LED结温及热阻测试
LED测试方法及测试内容
LED测试方法及测试内容LED 测试方法及要求半导体发光二极管（led）是新型的发光体，电光效率高、体积小、寿命长、电压低、节能和环保，是下一代理想的照明器件。
LED光电测试是检验LED光电性能的重要而且唯一的手段，相应的测试结果是评价和反映当前我国LED产业发展水平的依据。
制定LED光电测试方法的标准是统一衡量LED产品光电性能的重要途径，是使测试结果真实反映我国LED产业发展水平的前提。
本文结合最新的LED测试方法的国家标准，介绍了LED的光电性能测试的几个主要方面。
一、引言半导体发光二极管（LED）已经被广泛应用于指示灯、信号灯、仪表显示、背光源、车载光源等场合，尤其是白光LED技术的发展，LED在照明领域的应用也越来越广泛。
但是过去对于LED的测试没有较全面的国家标准和行业标准，在生产实践中只能以相对参数为依据，不同的厂家、用户、研究机构对此争议很大，导致国内LED产业的发展受到严重影响。
因此，半导体发光二极管测试方法国家标准应运而生。
二、LED测试方法基于LED各个应用领域的实际需求，LED的测试需要包含多方面的内容，包括：电特性、光特性、开关特性、颜色特性、热学特性、可靠性等。
1、电特性LED是一个由半导体无机材料构成的单极性PN结二极管，它是半导体PN结二极管中的一种，其电压-电流之间的关系称为伏安特性。
由图1可知，LED电特性参数包括正向电流、正向电压、反向电流和反向电压，LED必须在合适的电流电压驱动下才能正常工作。
通过LED电特性的测试可以获得LED的最大允许正向电压、正向电流及反向电压、电流，此外也可以测定LED的最佳工作电功率。
图1：LED伏安特性曲线LED电特性的测试一般利用相应的恒流恒压源供电下利用电压电流表进行测试。
2、光特性类似于其它光源，LED光特性的测试主要包括光通量和发光效率、辐射通量和辐射效率、光强和光强分布特性和光谱参数等。
（1）光通量和光效有两种方法可以用于光通量的测试，积分球法和变角光度计法。
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灯珠分光热测
led灯珠分光热测
LED（Light Emitting Diode）灯珠分光热测是一种对LED 灯珠进行光学和热学性能测试的方法。
通过这种测试，可以评估LED 灯珠在不同温度和电流下的发光效率、颜色稳定性和热管理能力。
分光测试主要关注LED 灯珠的光谱特性，包括光的波长、光谱分布和颜色坐标等参数。
这些测试可以使用分光光度计等设备进行，以确保LED 灯珠的光输出符合预期的要求。
热测则主要关注LED 灯珠的热管理能力。
在工作过程中，LED 会产生一定的热量，如果不能有效地散热，可能会导致灯珠寿命缩短、光输出降低或甚至损坏。
热测可以使用热成像仪等设备，测量LED 灯珠的温度分布、热阻和结温等参数，以评估其热管理性能。
通过分光热测，可以对LED 灯珠的光学和热学性能进行全面评估，确保其在实际应用中的可靠性和稳定性。
这对于LED 照明产品的设计、制造和质量控制都非常重要。
LED结温学习报告分析
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
热阻与结温问题
从计算的结果可以看到，同样的热源封装体，当与它连接的散热路径不同时，热源中心点到相同
测试点的热阻是不同的。三种结构的测试点温度和热阻交叉反算，得到的热源温度都与模拟计算结果 不符。比如，利用结构 1 算出 A 点的热阻是 34.5 W/℃，运用到结构 3，根据结构 3 的 A 点温度 91℃， 反算得到结构 3 的热源温度是 125.5℃。显然与结构 3 热源原本的温度 107.1℃不符。所以，对于类似 A 点或 B 点这样的温度测试点，得到的热阻值，只能应用到相同的结构。结构一旦改变，这些热阻值就 不再适用。
选择在热量主要流经的热沉底部。
所以，如果是像流明的这种 LED，如果用测试正极或负极温度，再用热阻值来计算结温，就是大 错特错了。
而如果是类似图 1 的贴片 LED，若厂商给出的热阻值是 Rth(J-H)，那么在正常使用时，就无法使用 H 点来测量温度。一般人会选择 S 点来测量温度。不过，这么做是错误的，利用 Rth(J-H)得到的结温自 然也就不可能正确。即使厂商给出的热阻值是结点到 S 点的，实际应用时也仍然会出现问题。后面会 谈到。
而运用公式（7），在实际应用方面有时比用公式（4）要方便一些。它不需要关心材料的细节问题， 只需测量宏观参数——温度、热功率就可以计算。将问题简化，对一般的应用容易实现测量。
但是，对绝大多数的实际情况，运用公式（7）也还是有困难的，甚至被错误应用。
下面举例做说明。
图 1 是 LED 封装结构的示意图。从 PN 结到其它各位置点 H、S 和 P 点的热阻都是不同的。即：
