DC-LED結(jié)溫檢測(cè)技術(shù)與AC-LED瞬態(tài)結(jié)溫特性研究.pdf

1、近年來，半導(dǎo)體照明技術(shù)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(shù)迅速發(fā)展，并以其多方面的優(yōu)勢(shì)成為當(dāng)前LED發(fā)展的一個(gè)亮點(diǎn)。但在技術(shù)飛速發(fā)展的同時(shí)，LED在許多方面也面臨著瓶頸，尤其是LED的熱學(xué)管理問題。對(duì)于DC-LED而言，隨著功率不斷增大，其結(jié)溫不斷上升，嚴(yán)重制約LED的性能。如何精確測(cè)量結(jié)溫就成為LED熱學(xué)管理中至關(guān)重要的問題。對(duì)于AC-LED而言，由于其芯片結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)方式

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

3、的意義和重要性。
　　二、提出了DC-LED漏電流結(jié)溫測(cè)試法。所有針對(duì)LED封裝結(jié)構(gòu)的散熱優(yōu)化設(shè)計(jì)目的均是降低LED在工作時(shí)的結(jié)溫。然而如何在LED正常工作狀態(tài)下準(zhǔn)確測(cè)量結(jié)溫是比較困難的。
　　本部分首先從肖克萊方程入手，詳細(xì)推導(dǎo)出漏電流和結(jié)溫之間關(guān)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(jié)溫三者之間的關(guān)系。通過建立一個(gè)二元方程，將結(jié)溫，漏電流和電流溫度敏感系數(shù)嚴(yán)格對(duì)應(yīng)起來。進(jìn)而根據(jù)該模型，提出了一種測(cè)試結(jié)溫的新方

4、法。采用該種方法僅需要測(cè)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(jì)算得到結(jié)溫。隨后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(xué)法測(cè)試了若干LED的結(jié)溫，將測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)兩種方法的結(jié)果具有很好的一致性。最后，詳細(xì)比對(duì)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(gè)數(shù)量級(jí)，因此采用漏電流結(jié)溫測(cè)試法能夠獲得更高的測(cè)量信噪比。
　　漏電流結(jié)溫測(cè)試法的優(yōu)點(diǎn)主要有:1.排除了

5、傳統(tǒng)電學(xué)測(cè)試法定標(biāo)過程中自發(fā)熱效應(yīng)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(cè)量信噪比;3.相比于光譜法。不需要主觀選擇測(cè)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(xì)闡述了AC-LED的發(fā)光機(jī)理和芯片電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等，最后引入AC-LED的熱問題，指出AC-LED結(jié)溫變化分布的特殊性，闡述了其研究必要性。
　　四、對(duì)AC-LED芯片結(jié)溫分布不均勻性開展詳細(xì)研究。AC-

6、LED的結(jié)溫表征和測(cè)試成為當(dāng)今研究的一個(gè)難點(diǎn)，由于AC-LED的芯片制程方式和驅(qū)動(dòng)環(huán)境均與DC-LED不同，因此傳統(tǒng)的結(jié)溫概念和測(cè)試方法對(duì)AC-LED來說均不適用?；诖吮尘埃静糠种饕_展了以下工作:
　　1.對(duì)AC-LED器件封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)分析，在此基礎(chǔ)上利用FloEFD軟件構(gòu)建出等效熱學(xué)模型。
　　2.基于上述模型進(jìn)行了110V,1Hz交流信號(hào)驅(qū)動(dòng)下的熱學(xué)仿真，并采用熱像儀拍攝實(shí)際芯片表面溫度，將仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

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

8、功率和頻率變化對(duì)結(jié)溫分布不均勻性的影響。發(fā)現(xiàn)在峰值時(shí)刻結(jié)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(shí)刻，結(jié)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(diǎn)主要在于:1.采用熱仿真和熱像儀實(shí)驗(yàn)兩者結(jié)合的方法驗(yàn)證了AC-LED等效熱學(xué)模型的正確性;2.首次研究分析了AC-LED芯片內(nèi)部結(jié)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(duì)AC-LED芯片設(shè)計(jì)和制造廠商有一定的指導(dǎo)意義。