引言

　　全球照明协会表示在不远的将来，大功率发光二极管(Powerlight-emittingdiodes)将在普通照明领域起到至关重要的作用。自1994年以来，大功率LED得到迅猛发展，已经在诸多领域(如路灯、汽车尾灯、LCD背光源等)取代了传统光源。近年来，LED技术的发展更是日新月异，其光效的提升和器件成本的下降服从类似于摩尔定律的海茨(Haitz)定律，即LED价格每10年降低为原来的1/10，性能则提高20倍。

        国际上LED技术正在向大功率、高亮度、高效率、低成本方向发展。功率LED的光学特性和电学特性强烈依赖于结温。随着LED功率的增大，过高的结温会影响LED的寿命和可靠性，散热问题变得日益严峻。因此，了解功率LED结温和热阻的变化特性就变得尤为重要。文中通过正向电压法和红外热像仪法，对功率LED的结温和热阻随电流的变化特性进行了研究。

　　1、功率LED结温测量方法

　　按标准，热阻的一般定义是：在热平衡的条件下，两规定点(或区域)温度差与产生这两点温差的耗散功率之比(单位°C/W或K/W)。热阻的大小直接影响LED的寿命、出光率、发光强度等。对于LED，由于热源在pn结处，其最高温度通常指pn结的温度，即结温Tj，它也是影响LED可靠性的重要参数。目前比较成熟的结温测量方法有红外热像仪法和正向电压法(又称标准电学法)。红外热像仪法通过测量器件工作时芯片表面的红外辐射给出芯片表面的二维温度分布，以此来表征结温及其分布，这种方法只能测量未封装的器件，对成品器件则需要开封才能测量。正向电压法是一种非破坏性的芯片温度测量方法，与红外热像法相比正向电压法具有灵敏度高、测量迅速、试验成本低廉等优点。

　　2、实验样品

　　所测试的样品，均为路灯和夜景照明用功率LED，包括1WInGaN蓝色、绿色LED、1WAl-GaInP红色、橙色LED以及1W、3W蓝宝石衬底InGaN白光LED，所有颜色芯片均用金属铝做散热基板材料。1W样品为一个1mm×1mm芯片。3WLED为两个1W芯片并联结构，白光是通过在In-GaN蓝光LED表面涂敷YAG荧光粉实现。

　　3、实验及结果分析

　　测试时环境温度设置为25°C，驱动电流从100mA上升到1A，增长间隔为100mA。

　　3.1　正向电压法测量热阻分析

　　图1是环境温度为25°C，1WAlGaInP红色和橙色LED的热阻随驱动电流的变化趋势图。由图1可知，功率为1W的AlGaInP红色和橙色LED热阻均随驱动电流的增加而增大，在相同驱动电流下，橙色AlGaInPLED的热阻值要高于红色LED。在驱动电流的变化过程中，橙色LED的热阻值从10.28°C·W-1上升到15.05°C·W-1，红色LED热阻值从9.85°C·W-1增大到13.25°C·W-1。造成此种差异的原因是由于在相同的输入功率下，橙色LED的电光转化效率低于红色LED造成的，亦即在相同注入电流时，AlGaInP橙色LED比红色LED有更高的结温。

图1：AlGaInP红色和橙色LED热阻变化趋势图

　　图2是环境温度为25°C，1WInGaN绿色和蓝色LED的热阻随驱动电流的变化趋势图。从图中可以看出，InGaN绿色和蓝色LED的热阻一样随驱动电流的增加而变大，其中蓝光LED的热阻值由10.02°C·W-1上升为21.57°C·W-1，而绿光的热阻值由13.74°C·W-1上升为17.68°C·W-1，其变化幅度较蓝光LED要小。蓝光LED在大于额定工作电流350mA的驱动电流下工作时，热阻的变化趋于缓和，由于器件在大于额定电流下工作时，器件内部的各种缺陷、材料的不匹配度等达到了稳定值，电流的增加对他们的影响不像小电流阶段那么明显了(除非电流加到足以使LED内电极翘起、金线熔断)，导致随驱动电流的增加，器件内部阻碍热流传导到外部的障碍并没有太大变化。文中认为热阻的升高可能是由于大电流导致的电流拥挤效应，电流拥挤效应又导致了电光转换效率的减少(辐射复合区域减少)，虽然输入的电功率有所增加，但随着电流增加，输出的光功率却减少了，并最终导致了热阻的上升。

图2：InGaN绿色和蓝色LED热阻变化趋势图