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中国LED网论坛 >> LED封装技术
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LED工作温度与结点温度有关系吗?
 wcgled
技术员   99  2016/8/4 9:44:00
楼主
测得一款LED灯具上的LED灯珠焊盘上的温度为82℃(在常温下工作时),为了弄清楚这个温度是否超标,查看了LED灯珠规格书,上面提到LED灯珠的工作温度Topr=-30至80℃,结点温度Tj最大为110℃。
    如果以工作温度为标准的话,那就说明灯珠工作温度超标,判定为不合格。有同事提出了不同意见,说LED灯珠工作温度要看其结点温度,但问题是LED灯珠结点温度是难以测得到的。
   请问:LED灯珠工作温度与其结点温度存在什么样的关系式?如何根据LED灯珠的最大结点温度和热阻来计算出LED的体表温度?因为LED体表温度才是我们容易测得到的。
   这款LED灯珠的热阻为50℃/W,功耗Pd=0.6W.Vf=3.2V 最大工作电流If=0.18A.
 xutingting86
助理工程师   252  2016/8/4 10:30:00
第1楼
结温=环境温度+热阻*热功率
热功率=总功率-光功率
通过T3ster这台设备可用准确计算出热阻、结温
热阻、结温的计算可参考此链接:http://www.gmatg.com/caseDetail-199.html
金鉴检测LED品质实验室,Tel:13928762392,QQ:2853308307;国内唯一一家专业从事LED灯珠失效分析;LED硫化失效分析;LED芯片漏电点查找;COB金线断裂观察 ; LED金线断裂分析 ;LED光源发黑初步诊断;LED光源黑化失效分析;灯珠硫化入侵路径查找;LED封装车间排硫检测2.LED照明厂来料检验LED芯片的鉴定;LED灯珠来料检验;LED辅料无硫鉴定 ;LED电源无硫鉴定; PMMA颗粒直径测量 ; LED灯珠质量的快速鉴定 ;LED灯珠抗硫化能力鉴定; LED灯珠气密性 [回复]  [引用]  [回到顶部]
 q64583531
助理工程师   137  2016/8/4 13:44:00
第2楼

1,首先你说的问题设计三个温度

Ta环境温度

Ts焊盘温度

Tj结点温度

Topr也要搞清楚到底是指Ts还是Ta,一般不做特殊标明,都是Ta

2,热阻也要搞清楚位置

热阻分

Rth JA 结点到环境的热阻

Rth JS结点到焊盘的热阻

3,具体计算公式

Tj=Ta+P*Rth JA或Tj=Ts+P*Rth JS

两者不要互相混淆

 

 wcgled
技术员   99  2016/8/4 14:28:00
第3楼
把Tj=110℃、Ta=Topr=80℃、P=Pd=0.6W和Rth JA=Rja=50℃/W代入公式Tj=Ta+P*Rth JA,正好成立。所以说,如果测出了LED工作时的环境温度后就可以计算出它的结点温度,现在问题来了,如何来测试LED的环境温度呢?
 wcgled
技术员   99  2016/8/4 14:29:00
第4楼
以下是引用q64583531在2016/8/4 13:44:00的发言:

1,首先你说的问题设计三个温度

Ta环境温度

Ts焊盘温度

Tj结点温度

Topr也要搞清楚到底是指Ts还是Ta,一般不做特殊标明,都是Ta

2,热阻也要搞清楚位置

热阻分

Rth JA 结点到环境的热阻

Rth JS结点到焊盘的热阻

3,具体计算公式

Tj=Ta+P*Rth JA或Tj=Ts+P*Rth JS

两者不要互相混淆

 

把Tj=110℃、Ta=Topr=80℃、P=Pd=0.6W和Rth JA=Rja=50℃/W代入公式Tj=Ta+P*Rth JA,正好成立。所以说,如果测出了LED工作时的环境温度后就可以计算出它的结点温度,现在问题来了,如何来测试LED的环境温度呢?
 q64583531
助理工程师   137  2016/8/4 14:40:00
第5楼
以下是引用wcgled在2016/8/4 14:29:00的发言:
以下是引用q64583531在2016/8/4 13:44:00的发言:

