LED结温热阻测试方法(201103)

LED结温及热阻的测量LED的PN结结温是影响LED光通量和寿命的主要因素，本文用电压法对直插LED，食人鱼LED和大功率LED的结温和热阻进行了实验研究。

在测量LED结温的同时，研究它的光谱变化，色光LED峰值波长的偏移与其结温存在线性关系，白光LED的总能量和蓝光能量比率（W/B）的变化与结温也存在线性的关系。

因此，采用非接触式可间接测取LED的结温。

关键词:发光二极管、结温、热阻、峰值波长、能量比引言发光二极管（LED）由于其亮度高、功耗低、寿命长、可靠性高、易驱动、节能、环保等特点，已被广泛应用于交通、广告和仪器仪表的显示中，现已在特殊照明中获得应用[1][2]，并将成为普通照明中的主要光源[3]。

目前世界上生产和使用LED呈现急速上升的趋势，但是LED存在发热现象，随着LED的工作时间和工作电流的增加，其发光强度和光通量会下降，寿命降低，对白光还会导致激发效率的下降[4]，这主要是由于LED结温升高导致的。

2002年Hongetal.[5]研究结果表明，AlGaInP红色LED的峰值波长的偏移与结温的变化存在线性关系。

对于白光LED，随着结温的增加，LED发出黄光和蓝光的强度以不同的速率下降,白光LED的总能量和蓝光能量比率（W/B）与结温存在关系。

本文首先对LED的结温进行研究，由此可得到LED的热阻。

然后在测量结温的同时，测量LED光谱变化，可以得出LED的PN结结温与色光LED峰值波长或白光LED的白色/蓝色能量比（W/B）之间存在一定的关系。

因此可以采用非接触式方法来进行结温的测量。

测量原理LED的结温是影响发光二极管各项性能指标的一个重要因素，测量LED结温的方法可用通过测量在不同环境温度下LED的正向电压的大小来得到[6]。

实验原理如图1所示，被测LED置于积分球内，积分球放在恒温箱的中间，积分球内的光经石英光纤导入SSP3112快速光谱分析仪，可以快速测取LED的峰值波长或W/B比率。

LED结温测算⽅法⽬录第⼀章电压法测量结温第⼀节电压法测算结温的理论依据第⼆节K系数的测量1. 测量K系数的原理2. 关于K系数的说明3. 测试电流⼤⼩对K系数的影响4. K系数测量⽅法5. 数据处理6. 关于器件⼚商提供K值的建议7. K系数测量误差问题第三节利⽤K系数测算结温第⼆章热阻法测算结温第⼀节热阻法测算结温的基本原理第⼆节热阻法测结温的问题1. 为什么要⽤热阻法测结温2. 热阻参考点的选择3. 器件传热状况的影响4. 温度的影响5. 热阻法测结温参考点的正确选择第三章其它测结温⽅法简介前⾔关于 PN 结温度的测量，以往在半导体器件应⽤端测算结温的⼤多是采⽤热阻法，但这种⽅法对LED 器件是有局限性的，并且以往很多情况下被错误地应⽤。

应⽤热阻法的错误之处，以及其局限性，本⼈已在⽂献【1】中有详细阐述。

本⼈认为应该摒弃热阻法。

现在出现了不少新的测结温的⽅法，但其中⼀些⽅法也许并不能很好地反映结温。

⽐如红外成像法，理论上讲这只是测量器件表⾯或芯⽚表⾯的温度，不可能测量到实际 PN 结处的温度。

光谱法则只是个别专业测试机构能够进⾏，仪器昂贵，不适于器件使⽤者⽇常⼯作。

实际上，⽆论从专业测量，还是业余测量，最简便易⾏、最准确的、最基础的，还是电压法测算结温。

热阻法其实是在电压法基础上衍⽣⽽来的。

由于现在测量显⽰精度达 1mV 的仪表很便宜，器件使⽤者完全没有必要采⽤热阻法来测算结温。

本⽂主要是介绍电压法测算结温。

也介绍了热阻法测算结温，并提出热阻法存在的问题。

最后简单介绍了⼀些其它测结温的⽅法。

本⽂介绍的电压法测算结温的⽅法，是从⼀般⼯程应⽤的⾓度来讲。

主要是为⼀般的器件⼚商和器件使⽤者提供⾃⼰测试的⽅法。

因此所述的⽅法中，使⽤的⼀些仪器不能与专业的仪器设备⽐较，但精度和准确性不⽤担⼼。

这⽅⾯只要你懂得了物理原理就明⽩了。

关键还是看具体的操作者对测试机构的设计和仪表的选择，以及操作中的精⼼程度。

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测试要求：1，灯具或光源的整个测试过程应处于室温为25±5℃下点灯； 2，温度测试过程中，不得出现熔胶、着火等异常现象；
3，温度测试、功率测试数据均应该是灯具或光源点灯达到稳定状态下的值。

