解析LED熱阻結(jié)構(gòu)測(cè)量與分析技術(shù)進(jìn)展

LED產(chǎn)品的熱性能對(duì)于LED產(chǎn)品的光色電性能和可靠性、使用壽命影響很大，因此其熱管理設(shè)計(jì)和測(cè)量十分重要。與傳統(tǒng)的測(cè)量整個(gè)器件的熱性能不同，對(duì)熱阻結(jié)構(gòu)的分析和測(cè)量能夠得到器件內(nèi)部的熱阻分布情況，從而更為全面地評(píng)價(jià)LED產(chǎn)品的熱性能，并可準(zhǔn)確找出熱管理中的薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)產(chǎn)品的二次設(shè)計(jì)發(fā)揮重要指導(dǎo)作用。本文詳述了熱阻結(jié)構(gòu)測(cè)量的原理和最新技術(shù)進(jìn)展，并采用我國(guó)自主研發(fā)的熱阻測(cè)量設(shè)備對(duì)實(shí)際樣本進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)分析，得到了良好的分析結(jié)果。 　　1. 概述： 　　LED固體光源具有效率高、壽命長(zhǎng)，應(yīng)用靈活、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于照明領(lǐng)域。然而LED所消耗的電能中，多數(shù)轉(zhuǎn)化成了熱能，使芯片溫度明顯升高，而溫度對(duì)LED性能具有重要的影響，包括色溫改變、效率下降、降低壽命和可靠性等。因此，提高LED熱管理性能成為大功率LED結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中亟需解決的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。 　　常用的LED熱管理分析技術(shù)包括使用熱設(shè)計(jì)軟件仿真和使用熱阻分析設(shè)備進(jìn)行測(cè)量。前者通常用于LED的熱管理設(shè)計(jì)；而后者著重于對(duì)實(shí)際樣品的熱阻測(cè)量和分析，以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的實(shí)際效果和產(chǎn)品質(zhì)量，并改進(jìn)制造工藝或指導(dǎo)二次設(shè)計(jì)。 　　2. 熱阻基本原理 　　LED的散熱通過(guò)三種方式進(jìn)行：熱傳導(dǎo)，對(duì)流，熱輻射。在LED內(nèi)部，熱傳導(dǎo)是主要的散熱途徑，其熱傳導(dǎo)性能取決于介質(zhì)的熱阻抗。熱阻抗由熱阻和熱容共同決定。其中熱阻的定義為： 。式中ΔT為溫差，Rth為熱阻，P為熱功率。 　　如圖1所示，將熱流與電流相對(duì)應(yīng)，電勢(shì)與溫度相對(duì)應(yīng)，則熱阻與電阻相對(duì)應(yīng)，熱容與電容相對(duì)應(yīng)。對(duì)于任意的導(dǎo)熱介質(zhì)元，可以簡(jiǎn)化為一個(gè)R-C并聯(lián)回路： R-C并聯(lián)回路模型 　　當(dāng)熱流經(jīng)過(guò)該介質(zhì)單元時(shí)，就會(huì)在兩端形成溫差。與電路類似，初始時(shí)熱量將在熱容中累積，兩端溫差逐漸增大，直至達(dá)到熱平衡，此時(shí)的熱阻通常所稱的“穩(wěn)態(tài)熱阻”。而在器件達(dá)到熱平衡之前，受熱容和熱阻共同影響，器件的結(jié)溫不斷變化，對(duì)應(yīng)熱阻也隨時(shí)間變化，該熱阻稱為“瞬態(tài)熱阻”。對(duì)瞬態(tài)熱阻的測(cè)量是熱阻結(jié)構(gòu)測(cè)量的基礎(chǔ)。