LED芯片光熱分布測試案例分析

LED燈具無非解決兩個問題，一個是光，另外一個是熱，你看那龐大的研發(fā)部門無非就是研究怎樣提高LED的亮度和均勻度，并降低散熱成本。因此了解LED芯片的光熱分布情況對提高LED燈具質(zhì)量性能至關(guān)重要！

然而由于缺乏相應(yīng)的檢測經(jīng)驗(yàn)和設(shè)備，無論是芯片廠還是封裝燈具廠，都未對芯片光熱分布性能做相關(guān)的檢測，導(dǎo)致市場上出現(xiàn)大量光熱分布不均的芯片，而這些產(chǎn)品有相當(dāng)大的亮度提高和發(fā)熱量降低等性能提高的潛力。那如何采購亮度又高，熱量又低的LED芯片呢？金鑒給出以下幾個建議：

1.?LED芯片光熱分布一定要均勻，不存在微觀區(qū)域過暗過熱的現(xiàn)象。

用金鑒顯微光熱分布系統(tǒng)觀察到芯片微觀區(qū)域過暗過熱，很有可能此處電流擁擠，電能過多轉(zhuǎn)化為熱能而不是光能，量子效率低，表明此芯片的設(shè)計(jì)還存在改進(jìn)的空間。

2.?用金鑒顯微光熱分布系統(tǒng)比較在燈具使用溫度下芯片的亮度值和熱度值。

LED光源的光熱性能受溫度的影響較大，溫度升高，芯片亮度降低發(fā)熱量增加，因此脫離實(shí)際工作溫度所測試的結(jié)果準(zhǔn)確性較差，甚至毫無意義。

3.?建議芯片廠LED規(guī)格書里添加不同使用溫度下的光熱分布數(shù)據(jù)！

從源頭上管控質(zhì)量，做好光熱分布來料檢驗(yàn)，可以使LED最亮，溫度最低，而成本最低，質(zhì)量更可靠。

為什么來料LED芯片一定要做金鑒光熱分布測試？

1. 目前市場上使用最多的水平結(jié)構(gòu)芯片，歐姆接觸電極在芯片的同一側(cè)，電流不可避免的要橫向傳輸，電流密度會隨著電極距離的遠(yuǎn)近而發(fā)生變化，即正負(fù)電極靠近的地方，電流密度會較大，使得電流密度不均勻已成為水平結(jié)構(gòu)LED固有的技術(shù)瓶頸。

2. 許多與LED芯片制造相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)問題尚未完全解決，特別是大功率LED芯片的設(shè)計(jì)、制造工藝中材料的選擇以及工藝參數(shù)等問題，使得電流密度均勻性存在較大的可優(yōu)化空間，各家芯片（無論是水平結(jié)構(gòu)還是垂直結(jié)構(gòu)）在電流密度均勻性方面會存在較大的差異。

3. 芯片內(nèi)部產(chǎn)生電流聚集效應(yīng)，會導(dǎo)致LED芯片電注入效率下降、發(fā)光不均勻、局部熱量集中等不良現(xiàn)象，從而影響 LED芯片的性能及可靠性。

通過金鑒光熱分布測試，能清晰觀察到芯片電流密度均勻性問題，更加全面的評估芯片質(zhì)量，有效辨別各家芯片質(zhì)量好壞。

案例分析（一）不同家小尺寸芯片電流密度均勻性差異大

以下為不同廠家11mil*30mil尺寸大小芯片光熱分布的對比。對于該小尺寸芯片，電流在芯片中橫向擴(kuò)展的路徑較短，理論上電流聚集效應(yīng)較輕微。但是，不同廠家的工藝技術(shù)存在差別，芯片電流密度均勻性仍存在較大差異，甚至出現(xiàn)不同廠家芯片高低溫度相差數(shù)十度！從以下三家同尺寸芯片的光熱分布對比中可以看出：

1. 芯片A發(fā)光最強(qiáng)，發(fā)熱量最小，光熱分布最均勻，說明該芯片電流密度均勻性好，量子效率高，應(yīng)用在高端LED中，該款芯片是首選。

2. 芯片B和芯片C均為正極區(qū)域發(fā)光發(fā)熱弱，負(fù)極區(qū)域發(fā)光發(fā)熱強(qiáng)，推斷該兩款芯片為電流擴(kuò)展不良導(dǎo)致的光熱分布不均。該兩款芯片量子效率低，存在局部高溫現(xiàn)象，性能和可靠性都不如芯片A。

3. 不同廠家芯片微觀區(qū)域高低溫度可以相差數(shù)十度！

通過對來料芯片進(jìn)行光熱分布檢驗(yàn)，可以清楚判斷芯片電流密度是否均勻，是否存在局部過熱，亮度和溫度孰高孰低，產(chǎn)品性能和可靠性孰優(yōu)孰劣，從而對芯片進(jìn)行全面的評估，幫助客戶選擇最合適的芯片提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

案例分析（二）有的芯片是正電極更熱，有的芯片是負(fù)電極更熱！

以下為兩個廠家22mil*35mil尺寸大小芯片光熱分布的對比。對于該尺寸大功率正裝芯片，電流在芯片中橫向擴(kuò)展的路徑較長，導(dǎo)致電流聚集效應(yīng)更加明顯，因此必須具備合理的電極圖形設(shè)計(jì)以及較好的歐姆接觸特性，才能使注入電流在LED芯片的有源層中均勻分布。目前許多與大功率 LED 芯片制造相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)問題還有待解決，各芯片廠家對于問題的解決能力有高有低，使得不同家芯片的性能存在巨大差異！從以下兩家同尺寸芯片的光熱分布對比中可以看出：

1. 對比11*30mil芯片，該大尺寸大功率芯片電流密度均勻性相對較差，這也是目前大功率水平結(jié)構(gòu)LED芯片發(fā)展的技術(shù)瓶頸之一。

2. 金鑒通過大量測試發(fā)現(xiàn)，不同款的芯片，正負(fù)電極熱度不同，有的芯片是正電極更熱，有的芯片是負(fù)電極更熱，如下圖該兩款芯片。電極過熱會導(dǎo)致電極金屬出現(xiàn)熔融，歐姆接觸特性變差，降低芯片性能和可靠性。關(guān)于電極熱度，大家關(guān)注的并不多，也許芯片廠也沒做過那么細(xì)的研究。

3. 本案例芯片A出現(xiàn)比較奇怪的現(xiàn)象：負(fù)電極更熱，但發(fā)光不強(qiáng)，而正極區(qū)域更亮，但溫度又不高。這表明此款芯片負(fù)電極附近量子效率低，電能在該處過多的轉(zhuǎn)化為了熱能，負(fù)電極歐姆接觸可靠性弱。

目前大家大多關(guān)注的是LED芯片的整體性能，如亮度、結(jié)溫、電壓，對于芯片光熱分布、電流密度分布等方面關(guān)注過少，而失效往往是從局部薄弱處開始的，強(qiáng)烈建議LED芯片規(guī)格書里添加不同使用溫度下的光熱分布數(shù)據(jù)！做好光熱分布來料檢驗(yàn)，可以使LED最亮，溫度最低，而成本最低，質(zhì)量更可靠。
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