结果计算：LED 结点温度计算方法：
环境结点总环境结点→⨯+=R P T T
T 环境：指环境温度.
P 总：指LED 的总功率.
R 结点 环境：指从LED 封装衬底材料到LED 灯壳的所有热阻之和。

环境负极负极结点环境结点→→→+=R R R
负极板板结点负极结点→→→+=PCB PCB R R R
总环境负极环境负极）（P /T T R -=→
其中：
负极结点→R 表示从结点到负极的热阻系数，其值可以由LED 供应商提供，LED LED V I P ⨯=总，LED I 、LED V 都可以在功率测试中测得或计算得出，负极T 和环境T 分别表示负极温度和环境温度，其值可以在温度测试中得到，将这些参数代入上述公式中逆推就可以计算出LED 的结点温度结点T 。

LED模块的结温及热阻测量韩冰发光二极管（LED）由于其亮度高、功耗低、寿命长、可靠性高、易驱动、节能、环保等特点，已被广泛应用于交通、广告和仪器仪表的显示中，现已在特殊照明中获得应用，并将成为普通照明中的主要光源。

目前世界上生产和使用LED 呈现急速上升的趋势，但是LED 存在发热现象，随着LED的工作时间和工作电流的增加，其发光强度和光通量会下降，寿命降低，对白光还会导致激发效率的下降，这主要是由于LED结温升高导致的。

热是从温度高处向温度低处散热。

LED主要的散热路径是：LED芯片→基座→铝基板→散热板→环境空气。

若LED的结温为T J，散热板底部的温度为T c（这里我只讨论LED从芯片到散热板底部之间的热阻关系），所以可以把热阻关系公式写成：RJC =（TJ－TC）/（PD-PI） 热阻的单位是℃/W。

公式里的P I代表输出的光功率，用LED模块的总功率减掉光输出的部分功率，剩余部分就是发热功率，这样计算可以更准确的反映基板、散热板材料本身的热阻特性。

可以这样理解：热阻越小，其导热性能越好，即散热性能越好。

LED热阻的测量是跟LED的结温测量紧密相关的，如果无法准确测量LED的结温，也就没办法真正准确测量到LED的热阻。

首先我介绍一下，第一个也是最关键的步骤---结温的测量，因为LED光源与其他传统光源差别很大，LED结温的高低直接影响了LED的特性，所以准确测量LED的结温很重要。

但是在测量LED结温的时候不能破坏它模块的结构，只能通过间接方法测量。

现在国际上公认能够准确得到LED结温的方法就是利用LED的结温与它的PN结压降有直接线性关系，利用这一线性关系曲线，通过直接测量LED的压降从而间接的得到LED的结温。

图1图1是我公司自己研制的一套测量LED结温与压降相关曲线的设备。

我们利用硅油不导电且导热性能优良的特点，在油缸中装入硅油，把被测的LED模块用四端法接入电路后浸没在硅油内。

城市道路照明灯具中LED结温的意义和测量方法城市道路照明灯具中LED结温的意义和测量方法摘要：城市道路照明中不可缺少LED灯具，具有运行可靠、高效节电、等诸多优点。

本文介绍了测量半导体LED灯具的结温意义和测量方法，供大家参考。

关键词：LED 结温测量中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号：一、前言由于LED半导体照明灯具具有光效高、寿命长、不含重金属等突出优点，是继白炽灯、高压汞灯、高压钠灯、金卤灯之后新一代大功率照明产品，因此在城市道路照明系统中，LED路灯应用越来广泛。

作为LED路灯的关键光源-LED的质量就成为重要的研究对象，其中LED结温是影响发光效率、使用寿命的重要参数之一。

LED的基本结构是一个半导体的P-N结。

实验指出，当电流流过LED器件时，P-N结的温度将上升，严格意义上说，就把P-N结区的温度视之为结温。

通常由于器件芯片均具有很小的尺寸，因此我们也可把LED芯片的温度视之为结盟。

在LED工作时，可存在以下四种情况促使结温不同程度的上升：器件不良的电极结构，窗口层衬底或结区的材料以及导电银胶等均存在一定的电阻值，当电流流过P-N结时，同时也会流过这些电阻，从而产生焦耳热，引致芯片温度或结温的升高。

