LED熱阻量測(cè)標(biāo)準(zhǔn)草案

admin 2011-08-27

LED 熱阻量測(cè)標(biāo)準(zhǔn)草案

指導(dǎo)單位：經(jīng)濟(jì)部技術(shù)處

推動(dòng)單位：工業(yè)技術(shù)研究院

臺(tái)灣光電半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)

臺(tái)灣區(qū)照明燈具輸出業(yè)同業(yè)公會(huì)

草擬單位: LED 照明標(biāo)準(zhǔn)及質(zhì)量研發(fā)聯(lián)盟

(中國(guó)電器、晶元光電、光寶科技、中盟光電、齊瀚光電、維明企業(yè)、一詮精密)

前言

有鑒于LED 標(biāo)準(zhǔn)制定是LED 產(chǎn)業(yè)與照明產(chǎn)業(yè)永續(xù)經(jīng)營(yíng)的重要關(guān)鍵，經(jīng)濟(jì)部特邀集國(guó)內(nèi)LED 上中下游、測(cè)試設(shè)備與外圍材料廠家，組成「LED 照明標(biāo)準(zhǔn)及質(zhì)量研發(fā)聯(lián)盟」，并于2007 年啟動(dòng)「LED 照明標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量研發(fā)應(yīng)用整合計(jì)劃」，結(jié)合中國(guó)電器、晶元光電、光寶科技、中盟光電、齊瀚光電、維明企業(yè)及一詮精密等7 家公司，與工研院電光所、能環(huán)所，共同建立一套較為完整的LED 相關(guān)產(chǎn)品之光電特性量測(cè)與質(zhì)量驗(yàn)證規(guī)范，藉此提升國(guó)內(nèi)LED 之制造質(zhì)量及量測(cè)評(píng)估能力。

該聯(lián)盟目前已完成5 份標(biāo)準(zhǔn)草案，本份草案訂為「LED 熱阻量測(cè)標(biāo)準(zhǔn)草案」。草案內(nèi)容已透過(guò)以下活動(dòng)，聽(tīng)取各方意見(jiàn)，

1. 5 月28日舉辦「LED 產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及專利策略交流研討會(huì)議」

2. 7 月4日舉辦「臺(tái)灣LED 標(biāo)準(zhǔn)草案座談會(huì)」，由公協(xié)會(huì)會(huì)員進(jìn)行討論3. 8 月7日舉辦「研討LED 標(biāo)準(zhǔn)草案公聽(tīng)會(huì)」

透過(guò)以上活動(dòng)，參酌各方意見(jiàn)修正為3.0 版，使標(biāo)準(zhǔn)草案之訂定能更符合業(yè)界需求，以作為業(yè)界規(guī)范參考與政府制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)之支持。

LED 熱阻量測(cè)標(biāo)準(zhǔn)草案

1. 適用范圍：本標(biāo)準(zhǔn)適用于發(fā)光二極管組件熱阻之量測(cè)方法。

2. 用語(yǔ)釋義：本標(biāo)準(zhǔn)所用之主要名詞其定義如下。

(1) 發(fā)光二極管(light-emitting diodes, LED)：是指被電子激發(fā)后可以放出光且具有PN 接面之半導(dǎo)體組件。

(2) 接面溫度(junction temperature)：指LED 中PN 接面之溫度，亦為L(zhǎng)ED之實(shí)際溫度。

(3) 加熱電流(heating current) H I ：施加于待測(cè)LED 上，可使接面溫度上升之電流，通常為待測(cè)LED 之額定電流。

(4) 加熱電壓(heating voltage) H V ：在施加規(guī)定之加熱電流H I 下，所對(duì)應(yīng)之電壓。

(5) 加熱功率(heating power) H P ：施加于待測(cè)LED 上，加熱電流H I 與加熱電壓H V 之乘積。

(6) 量測(cè)電流(measuring current) M I ：在量測(cè)K系數(shù)期間，施加于待測(cè)LED上之電流。

(7) K 系數(shù)(K factor)：量測(cè)電流M I 所對(duì)應(yīng)之順向電壓與LED 接面溫度的關(guān)系，指其呈線性關(guān)系區(qū)域內(nèi)之曲線斜率。

