LED熱阻的測量系統(tǒng)的相關分析
隨著 LED 超高亮度的出現(xiàn)及 LED 色彩的豐富,，LED 的應用也由zui初的指示擴展到交通,、大屏 幕顯示、汽車剎車燈,、轉向燈,、工程建筑裝飾燈、特種照明領域并正在向普通照明積極推進,。阻 礙這一發(fā)展的zui大敵害是 LED 的熱量管理,，因此從事熱阻、結溫,、熱參數(shù)匹配等問題的研究和改 進具有深遠的意義,。 如何降低大功率 LED 的熱阻、結溫,，使 PN 結產生的熱量能盡快的散發(fā)出去,，不僅可提高產 品的發(fā)光效率，提高產品的飽和電流,，同時也提高了產品的可靠性和壽命,。據(jù)有關資料分析，大 約 70％的故障來自 LED 的溫度過高,，并且在負載為額定功率的一半的情況下溫度每升高 20 C 故 障就上升一倍,。為了降低產品的熱阻，首先封裝材料的選擇顯得尤為重要,，包括晶片,、金線，硅 膠,、熱沉,、粘結膠等,各材料的熱阻要低即要求導熱性能好；其次結構設計要合理,，各材料間的 導熱性能和膨脹系數(shù)要連續(xù)匹配,。 避免導熱通道中產生散熱瓶頸或因封裝物質的膨脹或收縮產生 的形變應力，使歐姆接觸,、固晶界面的位移增大,，造成 LED 開路和突然失效。 目前測量半導體器件工作溫度及熱阻的主要方法有：紅外微象儀法,，電壓參數(shù)法,，還有光譜 法，光熱阻掃描法及光功率法,。其中電壓法測量 LED 熱阻zui常用,。
熱的產生,、 LED 熱的產生、傳導和疏散與傳統(tǒng)光源一樣,，半導體發(fā)光二極管（LED）在工作期間也會產生熱量,，其多少取決于整體 的發(fā)光效率。在外加電能量作用下,，電子和空穴的輻射復合發(fā)生電致發(fā)光,，在 P-N 結附近輻射出 來的光還需經(jīng)過晶片（chip）本身的半導體介質和封裝介質才能抵達外界（空氣）。綜合電流注 入效率,、輻射發(fā)光量子效率,、晶片外部光取出效率等，zui終大概只有 30-40％的輸入電能轉化為光能,，其余 60-70％的能量主要以非輻射復合發(fā)生的點陣振動的形式轉化熱能,。而晶片溫度的升 高，則會增強非輻射復合,，進一步消弱發(fā)光效率,。 大功率 LED 一般都有超過 1W 的電輸入功率，其產生的熱量相當可觀,，解決散熱問題乃當務 之急,。通常來說，大功率 LED 照明光源需要解決的散熱問題涉及以下幾個環(huán)節(jié)： 1. 晶片 PN 結到外延層 ,； 2. 外延層到封裝基板 ,； 3. 封裝基板到外部冷卻裝置再到空氣。 這三個環(huán)節(jié)構成大功率 LED 光源熱傳導的主要通道,， 熱傳導通道上任何薄弱環(huán)節(jié)都會使熱導 設計毀于一旦,。熱的傳播方式可分為三種：（1）傳導——熱量是通過逐個原子傳遞的，所以不 能采用高熱阻的界面材料,；（2）對流——熱量通過流轉的介質（空氣,、水）擴散和對流，從散 熱器傳遞到周圍環(huán)境中去,，故不要限制或阻止對流,；（3 ）輻射——熱量依靠電磁波經(jīng)過液體、 氣體或真空傳遞,。 對大功率 LED 照明光源而言傳導方式起zui主要的作用,， 為了取得好的導熱效果， 三個導熱環(huán)節(jié)應采用熱導系數(shù)高的材料,，并盡量提高對流散熱。
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