LED 热阻量测标准草案
指导单位：经济部技术处
推动单位：工业技术研究院
台湾光电半导体产业协会
台湾区照明灯具输出业同业公会
草拟单位: LED 照明标准及质量研发联盟
(中国电器、晶元光电、光宝科技、中盟光电、齐瀚光电、维明企业、一诠精密)
前言
有鉴于LED 标准制定是LED 产业与照明产业永续经营的重要关键，经济部特邀集国内LED 上中下游、测试设备与外围材料厂家，组成「LED 照明标准及质量研发联盟」，并于2007 年启动「LED 照明标准与质量研发应用整合计划」，结合中国电器、晶元光电、光宝科技、中盟光电、齐瀚光电、维明企业及一诠精密等7 家公司，与工研院电光所、能环所，共同建立一套较为完整的LED 相关产品之光电特性量测与质量验证规范，藉此提升国内LED 之制造质量及量测评估能力。
该联盟目前已完成5 份标准草案，本份草案订为「LED 热阻量测标准草案」。草案内容已透过以下活动，听取各方意见，
1. 5 月28日举办「LED 产业标准及专利策略交流研讨会议」
2. 7 月4日举办「台湾LED 标准草案座谈会」，由公协会会员进行讨论3. 8 月7日举办「研讨LED 标准草案公听会」
透过以上活动，参酌各方意见修正为3.0 版，使标准草案之订定能更符合业界需求，以作为业界规范参考与政府制定相关标准之支持。
LED 热阻量测标准草案
1. 适用范围：本标准适用于发光二极管组件热阻之量测方法。
2. 用语释义：本标准所用之主要名词其定义如下。
(1) 发光二极管(light-emitting diodes, LED)：是指被电子激发后可以放出光且具有PN 接面之半导体组件。
(2) 接面温度(junction temperature)：指LED 中PN 接面之温度，亦为LED之实际温度。
(3) 加热电流(heating current) H I ：施加于待测LED 上，可使接面温度上升之电流，通常为待测LED 之额定电流。
(4) 加热电压(heating voltage) H V ：在施加规定之加热电流H I 下，所对应之电压。
(5) 加热功率(heating power) H P ：施加于待测LED 上，加热电流H I 与加热电压H V 之乘积。
(6) 量测电流(measuring current) M I ：在量测K系数期间，施加于待测LED上之电流。
(7) K 系数(K factor)：量测电流M I 所对应之顺向电压与LED 接面温度的关系，指其呈线性关系区域内之曲线斜率。
(8) 热阻(thermal resistance)θ：在热平衡之条件下，沿热传导信道上的温度差与信道上所消散的功率之比值，表示待测LED 的散热能力。
(9) 光功率(radiant flux) e ：在规定之加热电流值H I 之下，待测LED所发射之辐射功率，单位为瓦(W)。
3. 量测条件
3.1 温度：无特别规定时，室温之环境温度或基准点温度，于量测期间定为25±2℃。
3.2 湿度：无特别规定时，相对湿度为40~80%。
3.3 热稳定状态：
(1) 决定热稳定状态的最佳方法，可依图1 与图2 的流程：1.当认为已达稳态时，先纪录其热阻值(θT1)与加热时间作为后来之参考比较；
2.升温时间为其原先升温时间之1.1 倍时，再取一次热阻值数据(θT2)与先前相比，若能与最初的数据相符（∣θT2 －θT1∣≦0.01θT1），则再重复一次第2 步骤，若数据仍是与前一次的数据相符合，则最后一次的时间即为热稳定状态之时间。
(2) 若热稳定状态很难由热稳定曲线得知，可在指定之环境与测试条件下，对待测LED 之加热电压H V 作量测，并将所得到的资料绘成如图3 之热稳定曲线。LED 加热一段时间之后，H V 之值会趋于稳定，此时收集一至二个数据，经过十分钟后再收一次数据作为比较，待H V 读值已无明显的趋势变化(评估量测取样期间内，其变化小于容差值)后，判定其达稳定状态。上述之加热电压H V 也可用量测电流M I所对应之顺向电压取代。
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附录
高导热率测试板建议规格
1. 目的
作为热阻测试设计之高导热率测试板的参考规格，以确保在量测热阻(junction to air)时，由测试板几何形状所造成的误差能小于10%。
2. 材料规格
测试板之材质为铝基板，其厚度为1.60mm+/-10％，在特殊条件下，也可使用其它已知与铝导热率建立关系系数之材质。图9 为铝基板之厚度之示意图。
图9 铝基板之通路层与介电材料厚度之示意图
3. 测试电路板几何规格
101.60 mm×114.30mm+/-0.25mm。尺寸参考请参阅JEDEC JESD 51-7 之规定。
