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【干货】LED封装器件芯片结温测试浅述(上)

2016-12-06 00:05
孤身万里游
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  目前,LED正以其优异的电光转换效率及光效得到业界的充分认可。但大家都知道LED除了其本职功能——发光以外,还有一个不得忽视的重要问题,就是LED的发热。经过这十几年的发展,虽然现在LED的电光转换效率已经达到40%~60%,但还有很多能量是通过热的形式散发出来。尽管人们都一厢情愿地希望某光源能够直接把电能全部转变为光能辐射出来,想把多余的热量斩草除根,但是臣妾做不到啊。

  本文的主题便是让大家了解如何进行LED的热测试。

  首先从封装上来看,目前LED的发展模式与电子封装的发展一脉相承,其区别无非是把功能性的电子芯片换成了能发光的LED芯片,以及把不透光的封装塑料换成了硅胶或环氧树脂等透光材料。因此可以发现,承袭这封装套路的LED热传导路径也与大部分的贴片式电子元件相一致,可以简化地看成是从芯片到基板的一维散热路径。

图1 LED一维热传导路径

  LED的发热主要是来源于其芯片,目前认为其发热原因一是来自非辐射载子复合,二是来自载子复合产生光子并未能有效地发射出来。如果芯片只是固晶在支架上,上面没有透镜或荧光胶覆盖,这时候是可以通过红外热像仪来观察芯片表面温度的。一般这种情况可用红外拍摄得到的这个芯片表面温度。特别要注意,发光面的表面温度不能用热电偶来测量。虽然热电偶是非常方便的测温器,但对于一个既是发光又是发热的LED芯片,热电偶会因为吸收了光辐射而产生相当大的误差,越靠近发光面,热电偶测得的温度误差会越大。

图2 LED芯片红外拍摄图

  但我们的问题是,如果是已经封装好的芯片,我们要怎样测出芯片的结温呢?上面说的红外热像仪只能测物体表面(红外透过率强的材料除外)的温度,并不能拍摄到被透镜或荧光胶覆盖下的芯片结温。其实呢,LED因为其二极管的特殊性,其自身就可以做为一个表征温度的传感器。标准JESD51-1里面就有说到,二极管的端电压会随PN结的温度变化而变化,而且端电压与结温是非常接近线性的变化!既然是这样,那我们不就可以用电压来监测芯片内部PN结的温度了吗!事实上JESD51-1就是介绍这种可行而且是精确的方法。

图3 K系数测试实例

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