一种结构差异法获取LED荧光胶最高温度的方法与流程

本发明涉及led半导体领域的检测技术，具体涉及结构差异法获取led 荧光胶最高温度的方法。

背景技术：

1、led发光二极管因其高可靠、高发光效率和低功耗而在航天产品的照明 信号领域得到广泛应用。传统的led只能产生单色光，无法直接获得白光。 为了获得白光led，需要在蓝光led芯片上涂覆黄色荧光胶来使芯片发出的 蓝光转换为黄光，进而将这些转换黄光与芯片透射蓝光混合，最终产生混合 白光。

2、在传统led器件的热学表征中，往往只关注芯片结温，对荧光胶温度的 测试较少。然而，在荧光胶转换芯片发射光的过程中，由于非辐射复合和荧 光胶对光能的吸收等因素，发射光将产生损耗并转化为热量，导致荧光胶局 部发热并使其成为led器件内部的另一个发热源。

3、尽管荧光胶的发热量通常小于芯片pn结的发热量，但是相比于芯片pn 结-焊料-基板的高效一维散热路径，荧光胶的导热性不佳，这将导致荧光胶产 生的热量在其内部快速集聚。集聚的热量又会导致led发光效率降低，加剧 发射光的损耗，最终导致荧光胶的局部高温。因此，荧光胶内部的最高温度 可能高于芯片pn结的温度。

4、在led长时间老化和服役过程中，荧光胶的局部高温不仅会降低荧光胶 的量子转换效率，影响led器件的寿命和整体发光效率，而且会导致荧光胶 和芯片之间产生内应力，使led出现分层断裂等失效现象。综上所述，除了 芯片结温，荧光胶温度也是表征led器件散热性能的重要参数之一。然而， 荧光胶主要由荧光粉和硅胶混合而成，且荧光粉颗粒分散在硅胶基材中，传 统方法很难直接准确地测试荧光胶温度。

5、热电偶方法主要通过与荧光胶接触来表征荧光胶的表面温度，但是即使 破坏了led芯片上覆盖的荧光胶并采用微型热电偶测试荧光胶内部的温度， 也会破坏荧光胶内部的温度场，测试的温度与未破坏的荧光胶内部温度存在 显著差异。

6、红外测试法可通过非接触的方法获取荧光胶表面温度，但是荧光胶的发 射率会显著影响红外测温结果，荧光胶内部高温点产生的红外光透过荧光胶 时也会产生损耗，因此红外法测得的温度与荧光胶内部温度也存在差异。

7、传统热阻法，只能测试芯片结温，无法获取荧光胶内部温度。

8、综上所述，目前的测温方法既无法准确获得荧光胶的最高温度，也无法 评估荧光胶温度和芯片结温的相互关系，因而开发一种新方法来表征荧光胶 最高温度具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供结构差异法获取led荧光胶最高温度的方法，解 决现有技术无法测试led芯片表面荧光胶最高温度的问题。

2、为了达到上述的目的，本发明提供了一种结构差异法获取led荧光胶最 高温度的方法，其特征在于，包括下述步骤：s1，制备三种封装结构的led 器件，led器件i芯片裸露，led器件ii芯片表面覆盖硅胶，led器件iii 芯片表面覆盖荧光胶；s2，与三种器件对应分别建立三种光学和热学结构不 同的模型，其中，led器件iii荧光胶热阻ryg等于led器件ii硅胶热阻rgj， led器件iii的芯片pn结-基板-环境热阻rjsa 3与led器件i的芯片pn结- 基板-环境热阻rjsa 1相同；s3，积分球分别测试led器件ii和led器件iii 的光辐射功率，利用两种器件的结构差异分别获得led器件iii的芯片发热 功率pchip和荧光胶发热功率pyg-j；s4：使用瞬态热阻法测试三种器件的芯片 结温和芯片pn结-环境整体热阻；s5，根据结构差异法，根据步骤s2建立的 模型代入步骤s3和s4得到的数据获得led器件iii的荧光胶最高温度tyg。

3、进一步的是，步骤s1包括：首先在基板表面安装固定led芯片，然后 键合连接led芯片与电极引出端，安装反射器使芯片产生的光向上发射，获 得芯片表面未涂覆硅胶和荧光胶的led器件i；在led器件i的芯片表面涂 覆硅胶并加热固化，获得led器件ii；在led器件i的芯片表面涂覆荧光胶 并加热固化，获得led器件iii。

4、进一步的是，步骤s2包括：

5、建立led器件i的模型：led器件i的芯片发热功率pchip通过一维散热 路径依次向下传导到基板和外部环境，则有公式(1)：其中，ta为环境温度，在led器件i、led器件ii和led器件iii中保持不 变，rja 1为led器件i的芯片pn结-环境整体热阻，rjsa 1为所对应的热阻为 芯片pn结-基板-环境热阻，tj1为led器件i的芯片结温。

