功率型LED 热特性测试研究[3]

　　3 实验结果和分析

　　3.1 温度系数K 的测量

　　选用1W 的蓝宝石衬底的正装GaN 基LED 进行 测量,对被测LED 的正向压降进行采样,采用最小二乘 法对采样数据进行线性拟合,拟合结果K=-1.1mV/℃， 如图4 所示。同样的方法我们测试了1W 的硅衬底倒 装GaN 基LED，拟合的温度系数K=-1.96 mV/℃。 我们分析，可能是由于硅衬底倒装LED 采用倒装焊技 术，p-GaN、金属化层及接触界面等尤其是倒装焊焊 料层的电阻率都随温度变化，导致温度系数K 值较大 而蓝宝石衬底没有焊料层的影响，因此K值相对较小。

　　3.2 热阻的测量

　　以蓝宝石衬底LED为样品，根据， 以K IH VH 为横坐标，正向电压为纵坐标，经拟合后， 直线如图5 所示，直线的斜率即是该LED的热阻Rθ = 20.5℃/W。

　　同样，拟合出硅衬底LED 的热阻 为24.3℃/W。 这是由于虽然倒装LED 用硅衬底( 热导率 148-150W/m k )取代了蓝宝石衬底层(热导率约为 35-46 W/m k )，但由于芯片与硅底之间常用的焊接 材料为铅锡焊料(热导率只有50W/mk )，且其封 装工艺采用的银胶粘接，银胶热导率为2.5W/m k ， 且厚度难以减到20μm 以下，导致硅衬底倒装LED 的热阻相对于蓝宝石衬底正装热阻偏高，这一测量结 果与文献[6]基本吻合。

　　3.3 测量方法验证

　　为了验证以上方法测量热阻的准确性，我们选取 了四支热阻已知的LED 样品，然后通过正向电压法测 量其温度系数，并拟合出热阻，具体数据见表1。

　　从表1 可看出，采用正向电压法测量的热阻与实际热阻误差基本可控制在5%左右，且测量的热阻值比实际值都偏小，这是由于在计算热功率时是以输入功率为准，没有考虑到器件从管脚及辐射散出的热量，虽然这两部分散出去的能量很小，但会给测量带来一定的误差。但这种误差很小，证明了采用正向电压法测量热阻是可行的。

　　4 结论

　　本文介绍了一种测量功率型LED 器件热阻的新方法，即采用正向电压法，利用恒温箱、恒流源及万用表等常用工具，对LED 器件的温度系数和热阻进行测量，分别测量了蓝宝石衬底正装LED 和硅衬底倒装LED 的热阻，发现硅衬底倒装LED 的热阻比蓝宝石衬底正装LED 热阻偏高，分析了这一结论产生的原因，最后通过LED 样品的实际热阻与测量值进行比较 ，证实了采用这种方法测量热阻是可行的。

　　References(参考文献)：

　　[1] Narendran N, Gu, Y, Life of LED-based white light sources [J].IEEE/OSA Journal of Display Technology, 2005, 1(1): 167-171.

　　[2] Narendran N, Gu Y, J.P.Freyssinier, et al, Solid-state lighting:Failure analysis of white LEDs [J]. Journal of Crystal Growth,2004, 268(3-4): 449-456.

　　[3] Feng Shiwei, Xie Xuesong, Lu Changzhi, et al. Measurementand Study on Thermal Characteristics of Semiconductor Devicesby Electrical Method [J]. Chinese Journal Semiconductors，1999,20(5): 358-364 (in Chinese)冯士维，谢雪松，吕长治，等，半导体器件热特性的电学法测量与分析[J]，半导体学报，1999, 20(5): 358-364.

　　[4] Y.Xi,E.F.Schubert.Junction-temperature Measurement in GaNUlteaviolet Light-emitting Diodes Using Diode Forward VoltageMethod [J], Appl, Phys. Lett, 2004, 85(12): 2163-2165.

　　[5] EIA/TEDEC Standard JESD51-1. Integrated Circuits ThermalMeasurement Method-Electrical Test Mothod (Single SemiconductorDevice). USA: Electoinic Industeies Alliance, 1995, 3-7.

　　[6] QIAN Ke-yuan; ZHENG Dai-shun; LUO Yi. Thermal Dispersionof GaN-based Power LEDs [J]. Semiconductor Optoelectronics,2006.27(3): 236-239 (in Chinese).

　　钱可元，郑代顺，罗毅，GaN基功率型LED 芯片散热性能测试与分析[J]，半导体光电，2006.27(3): 236-239.

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