脉冲注入式功率型LED热学特性及其检测技术

作为一种新型的固体照明光源，LED因其潜在的高光效、长寿命、单色性好、固态和环保等优点，已经成为近年来照明技术领域的研究热点而受到全世界的重视。随着照明技术的迅速发展，LED作为半导体照明产业不可替代的关键部件，其性能和可靠性直接影响到半导体照明的品质。在LED生产和应用过程中，需要对器件进行严格的测试，以保证器件的质量和可靠性。目前，随着大功率LED的广泛应用，如何准确测试器件的结温以及有效进行散热设计是提高LED可靠性的关键因素，也是LED器件封装和器件应用设计必须着重解决的核心问题。本项目首先开展LED的传热特性研究，建立LED的热阻网络分析模型，从理论上研究LED的稳态和瞬态热学特性；在此基础上，研究LED的热控制、窄脉冲驱动方法，并最终建立一套集热控制、窄脉冲驱动与数据采集于一体的LED热学特性测试新系统，该系统实现对LED进行最小脉冲宽度达1微秒的窄脉冲驱动和测试。

本项目以功率型LED器件为研究对象，围绕着项目拟解决的两个科学问题进行展开：一是功率型LED热学模拟以及热传导网络模型；二是脉冲注入式功率型LED热学特性测试系统。首先，借助器件内部各传热环节的热阻和热容，建立了用于分析功率型LED稳态和瞬态传热特性的热电网络模型，并研究了器件的传热特性；其次，研究了脉冲注入法测量LED器件结温和U-I曲线的方法，在此基础上，从工程创新的角度，重点研究了功率型LED温度控制技术、连续和窄脉冲驱动控制技术、以及同步数据采集技术，最终实现了一套集温控、驱动和数据采集，以及测试软件于一体的功率型LED特性测试系统，并实现了如下指标：①脉冲峰值电流0~2安培连续可调；②脉冲宽度1微秒~50微秒连续可调，调整步幅为50纳秒；③脉冲周期2微秒~20毫秒连续可调，调整步幅为10纳秒；④脉冲上升和下降时间均小于20纳秒；⑤温度控制器控温范围0~60℃，温度控制的精度优于0.1℃，温度控制稳定度（持续时间为1 小时）优于±0.05℃。最后，通过实际样品测试，验证了测试系统的可靠性、热网络模型有效性、同时测试不同脉冲电流下的K系数、器件结温温差∆T、不同温度下的U-I曲线，对于热网络模型，探索了不同脉冲驱动条件下，包括脉冲电流幅值、脉冲宽度和脉冲周期，功率型LED结温的变化规律。.本项目围绕着脉冲注入式LED热学特性测试技术研究展开，在理论分析研究的基础上，实现理论创新，并开发出应用于LED热学参数自动测试的装置，完成了预期的研究目标，并实现了预期的创新点，具体如下：①提出了脉冲注入式功率型LED热学特性测试方法，并建立了包含完善热控制的功率型LED 热学特性参数测试系统，实现了对LED进行最小脉冲宽度达1微秒的窄脉冲驱动与测试；②建立了功率型LED的传热模型，并推导了单芯片和多芯片功率型LED结区温度的解析表达式，通过理论仿真分析和实验测试研究，证明了功率型LED传热模型的有效性，同时，用于指导功率型LED 散热系统的优化设计，这对于功率型LED的推广应用具有重要的实际意义。.围绕着项目的研究内容，取得如下成果：①建立了脉冲注入式功率型LED热学特性测试系统样机1台；②申请了国家发明专利3项，并已经公开；③申请了软件著作权1项；④发表了SCI论文2篇、会议论文2篇（EI检索），以及EI论文1篇；⑤培养了硕士研究生2名。