[發明專利]一種檢測半導體發光二極管封裝結構有效散熱性的方法

無效

• 申請號: 201010285365.5
• 申請日: 2010-09-17
• 公開（公告）號: CN102004028A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發明（設計）人: 俞立明;程立文;陸衛;張波;羅向東;郭少令;何素明;傅雷;陳效雙;楊衛橋;郭延生
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所;阿旺賽鍍膜技術(上海)有限公司;上海宇豪光電技術有限公司;上海半導體照明工程技術研究中心
• 主分類號: G01M11/00
• 分類號: G01M11/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明涉及半導體發光二極管(LED)測試技術，特別是指一種檢測半導體發光二極管封裝結構有效散熱性的方法。

技術背景

LED是一種注入電致發光器件，在外加電場的作用下，電子和空穴的輻射復合將一部分能量轉化為光能，而無輻射復合產生的晶格振蕩將其余的能量轉化為熱能。對于目前技術成熟的功率型LED，其電光裝換效率也僅為30％左右，即輸入的電能有70％左右都轉化成了熱能，對于半導體器件，隨著溫度的變化，其特性會有明顯的變化。特別是LED，結溫的升高會導致器件光性能的變化與衰減，也導致LED半導體材料的缺陷增殖加速，降低材料的可靠性。這種變化主要體現在三個方面：1)、減少LED的內量子效率；2)、縮短器件的壽命；3)、造成LED發出光的主波長的偏移，從而導致光源的顏色發生偏移。隨著器件P-N結的溫度的上升，白光LED的發光的主波長會向長波方向移動。統計資料表明：在100℃的溫度下，波長可以紅移4-9nm，從而導致熒光粉吸收率下降，也會導致LED輸出光通量的減少。對于單個LED而言，如果熱量集中在尺寸很小的芯片內而不能有效散出，則會導致芯片溫度升高，引起熱應力的非均勻分布，芯片的失效率也會上升。研究表明：當溫度超過一定值，器件的失效率將呈指數規律攀升，元件溫度上升，可靠性會迅速下降。

散熱問題成為嚴重制約半導體LED發展和應用的瓶頸，在發光二極管的早期應用中，由于功率比較低，產生的熱量很少，散熱問題不需要考慮。隨著高亮度單色和白光二極管的出現，將發光二極管應用于日常照明成為一種趨勢，而將功率型發光二極管用于照明，需要解決的一個最主要的問題就是散熱。

而改善散熱最直接的方法就是通過良好的封裝結構把LED產生的熱量發射出去。要獲得一種好的封裝結構，必須有一個好的檢測方法，那么，找到一種能夠即快速又簡單的測量半導體發光二極管封裝結構有效散熱性的方法顯得尤為重要。這樣能夠快速的推進LED封裝結構的研究和改良，在短時間內研發出好的封裝結構，進而大幅度改善LED的散熱特性。目前，還沒有一種能夠簡單、有效的測量方法。

發明內容

本發明的目的就是要提出一種檢測半導體發光二極管封裝結構有效散熱性的方法。

本發明是通過測量已封裝好的LED的溫升曲線來確定其封裝結構的有效散熱性。

本發明的具體步驟如下：

1、采用具有脈沖功能和直流輸出功能的電源驅動發光二極管燈具，將封裝好的半導體LED燈具接上該工作電源，讓電源處于脈沖供電狀態，其中脈沖電源功能是脈沖寬度在10微秒以下，脈沖周期在1秒以上，脈沖電流幅度與燈具正常工作時的直流電流值相同，這樣確保燈具不會形成其中發光二極管結溫變化，同時保證脈沖驅動下的發光二極管發光光譜與正常工作狀態下的光譜特征一致。再將LED燈具的發光面聚焦到常規的可見光光譜儀的入射狹縫中，使得LED燈具能夠作為光譜儀的一種光源，這樣光譜儀就能夠在LED燈具發出光時獲得LED燈具的發光光譜。利用脈沖電源供電方式獲得參考光譜。

2、將供電電源處于直流供電狀態，使得LED燈具能夠按正常工作模式工作，初始時電源開關處于關斷狀態，同時光譜儀處在可以隨時獲取LED燈具發光光譜的工作狀態；

3、開啟LED燈具的工作電源，使得LED燈具開始正常發光，光譜儀就記錄下自燈具開始發光起往后各個時刻的燈具發光光譜，按記錄的時間序列給記錄的光譜編號，每個光譜都有對應著的測量時間記錄，測量時間一般延續60秒左右，即保證封裝好的LED燈具達到了正常工作狀態下的結溫穩定狀態，這樣可以保證LED燈具由于加了工作電流后LED結溫上升的全部過程都被記錄下來了；

4、采用中國發明專利申請號為200910055335.2的“一種LED照明燈具中芯片結溫的檢測方法”中提出的光譜處理方法，獲得步驟3中每條光譜相對步驟1中獲得的參考光譜測量每個時刻結溫，其中參考光譜對應的結溫就是環境溫度；

5、由步驟4獲得的每個時刻對應的結溫為縱坐標，時間上對應的時刻為橫坐標，形成了封裝結構中LED器件結溫的溫升曲線，該溫升曲線是一種典型的指數飽和特征的形狀。

6、對曲線用公式T＝Ae^-Dt+B進行擬合計算，其中T和t表示結溫和時間，A、D和B是擬合參量。通過常規的最小二乘法擬合后便可以獲得，得到該封裝結構有效散熱系數D。D值的大小反應了了該封裝結構有效散熱性的好壞。D值越大，說明該結構散熱性越好。

本發明的方法具有操作簡單，速度快的特點，而且不會造成浪費，LED在測量完成后仍可作為商品出售。

附圖說明