自然对流(静止空气) 热参数测量腔
自然对流(静止空气)热测量腔
♣ 在标准化静止空气(对流)环境测量芯片/管壳( JA) 组合和管壳/热沉( JHS)组合的热阻օ
♣ 腔内尺寸为1 ft3,它与外部环境热隔离。通过前 面门可进入腔内部，提起插销后可打开门,插销放 置在腔外面。当完全闩栓住的时候，装在门上密 封材料被些微地压紧确保外部气流不进入腔内。 为测定腔内环境温度,把一个热电偶安装在后腔壁 上的塑料管内。它通常装备一个T型热电偶和超小 型联接器。
热阻测试波形
校准测量数据的冷却曲线
JX
K I
VF H VH
K a K b
被测器件撤除加热电流的 瞬间，结温立即下降，但 是电压测K 量 a和 K读数需要一 定时间,因此 b 所获得的测 量数据有误差。通常要作 出被测器件的冷却曲线从 而对测量数据进行修正。
JX
K VF IH VH
•A finned heat sink can fit more exposed surface area in a given foot print than a flat heat sink.
热沉问题(特性)
Flat Heat Sink 0.09" (2.3 mm) Thick
结温评价实例
功率LED LA E67B, IF=50mA,Tj<125C,焊点温度=环境温 度=TS=70 C;UF=2.1V,器件数据表给 出热阻=130 C/W.求结温=?
(2) LED产品的颜色会随结温升高而向长波方向漂移,可
根据应用所允许的颜色漂移范围来设置最大结温。
(3)为保证LED产品工作可靠性,设置最大结温。
参数
最大结温(ºC)
参数
最大结温(ºC)
LED结温
120
铝芯PCB LED
105
无光学LED
-40--105 有光学LED
-40--75
LED热学参数应用问题
LED结温和寿命
LED寿命: LED (发光)强度(功率)衰退到一半初始(发光)强度(功 率)的时间.
P=P0 exp(-βt) ……. (1) β=β0IFexp (-Ea/kTj). (2) Tj=θth IFVF+Ta ..…… (3)
利用公式(1)可以通过试验得到寿命试验数据,从而得到相同 条件的器件的期望寿命.例如,用DC50mA试验得到300小时 数据,进而可推算300小时后的期望寿命.
时间常数不同，因此选择合适加热脉冲宽度十分重要。
Agilent 热测试系统
加热曲线
热流:结 芯片 封装底面 壳 产生的热=散去的热 平衡
JC
环境
加热曲线: 器件在不同环境 条件,施加确定 的加热功率PH时, 热阻和加热时间 的关系曲线.
JC
JA
JMA
JMA
JC
加热曲线用途
曲线的光滑度显示数据联贯性和可信度。 清楚显示热稳态状况,获得最短稳态时间。 曲线显示管壳封装的热性能,采用最优化
TCS-100 Temperature Calibration System
♣ The TCS-100 is designed to simplify the gathering of data for K Factor calibration of diodes.
♣ The system contains a precision current source for supplying IM, a voltmeter for measuring VM, and a Type-T thermocouple measurement for monitoring the environment temperature.
LED热学参数测试研究
浙江大学光电系 鲍超
引言
LED器件的热学性能会直接影响到器件发光 效率、强度、光谱特性、工作稳定性和使 用寿命。因此对LED器件的热学参数进行 分析研究，采用标准化的方法进行测量， 满足检测中心和企业需要;同时为满足仲裁 测试、数据报告等组建公共测试平台, 开发 商业化的测量设备，这些都是半导体照明 工程中的一项关键性工作。
MTTF和结温
结束语
以上主要讨论了稳态热阻测试的标准方法及有 关问题。
三种不同概念的热阻对产品生产和检验都有用。 讨论了结温和LED寿命,平均无故障时间关系。 对于各种LED器件而言,精确测量瞬态热阻抗值
和如何估算半导体结的最大温升,需要做许多研 究,才能制定瞬态热阻抗测试标准。 水平有限,错误和不当之处,请批评指正.
