LED的热学指标

LED的热学指标

1、 热阻R_{t h}

在LED点亮后达到热量传导稳态时，芯片表面每耗散1W的功率，芯片pn结点的温度与连接的支架或铝基板的温度之间的温差就称为热阻R_th，单位为℃/W。数值越低，表示芯片中的热量传导到支架或铝基板上就越快。这有利于降低芯片中的pn结的温度，从而延长LED的寿命。

影响热阻的因素

怎样才能降低LED的热阻呢？热阻的大小与以下因素有关：

·与LED芯片本身的结构与材料有关。

·与LED芯片粘结所用的材料的导热性能及粘结时的质量有关，是用导热性能很好的胶，还是用绝缘导热的胶，还是用金属直接连接。

·热沉是用什么材料制成的？是用导热很好的铜，还是铝，而且与铜、铝的散热面积大小也有直接的关系。

选用一定的材料与控制相关的技术细节，就可以降低LED的热阻，从而提高LED的寿命与工作效能。

确定热阻大小

怎么测出热阻呢？根据LED芯片pn结温度升高10℃，波长会漂移1~2nm，或当pn结温度升高10℃时，光强会下降1%，按照这种规律可测出pn结温度上升了多少度。

中国电子科技集团第十三研究所制造听NC2992型半导体器件可靠性分析仪，可用于测试热阻。这种仪器的工作原理是，利用半导体器件在恒定电流下LED的正向电压与温度具有很好的线性关系（测试布线图参见图1）。输入电压随温度的变化关系可近似为下列公式：

V_{T j}=V_{T o} +K(T_j-T_o) (1)

式中，V_{T j}、V_{T o}分别是T_j和T_o时的输入电压；K是热敏温度系数，它与芯片衬底材料、芯片结构、封装结构、发光波长等都有关系。热阻是沿热流通道上的温度差与通道上耗散的功率之比，对于LED来说，热阻一般是指从LED芯征pn结到热沉上的热阻，热阻计算公式可表示为

R_{t h} =( T_j-T_x)/P (2)

式中，T_j为施加大小为P的加热功率脉冲后测得的LED结温；T_x为热沉铝基板上的温度。

图1 正向电压法二极管热阻测试示意图

根据图1，对被测LED施加一定的加热功率脉冲（恒流I_H），被测LED的pn结发热。比较恒流脉冲施加前后，在恒流I_M偏置下所测的电压变化量。在测试前被测LED结温与热沉温度相同的前提下，由温度检测装置测得热沉温度，从而得到被测LED的初始结温。

由于在正向电流I_M下，pn结温升与其正向电压变化成线性关系，因此相关系数K为器件的热敏温度系数（mV/℃）。通过此热敏温度系数，在恒定的偏置电流I_M下，可将功率恒流脉冲施加前后的结电压变化量ΔV_F换算为相应的结温变化量。可将式（1）和式（2）改写为式（3）：

R_{t h} =ΔV_F/K·P （3）

如图1所示，首先转换开关置于“1”，则被测LED注入恒定电流I_M，测得其正向电压V_F1。然后开关切换到“2”，给被测LED注入恒定电流I_H，使其结温升高。在一定时间之后，开关再次切换至“1”，在I_M下测得LED的正向电压V_F2。最后就可以计算出热阻。

2、 LED的储存环境温度与工作温度

通常情况下，LED的储存环境温度应在-40℃~+100℃。所以在封装LED时，有时为了使封装胶快干或荧光粉快干，在温度150℃保存1~2小时。这对LED是否有影响，可以继续展开实验来证明。按作者做过的实验，上述方式会对LED产生一定的影响。

一般情况下，LED的工作温度是-30℃~+80℃，但工作温度与热阻有关系。总而言之，LED在工作时，最好将它的pn结温度保持在100℃以下。

3、 其他相关指标

防静电（ESD）指标

做好的LED器件要注意防静电。无论是在运输状态，还是在装配过程中，都可能出现静电带来的损坏，要特别注意防静电。一般LED做好后，双极开路防静电指标应在500V之内。

失效率λ

失效率λ是指一批LED器件在点亮后多长时间、有多少个出现“死灯”现象。这是衡量这批LED器件质量的关键指标。若工作10小时内无“死灯”现象出现，说明失效率较好，即失效率为0。

寿命

LED器件在正常工作条件下，半光衰时间越长，说明LED的寿命越长。按理论计算可达10万小时以上。但目前由于材料、制造技术等方面原因，市场上的LED器件寿命只能达到2~3万小时。随着技术的不断进步，LED器件的寿命会越来越长。但是如何快速测定半光衰时间，还有待于制造出通用的仪器进行测定。

目前有报道指出，只要测定LED器件点亮时波长的漂移和与器件连接的热沉的温度，就可算出LED器件的寿命，这还有待于实验的证实。但是，LED器件的寿命与使用时系统的散热条件、出光效率有直接关系。即使LED器件的寿命很长，如果用于灯具系统，但这个灯具设计的散热系统和出光系统不是很理想，则LED器件的寿命也不会长。

其他指标

LED是靠环氧树脂等胶封装起来的。由于时间和化学作用，会使封装胶的透光性变差。有时会使胶体变黄变浊，影响透光；有的会使胶玻化而破碎。这些都会使LED器件的性能发生变化，因此达不到原来的技术指标，从而影响其出光效率和使用寿命。