探照燈燈具熱特性測試的原理與方法

近年來，強(qiáng)光探照燈照明技術(shù)快速發(fā)展，在強(qiáng)光探照燈的光效、色溫、顯色性等光色指標(biāo)備受關(guān)注的同時(shí)，強(qiáng)光探照燈的熱學(xué)特性和壽命也越來越受到人們的重視，特別是熱學(xué)特性，對強(qiáng)光探照燈光、色、電等參數(shù)的性能和壽命有著顯著的影響。

強(qiáng)光探照燈熱性能的測試首先要測試強(qiáng)光探照燈的結(jié)溫，即工作狀態(tài)下強(qiáng)光探照燈芯片的溫度。關(guān)于強(qiáng)光探照燈芯片溫度的測試，理論上有多種方法，如紅外光譜法、波長分析法和電壓法等。目前實(shí)際使用的是電壓法。1995年12月電子工業(yè)聯(lián)合會/電子工程設(shè)計(jì)發(fā)展聯(lián)合會議發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)對于電壓法測量半導(dǎo)體結(jié)溫的原理、方法和要求等都作了詳細(xì)規(guī)范。

電壓法測量強(qiáng)光探照燈結(jié)溫的主要思想是：特定電流下強(qiáng)光探照燈的正向壓降Vf與強(qiáng)光探照燈芯片的溫度成線性關(guān)系，所以只要測試到兩個以上溫度點(diǎn)的Vf值，就可以確定該強(qiáng)光探照燈電壓與溫度的關(guān)系斜率，即電壓溫度系數(shù)K值，單位是mV/℃。K值可由公式K=△Vf/△Tj求得。K值有了，就可以通過測量實(shí)時(shí)的Vf值，計(jì)算出芯片的溫度（結(jié)溫）Tj。為了減小電壓測量帶來的誤差，>標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定測量系數(shù)K時(shí)，兩個溫度點(diǎn)溫差應(yīng)該大于等于50度。對于用電壓法測量結(jié)溫的儀器有幾個基本的要求：

(1)電壓法測量結(jié)溫的基礎(chǔ)是特定的測試電流下的Vf測量，而強(qiáng)光探照燈芯片由于溫度變化帶來的電壓變化是毫伏級的，所以要求測試儀器對電壓測量的穩(wěn)定度必須足夠高，連續(xù)測量的波動幅度應(yīng)小于1mV。

(2)這個測試電流必須足夠小，以免在測試過程中引起芯片溫度變化；但是太小時(shí)會引起電壓測量不穩(wěn)定，有些強(qiáng)光探照燈存在匝流體效應(yīng)會影響Vf測試的穩(wěn)定性，所以要求測試電流不小于IV曲線的拐點(diǎn)位置的電流值。

(3)由于測試強(qiáng)光探照燈結(jié)溫是在工作條件下進(jìn)行的，從工作電流（或加熱電流）降到測試電流的過程必須足夠快和穩(wěn)定，Vf測試的時(shí)間也必須足夠短，才能保證測試過程不會引起結(jié)溫下降。

在測量瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)條件的結(jié)溫的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)下式算出強(qiáng)光探照燈相應(yīng)的熱阻值：

Rja=△T/P=(Ta-Tj)/P

式中，Ta是系統(tǒng)內(nèi)參考點(diǎn)的溫度（如基板溫度）,Tj是結(jié)溫，P是使芯片發(fā)熱的功率，對于強(qiáng)光探照燈可以認(rèn)為就是強(qiáng)光探照燈電功率減去發(fā)光功率。由于強(qiáng)光探照燈的封裝方式不同，安裝使用情況不同，對熱阻的定義有差別，測試時(shí)需要相應(yīng)的支架和夾具配套。SEMI的標(biāo)準(zhǔn)中定義了兩種熱阻值，Rja和Rjb,其中：Rja是測量在自然對流或強(qiáng)制對流條件下從芯片接面到大氣中的熱導(dǎo)。

Rja在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的條件下測量，可用于比較不同封裝散熱的情況。

Rjb是指在自然對流以及風(fēng)洞環(huán)境下由芯片接面?zhèn)鞯较路綔y試板部分熱傳時(shí)所產(chǎn)生的熱阻，可用于由板溫去預(yù)測結(jié)溫。

大功率強(qiáng)光探照燈封裝都帶基板，絕大部分熱從基板通過散熱板散發(fā)，測量強(qiáng)光探照燈熱阻主要是指強(qiáng)光探照燈芯片到基板的熱阻。