一种发光二极管的结温测量方法及应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及发光二极管测试技术领域，特别是涉及一种发光二极管的结温测量方法及其应用。
【背景技术】
[0002]发光二极管(Light Emitting D1de，简称LED)是一种固体发光器件，大功率LED的输入功率中只有20%~30% (这个数值随着半导体材料的不同而改变)转换为光能，而其余的70°/『80%则以热能的形式被耗散掉了。如此巨大的热量，如果不断积累的话，会导致LED的结温升高，从而严重影响LED的光通量、寿命、可靠性等，并会导致发射光谱红移、封装材料黄化等。因此，准确测量结温具有重要的实际意义。
[0003]目前LED的测量方法主要有正向压降法和管脚测温法等接触测量法，以及峰值波长法、蓝白比法，红外摄像法，有限元法和PN结电阻等非接触式方法。这些方法有着各自的优缺点，正向压降法通过标定LED工作电流下的电压随温度变化的关系，进而测量不同工作状态和散热条件下的结温，而如果工作电流发生改变，又需要重新标定；管脚测温法实际试验中，一般要求结温比管脚温度差大于50°C。峰值波长法测试时会给测试结果带来不小的误差，若采用高精度的光谱仪，则会大大增加测试成本。蓝白对比法仅适用于InGaN +YAG白光LED，对于其他LED，如RGB三基色混合白色LED和单色LED，该方法就不适用了 ；红外摄像法成本较高，而且要求被测器件必须是未封装或开封的状态，同时由于芯片不同层次热红外信息互相干扰形成噪声，该方法也无法准确感应内部有源层温度，因此，测试结果有较大的误差；有限元法是建立在一些假设的基础上，而实际应用中，这些假设不一定均成立，同时该方法需要复杂的计算。
[0004]申请号CN103217229A的专利申请公告文本公开了一种利用LED芯片中的半导体材料的温变电阻特性来测量结温的方法，该方法是在LED工作状态时测量GaN材料的电阻并和定标曲线对比获得结温；从公开的数据来看，LED的材料电阻与温度并非线性关系，增加了结温测量的难度。另外，文献《利用温变电容特性测量发光二极管结温的研究》(物理学报，2015，64，118501)报导了一种利用LED的反向电容的温变特性进行LED结温测量的技术。该技术利用了 LED的反向势皇电容随温度的变化特性，而LED本身的工作须要正向电压的驱动，因此在测量过程中，涉及到电源的正负极性的转换，降低了测量的速度。
[0005]因此，针对现有技术中的存在问题，亟需提供一种操作简单、成本低、高效且测试精准的发光二极管点结温测量技术显得尤为重要。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种操作简单、成本低、高效且测试精准的发光二极管点结温测量方法。
[0007]本发明的目的通过以下技术方案实现:
提供一种发光二极管的结温测量方法，包括有以下步骤: (1)确定定标关系:
测试不同温度下发光二极管器件在特定的正向电压下的电容的定标关系；
(2)测量电容确定结温:
在发光二极管工作时，测量所述发光二极管的电容值并根据所述定标关系确定所述发光二极管点结温。
[0008]优选的，(1)确定定标关系步骤包括有以下子步骤:
1.1将发光二极管进行封装，并且将所述发光二极管的N型电极和P型电极分别引出；
1.2将封装好的发光二极管的N型电极和P型电极连接到电容测量源表，发光二极管N型电极和P型电极两端设置于特定的正向电压下；
1.3在温度可控制的干燥环境下，记录在特定的正向电压下不同温度对应的发光二极管的电容值，获得发光二极管芯片在该特定电压下的电容随温度的变化关系，该变化关系作为定标关系。
[0009]更优选的，所述步骤1.3中，设定温度可控的鼓风干燥箱的温度，待鼓风干燥箱的温度稳定后，作为所述点温度可控制点干燥环境。
[0010]优选的，(2)测量电容确定结温步骤包括有以下子步骤:
2.1将发光二极管的P型电极和N型电极分别接到电容测量源表的正极和负极，所述电容测量源表提供与步骤(1) 一致的特定的正向电压；
2.2将发光二极管与直流电源通过开关连接；
2.3当测量发光二极管的结温时，将所述发光二极管与所述直流电源关断，并记录所述电容测量源表的电容测量值，通过与步骤(1)的定标关系进行比较计算确定对应的发光二极管的结温。
