探照燈燈具熱特性測(cè)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(duì)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(cè)試首先要測(cè)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(cè)試，理論上有多種方法，如紅外光譜法、波長(zhǎng)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(huì)/電子工程設(shè)計(jì)發(fā)展聯(lián)合會(huì)議發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于電壓法測(cè)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(cè)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(cè)試到兩個(gè)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(cè)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(cè)量帶來的誤差，>標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定測(cè)量系數(shù)K時(shí)，兩個(gè)溫度點(diǎn)溫差應(yīng)該大于等于50度。對(duì)于用電壓法測(cè)量結(jié)溫的儀器有幾個(gè)基本的要求：

(1)電壓法測(cè)量結(jié)溫的基礎(chǔ)是特定的測(cè)試電流下的Vf測(cè)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(jí)的，所以要求測(cè)試儀器對(duì)電壓測(cè)量的穩(wěn)定度必須足夠高，連續(xù)測(cè)量的波動(dòng)幅度應(yīng)小于1mV。

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

(3)由于測(cè)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(cè)試電流的過程必須足夠快和穩(wěn)定，Vf測(cè)試的時(shí)間也必須足夠短，才能保證測(cè)試過程不會(huì)引起結(jié)溫下降。

在測(cè)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(duì)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(duì)熱阻的定義有差別，測(cè)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(cè)量在自然對(duì)流或強(qiáng)制對(duì)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(cè)量，可用于比較不同封裝散熱的情況。

Rjb是指在自然對(duì)流以及風(fēng)洞環(huán)境下由芯片接面?zhèn)鞯较路綔y(cè)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(cè)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(cè)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。