具有內(nèi)建溫度檢測的led組件的熱測試方法及測試系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于LED芯片的測試領(lǐng)域，特別涉及一種具有內(nèi)建溫度檢測的LED組件的 熱測試方法及測試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 發(fā)光二極管（LightEmittingDiode，LED)是一種極有競爭力的新型節(jié)能固態(tài)光 源。LED從誕生至今，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全彩化和高亮度化，并在藍(lán)色LED和紫色LED的基礎(chǔ)上產(chǎn) 生了白光LED，從而實(shí)現(xiàn)了人類照明史上的一次飛躍。與白熾燈和熒光燈相比，LED具有較 多的特點(diǎn)與優(yōu)勢，具有高效，節(jié)能，環(huán)保、壽命長、體積小等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在背光源、汽車照明、 特種工作照明、通用照明等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。LED是目前所知光源中最符合節(jié)能環(huán)保的優(yōu) 質(zhì)光源，隨著LED的進(jìn)一步發(fā)展，將可能挑戰(zhàn)白熾燈、熒光燈、鹵素?zé)舻鹊闹鲗?dǎo)地位。
[0003] LED的光子釋放來自于電子在能帶間的躍迀。對(duì)LED而言，所輸入的電能大約只 有10%至30%轉(zhuǎn)化為光能，而其余的能量則轉(zhuǎn)化為熱能，因此在一個(gè)非常小的LED芯片面 積上將會(huì)產(chǎn)生較高的熱流密度，例如產(chǎn)生高達(dá)l〇6W/m2的熱流密度。如果熱量不能散發(fā)到環(huán) 境中，LED芯片的結(jié)溫將會(huì)升高。隨著結(jié)溫的升高，芯片的光輸出將不斷降低。
[0004] 特別是近幾年來，LED和其他電子器件一樣，不斷地向小型化和高功率的方向發(fā) 展，高熱流密度成為必然，若不能及時(shí)散熱，則器件溫度過高，將嚴(yán)重影響LED的整體性能， 使發(fā)光效率與使用壽命降低，甚至?xí)斐蓪?duì)芯片的連接界面和機(jī)械應(yīng)力等的損傷，從而對(duì) 芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。因此，在對(duì)LED進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)不僅需要考慮光的輸出性能，而且需 要考慮芯片的結(jié)溫以及散熱。LED的可靠性及其性能在很大的程度上取決于是否具有良好 的熱設(shè)計(jì)以及是否采取了良好的散熱措施。
[0005] 對(duì)LED的使用，在一般的照明方面，人們需要大功率的LED光源特別是LED白光光 源。大功率白光LED的實(shí)現(xiàn)方法主要有如下兩種：一是直接封裝單個(gè)大功率LED芯片，例如 在市場上已有的1W、3W甚至5W的大功率白光LED;二是通過封裝多個(gè)小功率LED組成更大 功率的LED多芯片組件。因此，一個(gè)LED多芯片組件是由多個(gè)LED芯片所組成，它是把兩個(gè) 或更多的LED芯片連接于一個(gè)共用電路基板上，并實(shí)現(xiàn)各個(gè)芯片間的連接。這里對(duì)其中的 LED芯片，通過采用不同的串并聯(lián)組合，可以實(shí)現(xiàn)各種不同的額定電壓和電流，提高整體發(fā) 光效能，降低成本。在實(shí)際中為了簡化在處理上的復(fù)雜性，往往假定一個(gè)LED多芯片組件中 所包含的每個(gè)LED芯片的功率是相同的。本發(fā)明針對(duì)的是一般結(jié)構(gòu)的LED多芯片組件，它 是由一些具有不同功率的LED芯片所組成，其中的每個(gè)LED芯片的功率可以相同，也可以不 同。為簡潔起見，在后面將LED多芯片組件簡稱為LED組件。
