征程探讨提高LED光源耐温性能的实验【一】

二、 LED热阻

　　1. LED热阻

　　热阻通常是指热流通过物体时的阻力。是由物质材料的本质所决定的。热阻的大小和热流通过的路径长度成正比，和路径的截面积成反比，和材料的导热系数成反比。即：

　　Rth=L/Sλ

　　2. 区分光源內部热阻和光源外部热阻的意义

　光源內部热阻

　　光源內部热阻也称封装热阻，包括：

　　（1）LED芯片材料自身的热阻，RL1。

　　（2）芯片和基板(热沉)粘接热阻，RL2。

　　（3）基板传导热阻RL3 ，

　　（4）灌封胶体热阻，RL4。

　　（5）透镜热阻，RL5。

　　光源外部热阻包括：

　　（1）热沉下层的导热硅胶热阻，RO1。

　　（2）覆铜板热阻，RO2。

　　（3）覆铜板与铝基板之间的绝缘薄膜热阻，RO3。

　　（4）铝基板热阻，RO4。

　　（5）铝基板与散热器之间的导热硅胶产生热阻，RO5。

　　（6）散热器热阻，RO6。

　　应用中光源内部热阻即封装热阻，它关系到光衰和寿命是衡量光源品质的重要指标，对灯具用户来说是无法改变的，亦即系统设计无计可施。系统光效与系统热阻成反比，热阻越低，光效越高。

　　3, 用稳态光效和瞬态光效之比来衡量系统的光热特性

　　目前LED光源热阻测量国家尚未出台标准，通常依照普通半导体器件的热阻测量方法采用电压测量法，先测出K值，再计算岀某位置到PN结的热阻。还有光谱法、光热阻扫描法及光功率法。由于测量程序复杂，难以规范，因此仍然应用不广。人们从传热学引入LED“热阻”一词无非是希望能通过测量找出光源和灯具每个节点温升状况，以便将光源温度工作设计在安全范围内,减少LED光衰。其实，测试结温及计算热阻目的意义仅在于对比系统传热性能，以便优化散热/成本比，这无需拐弯抹角去反复测量和计算，操作复杂还不够准确。本人建议只要在LED灯具系统中测量各级传热通路的温度差即可表现出来的它们之间热阻大小，亦即用“节点温差”去理解“热阻”。笔者建议用稳态光效和瞬态光效之比来衡量系统的光热特性。测量方法：首先测量岀瞬态光效。当系统工作进入热稳定之后，光源温度不再上升、光强不再下降而相对稳定之后测出稳态光效，用稳态光效除以瞬态光效即是稳态光效和瞬态光效之比，根据热阻与光效成反比的关系，其比值大小即可看出不同灯具的系统光效或热阻的高低好坏，注意通常测量要排除电源影响。比如：两个不同的路灯A和B，分别测出它们瞬态光效和稳态光效之比，A=95%，B=90% ,即可认定A好于B 这种测试方法简单易操作，笔者建议经过大家讨论和完善将该测量方法推荐行业测量规范和技术标准中。

　　三、LED光衰

　　1, LED光衰：LED光衰是指LED经过一段时间的点亮之后，其光强比初始光强会降低，且不能恢复，即降低的部分称为LED的光衰。目前我国尚未制定LED光衰的定义及通用标准。 GB/T 24823-2009要求LED模块性能要求规定的光通维持率是在燃点3000h时，其光通维持率应不低于92%仅试用室内灯具的某个产品，业界普遍呼吁国家尽快制定LED光衰标准。

　　2, LED光衰是光源部件超过耐温极限不可逆的损伤现象

　　众所周知，LED工作之后其光强会着芯片结温升高而下降，光效随之降低，这是半导体随温度变化的固有的物理特性，只要光源某个部件不超过温度极限而损伤， LED停止之后温度降到原始値,其光强还会恢复如初，也就是说LED不管工作多久、反复多次只要初始光强不变就不能认为光衰，光衰是指光源因长时间工作温度超过极限値而光强恢复不到初始値称为光衰，亦即光通量下降不可逆转才是真正意义的光衰。LED光衰是光源部件超过耐温极限不可逆的损伤现象。

　　3,目前所有芯片厂和封装厂所标称的光效都是瞬态光效

　　有人认为美国CREE公司公布的LED芯片结温和之间的关系曲线是LEF光衰曲线,不少人将它视为LED芯片光衰曲线，以至封装厂也将它搜搬抄到出厂规格书中，这是错误的。

　　上图CREE所公示温度与光通量/光功率关系曲线是基于向用户表达在设计使用中不要让芯片超过一定结温范围，以保障在额定光功率下导致光通量下降或产生光衰。笔者认为这组曲线不是LED芯片光衰的因果关系，它应该是LED光源的光通量和温度有关的多种元件综合曲线。很多人认为这组曲线是单纯芯片光衰原因，并不包括荧光粉、粘胶、支架以及与温度有关的系统部件影响，这是认识误区。LED光源无论是Ta=25度还是在Ta=85℃温度下测试，都是光源系统在某个特定温度下的稳态测量值 ,由于稳态光效受温度诸多变量关系影响，测试复杂不够准确，而且时间较长，所以目前所有芯片厂和封装厂对外标称的光效都是瞬态光效,下游用户验收也是如此。世界上无论哪个公司对外公布产品性能指标必须有可操作性和可重复性，也就是说客户购买你的产品对其规格无法或难以检验，则无法通行。一些国外厂商有意夸大光效超过传统值数倍是没有任何实用意义的，因为LED光效与光衰不是由LED芯片单一因素造成，它与系统热阻诸多条件有关，拿试验室光效说事只有宣传意义没有任何实用意义，某公司如推出303LM/W产品而闭门不推向市场，业界无法理解和认同。再说决定LED光效芯片不是唯一原因，也不是主要原因，用户一味追求某品牌而不重视系统设计是认识误区，会劳而无功、事倍功半。

　　结语

　　讨论LED光效、LED热阻、LED光衰这几个广为流行的专业词语，区分瞬态光效和稳态光效的意义，是为了进一步揭示LED光衰原因，找出解决对策。同时对规范LED技术用语定义和建立相关技术标准无疑也大有裨益。

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