LED 熱阻量測標準草案
指導單位：經濟部技術處
推動單位：工業技術研究院
臺灣光電半導體產業協會
臺灣區照明燈具輸出業同業公會
草擬單位: LED 照明標準及質量研發聯盟
(中國電器、晶元光電、光寶科技、中盟光電、齊瀚光電、維明企業、一詮精密)
前言
有鑒于LED 標準制定是LED 產業與照明產業永續經營的重要關鍵，經濟部特邀集國內LED 上中下游、測試設備與外圍材料廠家，組成「LED 照明標準及質量研發聯盟」，并于2007 年啟動「LED 照明標準與質量研發應用整合計劃」，結合中國電器、晶元光電、光寶科技、中盟光電、齊瀚光電、維明企業及一詮精密等7 家公司，與工研院電光所、能環所，共同建立一套較為完整的LED 相關產品之光電特性量測與質量驗證規范，藉此提升國內LED 之制造質量及量測評估能力。
該聯盟目前已完成5 份標準草案，本份草案訂為「LED 熱阻量測標準草案」。草案內容已透過以下活動，聽取各方意見，
1. 5 月28日舉辦「LED 產業標準及專利策略交流研討會議」
2. 7 月4日舉辦「臺灣LED 標準草案座談會」，由公協會會員進行討論3. 8 月7日舉辦「研討LED 標準草案公聽會」
透過以上活動，參酌各方意見修正為3.0 版，使標準草案之訂定能更符合業界需求，以作為業界規范參考與政府制定相關標準之支持。
LED 熱阻量測標準草案
1. 適用范圍：本標準適用于發光二極管組件熱阻之量測方法。
2. 用語釋義：本標準所用之主要名詞其定義如下。
(1) 發光二極管(light-emitting diodes, LED)：是指被電子激發后可以放出光且具有PN 接面之半導體組件。
(2) 接面溫度(junction temperature)：指LED 中PN 接面之溫度，亦為LED之實際溫度。
(3) 加熱電流(heating current) H I ：施加于待測LED 上，可使接面溫度上升之電流，通常為待測LED 之額定電流。
(4) 加熱電壓(heating voltage) H V ：在施加規定之加熱電流H I 下，所對應之電壓。
(5) 加熱功率(heating power) H P ：施加于待測LED 上，加熱電流H I 與加熱電壓H V 之乘積。
(6) 量測電流(measuring current) M I ：在量測K系數期間，施加于待測LED上之電流。
(7) K 系數(K factor)：量測電流M I 所對應之順向電壓與LED 接面溫度的關系，指其呈線性關系區域內之曲線斜率。
(8) 熱阻(thermal resistance)θ：在熱平衡之條件下，沿熱傳導信道上的溫度差與信道上所消散的功率之比值，表示待測LED 的散熱能力。
(9) 光功率(radiant flux) e ? ：在規定之加熱電流值H I 之下，待測LED所發射之輻射功率，單位為瓦(W)。
3. 量測條件
3.1 溫度：無特別規定時，室溫之環境溫度或基準點溫度，于量測期間定為25±2℃。
3.2 濕度：無特別規定時，相對濕度為40~80%。
3.3 熱穩定狀態：
(1) 決定熱穩定狀態的最佳方法，可依圖1 與圖2 的流程：1.當認為已達穩態時，先紀錄其熱阻值(θT1)與加熱時間作為后來之參考比較；
2.升溫時間為其原先升溫時間之1.1 倍時，再取一次熱阻值數據(θT2)與先前相比，若能與最初的數據相符（∣θT2 －θT1∣≦0.01θT1），則再重復一次第2 步驟，若數據仍是與前一次的數據相符合，則最后一次的時間即為熱穩定狀態之時間。
(2) 若熱穩定狀態很難由熱穩定曲線得知，可在指定之環境與測試條件下，對待測LED 之加熱電壓H V 作量測，并將所得到的資料繪成如圖3 之熱穩定曲線。LED 加熱一段時間之后，H V 之值會趨于穩定，此時收集一至二個數據，經過十分鐘后再收一次數據作為比較，待H V 讀值已無明顯的趨勢變化(評估量測取樣期間內，其變化小于容差值)后，判定其達穩定狀態。上述之加熱電壓H V 也可用量測電流M I所對應之順向電壓取代。
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附錄
高導熱率測試板建議規格
1. 目的
作為熱阻測試設計之高導熱率測試板的參考規格，以確保在量測熱阻(junction to air)時，由測試板幾何形狀所造成的誤差能小于10%。
2. 材料規格
測試板之材質為鋁基板，其厚度為1.60mm+/-10％，在特殊條件下，也可使用其它已知與鋁導熱率建立關系系數之材質。圖9 為鋁基板之厚度之示意圖。
圖9 鋁基板之通路層與介電材料厚度之示意圖
3. 測試電路板幾何規格
101.60 mm×114.30mm+/-0.25mm。尺寸參考請參閱JEDEC JESD 51-7 之規定。