6、建立led器件ii的模型：led器件ii的芯片发热功率pchip一部分向下 传导到基板和外部环境pchip 1，则有公式(3)：其 中，rja 2为led器件ii的芯片pn结-环境整体热阻，rjsa 2为所对应的热阻为 芯片pn结-基板-环境热阻，tj2为led器件ii的芯片结温；另一部分向上传 导到硅胶和外部环境pchip 2，则有公式(4)：其中，rgj为芯片pn 结-硅胶-环境热阻；进一步推导得知公式(7)：

7、建立led器件iii的模型：荧光胶温度最高点发热功率pyg，一部分向上 传导到外部环境pyg-a，一部分向下传导到芯片pn结pyg-j，即有公式(8)： pyg＝pyg-a+pyg-j；芯片发热功率pchip和荧光胶发热功率pyg-j都在芯片pn结 处聚集，则led器件iii的芯片pn结-基板-环境发热总功率pja有公式(9)： pja＝pchip+pyg-j；由于led器件iii荧光胶热阻ryg等于led器件ii硅胶热 阻rgj，led器件iii的芯片pn结-基板-环境热阻rjsa 3与led器件i的芯片 pn结-基板-环境热阻rjsa 1相同，则通过推导得知得到公式(15)：rja 3为led器件iii的芯片pn结-环境整体热阻，公式(25)：其中ryg-a为led器件iii荧光胶最高温度点 到环境热阻，以及公式(26)：荧光胶最高温度tyg＝ta+ryg-a*pyg-a。

8、进一步的是，步骤s3包括：将已知光辐射功率的标准led固定于积分 球内部最下方，采用ih加热电流驱动标准led，通过vf电压传感器测试标 准led电压值并获得其输入功率pin，公式(27)：pin＝ih*vf，标准led芯 片产生的光经积分球漫反射后被探测器接收，对比探测器测试的光辐射功率 和已知光辐射功率，校准积分球探测器参数；将led器件ii和led器件iii 依次替换标准led，采用ih加热电流依次驱动led器件ii和led器件iii， 结合vf电压传感器测得的电压值分别确定两种器件的输入功率pin，公式(27)：pin＝ih*vf，通过校准后的探测器分别测试两种器件的光辐射功率pfg 2和pfg 3。

9、进一步的是，步骤s3包括：led器件ii的输入功率pin分别用于芯片发 热功率pchip和光辐射功率pfg 2，公式(28)：pin＝pchip+pfg 2；led器件iii的 输入功率pin分别用于芯片发热功率pchip、光辐射功率pfg 3和荧光胶发热功率 pyg，公式(29)：pin＝pchip+pfg 3+pyg；通过推导可获得不同ih加热电流下 led器件iii芯片发热功率pchip，公式(30)：pchip＝pin-pfg 2和荧光胶发热功 率pyg，公式(31)：pyg＝pfg 2-pfg 3。

10、进一步的是，步骤s4包括：测试led器件i、led器件ii和led器件 iii的温度敏感参数k系数；采用不同加热电流分别驱动三种器件使芯片结温 升高，通过电压传感器监测芯片pn结电压降变化，结合k系数，得到芯片 结温曲线，确定不同电流下最高芯片结温tj1、tj2和tj3；对芯片结温曲线进行 数学变换，得到瞬态热阻曲线，确定不同电流下芯片pn结-环境整体热阻rja 1、 rja 2和rja 3。

11、进一步的是，所述测试led器件i、led器件ii和led器件iii的温度 敏感参数k系数，包括：将接入瞬态热阻测试电路的led器件iii放入恒温 油槽，调节油液温度使器件芯片pn结温度升高，实时记录芯片pn结电压降 -结温曲线，确定其温度敏感参数k系数；三种器件的电路结构相同，因而k 系数相同。

12、进一步的是，步骤s5包括：根据结构差异法，首先获得led器件iii荧 光胶最高温度点分别到芯片pn结的发热功率pyg-j和到环境的发热功率pyg-a； 再获得led器件iii荧光胶最高温度点到环境热阻ryg-a；最后获得led器件 iii荧光胶最高温度tyg。

13、进一步的是，步骤s5包括：获得led器件ii的硅胶热阻rgj，公式(7)： 和led器件iii芯片pn结-基板-环境发热总功率pja，公式(15)： 其中，rja 1、rja 2和rja 3分别为三个led器件的芯片pn 结-环境整体热阻；进而，获得led器件iii荧光胶最高温度点到芯片pn结 的发热功率pyg-j，依据公式(9)可知：pyg-j＝pja-pchip；进而，获得led器 件iii荧光胶最高温度点到环境的发热功率pyg-a，依据公式(8)可知： pyg-a＝pyg-pyg-j；由此，得到pyg-j和pyg-a。

14、进一步的是，步骤s5进一步包括：获得led器件iii荧光胶最高温度点 到环境热阻ryg-a，公式(25)：进而，获得led 器件iii荧光胶最高温度tyg，公式(26)：tyg＝ta+ryg-a*pyg-a。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

16、本发明根据led器件i、led器件ii和led器件iii结构的相同之处和 差异点，结合光辐射功率、芯片结温和芯片pn结-环境整体热阻，有效获得 了led器件iii的荧光胶最高温度，解决了传统方法无法测试led芯片表面 荧光胶最高温度的不足，避免了荧光胶温度过高对led发光效率和封装可靠 性的影响。