1,首先你说的问题设计三个温度

Ta环境温度

Ts焊盘温度

Tj结点温度

Topr也要搞清楚到底是指Ts还是Ta,一般不做特殊标明,都是Ta

2,热阻也要搞清楚位置

热阻分

Rth JA 结点到环境的热阻

Rth JS结点到焊盘的热阻

3,具体计算公式

Tj=Ta+P*Rth JA或Tj=Ts+P*Rth JS

两者不要互相混淆

 

把Tj=110℃、Ta=Topr=80℃、P=Pd=0.6W和Rth JA=Rja=50℃/W代入公式Tj=Ta+P*Rth JA,正好成立。所以说,如果测出了LED工作时的环境温度后就可以计算出它的结点温度,现在问题来了,如何来测试LED的环境温度呢?

看墙上挂着的温度计
 general
高级工程师   1197  2016/8/4 17:08:00
第6楼
1. 规格书上给出的工作温度,应该是指LED所处的具体环境的温度,不一定是大气环境温度。比如,LED管灯,灯管内的温度是LED的工作温度环境。这个必须注意,切不可不考虑LED实际所处环境而简单认为是大气环境的温度。
2. 规格书上给出的最大结温,是一个绝对的参数!即无论工作环境怎样,PN结的温度都不要超过这个温度值。
   如此,当着LED的长期工作环境温度很低时,比如在零下,就可以将LED的工作电流适当提高,这样也可不致于结温超限。而当LED的工作环境温度较高时,应当适当降低工作电流,确保结温不超限。
3. 工作温度和结温没有计算关系,因为涉及到散热结构。
4. LED的体表温度跟结温也没有简单的换算关系。这也涉及到散热结构,当然还有其它的因素。
5. 结温可以通过电压法测得。因为PN结的势垒电压和温度在理论上是线性关系(实测结果不完全如此)。因此,理论上讲,在两个温度点下测得LED的电压,就可以得到电压温度系数(由两点得到直线,斜率就是K值),由此就可以在任意温度下,通过测试电压来计算结温。(有关测量K值并计算结温的方法,可到我的博客里看有关文章)
6. 热阻的概念只适合定性地讲解。一般不适合定量计算用。因为热阻是物体几何尺寸的函数,几何尺寸(或结构)变化,热阻值就变了。比如规格书上给出的焊点处的热阻值,只有你应用LED的结构跟厂商测试热阻值的结构完全相同时,这个热阻值才能用。如果你的结构跟他测试时的不同,这个热阻值就不能用。用了就得到错误的结果!(有关这方面的详细讲解,请到我的博客里看有关文章)
 XU1963
工程师   577  2016/8/4 23:20:00
第7楼
,结点温度Tj最大为110℃。

CREE
公司给出了不同结温下LED的光通维持寿命L70150度,6000小時;125度,10500小時; 100度,19500小時; 75度,39000小時; 50度,90000小時。
 XU1963
工程师   577  2016/8/4 23:25:00
第8楼

LumiLeds公司统计了100万个交通灯产品的返修数据,该公司LED的现场使用平均寿命MTTF10E8小時到10E9小時,即失效率为10非特到1非特(Fit),大都为短路失效。建议在结温80度時MTTF10E8小時计祘灯具的可靠度。

