功率型LED結溫和熱阻在不同電流下性質研究

　　圖3是環境溫度為25°C，1WInGaN白色和藍色LED的熱阻隨驅動電流的變化趨勢圖。雖然白光LED要比藍光LED多出一層YAG熒光粉，但如圖3所示，二者的熱阻值差異不大，表明YAG熒光粉并未嚴重影響1W白光LED的散熱，功率LED的內部熱量靠輻射散發的很少，主要還是靠芯片傳導到襯底，襯底傳導到鋁基板的方式散發到外部的。

圖3：InGaN基白色和藍色LED熱阻變化趨勢圖

　　圖4是3W白光LED熱阻隨驅動電流變化的趨勢圖，其中，圖4(a)是美國照明研究中心的Jayasinghe等人在環境溫度25°C時測得的3W白光LED熱阻在不同驅動電流下的變化趨勢圖，圖4(b)是在相同環境溫度下測得的3WInGaN基白光LED熱阻趨勢圖。兩種試驗用的LED芯片大小相同，但美國照明研究中心所測量的管子比筆者的封裝要大些。圖4(a)中驅動電流從100～800mA變化時，熱阻值由8°C·W-1上升到15°C·W-1，在相同的電流變化范圍內，圖4(b)熱阻值由7.5°C·W-1上升至19°C·W-1，差異較小，說明我國大功率白光LED發展迅速，其散熱性能已經比較好。

　　圖4：(a)美國照明研究中心測量的3W白色LED熱阻隨電流變化趨勢圖；(b)3W白色LED熱阻隨輸入電流變化趨勢圖

　　3.2　正向電壓法測量結溫分析

　　表1是環境溫度25°C，驅動電流變化范圍從100～1000mA時，不同顏色1W功率LED在相應電流下的結溫。從表中可以看出，各種顏色的功率LED結溫均隨驅動電流的增加而上升。分析認為，隨著驅動電流的加大，會導致LED內部產生電流擁擠效應，電流擁擠會導致光輸出效率的減少(輻射復合減少)，因此導致結溫上升，而結溫的升高會導致LED材料熱導率的變化。一些小組研究得出GaN導熱系數在25～175°C時從2.50W/(cm·K)下降到1.75W/(cm·K)[4]；其他人研究說溫度從25～125°C時，GaN導熱系數由2.0W/(cm·K)下降至1.6W/(cm·K)[5]。反過來，材料導熱系數的下降又會制約LED的熱傳導，進一步提高LED結溫，如此相互制約，甚至會形成惡性循環。另外，過大的電流還會導致LED各接觸層之間失配度的變化、焊料的退化等，也會導致LED溫度的升高。