如果用公式（4）来计算热阻，涉及到材料的几何尺寸。对于结构简单、一维规则形状，还好处理。 对于不规则、三维的形状，计算就复杂了。现实情况中，热量的传递往往是三维的。这样，用公式（4） 来计算热阻就很复杂。需要采用有限元方法进行计算。计算量非常大。只能借助计算机来进行计算。 所以，公式（4）在物理上理解热阻的构成是方便的，但是定量计算通常却是不容易的。
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。
如何测量LED结温
如何测量LED结温结温看上去是一个温度测量问题，可是要测量的结温在LED的内部，总不能拿一个温度计或热电偶放进PN结来测量它的温度。
当然它的外壳温度还是可以用热电偶测量的，然后根据给出的热阻Rjc（结到外壳），可以推算出它的结温。
，但是在安装好散热器以后，问题就又变得复杂起来了。
因为通常LED是焊接到铝基板，而铝基板又安装到散热器上，假如只能测量散热器外壳的温度，那么要推算结温就必须知道很多热阻的值。
包括Rjc（结到外壳），Rcm（外壳到铝基板，其实其中还应当包括薄膜印制版的热阻），Rms（铝基板到散热器），Rsa（散热器到空气），其中只要有一个数据不准确就会影响测试的准确度。
图3给出了 LED到散热器各个热阻的示意图。
其中合并了很多热阻，使得其精确度更加受到限制。
也就是说，要从测得的散热器表面温度来推测结温的精确度就更差。
图3. LED到散热器各个热阻的示意图幸好有一个间接测量温度的方法，那就是测量电压。
那么结温和哪个电压有关呢？这个关系又是怎么样的呢？我们首先要从LED的伏安特性讲起。
4． LED伏安特性的温度系数我们知道LED是一个半导体二极管，它和所有二极管一样具有一个伏安特性，也和所有的半导体二极管一样，这个伏安特性有一个温度特性。
其特点就是当温度上升的时候，伏安特性左移。
图4中画出了LED的伏安特性的温度特性。
图4. LED伏安特性的温度特性假定对LED以Io恒流供电，在结温为T1时，电压为V1，而当结温升高为T2时，整个伏安特性左移，电流Io不变，电压变为V2。
这两个电压差被温度去除，就可以得到其温度系数，以mV/oC表示。
对于普通硅二极管，这个温度系数大约为-2mV/oC。
但是LED大多数不是用硅材料制成的，所以它的温度系数也要另外去测定。
幸好各家LED厂家的数据表中大多给出了它的温度系数。
例如对于Cree公司的XLamp7090XR-E大功率LED，其温度系数为-4mV/oC。
LED结温测试方法研究
致谢在即将完成两年半的硕士学业之际，在此首先要感谢导师牟同升老师对我的悉心指导。
在硕士论文期间的每一次进步，都凝聚着牟老师的心血帮助指导。
无论从学习、到工作，始终都得到导师的悉心指导和亲切关怀，使我受益颇多。
牟老师严谨的治学态度、高尚的师德、活跃的学术思想，牟老师一丝不苟的科研作风以及勇于创新的精神，都将成为我毕生学习的楷模。
在此，谨对导师两半年来的辛勤培养和无私的关怀表示由衷的敬意和深深的感谢。
在我硕士课程学习期间，我还得到了浙江大学信息工程学院光电系白剑、沈永行、何建军、李海峰、杨甬英、王晓萍、王秀萍等老师以及李莉、奚海燕、管信等同学还有浙大三色有限公司虞建栋、李俊凯等多位同事的无私帮助。
他们热情的指导、有益的启发，对我硕士期间学习有很大促进和帮助。
感谢两年半以来一直关心和帮助过我的学院各位领导、老师，还有其他的师兄师姐。
摘要发光二极管(LED)由于其节能效率高、寿命长、可靠性高等特点，十分符合当前低碳经济的要求，在许多领域特别是半导体照明领域中得到广泛应用。
然而LED器件的热特性检测和散热是一个突出的问题，如何保持LED的结温在允许范围内，使LED始终获得稳定的光输出和维持正常的器件寿命，一直是一个当前急待解决的课题。
本文在充分调研大功率LED的结温测量方法基础上，重点研究了LED结温K系数测量方法降低测量噪声的措施以及产生的效果；同时还重点研究了脉冲电流法，该方法通过给被测LED器件注入方波电流脉冲，脉冲的电流幅度与实际额定工作电流相等，分别测量该LED器件在不同温度下的正向电压，获得正向电压与温度的敏感度系数S。
因此，在实际应用中，只要直接测量LED在额定工作电流下的正向结电压，利用温度敏感系数就可得到此时LED的结温。
文章重点研究了方波电流的脉宽对结温测量精度的影响，通过对12μs、24μs、50μs、100μs、150μs几种脉冲的研究，得出要使脉冲电流对结温的测量影响小于1℃，脉冲宽度控制在几个到十几个μs数量级上。
LED的测试方法
LED的测试方法1、前言 半导体发光二极管（LED）已经被广泛应用于指示灯、信号灯、仪表显示、手机背光源、车载光源等场合，白光LED技术也不断地发展，LED在照明领域的应用越来越广泛。
过去，对于LED的测试没有较全面的国家标准和行业标准，在生产实践中只能以相对参数为依据，不同的厂家、用户、研究机构对此争议很大，导致国内LED产业的发展受到很大影响。
结合国内外关于LED测试方法的最新标准，基于LED各个应用领域的实际需求，笔者从电特性、光特性、开关特性、颜色特性、热学特性、可靠性等方面进行了介绍。