 XU1963
工程师   577  2016/8/4 23:29:00
第9楼
LED芯片是耐髙温的可以承受250的加速寿命试验,对于己封装的成品LED器件,由于硅树脂及萤光粉,导电胶等不耐髙温200,故LED器件最高结温一般订为150℃.
 wcgled
技术员   99  2016/8/5 11:33:00
第10楼
以下是引用general在2016/8/4 17:08:00的发言:
1. 规格书上给出的工作温度,应该是指LED所处的具体环境的温度,不一定是大气环境温度。比如,LED管灯,灯管内的温度是LED的工作温度环境。这个必须注意,切不可不考虑LED实际所处环境而简单认为是大气环境的温度。
2. 规格书上给出的最大结温,是一个绝对的参数!即无论工作环境怎样,PN结的温度都不要超过这个温度值。
   如此,当着LED的长期工作环境温度很低时,比如在零下,就可以将LED的工作电流适当提高,这样也可不致于结温超限。而当LED的工作环境温度较高时,应当适当降低工作电流,确保结温不超限。
3. 工作温度和结温没有计算关系,因为涉及到散热结构。
4. LED的体表温度跟结温也没有简单的换算关系。这也涉及到散热结构,当然还有其它的因素。
5. 结温可以通过电压法测得。因为PN结的势垒电压和温度在理论上是线性关系(实测结果不完全如此)。因此,理论上讲,在两个温度点下测得LED的电压,就可以得到电压温度系数(由两点得到直线,斜率就是K值),由此就可以在任意温度下,通过测试电压来计算结温。(有关测量K值并计算结温的方法,可到我的博客里看有关文章)
6. 热阻的概念只适合定性地讲解。一般不适合定量计算用。因为热阻是物体几何尺寸的函数,几何尺寸(或结构)变化,热阻值就变了。比如规格书上给出的焊点处的热阻值,只有你应用LED的结构跟厂商测试热阻值的结构完全相同时,这个热阻值才能用。如果你的结构跟他测试时的不同,这个热阻值就不能用。用了就得到错误的结果!(有关这方面的详细讲解,请到我的博客里看有关文章)
     我在你的博客里看了相关的内容,里面有提到用电压法来测算结温是准确的。但是要计算电压温度系数,还得要测出2个以上温度点的电压,这个电压是可以测试出来,但是这2个温度点怎么测得到呢,而且这个温度点还必须是PN结的温度,这个怎么测得到呢,要是测得到,我就没有必要饶这么大弯子去测算,直接测试结点温度就好了,所以我认为介绍的这个电压测试法也是不行的。
     

 general
高级工程师   1197  2016/8/5 13:38:00
第11楼
具体的测试方法在“热阻与结温计算问题探讨”一文里有详细的讲解。
结温肯定是不能用温度计测量的。但是当元件不工作并达到环境温度时(环境温度你是可以控制的——怎么做到?还要我说?),结温就是环境温度了。我这只是给你一点提示。请好好思考。
 wcgled
技术员   99  2016/8/5 13:45:00
第12楼
以下是引用q64583531在2016/8/4 14:40:00的发言:
以下是引用wcgled在2016/8/4 14:29:00的发言:
以下是引用q64583531在2016/8/4 13:44:00的发言:

1,首先你说的问题设计三个温度

Ta环境温度

Ts焊盘温度

Tj结点温度

Topr也要搞清楚到底是指Ts还是Ta,一般不做特殊标明,都是Ta

2,热阻也要搞清楚位置

热阻分

Rth JA 结点到环境的热阻

Rth JS结点到焊盘的热阻

3,具体计算公式

Tj=Ta+P*Rth JA或Tj=Ts+P*Rth JS

两者不要互相混淆

 

把Tj=110℃、Ta=Topr=80℃、P=Pd=0.6W和Rth JA=Rja=50℃/W代入公式Tj=Ta+P*Rth JA,正好成立。所以说,如果测出了LED工作时的环境温度后就可以计算出它的结点温度,现在问题来了,如何来测试LED的环境温度呢?

看墙上挂着的温度计
看墙上挂着的温度计肯定是不对的!
 XU1963
工程师   577  2016/8/5 14:47:00
第13楼
如何来测试LED灯具的环境温度呢?