(8) 熱阻(thermal resistance)θ：在熱平衡之條件下，沿?zé)醾鲗?dǎo)信道上的溫度差與信道上所消散的功率之比值，表示待測(cè)LED 的散熱能力。

(9) 光功率(radiant flux) e ? ：在規(guī)定之加熱電流值H I 之下，待測(cè)LED所發(fā)射之輻射功率，單位為瓦(W)。

3. 量測(cè)條件

3.1 溫度：無(wú)特別規(guī)定時(shí)，室溫之環(huán)境溫度或基準(zhǔn)點(diǎn)溫度，于量測(cè)期間定為25±2℃。

3.2 濕度：無(wú)特別規(guī)定時(shí)，相對(duì)濕度為40~80%。

3.3 熱穩(wěn)定狀態(tài)：

(1) 決定熱穩(wěn)定狀態(tài)的最佳方法，可依圖1 與圖2 的流程：1.當(dāng)認(rèn)為已達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)，先紀(jì)錄其熱阻值(θT1)與加熱時(shí)間作為后來(lái)之參考比較；

2.升溫時(shí)間為其原先升溫時(shí)間之1.1 倍時(shí)，再取一次熱阻值數(shù)據(jù)(θT2)與先前相比，若能與最初的數(shù)據(jù)相符（∣θT2 －θT1∣≦0.01θT1），則再重復(fù)一次第2 步驟，若數(shù)據(jù)仍是與前一次的數(shù)據(jù)相符合，則最后一次的時(shí)間即為熱穩(wěn)定狀態(tài)之時(shí)間。

(2) 若熱穩(wěn)定狀態(tài)很難由熱穩(wěn)定曲線得知，可在指定之環(huán)境與測(cè)試條件下，對(duì)待測(cè)LED 之加熱電壓H V 作量測(cè)，并將所得到的資料繪成如圖3 之熱穩(wěn)定曲線。LED 加熱一段時(shí)間之后，H V 之值會(huì)趨于穩(wěn)定，此時(shí)收集一至二個(gè)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)十分鐘后再收一次數(shù)據(jù)作為比較，待H V 讀值已無(wú)明顯的趨勢(shì)變化(評(píng)估量測(cè)取樣期間內(nèi)，其變化小于容差值)后，判定其達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。上述之加熱電壓H V 也可用量測(cè)電流M I所對(duì)應(yīng)之順向電壓取代。

----------

附錄

高導(dǎo)熱率測(cè)試板建議規(guī)格

1. 目的

作為熱阻測(cè)試設(shè)計(jì)之高導(dǎo)熱率測(cè)試板的參考規(guī)格，以確保在量測(cè)熱阻(junction to air)時(shí)，由測(cè)試板幾何形狀所造成的誤差能小于10%。

2. 材料規(guī)格

測(cè)試板之材質(zhì)為鋁基板，其厚度為1.60mm+/-10％，在特殊條件下，也可使用其它已知與鋁導(dǎo)熱率建立關(guān)系系數(shù)之材質(zhì)。圖9 為鋁基板之厚度之示意圖。

圖9 鋁基板之通路層與介電材料厚度之示意圖

3. 測(cè)試電路板幾何規(guī)格

101.60 mm×114.30mm+/-0.25mm。尺寸參考請(qǐng)參閱JEDEC JESD 51-7 之規(guī)定。

LED 熱阻量測(cè)標(biāo)準(zhǔn)草案version 3.00 13熱阻測(cè)試環(huán)境規(guī)定(junction to air)

