[发明专利]一种发光二极管结温的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管，尤其是涉及一种发光二极管结温的测量方法。

背景技术

近年来，发光二极管（LED）技术得到了快速发展，广泛应用于背光源、交通信号灯及通用照明等领域([1]Sameer Chhajed,Wonseok Lee,Jaehee Cho,E.Fred Schubert,and Jong Kyu Kim,Appl.Phys.Lett.98,071102(2011)；[2]Dong-Yul Lee,Sang-Heon Han,Dong-Ju Lee,Jeong Wook Lee,Dong-Joon Kim,Young Sun Kim,and Sung-Tae Kim,Appl.Phys.Lett.100,041119(2012)；[3]Toshiharu Makino,Kiyoshi Yoshino,Norihiro Sakai,Kouji Uchida,Satoshi Koizumi,Hiromitsu Kato,Daisuke Takeuchi,Masahiko Ogura,Kazuhiro Oyama,Tsubasa Matsumoto,Hideyo Okushi,and Satoshi Yamasaki,Appl.Phys.Lett.99,061110(2011))。由于半导体器件，特别是功率半导体器件工作时，会产生大量的热，致使发光二极管PN结处的温度升高，PN结温度上升会引起发光二极管光学、电学和热学性能的变化，过高的结温还会导致封装材料(例如环氧树脂)、荧光粉物理性能变坏，加速发光二极管发光衰变乃至失效。影响半导体器件温升的因素，一方面与器件工作时产生的热量有关，在半导体发光器件中与发光效率有关；另一方面与器件的封装材料有关，封装材料的导热性越好，温升越低。准确测量出发光二极管器件工作时PN结处的温度，一方面可以分析器件的材料质量和封装散热特性，另一方面也是实际应用设计中一个重要的参数。

目前，测量半导体结温的方法有正向电压法，峰值波长法，蓝白比法，红外摄像法，相对辐射度法和有限元计算法等。峰值波长法根据发光二极管辐射的峰值波长漂移与结温关系来算出结温，该法由于结温升高引起的峰值波长漂移并不大，不可避免带来较大的误差([4]Y.Xi,J.Q.Xi,T.Gessmann,J.M.Shah,J.K.Kim,E.F.Schubert,A.J.Fischer,M.H.Crawford,K.H.A.Bogart,and A.A.Allerman,Junction and carrier temperature measurements in deep-ultraviolet light-emitting diodes using three different methods,Appl.Phys.Lett.,vol.86,no.3,pp.031907,Jan.2005.)；蓝白比法是利用芯片的蓝光发光与荧光粉发光比例随结温变化的特性来获得结温，但该法仅适用于蓝光激发黄色荧光粉的白光半导体发光器件，对于其他发光二极管，如RGB三基色混合白色发光二极管和单色发光二极管，该方法就不适用了([5]Y.M.Gu and N.Narendran,A non-contact method for determining junction temperature of phosphor-converted white LEDs,in Proc.3rd Int.Conf.Solid State Lighting,San Diego.,CA,2003,vol.5187,107-114.)。红外摄像法是红外测温仪测量半导体器件结温分布的方法，但只能测量未封装的裸露芯片，封装后的芯片必须拆封后才能进行测量，而且测量仪器昂贵。相对辐射度法是根据在恒流驱动半导体器件时，相对辐射强度随着结温升高而线性下降的关系来测量结温，但该法所需要的仪器更多。基于这些方法，目前已有不少相关专利出现，如中国科学院上海技术物理研究所根据峰值波长法发明的发光二极管照明灯具芯片结温检测方法([6]中国专利200910055335.2)，中山大学的半导体照明灯具结温分析测试系统及其测试方法([7]中国专利200910193716.7)。目前普遍采用的是正向电压法：首先在通正向小电流的条件下，用热沉控制发光二极管结温，测量不同PN结温度对应的正向电压，拟合出小电流下结电压与结温的线性关系。然后用大电流对发光二极管加热一段时间至其达到热稳定状态，迅速切换至小电流，并及时测量发光二极管正向电压，根据已获得的正向电压与结温的关系，将测得的电压转化为温度，从而得到结温变化量，从而进一步获得其它数据。这种电学测量方法由于在测量中引入了电流，会产生热量影响测量结果。