看墙上挂着的温度计是对的.
 general
高级工程师   1197  2016/8/5 14:59:00
第14楼
对LED而言,应该看它所处的环境,在灯具中的一个腔体中时,腔体内的环境温度才是LED的工作环境温度。
对灯具而言,一般看它所处的空间环境。通常是看室温或大气温度。但是对灯具的测试,环境温度的测温点也是有讲究的。不是在室内或户外随便找一点测试的温度就是灯具测试环境的温度。
看你是要考核哪方面的内容。是考核灯具中的LED元件,还是灯具。灯具中的LED元件不能以灯具外的大气环境温度做为其工作环境温度!这在设计产品时应该注意。
 XU1963
工程师   577  2016/8/5 15:03:00
第15楼
Ta=Topr=80℃是不对的
 general
高级工程师   1197  2016/8/5 15:26:00
第16楼
以下是引用XU1963在2016/8/4 23:29:00的发言:
LED芯片是耐髙温的可以承受250的加速寿命试验,对于己封装的成品LED器件,由于硅树脂及萤光粉,导电胶等不耐髙温200,故LED器件最高结温一般订为150℃.
不好意思,楼主,本回复所述内容与楼主的问题无关,只是借题发挥一下。但也属于专业性的内容,大家了解下。
LED芯片(不含封装体)不工作时,可以耐几百度,但这没有实用意义。芯片结温在300度时也可以发光,但发光效率很低。高于350度(具体有点记不清当时的实验值了),芯片就不发出可见光了——但没有完全失效!(高温下可能由于能级差变小,只发出红外线了)。不过经过即使短时间的高温(比如1分钟),也会发生明显的、不可恢复的光衰。
芯片在经过较高的温度(即使150度),其内部的原子会发生扩散、迁移,造成PN结特性不可恢复的变坏。所以器件的最高结温值制定,是要考虑多种因素,不仅仅是因为封装体不耐高温而将最高结温的指标降低这么简单。类比说明,硅半导体器件的最高结温是150度,可是很多硅器件是全金属封装的呀(芯片也是金属共晶焊的)。这是因为温度高了,器件的性能指标就下降了。并不表示到了180度就立刻彻底玩完。温度降低还能正常使用(当然不要高温时间太长、使得内部原子迁移严重造成性能不可恢复的降低或失效)。所以,高温是会导致原子迁移而使器件失效的一个重要原因。砷化镓器件的最高允许结温比硅器件高很多。因此,能耐多高的温度而保证器件的性能,是和材料有很大关系的。目前LED材料的耐高温性能还是不够好的。有人在开发用现阶段的LED芯片在高温下工作的封装,其目的是试图减小散热器。这是对当前LED的性能研究不够深入、想当然的结果。
原子迁移并不见得就在很高的温度下才能进行。常温下也可进行,只是常温下这种进程很慢。但是温度高过80~100度,这种进程就会明显加快,所以温度升高(即使是在正常工作的情况下),寿命就会减少。
所谓“原子迁移”概念中的“原子”,是指半导体中的掺杂原子——因为掺杂才产生了N型和P型半导体,才能形成PN结。这种特意掺入的原子并不是真正意义无用的杂质,而是最有用的。之所以称之为杂质原子,是因为和原来的半导体晶体原子数量相比是及其微量的。具体要讲明白需要N多的大学课时,不再啰嗦了。
 wcgled
技术员   99  2016/8/5 17:43:00
第17楼
以下是引用XU1963在2016/8/5 14:47:00的发言:
如何来测试LED灯具的环境温度呢?

看墙上挂着的温度计是对的.
这里讨论的是LED灯珠的工作温度及结点温度
 XU1963
工程师   577  2016/8/5 20:10:00
第18楼
如果测出了LED工作时的环境温度后就可以计算出它的结点温度? 不对.

 这款LED灯珠的热阻为50℃/W,结点到环境的热阻.
 XU1963
工程师   577  2016/8/5 21:35:00
第19楼
这款LED灯珠的热阻为50℃/W,结点到环境的热阻..可以计算出灯珠结点温度.


要搞清楚结点到焊盘的热阻.
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