一种结构差异法获取LED荧光胶最高温度的方法技术

本发明专利技术提供了一种结构差异法获取LED荧光胶最高温度的方法，其特征在于，包括下述步骤：S1，制备三种封装结构的LED器件，LED器件I芯片裸露，LED器件II芯片表面覆盖硅胶，LED器件III芯片表面覆盖荧光胶；S2，与三种器件对应分别建立三种光学和热学结构不同的模型；S3，积分球分别测试LED器件II和LED器件III的光辐射功率，分别获得LED器件III的芯片发热功率和荧光胶发热功率；S4：使用瞬态热阻法测试三种器件的芯片结温和芯片PN结

【技术实现步骤摘要】
一种结构差异法获取LED荧光胶最高温度的方法


[0001]本专利技术涉及LED半导体领域的检测技术，具体涉及结构差异法获取LED 荧光胶最高温度的方法。

技术介绍

[0002]LED发光二极管因其高可靠、高发光效率和低功耗而在航天产品的照明 信号领域得到广泛应用。传统的LED只能产生单色光，无法直接获得白光。 为了获得白光LED，需要在蓝光LED芯片上涂覆黄色荧光胶来使芯片发出的 蓝光转换为黄光，进而将这些转换黄光与芯片透射蓝光混合，最终产生混合 白光。
[0003]在传统LED器件的热学表征中，往往只关注芯片结温，对荧光胶温度的 测试较少。然而，在荧光胶转换芯片发射光的过程中，由于非辐射复合和荧 光胶对光能的吸收等因素，发射光将产生损耗并转化为热量，导致荧光胶局 部发热并使其成为LED器件内部的另一个发热源。
[0004]尽管荧光胶的发热量通常小于芯片PN结的发热量，但是相比于芯片PN 结
‑
焊料
‑
基板的高效一维散热路径，荧光胶的导热性不佳，这将导致荧光胶产 生的热量在其内部快速集聚。集聚的热量又会导致LED发光效率降低，加剧 发射光的损耗，最终导致荧光胶的局部高温。因此，荧光胶内部的最高温度 可能高于芯片PN结的温度。
[0005]在LED长时间老化和服役过程中，荧光胶的局部高温不仅会降低荧光胶 的量子转换效率，影响LED器件的寿命和整体发光效率，而且会导致荧光胶 和芯片之间产生内应力，使LED出现分层断裂等失效现象。综上所述，除了 芯片结温，荧光胶温度也是表征LED器件散热性能的重要参数之一。然而， 荧光胶主要由荧光粉和硅胶混合而成，且荧光粉颗粒分散在硅胶基材中，传 统方法很难直接准确地测试荧光胶温度。
[0006]热电偶方法主要通过与荧光胶接触来表征荧光胶的表面温度，但是即使 破坏了LED芯片上覆盖的荧光胶并采用微型热电偶测试荧光胶内部的温度， 也会破坏荧光胶内部的温度场，测试的温度与未破坏的荧光胶内部温度存在 显著差异。
[0007]红外测试法可通过非接触的方法获取荧光胶表面温度，但是荧光胶的发 射率会显著影响红外测温结果，荧光胶内部高温点产生的红外光透过荧光胶 时也会产生损耗，因此红外法测得的温度与荧光胶内部温度也存在差异。
[0008]传统热阻法，只能测试芯片结温，无法获取荧光胶内部温度。
[0009]综上所述，目前的测温方法既无法准确获得荧光胶的最高温度，也无法 评估荧光胶温度和芯片结温的相互关系，因而开发一种新方法来表征荧光胶 最高温度具有重要意义。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于提供结构差异法获取LED荧光胶最高温度的方法，解 决现有技术无法测试LED芯片表面荧光胶最高温度的问题。
[0011]为了达到上述的目的，本专利技术提供了一种结构差异法获取LED荧光胶最 高温度的方法，其特征在于，包括下述步骤：S1，制备三种封装结构的LED 器件，LED器件I芯片裸露，LED器件II芯片表面覆盖硅胶，LED器件III 芯片表面覆盖荧光胶；S2，与三种器件对应分别建立三种光学和热学结构不 同的模型，其中，LED器件III荧光胶热阻R
