測(cè)試背景

熱阻是衡量超高亮度和功率型LED器件及陣列組件熱工控制設(shè)計(jì)是否合理的一個(gè)最關(guān)鍵的參數(shù)。

測(cè)量芯片熱阻的主要方法

電學(xué)參數(shù)法和紅外熱像法。其中電學(xué)法利用LED本身的熱敏感參數(shù)——電壓變化來(lái)反算出溫升，從而得到工作狀態(tài)下的結(jié)溫，是LED器件及應(yīng)用產(chǎn)品熱工參數(shù)測(cè)量中最常使用的方法。而紅外熱像法是紅外探測(cè)器通過(guò)光學(xué)成像物鏡接收被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量，并把能量分布反映到紅外探測(cè)器的光敏組件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱圖像與物體表面的熱分布場(chǎng)相對(duì)應(yīng)。

然而電學(xué)法是間接測(cè)試方法，只能測(cè)量出單點(diǎn)的溫度,無(wú)法對(duì)LED整體溫度場(chǎng)分布加以測(cè)量評(píng)價(jià),再加上其測(cè)量精度不夠,操作復(fù)雜等,難以在生產(chǎn)實(shí)踐中推廣。

測(cè)試樣品

測(cè)試儀器

顯微光分布測(cè)試系統(tǒng)配備有20um的微距鏡，可用于觀察芯片微米級(jí)別的紅外熱分布；通過(guò)軟件算法處理，圖像的分辨率改進(jìn)至5um，能看清芯片金道；該系統(tǒng)還配備有高低溫精密控溫平臺(tái)，能模擬芯片實(shí)際工作溫度進(jìn)行測(cè)試，提供的數(shù)據(jù)更為真實(shí)有效；通過(guò)軟件分區(qū)域校正發(fā)射率，可達(dá)到精準(zhǔn)測(cè)溫度的目的。

顯微熱分布測(cè)試系統(tǒng)（GMATG G4）

熱瞬態(tài)測(cè)試儀(T3ster)

測(cè)試流程

1、未灌膠燈珠芯片熱分布測(cè)試

(1) 將燈珠在100℃控溫臺(tái)上加熱達(dá)到穩(wěn)定后，測(cè)得燈珠芯片ITO層的發(fā)射率為0.77，芯片金道的發(fā)射率為0.67。

(2) 在300mA下將未灌膠燈珠通電點(diǎn)亮，調(diào)節(jié)控溫臺(tái)溫度，使燈珠基板底部溫度穩(wěn)定在50.0℃，此時(shí)燈珠負(fù)極引腳溫度為53.9℃，使用顯微熱分布測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試燈珠芯片表面溫度，設(shè)置不同區(qū)域的發(fā)射率，所得燈珠芯片表面溫度及熱分布數(shù)據(jù)如圖所示。芯片表面溫度約為62.4℃~66.1℃。

未灌膠燈珠芯片表面熱分布圖

2、電學(xué)法測(cè)試灌膠封裝燈珠芯片結(jié)溫

根據(jù)該款燈珠實(shí)際使用時(shí)的參數(shù)，設(shè)置驅(qū)動(dòng)電流為300mA，控制燈珠基板底部溫度為50.0℃，此時(shí)控溫槽溫度Tc為50.0℃，下表為該條件下所測(cè)得的結(jié)果：

(1)燈珠熱阻為燈珠芯片PN結(jié)到燈珠支架底面的熱阻之和。

(2)本次熱阻為扣除光功率的熱阻值，光功率為在環(huán)境溫度25℃下測(cè)得。

(3)樣品結(jié)溫Tj=Tc+ΔT，為69.81℃。

3、灌膠封裝燈珠膠面熱分布測(cè)試

使用顯微熱分布測(cè)試系統(tǒng)在暗室中對(duì)燈珠封裝膠表面進(jìn)行熱分布測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下：

(1)將燈珠在100℃控溫臺(tái)上加熱達(dá)到穩(wěn)定后，測(cè)得燈珠封裝膠表面的發(fā)射率為0.97。

(2)在300mA下將燈珠通電點(diǎn)亮，調(diào)節(jié)控溫臺(tái)溫度，使燈珠基板底部溫度穩(wěn)定在50.0℃，此時(shí)燈珠負(fù)極引腳溫度為58.2℃，使用顯微熱分布測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試燈珠膠面溫度，設(shè)置不同區(qū)域的發(fā)射率，所得燈珠膠面溫度及膠面熱分布數(shù)據(jù)如圖所示。燈珠膠面溫度約為77.8℃。

灌膠封裝燈珠膠面熱分布圖

測(cè)試結(jié)果如下

進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)操作，確保每一個(gè)測(cè)試環(huán)節(jié)都精準(zhǔn)無(wú)誤地符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.灌膠燈珠芯片結(jié)溫高于未灌膠燈珠芯片結(jié)溫

該燈珠封裝膠中配有熒光粉，熒光粉在被激發(fā)時(shí)會(huì)出現(xiàn)自發(fā)熱現(xiàn)象，使得灌膠封裝燈珠的芯片結(jié)溫升高。紅外熱像法和電學(xué)法所測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)，符合實(shí)際情況，說(shuō)明該兩種芯片結(jié)溫測(cè)試方法準(zhǔn)確性較高。

2.燈珠膠面溫度高于芯片結(jié)溫

膠面熱量主要來(lái)源于芯片發(fā)熱傳導(dǎo)，還有一部分是熒光粉在受到激發(fā)時(shí)產(chǎn)生的熱量。芯片產(chǎn)生的熱量可通過(guò)支架、基板等導(dǎo)熱性好的部件傳導(dǎo)出去，而硅膠是不良導(dǎo)熱體，熱量向空氣中傳導(dǎo)更加困難，使得芯片和熒光粉向上傳導(dǎo)的熱在硅膠表面聚集，出現(xiàn)膠面溫度大于結(jié)溫的情況。

3.灌膠配粉的燈珠膠面和芯片結(jié)溫會(huì)更高

當(dāng)LED藍(lán)光照射到熒光粉上時(shí)，一部分被反射、散射、透射，剩下的被吸收，而被吸收的這部分光中，一些作為發(fā)光躍遷，發(fā)射光子，一些作為晶格振動(dòng)，產(chǎn)生猝滅，從而使得熒光粉產(chǎn)生了熱量。熒光粉的自發(fā)熱現(xiàn)象，會(huì)提高燈珠結(jié)溫及膠面溫度。