由于P-N结不可能极端完美，器件的注入效率不会达到100%，而以发热的形式消耗掉了。

由于LED芯片材料与周围介质相比，具有大得多的折射系数，致使芯片内部产生的极大部分光子（>90%）无法顺利地溢出界面，而在芯片与介质面产生全反射，返回芯片内部并通过多次内部反射最终被芯片材料或衬底吸收，并以晶格振动的形式变成热，促使结温升高。

LED器件的热散失能力是决定结温高低的又一个关键条件。

散热能力强时，结温下降，反之，散热能力差时结温将上升。

二、意义（一）结温对LED光输出的影响实验指出，LED的光输出均明显依赖于器件的结晶。

当LED的结温升高时，器件的输出光强度将逐渐减小，而结温下降时，光输出强度将增大。

led灯珠结温测试方法英文回答：LED Die Temperature Measurement Methods.Determining the junction temperature (Tj) of an LED die is crucial for ensuring optimal performance and reliability. Accurate Tj measurement enables the assessment of thermal management effectiveness and the prediction of LED lifespan. Several methods are commonly used to measure LED die temperature:1. Forward Voltage (Vf) Method.The forward voltage (Vf) of an LED decreases linearly with increasing temperature. By measuring the Vf at a known temperature and then at the operating temperature, the temperature difference can be calculated using thefollowing equation:ΔTj = (ΔVf / αVf) (1 + αTj)。

where:ΔTj is the temperature difference.ΔVf is the difference in forward voltage.αVf is the temperature coefficient of forward voltage.αTj is the temperature coefficient of Vf at the reference temperature.This method is simple and non-invasive but requires accurate knowledge of αVf and αTj.2. Light Output Power (LOP) Method.The light output power (LOP) of an LED decreases exponentially with increasing temperature. By measuring the LOP at a known temperature and then at the operating temperature, the temperature difference can be calculated:ΔTj = (1 / β) ln(LOP1 / LOP2)。

LED灯具结温测试系统的使用方法张新光近年来，随着LED照明技术的不断发展，LED在普通照明中的应用也越来越广泛。

采用LED光源的灯具与采用普通光源的灯具有着不同之处，对与普通光源灯具应用已经成熟，在灯具标准中，也有明确的考核要求，但对于LED光源灯具标准中却缺乏结温、热阻等影响性能指标的测量和限制的相关要求。

众所周知，当LED光源应用在普通灯具中时，其工作状态时的结温直接关系到LED寿命和光效，因此，大功率 LED 及其灯具的结温测试,对于LED 的生产和应用都有十分重要的意义。

（LED 的结温，本文是指LED应用在灯具中的结温，即LED灯具在正常工作状态下 LED 的PN结的温度。

）LED结温的高、低将直接影响到其灯具寿命的长短及其性能优越的评价。

因此，我们公司研制出能标定各类LED照明灯具内的LED Vf-Tj的对应曲线的检测装置——LED灯具结温测试系统（见图1），并建立了一套完善的照明灯具内LED实际工作结温和热阻的测试方法，可以用来指导LED灯具生产企业可靠地标出LED热沉上参考点的温度限值。

本文我们将就LED灯具结温测试系统的使用方法进行简单介绍。

图1 LED灯具结温测试系统首先，是测试前的准备工作。

1、先将LED灯具中认为最有代表性的一颗LED切出来，使其与灯具线路断开，然后选择LED结温测试系统的其中一组（共四组）焊接到LED两端，我们采用了四线法测试的方法，有效地避免了回路线形电阻及开关触点等对测试结果的影响，提高了测试结果的精确度。

