[发明专利]一种发光二极管的结温测量方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及LED测试与应用技术领域，更具体地，涉及一种基于半导体材料的电阻温变特性的发光二极管结温测量方法及应用。

背景技术

发光二极管Light Emitting Diode（简称LED），是一种固体发光器件。它是通过在芯片的P型与N型材料两端施加正向电压，将电子由基态激发到高能态，通过材料内部的电子空穴对复合而引起发光，发光波长由半导体材料自身的禁带宽度决定。与传统的热辐射光源不同，LED是一种电致发光器件，它直接将电能转换为光能，这就使LED作为发光器件较之传统光源更优越的特点：耗电低、寿命长、响应时间快、耐冲击、体积小、重量轻、可控性好、绿色环保。因此LED被称为继白炽灯、荧光灯和高压气体放电灯后的第四代光源。要使LED完全代替传统照明光源，首先就是光效以及光通量要大大提高，而光通量的提高仅依靠传统的小功率芯片是无法达到的，因此大功率LED的研究显得尤为重要。然而由于目前半导体制造技术的限制，大功率LED的输入功率中只有20%~30%（这个数值随着半导体材料的不同而改变）转换为光能，而其余的70%~80%则以热能的形式被耗散掉了。如此巨大的热量，如果不断积累的话，会导致LED的结温升高，从而严重影响LED的光通量、寿命、可靠性等，并会导致发射光谱红移、封装材料黄化等。因此，准确测量结温具有重要的实际意义。

目前已报道了多种测量方法，主要有正向压降法和管脚测温法等接触测量法，峰值波长法、蓝白比法，红外摄像法，有限元法和PN结电阻等非接触式方法。这些方法有着各自的优缺点，正向压降法通过标定LED工作电流下的电压随温度变化的关系，进而测量不同工作状态和散热条件下的结温，而如果工作电流发生改变，又需要重新标定；管脚测温法实际试验中，一般要求结温比管脚的温度差大于50℃。峰值波长法测试时会给测试结果带来不小的误差，若采用高精度的光谱仪，则会大大增加测试成本。蓝白对比法仅适用于InGaN + YAG 白光LED，对于其他LED，如RGB 三基色混合白色LED和单色LED，该方法就不适用了；红外摄像法成本较高，而且要求被测器件必须是未封装或开封的状态，同时由于芯片不同层次热红外信息互相干扰形成噪声，该方法也无法准确感应内部有源层温度，因此，测试结果有较大的误差；有限元法是建立在一些假设的基础上，而实际应用中，这些假设不一定均成立，同时该方法需要复杂的计算。申请号CN201010548423.9的专利申请公开了一种利用PN结电阻来测量结温的方法，该方法是在LED工作状态时对PN结的电阻进行定标，由于芯片工作时会产生热量，对定标准确性有很大的影响，并且LED的PN结电阻与温度并非简单的线性关系，定标时同样需要测量不同工作电流下的电阻温度系数。 

其利用半导体材料的电阻随温度明显变化的原理，通过监测LED工作时自身的半导体材料的电阻率的变化，并和事先测量的标定进行对比，获得LED器件内部的半导体材料的温度，从而获得了LED芯片工作状态的结温。此方法原理和操作均相对简单，定标实验只须进行一次，定标关系可适用于任意工作电压和电流的LED结温的测量，且利用万用表即可完成测量，不涉及复杂昂贵的测试仪器，有利于技术的推广应用。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有测量方法的技术局限，使用成本较低的测量装置简单高效的获取LED的结温，为得到上述目的，本发明提出一种基于LED芯片内部半导体材料的电阻与温度关系的结温测量方法。

本发明的技术方案为：

一种发光二极管的结温测量方法，包括以下步骤：

测试不同温度下发光二极管器件中半导体材料的电阻与温度的定标关系；

在发光二极管工作时监测半导体材料的电阻变化，并利用定标关系得到发光二极管工作时的结区温度，所得温度即为所要测量的发光二极管的结温。

其中，所述发光二极管中半导体材料电阻定标包括以下步骤：

S11.对发光二极管进行电极的焊线和封装，引出第一N型电极、第二N型电极和第一P型电极；

S12.将步骤S11处理后的发光二极管房子在温度可控的鼓风干燥箱内，设定鼓风干燥箱的温度，测量此时第一N型电极和第二N型电极两端的电阻；

S13.改变鼓风干燥箱内的温度，记录不同温度下发光二极管的N型半导体材料的电阻值，从而获取发光二极管半导体材料的电阻-温度的变化曲线；即发光二极管中半导体材料电阻定标。

其中，获取半导体材料电阻定标关系还可以包括以下步骤：

S21. 对发光二极管进行电极的焊线和封装，引出第一N型电极、第一P型电极和第二一P型电极；