LED 熱阻量測標準草案version 3.00 13熱阻測試環境規定(junction to air)
1. 環境條件規格
A. 熱阻測試基板：參考高導熱率測試板之規格。
B. 測試箱：其構造為內部尺寸為0.0283 立方公尺之密封箱，所有接縫應徹底密封，以確保無氣流通過封箱，注意封箱材料應為低導熱材料。范例設計參考請參閱JEDEC JESD 51-2 之規定。
（PS：對于消耗功率大于1W 之高功率LED，若其在進行熱阻量測時使環境溫度增加10％以上，則應考慮增加測試箱的尺寸。任何測試箱的尺寸變化都必須注明于報告上且標示為非標準。）
C. 夾治具：待測物應位在測試箱內之幾何中心，因此夾治具的尺寸將視測試電路板大小的不同而改變，夾治具應使用絕緣且導熱率低的材料。（PS：任何偏離此規定的裝置必須標記為非標準。）
D. 邊緣連接器(edge connector)：插槽需與規格中所述之測試板相符。
E. 熱電偶(thermocouple)：導線直徑應不大于AWG 30 。熱電偶應安裝于測試電路板下方2.54 公分處，并距離箱壁2.54 公分。熱電偶量測系統的精確度必須要小于1°C。
F. 測試板：見規格中對測試板之規定。
G. 材料：本文件所列之使用材料僅供參考，并不限定。
(1) 密封箱：紙板、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚丙烯(polypropylene)、木材和膠合板等為可制作密封箱的材料。這些材料具有較低的熱導率。注意最小厚度為3 公厘。（如果測試過程中環境溫度發生急劇的變化（> ±3°C），則應使用更厚的密封箱并將密封箱放至于更大的空間中。）
(2) 測試夾具：膠合板、木制品、聚碳酸酯或聚丙烯等為可制作密夾置具的材料。這些材料具有較低的熱導率。可使用一般的固定裝置和粘合劑。
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LED 熱阻量測標準草案version 3.00 14熱阻測試環境規定(junction to board)
1. 環境條件規格
A. 熱阻測試板：參考高導熱率測試板之規格。
B. 環式冷板(ring style cold plate)：一種使用液態冷卻而夾持測試板兩面之冷板。
(1) 材料規格：冷板材料是由銅或銅合金鍍鎳（導電率大于300W/m?k 者，如C14500 或C14700）。
(2) 夾架位置：環式冷板覆蓋著電路板并鎖在板緣至少5mm之處，其與中心偏差之距離不超過從待測LED 至夾持處之+/-10%，覆蓋區域須超過4mm寬，夾持應力應均勻并且在200g的力下仍不會被打開。
(3) 范例設計參考：請參閱JEDEC JESD 51-8 之規定。
C. 絕緣要求
(1) 此設備頂部和底部的冷板部分為絕緣材料，為導電率小于0.1W/m?k 之鍍鋁塑料基板。
D. 流體溫度
(1) 冷卻液應控制在室溫的+2℃至-5℃。
(2) 測試期間，其溫度改變不應超過0.2℃。
(3) 在接觸底座處，溫度誤差應于0.4℃內。
E. 基板溫度量測
(1) 板溫建議將40 gauge T 型熱電偶焊于板上進行量測較佳。
(2) 也可使用J 或K 型熱電偶。
(3) 為減少溫度梯度，在導線接近熱電偶交界處，將環氧樹脂施于距其交界約1mm處。環氧樹脂直徑不應大于3mm。熱電偶的儀表必須校正，以避免電訊干擾。
LED 熱阻量測標準草案version 3.00 15
引用標準：
JEDEC JESD 51 Integrated Circuits Thermal Measurement Method – Electrical
Test Method (Single Semiconductor Device)
中英名詞對照
發光二極管light-emitting diodes, LED
接面溫度junction temperature
加熱電流heating current
加熱電壓heating voltage
量測電流measuring current
加熱功率heating power
K 系數 K Factor
熱阻 thermal resistance
漣波ripple
邊緣連接器edge connector
熱電偶thermocouple
聚碳酸酯polycarbonate
聚丙烯polypropylene
環式冷板ring style cold plate
聯絡人：范馨文
E-mail：sw_fan @ itri.org.tw
電話：03-5912575
熱設計資料下載： LED熱阻測量標準Tw.pdf
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