yg
等于LED器件II硅胶热阻R
gj
， LED器件III的芯片PN结
‑
基板
‑
环境热阻R
jsa 3
与LED器件I的芯片PN结
‑ꢀ
基板
‑
环境热阻R
jsa 1
相同；S3，积分球分别测试LED器件II和LED器件III 的光辐射功率，利用两种器件的结构差异分别获得LED器件III的芯片发热 功率P
chip
和荧光胶发热功率P
yg
‑
j
；S4：使用瞬态热阻法测试三种器件的芯片 结温和芯片PN结
‑
环境整体热阻；S5，根据结构差异法，根据步骤S2建立的 模型代入步骤S3和S4得到的数据获得LED器件III的荧光胶最高温度T
yg
。
[0012]进一步的是，步骤S1包括：首先在基板表面安装固定LED芯片，然后 键合连接LED芯片与电极引出端，安装反射器使芯片产生的光向上发射，获 得芯片表面未涂覆硅胶和荧光胶的LED器件I；在LED器件I的芯片表面涂 覆硅胶并加热固化，获得LED器件II；在LED器件I的芯片表面涂覆荧光胶 并加热固化，获得LED器件III。
[0013]进一步的是，步骤S2包括：
[0014]建立LED器件I的模型：LED器件I的芯片发热功率P
chip
通过一维散热 路径依次向下传导到基板和外部环境，则有公式(1)：其中，T
a
为环境温度，在LED器件I、LED器件II和LED器件III中保持不 变，R
ja 1
为LED器件I的芯片PN结
‑
环境整体热阻，R
jsa 1
为所对应的热阻为 芯片PN结
‑
基板
‑
环境热阻，T
j1
为LED器件I的芯片结温。
[0015]建立LED器件II的模型：LED器件II的芯片发热功率P
chip
一部分向下 传导到基板和外部环境P
chip 1
，则有公式(3)：其 中，R
ja 2
为LED器件II的芯片PN结
‑
环境整体热阻，R
jsa 2
为所对应的热阻为 芯片PN结
‑
基板
‑
环境热阻，T
j2
为LED器件II的芯片结温；另一部分向上传 导到硅胶和外部环境P
chip 2
，则有公式(4)：其中，R
gj
为芯片PN 结
‑
硅胶
‑
环境热阻；进一步推导得知公式(7)：
[0016]建立LED器件III的模型：荧光胶温度最高点发热功率P
yg
，一部分向上 传导到外部环境P
yg
‑
a
，一部分向下传导到芯片PN结P
yg
‑
j
，即有公式(8)： P
yg
＝P
yg
‑
a
+P
yg
‑
j
；芯片发热功率P
chip
和荧光胶发热功率P
yg
‑
j
都在芯片PN结 处聚集，则LED器件III的芯片PN结
‑
基板
‑
环境发热总功率P
ja
有公式(9)： P
ja
＝P
chip
+P
yg
‑
j
；由于LED器件III荧光胶热阻R
yg
等于LED器件II硅胶热 阻R...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结构差异法获取LED荧光胶最高温度的方法，其特征在于，包括下述步骤：S1，制备三种封装结构的LED器件，LED器件I芯片裸露，LED器件II芯片表面覆盖硅胶，LED器件III芯片表面覆盖荧光胶；S2，与三种器件对应分别建立三种光学和热学结构不同的模型，其中，LED器件III荧光胶热阻R
yg
等于LED器件II硅胶热阻R
gj
，LED器件III的芯片PN结
‑
基板
‑
环境热阻R
jsa3
与LED器件I的芯片PN结
‑
基板
‑
环境热阻R
jsa1
