摘要：本文介绍了一种LED结温(Tj)温度测量的一些基础知识和一种简单的测量方法。通过该方法测量得到的数据，对汽车灯具中LED散热设计有一定的参考作用。
关键词:LED(结温) LED的热电阻LED的工作功率
因LED具有寿命长、耐候性能好等优点，近年来在汽车照明领域中得到了广泛的应用。虽然LED具有很多优点，但是其作为光电器件，在工作过程中却只有约15%～25的电能可以转换成光能，其余的电能基本都会被转化成热能。因此，如果采用LED作为光源运用于车灯照明中时,LED的结温(Tj)测量就成为了散热设计的关键点。
1 LED结温(Tj)的含义:
LED的结温(Tj)简单来讲，就是LED本身的温升极限，英文含义为:Temperature Junction。LED的基本结构是一个半导体的PN结，由于LED的芯片均具有很小的尺寸。因此一般把LED芯片的温度视之为结温。LED的结温高低直接影响到其发光效率，器件寿命，可靠性，发射波长等，保持LED结温在允许的范围内，是LED能否发挥出应有机能的关键一环。
2 影响LED结温(Tj)上升的主要因素:
2.1 发光效率是导致LED结温升高的主要原因
以目前的LED生产水平，虽然通过采用先进的生产材料和器件加工工艺，已经尽可能的将LED绝大多数的输入电能转化成了光辐射能；但是由于LED的芯片材质往往会比周围的介质相比具有大得多的折射系数，致使芯片内部产生的大部分光子无法顺利的溢出，而在芯片与介质面产生全反射，返回芯片内部并通过多次内部反射最终被芯片材料或衬底吸收，并以晶格振动的形式变成热，导致结温升高。
2.2 器件不良的电极结构也是造成结温升高的原因之一
结温区域的材料、导电银胶等均存在着一定的电阻值，这些电阻相互叠加，构成了LED器件的串联电阻。当电流通过PN结时，同时也会流经这些产生电阻的区域，从而产生热，导致芯片的温度或结温上升。
2.3 LED的散热能力是决定结温工地的另一个关键因素
由于环氧树脂是一种低导热材料，因此,PN结产生的热量很难通过透明的环氧树脂向上散发到环境中去。其大部分热量只能通过衬底、银胶、壳体、环氧粘结层、PCB板向下发散。简言之其散热路径为：芯片→散热垫→印制板敷铜层→印制板→环境空气。
3 LED结温测量
综上所述，我们可以将LED工作时的环境温度、LED工作时散发到PCB板上的温度、LED的热电阻以及LED的工作功率作为结温测
量的必要条件。
3.1 LED工作时的环境温度
以汽车灯具所涉及的工作环境为例，汽车灯具安装的位置和LED 所在PCB板回路工作电压是LED工作环境温度的主要影响因素。比较常见的环境温度有:PCB板回路电压为15 V时，对应的环境温度为80 ℃；16 V时，对应的环境温度为50 ℃；18 V时，对应的环境温度为对应60 ℃。在上述几个条件下，让LED工作1个小时，来测试LED结温。
3.2 LED工作时散发到PCB板上的温度
LED在工作时散发到PCB板上的温度，并不是PN的温度。而是在上文中提到的LED芯片通过散热垫，散发到印制板敷铜层，铜层传导到印制板上的温度。在实际进行测试时，通常会采用热红外呈像仪、电学参数法、光谱法、光热阻扫描法及光功率法等方法，这些方法基于不同的测量原理，可以测量半导体器件表面的温度分布或者某种意义上的平均温度，但是这些方法都需要专用的测试设备或者复杂的测试系统。我们可以采用在LED周围的铜制焊盘上的焊锡处焊接CC 线的方法，将被测对象放置于LED工作时
所对应的环境温度里，使用PCB板的回路电压，点亮LED1个小时，收集PCBPCB板上的温度(如:60 ℃,18 V点亮LED等)。这个方法即不需要复杂的测试设备操作也十分简单，收集到数据也具有一定的信赖性。
LED的热电阻值(℃/W)在进行结温测量时，通常可以通过查询LED规格书直接得到，是不需要测量的。热电阻是导热介质两端的温度差与通过热流功率的比，是LED在工作时PN结处产生的热，热电阻会导致芯片的温度升高。它是我们在进行结温测量是的关键参数。因此，我们在实施结温测量之前必须提前查询LED的热电阻值，以用于最终的计算。
4 LED结温测量的实例
已知LED的工作环境为50 ℃，点亮电压为16 V时，测量LED的结温具体方法如下。汽车灯具
4.1 测量16V点亮LED电流值
通过LED规格值，查询热电阻值(℃/W)和正向电压值(VF)。假设得到以下数据：热电阻=10 W,VF(正向电压)=2.8 V。记录使用16 V点亮LED时所对应的电流值，假设为:170 mA。
4.2 测量LED散发到PCB板上的温度
将CC线焊接到金线搭载的电极附近的PCB板上，尽可能的焊接到有焊锡的位置上。将被测LED按照16 V点亮后，放置到预先设定为50 ℃的温度箱内，用温度记录仪记录下温度变化曲线。测量1个小时后，记录下饱和温度。假设测量得PCB板温度=60 ℃
使用第一步通过查询得到的VF值乘以16V点亮LED时所对应的电流值，得到一个LED的工作功率。则:VF=2.8 V,16 V点亮LED的电流值=0.17 A。一个LED的工作功率=2.8 V×0.17 A=0.476 W
4.4 计算出LED结温(Tj)温度
通过以上计算，已经得到的参数有：热电阻=10 ℃/W,PCB板温度=60 ℃，一个LED功率=0.476W将以上参数代入计算公式进行计算:LED结温(Tj)温度=PCB板温度+电阻×一个LED功率则:LED结温(Tj)温度=60 ℃+10 ℃/W×0.476 W=64.76 ℃
5 结语
综上所述，我们在了解了LED结温(Tj)的一些基本知识的基础上，可以使用温度箱、温度记录仪、CC线等简单的设备就可以测量得到一个LED结温温度。当然该方法可能会存在着一些误差。如果有条件的话，也可以采用一些精度更高的专业设备进行测量。但是，对于LED的散热设计来讲，通过该方法测量得到数据还是具有一定的参考价值的。
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