LED 热阻量测标准草案version 3.00 13热阻测试环境规定(junction to air)
1. 环境条件规格
A. 热阻测试基板：参考高导热率测试板之规格。
B. 测试箱：其构造为内部尺寸为0.0283 立方公尺之密封箱，所有接缝应彻底密封，以确保无气流通过封箱，注意封箱材料应为低导热材料。范例设计参考请参阅JEDEC JESD 51-2 之规定。
（PS：对于消耗功率大于1W 之高功率LED，若其在进行热阻量测时使环境温度增加10％以上，则应考虑增加测试箱的尺寸。任何测试箱的尺寸变化都必须注明于报告上且标示为非标准。）
C. 夹治具：待测物应位在测试箱内之几何中心，因此夹治具的尺寸将视测试电路板大小的不同而改变，夹治具应使用绝缘且导热率低的材料。（PS：任何偏离此规定的装置必须标记为非标准。）
D. 边缘连接器(edge connector)：插槽需与规格中所述之测试板相符。
E. 热电偶(thermocouple)：导线直径应不大于AWG 30 。热电偶应安装于测试电路板下方2.54 公分处，并距离箱壁2.54 公分。热电偶量测系统的精确度必须要小于1°C。
F. 测试板：见规格中对测试板之规定。
G. 材料：本文件所列之使用材料仅供参考，并不限定。
(1) 密封箱：纸板、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚丙烯(polypropylene)、木材和胶合板等为可制作密封箱的材料。这些材料具有较低的热导率。注意最小厚度为3 公厘。（如果测试过程中环境温度发生急剧的变化（> ±3°C），则应使用更厚的密封箱并将密封箱放至于更大的空间中。）
(2) 测试夹具：胶合板、木制品、聚碳酸酯或聚丙烯等为可制作密夹置具的材料。这些材料具有较低的热导率。可使用一般的固定装置和粘合剂。
热设计https://www.resheji.com
LED 热阻量测标准草案version 3.00 14热阻测试环境规定(junction to board)
1. 环境条件规格
A. 热阻测试板：参考高导热率测试板之规格。
B. 环式冷板(ring style cold plate)：一种使用液态冷却而夹持测试板两面之冷板。
(1) 材料规格：冷板材料是由铜或铜合金镀镍（导电率大于300W/m∙k 者，如C14500 或C14700）。
(2) 夹架位置：环式冷板覆盖着电路板并锁在板缘至少5mm之处，其与中心偏差之距离不超过从待测LED 至夹持处之+/-10%，覆盖区域须超过4mm宽，夹持应力应均匀并且在200g的力下仍不会被打开。
(3) 范例设计参考：请参阅JEDEC JESD 51-8 之规定。
C. 绝缘要求
(1) 此设备顶部和底部的冷板部分为绝缘材料，为导电率小于0.1W/m∙k 之镀铝塑料基板。
D. 流体温度
(1) 冷却液应控制在室温的+2℃至-5℃。
(2) 测试期间，其温度改变不应超过0.2℃。
(3) 在接触底座处，温度误差应于0.4℃内。
E. 基板温度量测
(1) 板温建议将40 gauge T 型热电偶焊于板上进行量测较佳。
(2) 也可使用J 或K 型热电偶。
(3) 为减少温度梯度，在导线接近热电偶交界处，将环氧树脂施于距其交界约1mm处。环氧树脂直径不应大于3mm。热电偶的仪表必须校正，以避免电讯干扰。
LED 热阻量测标准草案version 3.00 15
引用标准：
JEDEC JESD 51 Integrated Circuits Thermal Measurement Method – Electrical
Test Method (Single Semiconductor Device)
中英名词对照
发光二极管light-emitting diodes, LED
接面温度junction temperature
加热电流heating current
加热电压heating voltage
量测电流measuring current
加热功率heating power
K 系数 K Factor
热阻 thermal resistance
涟波ripple
边缘连接器edge connector
热电偶thermocouple
聚碳酸酯polycarbonate
聚丙烯polypropylene
环式冷板ring style cold plate
联络人：范馨文
E-mail：sw_fan @ itri.org.tw
电话：03-5912575
热设计资料下载： LED热阻测量标准Tw.pdf
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