1 概述

　　LED的熱學特性主要包括LED結溫、熱阻、瞬態變化曲線(加熱曲線、冷卻曲線)等。結溫是指LED的PN結溫度，熱阻是指LED散熱通道上的溫度差與該通道上的耗散功率之比，用于表征LED的散熱能力，研究表明，LED的熱阻越低其散熱性能越好，相應的LED光效一般也越高，壽命越長。檢測熱學特性的關鍵在于對LED結溫的準確測量，現有的對LED結溫的測試一般有兩種方法：一種是采用紅外測溫法測得LED芯片表面的溫度并視其為LED的結溫，但是準確度不夠;另一種是通過溫度敏感參數(temperature-sensitive parameter，簡寫為TSP)獲取PN結溫，這是目前較普遍的LED結溫測試方法，其技術難點在于對測試設備要求較高。

　　LED的壽命主要表現為它的光衰，通常把LED光輸出衰減到初始光輸出的70%或50%作為判斷壽命失效的指標，即光通量維持壽命。但由于LED是高可靠性器件，壽命一般都會超過幾千小時甚至是一萬多小時，直接測量等待光衰到指定值的做法在工業上的應用十分困難。

　　2 LED熱學特性測試

　　2.1 LED結溫和熱阻的測量

　　美國EIA/JESD51 《Methodology for the Thermal Measurement of Component Packages 》系列標準和國家標準SJ20788-2000 《半導體二極管熱阻抗測試方法》、GB/T4023-1997《半導體器件分立器件和集成電流 第2部分：整流二極管》、QB/T 4057-2010《普通照明用發光二極管 性能要求》等國際國內標準都較為詳細地介紹了通過溫度敏感參數TSP測量結溫和熱阻的方法。對于LED，TSP為PN結兩端的正向電壓。在確定電流下，LED的正向偏壓與結溫之間近似成反比關系，由此可得到結溫的變化為：

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　　式(1)中K為溫度敏感系數，由下式可到：

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　　式(2)中，VL為低結溫TL(如25℃)時LED在測量電流IM(小電流)下的正向電壓，VH為高結溫TH(如100℃)時LED在測量電流IM下的正向電壓。

　　LED結溫測量的時序如圖1所示：

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　　圖1(a) 電流時序圖 圖1(b)電壓時序圖

　　1)首先對LED正向施加測試電流IM，測量正向結電壓VFI;

　　2)用加熱電流IH取代IM加到待測LED兩端，加熱一定時間(tH)待LED達到穩定狀態，測量所測LED散熱通道上的熱耗散功率(PH);

　　3) 再用IM迅速取代IH加到待測LED兩端，并測得正向結壓降(VFF);

　　4) 計算LED的結溫和熱阻：

　　根據上述原理，結溫計算公式為：

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　　熱阻計算公式為：

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　　式(3)中， 為初始溫度，式(4)中 為散熱通道上指定點的溫度，例如，環境溫度或外殼溫度。對于LED，輸入的電功率一部分用于LED發光，另一部分產生熱量，而熱耗散功率PH往往很難從總輸入電功率中區分出來，因此為方便和簡化測量，QB/T 4057-2010提出了“參考熱阻”的概念，即使用輸入總功率替代式(4)中的熱耗散功率。 “參考熱阻”由于測量方便，復現性好，得到了越來越多的應用。

　　在加熱電流IH 作用下，監視LED的結溫上升過程，獲取加熱曲線也很有意義，圖2所示為典型的加熱曲線，它不僅能夠判斷LED是否達到熱平衡，而且對于LED的結構和散熱能力分析有具有參考作用。

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　　圖2加熱曲線

　　獲取加熱曲線的技術難點在于測試電流與加熱電流切換時間必須要足夠短，并且瞬態數據的采集必須非常迅速。切換時間和數據采集時間一般要達到幾到十幾微秒，否則不能反映出LED結溫的實際變化過程，導致最終測試出的熱阻被大幅低估。