[0011]更优选的，步骤2.2中发光二极管与直流电源之间的开关为手动的或者数控的具有双刀单掷功能的开关。
[0012]另一优选的，(2)测量电容确定结温步骤还包括有以下步骤:
2.1将发光二极管通过手动的或者数控的具有双刀双掷功能的开关分别连接电容测量源表或直流电源，实现发光二极管与电容测量源表的闭合回路、发光二极管与直流电源的闭合回路之间的单选物理切换；
2.2在发光二极管正常工作时，发光二极管与直流电源处于闭合回路；在测量发光二极管结温时，发光二极管与电容测量源表处于闭合回路，记录电容测量源表的电容测量值，并通过与步骤(1)的定标关系进行比较计算确定对应的发光二极管的结温。
[0013]优选的，所述特定的正向电压为0~50V电压。
[0014]优选的，电容测量源表测量发光二极管电容时的测量频率为1Ηζ~100ΜΗζ。
[0015]优选的，所述发光二极管的发光材料是GaN基、GaAs基及GaP基的二元、三元和四元化合物中的一种或者一种以上；
所述发光二极管芯片的衬底是蓝宝石、SiC、S1、GaN或金属转移衬底中的任意一种。
[0016]本发明的又一目的在于一种发光二极管的结温测量方法的应用，上述的一种发光二极管的结温测量方法应用于垂直结构或平面结构的发光二极管芯片结温测量；或者，应用于正装或倒装的发光二极管芯片结温测量。
[0017]本发明的有益效果: 本发明的一种发光二极管的结温测量方法包括有以下步骤(1)确定定标关系及(2)测量电容确定结温两大步骤。该发光二极管的结温测量方法利用正向电容随温度明显变化的原理，通过监测LED工作时自身的结区电容的变化，并和事先测量的定标关系进行对比，获得LED结区的温度，从而获得了 LED芯片工作状态的结温。此方法原理和操作均相对简单，定标关系的确定只须进行一次，定标关系可适用于任意工作电压和电流的LED结温的测量，操作简单方便，误差小。并且，本发明利用电容测量源表和开关即可完成测量，不需要使用复杂昂贵的测试仪器，可有效降低成本，有利于技术的推广应用。另外，本发明的技术是利用LED的正向电容的特性，如果标定测量时使用的正向电压值与LED工作时的电压值相同时，还有可能进一步减少源表的使用，简化测量流程。与现有的大多数结温测量技术相比，本发明的优点主要在于:
1)由于只需一次定标测量，测量误差小；
2)定标曲线线性关系较好；
3)操作简单易行；
4)仅需常规的电学测试装置。
【附图说明】
[0018]利用附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
[0019]图1为本发明实施例一所使用的GaN基蓝光LED的正向电容与温度的关系示意图；
图2为本发明实施例一提出的测量方法的示意图；
图3为本发明实施例一所使用的GaN基蓝光LED的结温与电流之间的关系曲线；
图4为本发明实施例二所使用的AlGalnP红光LED的正向电容与温度的关系示意图； 图5为本发明实施例二提出的测量方法的示意图；
图6为本发明实施例二所使用的GaN基蓝光LED的结温与电流之间的关系曲线。
【具体实施方式】
[0020]本发明的一种发光二极管结温测量方法是基于结型器件的正向电容随温度明显变化的原理，测量并定标LED在某特定正向电压下的电容随温度变化的关系；在LED工作过程中，实时测量LED在该特定正向电压下的电容，并与定标关系的数据相比较或计算，实现任意工作电压和电流下的LED结温的测试。该发光二极管的结温测量方法应用于垂直结构或平面结构的发光二极管芯片结温测量；或者，应用于正装或倒装的发光二极管芯片结温测量。
[0021]现结合以下实施例对本发明作进一步说明，但本发明的实施方式并不限于此。
[0022]实施例1
本实施例使用的是GaN基的InGaN蓝光LED，该LED采用的是倒装的芯片结构。在LED支架上对LED芯片上进行电极的焊线和封装，随后的发光二极管结温测量方法包括LED的正向电容与温度关系的标定和实际工作状态下的LED的结温测试两部分。本发明的一种发光二极管的结温测量方法，包括有以下步骤:
(1)确定定标关系: 1.1将发光二极管进行封装，并且将所述发光二极管的N型电极和P型电极分别引出；1.2将封装好的发光二极管的N型电极和P型电极连接到电