功率型LED结温和热阻在不同电流下性质研究

表1：正向电压法测得的各种颜色1W功率LED在不同驱动电流下的结温值

　　其次，从表中可以看出，由AlGaInP材料制作的红色、橙色LED结温在相同驱动电流下结温差距不大，由InGaN材料制作的蓝色、绿色、白色LED的结温也很相似，而由AlGaInP材料制作的LED的结温要远远低于InGaN材料制作的LED。这是由于材料禁带宽度差异，在相同输入电流下InGaN材料制作的LED电压值要高于AlGaInP材料制作的红色、橙色LED，虽然InGaN材料LED的光电转换效率要高些，但其电功率转换成热功率的值仍要大于Al-GaInP红色、橙色LED。即在相同驱动电流下，In-GaN材料LED产生的热功率要大于AlGaInP材料的红色、橙色LED。而且，由于InGaN材料的P型掺杂浓度低于AlGaInP材料，导致InGaN芯片的串联欧姆电阻要大于AlGaInP材料的串联欧姆电阻，大电流条件下串联欧姆电阻产生的热量[7]也是导致两种芯片LED结温不同的重要因素。

　　再次，AlGaInP材料制作的红色LED的结温要低于相同芯片材料的橙色LED，反证了文中关于图2
的解释是合理的。

　　3.3　正向电压法、红外热像仪法比较

　　采用实验室自制的1mm×1mm芯片进行了正向电压法和红外热像仪法测量结温的方法比较。图5是两种方法测得的1W蓝光LED在不同驱动电流下的结温变化曲线。由图可以看出，两种方法测得的结温值基本相同，无论哪种方法，结温均随驱动电流的增加而增大。正向电压法得到的是平均温度效应。相比之下，红外热像仪法能够快捷地获取器件表面的温度分布图像，展现芯片质量的全局概况，并能清晰显示出可能导致器件热失效主要因素——热斑的分布密度，尤其近些年来，通过结合现代高速发展的计算机技术、微电子技术和图像处理技术，光学测温技术的灵敏度、精度、稳定性和自动化程度都得到了大幅度提高，其应用领域也越来越广泛。但其缺点是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，并且测量仪器昂贵。

图5：正向电压法和红外热像仪法测得的蓝光LED结温

图6是利用红外热像仪测得的蓝光LED在驱动电流为800mA时的表面温度分布图。由图可以看出，该种倒装结构的大面积区域温度分布比较均匀，最高温度为79.37°C，主要集中在N型电极压焊点附近的P区。最低温度为70.43°C，温差较小，主要原因是这种LED芯片采用了环形插指电极结构减小了电流扩展路径，使电流在N型区流动的横向电阻减小，产生热量降低，所以器件温升小。

图6：1W 蓝光LED表面温度分布

　　4、结论

　　通过对不同驱动电流下各种颜色LED结温和热阻的测量发现，任何颜色LED的热阻均随驱动电流的增加而变大，其中InGaN材料的蓝光、白光LED在小于额定电流下工作时，热阻上升迅速；驱动电流高于额定电流时，热阻上升速率变缓。其他颜色LED热阻随驱动电流变化速率基本不变。结温也会随驱动电流的增加而变大。相同驱动电流下，由AlGaInP材料制作的红色、橙色LED结温要低于In-GaN材料的蓝色、绿色、白色LED的结温。比较了正向电压法和红外热像仪法测得的蓝光LED结温值，分析了两种方法的优缺点。结果表明，红外热像仪法能够直观地反映芯片的最高温度区域，器件的失效最终还是由最高温度决定的；但正向压降法测得的结温与红外法差别不大，作为一种快捷方便非破坏性的方法，可以首先被普遍采用。