相同；S3，积分球分别测试LED器件II和LED器件III的光辐射功率，利用两种器件的结构差异分别获得LED器件III的芯片发热功率P
chip
和荧光胶发热功率P
yg
‑
j
；S4：使用瞬态热阻法测试三种器件的芯片结温和芯片PN结
‑
环境整体热阻；S5，根据结构差异法，根据步骤S2建立的模型代入步骤S3和S4得到的数据获得LED器件III的荧光胶最高温度T
yg
。2.如权利要求1所述的结构差异法获取LED荧光胶最高温度的方法，其特征在于，步骤S1包括：首先在基板表面安装固定LED芯片，然后键合连接LED芯片与电极引出端，安装反射器使芯片产生的光向上发射，获得芯片表面未涂覆硅胶和荧光胶的LED器件I；在LED器件I的芯片表面涂覆硅胶并加热固化，获得LED器件II；在LED器件I的芯片表面涂覆荧光胶并加热固化，获得LED器件III。3.如权利要求1所述的结构差异法获取LED荧光胶最高温度的方法，其特征在于，步骤S2包括：建立LED器件I的模型：LED器件I的芯片发热功率P
chip
通过一维散热路径依次向下传导到基板和外部环境，则有公式(1)：其中，T
a
为环境温度，在LED器件I、LED器件II和LED器件III中保持不变，R
ja1
为LED器件I的芯片PN结
‑
环境整体热阻，R
jsa1
为所对应的热阻为芯片PN结
‑
基板
‑
环境热阻，T
j1
为LED器件I的芯片结温。建立LED器件II的模型：LED器件II的芯片发热功率P
chip
一部分向下传导到基板和外部环境P
chip1
，则有公式(3)：其中，R
ja2
为LED器件II的芯片PN结
‑
环境整体热阻，R
jsa2
为所对应的热阻为芯片PN结
‑
基板
‑
环境热阻，T
j2
为LED器件II的芯片结温；另一部分向上传导到硅胶和外部环境P
chip2
，则有公式(4)：其中，R
gj
为芯片PN结
‑
硅胶
‑
环境热阻；进一步推导得知公式(7)：建立LED器件III的模型：荧光胶温度最高点发热功率P
yg
，一部分向上传导到外部环境P
yg
‑
a
，一部分向下传导到芯片PN结P
yg
‑
j
，即有公式(8)：P
yg
＝P
yg
‑
a
+P
yg
‑
j
；芯片发热功率P
chip
和荧光胶发热功率P
yg
‑
j
都在芯片PN结处聚集，则LED器件III的芯片PN结
‑
基板
‑
环境发热总功率P
ja
有公式(9)：P
ja
＝P
chip
+P
yg
‑
j
；由于LED器件III荧光胶热阻R
yg
等于LED器件II硅胶热阻R
gj
，LED器件III的芯片PN结
‑
基板
‑
环境热阻R
jsa3
与LED器件I的芯片PN结
‑
基板
‑
环境热阻R
jsa1
相同，则通过推导得知得到公式(15)：则通过推导得知得到公式(15)：R
ja3
为LED器件III的芯片PN结
‑
环境整体热阻，公式(25)：其中R
yg
‑
a
为LED器件
III荧光胶最高温度点到环境热阻，以及公式(26)：荧光胶最高温度T
yg
＝T
a
+R
yg
‑
a
*P
yg
‑
a
。4.如权利要求1所述的结构差异法获取LED荧光胶最高温度的方法，其特征在于，步骤S3包括：将已知光辐射功率的标准LED固定于积分球内部最下方，采用IH加热电流驱动标准LED，通过VF电压传感器测试标准LED电压值并获得其输入功率P
in
，公式(27)：P
in
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈凡，楼建设，刘大鹏，刘寅傲，王兰来，
申请(专利权)人：上海精密计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：