见图2。

2、在该LED的热沉处（离LED最贴近处的散热片），粘一个热电偶，见图2，热电偶与LED结温测试系统对应相连。

图2四线法接线3、使灯具在25℃±2℃的环境下放置足够长时间，使灯具的温度、LED结温、热电偶温度尽可能的一致。

第二，标定。

即Vf-Tj曲线测试。

1、把已经准备好的LED灯具，放入可编程控制的恒温加热箱内，LED灯具结温测试系统会自动将给定好的温度，经过阶梯式方式对箱体内的LED灯具进行加热。

LED结温(Tj)温度测量概述摘要:本文介绍了一种LED结温(Tj)温度测量的一些基础知识和一种简单的测量方法。

通过该方法测量得到的数据,对汽车灯具中LED散热设计有一定的参考作用。

关键词:LED(结温) LED的热电阻LED的工作功率因LED具有寿命长、耐候性能好等优点,近年来在汽车照明领域中得到了广泛的应用。

虽然LED具有很多优点,但是其作为光电器件,在工作过程中却只有约15%～25的电能可以转换成光能,其余的电能基本都会被转化成热能。

因此,如果采用LED作为光源运用于车灯照明中时,LED的结温(Tj)测量就成为了散热设计的关键点。

1 LED结温(Tj)的含义:LED的结温(Tj)简单来讲,就是LED本身的温升极限,英文含义为:Temperature Junction。

LED的基本结构是一个半导体的PN结,由于LED的芯片均具有很小的尺寸。

因此一般把LED芯片的温度视之为结温。

LED的结温高低直接影响到其发光效率,器件寿命,可靠性,发射波长等,保持LED结温在允许的范围内,是LED能否发挥出应有机能的关键一环。

2 影响LED结温(Tj)上升的主要因素:2.1 发光效率是导致LED结温升高的主要原因以目前的LED生产水平,虽然通过采用先进的生产材料和器件加工工艺,已经尽可能的将LED绝大多数的输入电能转化成了光辐射能；但是由于LED的芯片材质往往会比周围的介质相比具有大得多的折射系数,致使芯片内部产生的大部分光子无法顺利的溢出,而在芯片与介质面产生全反射,返回芯片内部并通过多次内部反射最终被芯片材料或衬底吸收,并以晶格振动的形式变成热,导致结温升高。

2.2 器件不良的电极结构也是造成结温升高的原因之一结温区域的材料、导电银胶等均存在着一定的电阻值,这些电阻相互叠加,构成了LED器件的串联电阻。

当电流通过PN结时,同时也会流经这些产生电阻的区域,从而产生热,导致芯片的温度或结温上升。

2.3 LED的散热能力是决定结温工地的另一个关键因素由于环氧树脂是一种低导热材料,因此,PN结产生的热量很难通过透明的环氧树脂向上散发到环境中去。

如何正确测量LED灯结温？用LED灯条做成的普泡形灯泡，不需加透镜既能实现360度全角度的光源，使人有回归传统白炽灯的感觉。

LED灯条灯具有多项应用优势，在市场上刮起了一股不小的旋风，正快速地被用户所接受。

蕾雨斯认为LED灯条灯把传统钨丝球泡灯制造技术与LED新兴技术相结合，使用玻璃泡充气技术，把LED灯条密闭在玻璃球泡内，并在内填充混合气体，使其起到散热作用，以达到降低LED结温，减少光衰，延长寿命的目的。

工作状态下LED 灯条的结温是影响各项性能指标的主要因素，也是严重影响LED光衰和使用寿命的关键因素，这些参数对普通照明而言都是极其重要的照明质量评价指标，这已经在照明业界达成共识。

把LED灯条密闭在充有混合气体的玻璃球泡内，仅有正负极两根导丝引出密封玻壳外与驱动电源相连，用什么方法测试LED灯条灯结温?测量常用有管脚测温法、红外成像法、电压法等。

显然管脚法因为无法把热电偶粘接到密闭的玻璃球泡内LED灯条上而不能测温;红外成像法因无法透过玻璃外壳探测到LED非标工程灯具表面的温度也不能使用;而电压法则可以解决测试的难题。

测试原理：电压法，先对样品LED灯条做K线定标，获取温度T与灯条Vf值的对应关系;然后使用自带驱动器点亮被测样品灯为加热源，点亮灯泡后，实时连续测得结温相对时间的变化，在计算机界面上用连续曲线绘制，同时绘制粘接在玻壳上一热电偶的参考点温度和环境温度曲线。

从上图中我们看到灯泡点亮后(第一时段)灯泡内LED结温逐步升高，到达平稳时温度读数为122℃。

继续试验，此时人为地破坏封泡口，把壳内混合气体放掉，内部回到大气压，图中可以看到结温曲线开始上升(第二时段)，逐渐达到新的稳定平台，这时结温达到160℃，结温显然过高。

从上图中可以看到，在整个实验过程中环境温度基本在26℃上下，而玻壳表面参考点温度在两种试验状态下基本保持在40℃左右。

从这个实验中可以看到以下几方面的现象：1.在环境温度为26℃时，正常点亮后的结温为122℃，当环境温度上升到40℃甚至更高时，结温就可能高达140℃以上，这样的结温是高还是低?对光衰、寿命有什么样的影响?我们认为这可能取决于以下几方面，既LED灯条所设计的产品允许结温;光衰、寿命试验(即寿试)所取得的数据。