。 电流档位： LED工作电流小于500mA时选“1—500mA”档；LED工 作电流大于500mA时选“5—3000mA”档。 电热转换率：应该等于（电功率—光功率）/电功率；一般光效LED 建议设为85%。 延时补偿：一般设为0—2。 设置完成后点击“确定”退出。
LED热阻测试方法
C、IV测试：主要测试LED是否有闸流体现象，一般从1mA到工作电流范 围，间隔1mA即可。测量界面如下
一般设置：“电流档位”1—500mA；“最小电流”1mA；“最大电 流”50mA；“电流间隔”1mA。 设置完成后点“设定”；点“开始测试”即可。测试结果可以保存到 数据库。
LED热阻测试方法
三、电压温度系数K的测量 进入测量界面后，设定测试电流，有四个测试电流，可以测试相应 的四个电压温度系数K，大功率LED一般设5mA和10mA个两个，可 以比较和观察重复性。测量界面如下：
一般情况下，其他参数设置： 脉冲宽度：100μs 参考温度：T1 控制温度：T1 测点数量：2 温度上限：80 稳定时间：20 参数设置完成后点“设定”；点“开始测试”。 程序进入自动测试状态，打开热沉主机的电源开 关，当前“温度显示”开始升温。可以将“数据 显示”调为“温度变化曲线”；界面左下角显示 程序状态。等到测量结束后，输入光源型号和编 号，保存测量结果。
LED热阻测试方法
B、VT测试：测试的目的是为了确定测试结温合适的测试电流。界面如下
从1—10（mA）分别设定“测量条件”中的“高电平”和“低电平”的值， 测量电压波动幅度，如果波动在1mV到1.5mV范围内，均可以作为“测试 电流”。一般情况下，大功率LED建议选5mA、10mA。但如果10mA时电 压波动范围仍然较大，就需要继续加大电流测试，到合适为止。 单次测量过程：设置“高电平”和“低电平”值，点“设置”；点“开 始测量”，即可。