非接触式LED结温测试系统设计探讨

摘要本文在对于LED结温测试相关理论分析基础上，进行非接触式LED的结温测试方法以及测试系统设计的研究分析，以促进LED在实际中的进一步推广应用和发展进步。

【关键词】LED 超大功率 结温测试 热学原理 测试系统

LED作为在实际中广泛应用实现的光电器件，具有体积小、响应速度快、使用寿命长、节能环保等优点，发展速度十分迅速。近年来，随着电子信息产业的发展，超大功率LED广泛的应用于全色动态大屏幕显示、半导体照明等领域，且发展前景广阔。但是，从超大功率LED的具体应用看，由于LED电流在增大的同时，发热量也随之升高，导致LED结温随之上升，严重影响LED的发光效率，这也是超大功率LED在设计中存在的一个最重要的影响因素。

1 LED结温测试相关理论的研究分析

大功率LED主要结构包括大尺寸芯片、支架、内部热沉、塑料框架、引脚及银浆等，并且针对大功率LED工作运行中产生的热量比较大的情况，多采用硅凝胶进行大功率LED封装，以便于符合大功率LED高透光度耐高温的要求。通常情况下，LED运行过程中，电流经过P-N结并产生热量，LED的工作电流首先通过LED芯片，然后经过内部热沉和印刷板结构部分，最后将热量通向外界环境，在这一热量产生和传递中，涉及了多种LED材料以及交界界面。按照此类情况，可以将LED光电子器件的热阻与外部热沉的热阻之和用大功率LED的P-N结与外界热量的热阻之和来表示，如公式（1），在公式（1）中，RθJ-S表示的是LED光电子器件的热阻，实际上也就是LED的P-N结到LED内部热沉之间的热阻；RθS-B表示的是LED的内部热沉和散热器间金属线路板与导热胶之间的热阻；RθB-A表示LED金属线路板通过外部热沉、散热器以后，到达外部环境中的热阻。而对于LED热阻及其结温之间的关系，则可以通过下列公式（2）进行表示，其中，RθJX表示的是需检测LED的P-N结至外界环境之间的热阻，而TJ表示的是测试条件稳定下的需测LED结温，TX和PH分别表示的是参考温度与LED耗散功率。

RθJ-A=RθJ-S+RθS-B+RθB-A（1）

RθJX = （2）

2 非接触式LED结温测试思路及测试系统设计

通常情况下，对LED工作过程中结温变化产生影响的因素主要包括LED的外量子效率以及LED封装的散热能力。在这两种因素的作用影响下，LED结温会产生相应的高低变化，而LED结温的高低变化，对LED的性能表现有着显著影响。通常在LED结温升高时，LED两端的正向电压值会出现下降变化，LED的P-N结结温对于LED的光输出功率有一定的影响，同时还影响LED的发光波长以及使用寿命等。实现LED结温测试的方法主要有接触式测量法和非接触测量法，其中，非接触测量法主要包括峰值波长法、白蓝比法和红外摄像法。峰值波长法在实际测量中由于结温升高造成的峰值波长增大变化并不明显，因此具有较大的不足，白蓝比法的适用性相对较小以及红外摄像测量法成本较高且容易受干扰，因此实际应用也相对较少。针对此类现象，文章采取了一种在相对辐射强度基础上的LED结温测试方法，该方法有效的克服与改善了当前非接触式LED结温测试中的不足，具有显著的效果。

应用中，大量LED的集成应用导致系统中LED结温相对较高，在实际优化设计中也容易被忽略，对于LED使用寿命存在较大的不利影响。针对这种情况，在进行LED结温测试中需要对集成系统中的LED阵列结温进行测量，并进行相应测试系统的设计。如下图1所示，为LED阵列结温分布测试装置示意图。LED阵列结温测试系统，主要是通过对阵列中每个LED在不同结温中的相对辐射强度进行测量，从而进行LED相对辐射强度与结温关系的求证，并应用于结温测量计算中，最终实现结温分布的计算获取。

进行LED阵列结温分布测试中，其测试系统的设计实现主要包括硬件设计与软件设计两个结构部分，其中硬件设备主要包括CMOS工业数字相机以及成像镜头、恒温箱与恒流源等，而软件设计主要是进行系统中的图像采集以及处理系统的设计。

3 结束语

总而言之，在对非接触式LED结温进行测试时，选择合适的测试方法非常重要，因此，在测试系统的设计中，应该在利于超大功率LED发展的基础上进行设计，才能够促进LED测试工作的进步。

参考文献

[1]邱西振,张方辉.基于相对光谱强度的非接触式LED结温测量法[J].光谱学与光谱分析,2013（1）.

[2]钟前刚,方亮，何建，艾超，魏文侯.阳极氧化铝基板封装LED的结温与热阻的研究[J].半导体光电,2010（6）.

作者单位

深圳出入境检验检疫局工业品检测技术中心机电实验室广东省深圳市518067