1. 環(huán)境條件規(guī)格

A. 熱阻測(cè)試基板：參考高導(dǎo)熱率測(cè)試板之規(guī)格。

B. 測(cè)試箱：其構(gòu)造為內(nèi)部尺寸為0.0283 立方公尺之密封箱，所有接縫應(yīng)徹底密封，以確保無(wú)氣流通過(guò)封箱，注意封箱材料應(yīng)為低導(dǎo)熱材料。范例設(shè)計(jì)參考請(qǐng)參閱JEDEC JESD 51-2 之規(guī)定。

（PS：對(duì)于消耗功率大于1W 之高功率LED，若其在進(jìn)行熱阻量測(cè)時(shí)使環(huán)境溫度增加10％以上，則應(yīng)考慮增加測(cè)試箱的尺寸。任何測(cè)試箱的尺寸變化都必須注明于報(bào)告上且標(biāo)示為非標(biāo)準(zhǔn)。）

C. 夾治具：待測(cè)物應(yīng)位在測(cè)試箱內(nèi)之幾何中心，因此夾治具的尺寸將視測(cè)試電路板大小的不同而改變，夾治具應(yīng)使用絕緣且導(dǎo)熱率低的材料。（PS：任何偏離此規(guī)定的裝置必須標(biāo)記為非標(biāo)準(zhǔn)。）

D. 邊緣連接器(edge connector)：插槽需與規(guī)格中所述之測(cè)試板相符。

E. 熱電偶(thermocouple)：導(dǎo)線直徑應(yīng)不大于AWG 30 。熱電偶應(yīng)安裝于測(cè)試電路板下方2.54 公分處，并距離箱壁2.54 公分。熱電偶量測(cè)系統(tǒng)的精確度必須要小于1°C。

F. 測(cè)試板：見(jiàn)規(guī)格中對(duì)測(cè)試板之規(guī)定。

G. 材料：本文件所列之使用材料僅供參考，并不限定。

(1) 密封箱：紙板、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚丙烯(polypropylene)、木材和膠合板等為可制作密封箱的材料。這些材料具有較低的熱導(dǎo)率。注意最小厚度為3 公厘。（如果測(cè)試過(guò)程中環(huán)境溫度發(fā)生急劇的變化（> ±3°C），則應(yīng)使用更厚的密封箱并將密封箱放至于更大的空間中。）

(2) 測(cè)試夾具：膠合板、木制品、聚碳酸酯或聚丙烯等為可制作密夾置具的材料。這些材料具有較低的熱導(dǎo)率。可使用一般的固定裝置和粘合劑。

熱設(shè)計(jì)http://www.93ssc.com

LED 熱阻量測(cè)標(biāo)準(zhǔn)草案version 3.00 14熱阻測(cè)試環(huán)境規(guī)定(junction to board)

1. 環(huán)境條件規(guī)格

A. 熱阻測(cè)試板：參考高導(dǎo)熱率測(cè)試板之規(guī)格。

B. 環(huán)式冷板(ring style cold plate)：一種使用液態(tài)冷卻而夾持測(cè)試板兩面之冷板。

(1) 材料規(guī)格：冷板材料是由銅或銅合金鍍鎳（導(dǎo)電率大于300W/m?k 者，如C14500 或C14700）。

(2) 夾架位置：環(huán)式冷板覆蓋著電路板并鎖在板緣至少5mm之處，其與中心偏差之距離不超過(guò)從待測(cè)LED 至夾持處之+/-10%，覆蓋區(qū)域須超過(guò)4mm寬，夾持應(yīng)力應(yīng)均勻并且在200g的力下仍不會(huì)被打開(kāi)。

(3) 范例設(shè)計(jì)參考：請(qǐng)參閱JEDEC JESD 51-8 之規(guī)定。

C. 絕緣要求

(1) 此設(shè)備頂部和底部的冷板部分為絕緣材料，為導(dǎo)電率小于0.1W/m?k 之鍍鋁塑料基板。

D. 流體溫度