必须清楚地了解LED内部从PN结到环境的热特性,从而确保得到一个安全,可靠的设计和令人满意的性能。在热流路径中可能有裸芯片或胶层等多个导热界面,并且它们的厚度和热阻很难在生产过程中进行控制。此外,在LED封装和作为散热器的照明设备外壳之间的导热界面进一步增加了设计的挑战性。必须在样机阶段尽可能早地了解LED的热阻值。
在电子行业,术语“Z”代表阻抗,在我们的例子中代表热阻抗。在热阻抗的曲线中,其表示温差除以热功耗的值。因此,图4中的Z曲线表述了对于1W热功耗的温度改变。
热阻抗曲线Zth总体来看比较平滑,但局部还是有波动,工程师需要解释其中的原因。而且它是由大量密集的数据点所构成,所以潜在的信息非常丰富。集成先进应用数学且功能强大的热测试系统可以提供非常有用的Zth 和时间曲线的分析变换。
Zth曲线图中的数据使计算热容和热阻的总体曲线图成为可能,也就是著名的结构函数。它是结点至环境热流路径中热阻抗网络模型的图形表示形式。结构函数的形式与实际结点至环境热流路径保持一一对应的关系。元件的结点始终在图形的原点。图5中的图形就描述了这一概念。
在LED元件中,由半导体产生的热量从它的自身开始传递。结点被加热,之后热量通过许多热阻,同时加热热流路径上的物体。事实上,热量通过的热阻越多,更多的热容被加热。
在图5中,最初的曲线非常陡峭,同时热容被加热。这个曲线进行了注解,描述了LED/MCPCB,封固剂(导热硅脂)和照明设备三个阶段。但在第一个阶段内,曲线描述了更小的一些阶段,譬如Die attach,散热板,甚至是紧固铜散热板和MCPCB的胶水。注意这个图形证实了早期的一个论点,那就是LED自身的热阻占整个系统结点至环境热阻的50%。
再次查看图3,注意测量的仅仅是LED元件两端的电压。系统是如何得到了整个照明设备的热数据呢?答案就是监控和观察温度的下降曲线。
当LED Die的温度开始下降,由于只有一个对其温度有影响的物体直接连接着它,它的温度下降缓慢。Die 温度下降所需要的时间主要取决于热容,它可以存储热量。测试系统监控温度微小的改变,并且将其变换为热阻/热容数据点,如果具有一样的特性则会看到类似的曲线。所以对测试系统的灵敏度有很高的要求。
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