大功率LED结温与热阻测量研究

作     者：付强 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张军朝

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：大功率LED 结温 热阻 改进FCM法 改进暂态双界面法 

摘      要：发光二极管(Light Emitting Diode,LED)由于其体积小、能耗低、环保、高亮度、响应速度快和寿命长等优点被广泛应用于街道亮化照明、屏幕显示、矿井照明、户外景观照明工程等方面。在LED产品功率不断增大、产品尺寸不断缩小以及集成度不断提高的发展趋势下,大功率LED的热问题愈发严重,热量的积累会导致LED照度减小、色温偏移、峰值波长发生红移、光功率降低甚至导致器件失效等一系列后果。作为衡量大功率LED热性能的重要指标,结温与热阻的精确测量在大功率LED产品的散热优化设计、寿命预估以及可靠性分析中起到决定性作用。本论文以实现大功率LED产品的结温与热阻精确测量为目标,针对现阶段大功率LED结温与热阻现有测量方法存在的不足之处,分别研究了基于改进FCM法的结温测量法与基于改进暂态双界面法的结壳热阻测量法,并通过实验对新方法进行了验证。论文主要工作及结论如下:首先,描述了大功率LED结构特性及结温热阻测量理论。首先针对LED发光原理、内部结构、光电特性等做了简要介绍。针对大功率LED结温测量推导了正向电压法结温测量原理以及实验过程。对于热阻测量,分别推导了暂态双界面法结壳热阻测量原理、实验流程以及结构函数法结构热阻测量原理。通过上述理论分析为后续提出的结温与热阻测量方法提供理论基础。其次,针对正向电压法以及正向电流法的准确性会受到校准程序、待测产品老化及制造技术差异的影响这一问题,采用电压信号作为输入,并以相应输出电流的幅值作为温度敏感参数(Temperature Sensitive Parameter,TSP),在此基础上改进电流和结温的关系,使用相对电流与结温的关系进行程序校准,创新性的提出了新的结温测量模型,从而限制样品异质性与及产品制造技术差异的问题。根据所提出的新方法搭建了实验测量系统,实验选择十个LED样本进行测试,通过对比实验测得的结温误差,证明改进方法在测量精确度上优于传统方法。最后,针对传统暂态双界面法在测量芯片粘结层为低导热材料的LED时结壳热阻测量结果误差大以及瞬态热阻抗曲线分离点模糊问题,首先对暂态双界面法的两种不同的热界面材料进行改进,随后利用结构函数法对瞬态热阻曲线进一步分析与数值转换,研究了一种基于改进暂态双界面法的结壳热阻测量法。根据所研究的方法搭建了测量平台,利用实验结果证明改进后的结壳热阻测量误差较传统暂态双界面法测量误差显著降低,从而减小在测量芯片粘结层为低导热材料的大功率LED时的测量误差。