DC-LED結溫檢測技術與AC-LED瞬態(tài)結溫特性研究.pdf

1、近年來，半導體照明技術飛速發(fā)展。一方面，傳統(tǒng)DC-LED的功率不斷增大，發(fā)光效能也不斷提高;另一方面，新型AC-LED技術迅速發(fā)展，并以其多方面的優(yōu)勢成為當前LED發(fā)展的一個亮點。但在技術飛速發(fā)展的同時，LED在許多方面也面臨著瓶頸，尤其是LED的熱學管理問題。對于DC-LED而言，隨著功率不斷增大，其結溫不斷上升，嚴重制約LED的性能。如何精確測量結溫就成為LED熱學管理中至關重要的問題。對于AC-LED而言，由于其芯片結構和驅動方式

2、與DC-LED相比有很大不同，因此傳統(tǒng)的結溫概念和測試方法對AC-LED均不適用。本文針對以上兩方面，提出了一種適用于DC-LED的新型結溫檢測技術，并且利用有限體積法建立了AC-LED的熱學模型，對其瞬態(tài)結溫的分布和變化進行了詳細的研究，具體包括以下內容:
　　一、簡要介紹了LED的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和面臨的瓶頸。闡述了結溫、熱阻等的定義，引出本文所要研究的兩大方向:DC-LED結溫檢測技術和AC-LED瞬態(tài)結溫特性。論述了研究內容

3、的意義和重要性。
　　二、提出了DC-LED漏電流結溫測試法。所有針對LED封裝結構的散熱優(yōu)化設計目的均是降低LED在工作時的結溫。然而如何在LED正常工作狀態(tài)下準確測量結溫是比較困難的。
　　本部分首先從肖克萊方程入手，詳細推導出漏電流和結溫之間關系的理論模型。它是基于漏電流溫度敏感系數(shù)，漏電流和結溫三者之間的關系。通過建立一個二元方程，將結溫，漏電流和電流溫度敏感系數(shù)嚴格對應起來。進而根據(jù)該模型，提出了一種測試結溫的新方

4、法。采用該種方法僅需要測量不同熱沉溫度下以及反向工作狀態(tài)下的漏電流，就可計算得到結溫。隨后通過實驗驗證了上述理論模型的正確性，并分別采用漏電流法和傳統(tǒng)電學法測試了若干LED的結溫，將測試結果進行對比分析，發(fā)現(xiàn)兩種方法的結果具有很好的一致性。最后，詳細比對分析了漏電流和正向電壓的溫度靈敏性。發(fā)現(xiàn)漏電流的溫度靈敏性比正向電壓大了一個數(shù)量級，因此采用漏電流結溫測試法能夠獲得更高的測量信噪比。
　　漏電流結溫測試法的優(yōu)點主要有:1.排除了

5、傳統(tǒng)電學測試法定標過程中自發(fā)熱效應所帶來的系統(tǒng)誤差;2.漏電流比正向電壓具有更高的溫度靈敏性，可以獲得更高的測量信噪比;3.相比于光譜法。不需要主觀選擇測試波段，減少了人為誤差的因素。
　　三、介紹AC-LED的發(fā)展背景，詳細闡述了AC-LED的發(fā)光機理和芯片電路拓撲結構等，最后引入AC-LED的熱問題，指出AC-LED結溫變化分布的特殊性，闡述了其研究必要性。
　　四、對AC-LED芯片結溫分布不均勻性開展詳細研究。AC-

6、LED的結溫表征和測試成為當今研究的一個難點，由于AC-LED的芯片制程方式和驅動環(huán)境均與DC-LED不同，因此傳統(tǒng)的結溫概念和測試方法對AC-LED來說均不適用?；诖吮尘埃静糠种饕_展了以下工作:
　　1.對AC-LED器件封裝結構進行了詳細分析，在此基礎上利用FloEFD軟件構建出等效熱學模型。
　　2.基于上述模型進行了110V,1Hz交流信號驅動下的熱學仿真，并采用熱像儀拍攝實際芯片表面溫度，將仿真結果和實驗數(shù)據(jù)

7、進行對比，發(fā)現(xiàn)兩者非常接近，從而驗證了熱模型的正確性。
　　3.對正常工作條件下AC-LED瞬態(tài)結溫特性開展模擬，重點分析了峰谷值時刻結溫分布的不均勻性。首先發(fā)現(xiàn)在峰值時刻結溫分布情況與預想情況不同，經過分析確定原因是不同微芯片的面積不相同，導致熱流密集程度不同。隨后詳細分析了峰谷值時刻結溫分布不均勻性，發(fā)現(xiàn)在峰值時刻結溫分布很不均勻，熱會從發(fā)光微芯片傳遞到不發(fā)光微芯片中，而在谷值時刻結溫分布則較為均勻。
　　4.模擬分析了

8、功率和頻率變化對結溫分布不均勻性的影響。發(fā)現(xiàn)在峰值時刻結溫分布不均勻性隨功率增大而增加，隨頻率增大而減小;而在谷值時刻，結溫分布不均勻性則基本不隨功率、頻率變化而改變。
　　上述研究的創(chuàng)新點主要在于:1.采用熱仿真和熱像儀實驗兩者結合的方法驗證了AC-LED等效熱學模型的正確性;2.首次研究分析了AC-LED芯片內部結溫分布的不均勻性以及其隨功率和頻率變化的情況。研究成果對AC-LED芯片設計和制造廠商有一定的指導意義。