2、电特性测试方法 LED是一个由半导体无机材料构成的单极性PN结二极管，其电压与电流之间的关系称为伏安特性。
LED电特性参数包括正向电流、正向电压、反向电流和反向电压，LED必须在合适的电流电压驱动下才能正常工作（如图1所示）。
通过LED电特性的测试可以获得LED的最大允许正向电压、正向电流及反向电压、电流，此外也可以测定LED的最佳工作电功率。
LED电特性的测试一般在相应的恒流恒压源供电下，利用电压电流表进行测试。
3、光特性测试 类似于其它光源，LED光特性的测试主要包括光通量、发光效率、辐射通量、辐射效率、光强、光强分布特性和光谱参数等。
3.1光通量和光效 光通量的测试有两种方法，即积分球法和变角光度计法。
变角光度计法是测试光通量最精确的方法，但是由于其耗时较长，所以一般采用积分球法测试光通量。
现有的积分球法测LED光通量中有两种测试结构，一种是将被测LED放置在球心，另外一种是将其放在球壁 积分球法测LED光通量 由于采用积分球法测试光通量时，光源对光的自吸收会对测试结果造成影响。
因此，往往需要引入辅助灯法消除自吸收影响 在测得光通量之后，配合电参数测试仪可以测得LED的发光效率。
而辐射通量和辐射效率的测试方法类似于光通量和发光效率的测试。
3.2光强和光强分布特性 光强测试中的问题 点光源光强在空间各方向均匀分布，在不同距离处用不同接收孔径的探测器接收得到的测试结果不会改变。
LED热特性和寿命的检测技术
LED 热特性和寿命的检测技术
摘要：热学特性和寿命是LED 的两大重要性能，受到人们的高度重视，
且二者之间存在关联。
然而，对这两大性能参数的检测却具有挑战性。
本文
根据国内外相关标准的要求和最新研究，综合分析了LED 热特性参数和寿命
指标的检测要求和方法，同时介绍了国内外的先进检测设备及特点。
关键词：LED、热阻、结温、加速老炼、寿命
1 概述
近年来，LED 照明技术快速发展，在LED 的光效、色温、显色性等光色
指标备受关注的同时，LED 的热学特性和寿命也越来越受到人们的重视，特
别是热学特性，对LED 光色电的性能和寿命有着显着的影响。
然而，对热学
特性和寿命的检测具有挑战性。
LED 的热学特性主要包括LED 结温、热阻、瞬态变化曲线（加热曲线、
冷却曲线）等。
结温是指LED 的PN 结温度，热阻是指LED 散热通道上的
温度差与该通道上的耗散功率之比，用于表征LED 的散热能力，研究表明，LED 的热阻越低其散热性能越好，相应的LED 光效一般也越高，寿命越
长。
检测热学特性的关键在于对LED 结温的准确测量，现有的对LED 结温
的测试一般有两种方法：一种是采用红外测温法测得LED 芯片表面的温度并
视其为LED 的结温，但是准确度不够；另一种是通过温度敏感参数（temperature-sensitive parameter，简写为TSP）获取PN 结温，这是目前较普遍的LED 结温测试方法，其技术难点在于对测试设备要求较高。
LED 的寿命主要表现为它的光衰，通常把LED 光输出衰减到初始光输出。
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LED应用于除了节能外，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。
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.
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。
在测量瞬态和稳态条件的结温的基础上，可以根据下面公式算出LED相应的热阻值：
Rja=ㄓT/P=/P
其中Ta是系统内参考点的温度，Tj是结温，P是使芯片发热的功率对于LED可以认为就是
LED电功率减去发光功率。由于LED的封装方式不同，安装使用情况不同，对热阻的定义有
差别，测试时需要相应的和夹具配套。SEMI的标准中定义了两种热阻值，Rja和Rjb,其中：
Rja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导，情形如图一所示。
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。见图三
图三
几款测试仪器性能介绍
目前用于LED热性能测试的设备是参照EIA/JESD51标准的要求进行设计的。典型的设备有：
MicReD公司的T3Ster;AnaTech公司的Phase10ThermalAnalyzer;TEA公司的
differentTTSsystems等。由于LED热性测试的进口设备价格昂贵，使用复杂，目前国内只
有很少的单位配备了进口设备。目前国产设备和进口设备相比，综合技术指标方面有一定差
距，尤其是分析软件方面差距较大。但是由于LED芯片体积较大，测试要求和集成电路的测
试要求有很大不同，大部指标已经可以完全满足测试要求。在价格方面国产设备有很大竞争
优势，设计要求也以LED测试为主，使用方便，有利LED热性能测试的广泛使用。