解: Tj= 130 C/W ·50mA·2.1V+70 C =83.7 C Tj<max Tj< 125C
热像分析
5x Magnification of an Infrared Image of a biased AH101 at a case temperature near 85° C
数据PH,tH检验封装工艺。 显示不同环境条件的加热曲线有助于估计
器件在其它环境下的热性能。 组合曲线可用于精确估计在不同环境条件
到达热稳定的时间。
LED热学参数应用问题
A.设置结温极限
设置合适的结温极限是热学设计的重点。
(1) 结温愈低,LED产品的发光效率愈好,可根据应用所
需要的光输出确定最大结温。
流动空气环境热阻 JMA
♣固定在标准的热试验板上的芯片/管 壳组合在流动空气环境形成的热阻。
♣管壳顶上加热沉。 ♣可应用于测量计算在空气速度已知
的强迫对流环境的结温。
WT-100
Wind Tunnel
♣测量流动空气(强迫对流)环境
芯片/管壳组合( JMA)和管
壳/热沉组合的热阻。 ♣空气从底部抽进从顶部排出。
JA
JS
SB
BA
JS
为芯片和芯片粘结剂到反射腔之间形成的热阻。
SB
为反射腔，环氧树脂到印刷板间的热阻。
BA
为印刷板和接触环境空气的热沉之间组合的热阻 JS
结温计算:
TJ TA Pd JA
多元LED热阻
多元LED产品的热阻可
以采用并联热阻的模型
来确定. 1
1
1
Total _ Array _ RJ B LED(1) _ RJ B
由公式(1)(2)(3)可得到相同LED在不同条件的寿命数据 .
MTTF和结温
平均无故障时间: MTTF = A* e(Ea/kT) A = 3.71 x 10-12 (hrs) (Pre-exponential Factor) Ea = 1.5 (eV) (Activation Energy for WJ GaAs devices) (激活能) k = 8.617 x 10-5 (eV/ºC) (Boltzmann’s Constant)
LED(N ) _ RJ B
R R R
J B
J S
SB
1 Total _ Array _ RJ B
1
1 Total _
LED(1) _ RJ B
LED(N ) _ RJ B
Array _ R J B
LED_ Emitter _ RJ B N
1
1
1
Total _ Array _ RJ B
LED (1) _ R Total _ Array _ RJB J B
热阻测量
♣按照所施加的耗散功率和选择合适的加热时 间，就可以按下述公式计算被测器件的热阻。
θJX
TJ PH
K VF IH VH
♣测量LED热阻时，分为稳态热阻和瞬态热阻，稳态热
阻确定了整个器件的热性能。测量瞬态热阻时采用加
热脉冲宽度大于芯片而小于基板的热时间常数。加热
脉冲宽度通常在1－几百ms。由于不同封装LED的热
♣ A 36-pin rear-panel mounted connector provides full Kelvin connection for up to 16 devices. Each device under test is selected by front-panel push button.
正向电压VH
♣开关置1,快速加电流IM,测量正向
♣ 电ΔV压F=V│Ff。VFi-- VFf│
ΔTi =K·ΔVF
TJ=TJi+ ΔTi
这里TJi是测量开始前LED结温
的初始温度。
LED结温测量的电流电压波形
IM 选择至关重要。除取典 型值0.1,1.0,5.0,10.0毫 安外，可取伏安特性的 击穿点。
B.评价环境温度数据 使用产品标准或代表性测试数据来确定 最差环境温度TA
C.确定允许的耗散功率 例:已知LED热阻=120 ºC/W,TA=70 ºC. 计算最大耗散功率. 解:PD=(125 ºC-70 ºC)/ 120 ºC/W=0.71W.
热沉问题(结构)
热沉问题(面积)
•The term exposed surface area is the sum total of all surfaces of the heat sink exposed to convection. The "footprint area“ quantifies the projected area of the heat sink as shown in following diagram.
♣测试时，器件放入 1立方英尺容器。
♣仅对自然对流冷却 环境估算结温有用。
T T T JA
JA
PJTHJ
TAfiAnaflinaTlAinitial PH
Ainitial
P P H
JA
H
TAinitial
TAfinal