Vektrex JEDEC热性能测量照明系统热性能评估

JEDEC 热性能
JEDEC 热测量方法定义了两大类测量技术:
一类是器件结温的测量,
另一类是热阻的测定,包括从结点到外部某一参考点的热路径测量。
这些热性能测量被广泛应用于:
使用 Vektrex SMU 可以进行哪些?
使用带有可选 BIAS 功能的 Vektrex 脉冲 SMU,可实现以下 LED 和激光器热测量:
单颗 LED 或整灯的原位结温(Tj)测量
结温(Tj)是指 LED 或激光二极管半导体结点的工作温度。在工作状态下,半导体的结温通常高于周围环境温度,器件产生的热量会沿着一条路径向外传导,这条路径包括焊料(solder)、金属基板(MCPCB)以及散热器(heat sink)等封装结构组件。
这一过程如下图所示(原文中提到的示意图)。、

结温(Tj)对激光器或 LED 的长期可靠性有直接影响。原位结温越高,长期可靠性越低。当温度超过 150 °C 时,器件可能会立即失效。
Tj 还会影响 LED 和激光器的工作特性。例如,琥珀色 LED 的光输出会随着结温升高而显著下降。
LED 制造商通常会在特定结温条件下提供性能参数,同时给出降额系数(derating factors),用于计算在其他温度下的性能。产品设计人员会结合这些数据以及实际的原位测量结果,来验证产品是否能够满足其标称性能指标。
原位结温(In-situ Tj)是指器件(例如 LED)在实际工作环境中的结温。例如,这种工作环境可能是老化测试夹具(burn-in fixture)、封闭式灯具(enclosed luminaire),或其他任何器件安装使用的环境。
原位结温可以通过两种方式测量:
- 直接测量:采用电学测试方法(ETM)
- 间接测量:基于热路径的热阻估算
但通过热阻来估算 Tj 存在一定风险——如果实际结温判断不准确,产品可能会失效、性能不达标,或者被过度设计,从而增加不必要的成本。
Vektrex JEDEC热性能测量照明系统热性能评估
ETM 方法依赖于高占空比的加热电流,并快速切换到测量电流。在使用 ETM 时,典型的 LED 原位结温测量电流波形就体现了这种快速切换过程。

进行原位结温(Tj)测量有多种重要原因,例如:
- 对于大规模销售的照明产品,通常需要配备散热器进行冷却。通过更精确的 Tj 测量,可以减少热阻不确定性预算,从而使散热器设计得更小,降低产品成本和运输成本。
- 许多产品失效都可以追溯到结温过高或结温波动过大。对于高产量产品,由于 Tj 设计错误导致的质保损失可能高达数十万美元。
- 对于使用周期长达多年的产品设计,在更换 LED 或激光器时,准确掌握 Tj 有助于对新旧器件进行性能对比。
- 对于 LED 和激光器制造商而言,提供尽可能精确的测量数据非常重要,这些数据应包含测量时的精确结温(Tj)。
- 原位 Tj 测量是优化设计性能的重要工具,它可以揭示产品中微小变化带来的影响。例如,不同导热界面材料(TIM)对 COB 封装散热路径的影响,可以在几分钟内进行定量评估。
- 原位 Tj 应与制造商规定的最大允许结温进行对比,以确保实际工作温度低于该上限。通常设计人员希望 Tj 比最大允许值低 20–40%。这一点在脉冲过驱(pulsed overdrive)应用中尤为重要。