測試背景

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計是否合理的一個最關鍵的參數(shù)。

測量芯片熱阻的主要方法

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

然而電學法是間接測試方法，只能測量出單點的溫度,無法對LED整體溫度場分布加以測量評價,再加上其測量精度不夠,操作復雜等,難以在生產(chǎn)實踐中推廣。

測試樣品

測試儀器

顯微光分布測試系統(tǒng)配備有20um的微距鏡，可用于觀察芯片微米級別的紅外熱分布；通過軟件算法處理，圖像的分辨率改進至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，能模擬芯片實際工作溫度進行測試，提供的數(shù)據(jù)更為真實有效；通過軟件分區(qū)域校正發(fā)射率，可達到精準測溫度的目的。

顯微熱分布測試系統(tǒng)（GMATG G4）

熱瞬態(tài)測試儀(T3ster)

測試流程

1、未灌膠燈珠芯片熱分布測試

(1) 將燈珠在100℃控溫臺上加熱達到穩(wěn)定后，測得燈珠芯片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亮，調(diào)節(jié)控溫臺溫度，使燈珠基板底部溫度穩(wěn)定在50.0℃，此時燈珠負極引腳溫度為53.9℃，使用顯微熱分布測試系統(tǒng)測試燈珠芯片表面溫度，設置不同區(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、電學法測試灌膠封裝燈珠芯片結(jié)溫

根據(jù)該款燈珠實際使用時的參數(shù)，設置驅(qū)動電流為300mA，控制燈珠基板底部溫度為50.0℃，此時控溫槽溫度Tc為50.0℃，下表為該條件下所測得的結(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試

使用顯微熱分布測試系統(tǒng)在暗室中對燈珠封裝膠表面進行熱分布測試，測試結(jié)果如下：

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

(2)在300mA下將燈珠通電點亮，調(diào)節(jié)控溫臺溫度，使燈珠基板底部溫度穩(wěn)定在50.0℃，此時燈珠負極引腳溫度為58.2℃，使用顯微熱分布測試系統(tǒng)測試燈珠膠面溫度，設置不同區(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

測試結(jié)果如下

進行試驗時，嚴格遵循相關標準操作，確保每一個測試環(huán)節(jié)都精準無誤地符合標準要求。

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)時會出現(xiàn)自發(fā)熱現(xiàn)象，使得灌膠封裝燈珠的芯片結(jié)溫升高。紅外熱像法和電學法所測數(shù)據(jù)相對應，符合實際情況，說明該兩種芯片結(jié)溫測試方法準確性較高。

2.燈珠膠面溫度高于芯片結(jié)溫

膠面熱量主要來源于芯片發(fā)熱傳導，還有一部分是熒光粉在受到激發(fā)時產(chǎn)生的熱量。芯片產(chǎn)生的熱量可通過支架、基板等導熱性好的部件傳導出去，而硅膠是不良導熱體，熱量向空氣中傳導更加困難，使得芯片和熒光粉向上傳導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)溫會更高

當LED藍光照射到熒光粉上時，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，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，會提高燈珠結(jié)溫及膠面溫度。