[0006] 對(duì)單個(gè)的LED芯片，隨著工作電流的增加會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，將引起LED芯片結(jié)溫 的變化，并對(duì)LED的性能產(chǎn)生影響，例如造成正向壓降改變、色溫變化、波長偏移、光電轉(zhuǎn)換 的效率變低等。類似地，對(duì)由多個(gè)LED芯片所組成的LED組件，隨著工作電流的增加仍將產(chǎn) 生大量的熱量，并對(duì)LED組件的性能例如發(fā)光強(qiáng)度與發(fā)光效率等產(chǎn)生影響。
[0007] 因此，亟需一種有效的LED組件的熱測試方法及測試系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的首要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種具有內(nèi)建溫度檢測 的LED組件的熱測試方法。本發(fā)明針對(duì)的LED組件即是LED多芯片組件。
[0009] 本發(fā)明的另一目的在于提供所述實(shí)現(xiàn)上述具有內(nèi)建溫度檢測的LED組件的熱測 試方法的測試系統(tǒng)。
[0010] 本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種具有內(nèi)建溫度檢測的LED組件的熱測 試方法，如圖1所示，包括如下步驟：
[0011] (l)LED組件的布局優(yōu)化：對(duì)一種給定初始結(jié)構(gòu)的LED組件，通過建立各節(jié)點(diǎn)的熱 平衡方程，并使用一種改進(jìn)的遺傳算法對(duì)每個(gè)芯片在LED組件上所處的位置進(jìn)行優(yōu)化，找 出合適的布局，以降低LED組件的最大溫度；
[0012] (2)內(nèi)建熱傳感器的設(shè)計(jì)：對(duì)經(jīng)過步驟（1)布局優(yōu)化后的LED組件進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算 LED組件每個(gè)節(jié)點(diǎn)位置的瞬態(tài)溫度，得到瞬態(tài)溫度較高的節(jié)點(diǎn)；在LED組件中設(shè)計(jì)若干個(gè)熱 傳感器，并把它們分別放置在LED組件中瞬態(tài)溫度較高的節(jié)點(diǎn)區(qū)域，以檢測LED組件內(nèi)部的 溫度變化情況；
[0013] (3)LED組件溫度的自適應(yīng)調(diào)節(jié)：設(shè)計(jì)具有熱控制功能的LED組件的驅(qū)動(dòng)電路，其 中，將步驟（2)中的熱傳感器與驅(qū)動(dòng)電路連接；熱傳感器監(jiān)測到的LED組件溫度傳送給驅(qū)動(dòng) 電路，當(dāng)LED組件的溫度超過了所給定的最大值時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路就對(duì)LED組件調(diào)節(jié)供給電流， 即降低供給電流，使得每個(gè)芯片的結(jié)溫減小，從而使整個(gè)LED組件的溫度得到降低。
[0014] 所述的各節(jié)點(diǎn)的熱平衡方程具體如下：對(duì)于內(nèi)部節(jié)點(diǎn)，熱平衡方程如式（A)所示； 對(duì)于直線邊界節(jié)點(diǎn)，熱平衡方程如式（B)所示；對(duì)具有90°的拐角邊界節(jié)點(diǎn)，熱平衡方程如 式（C)所示；
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種具有內(nèi)建溫度檢測的L邸組件的熱測試方法，其特征在于包括如下步驟： (1) L邸組件的布局優(yōu)化；對(duì)一種給定初始結(jié)構(gòu)的L邸組件，通過建立各節(jié)點(diǎn)的熱平衡 方程，并使用一種改進(jìn)的遺傳算法對(duì)每個(gè)巧片在L邸組件上所處的位置進(jìn)行優(yōu)化，找出合 適的布局，W降低L邸組件的最大溫度； (2) 內(nèi)建熱傳感器的設(shè)計(jì)：對(duì)經(jīng)過步驟（1)布局優(yōu)化后的L邸組件進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算LED 組件每個(gè)節(jié)點(diǎn)位置的瞬態(tài)溫度，得到瞬態(tài)溫度較高的節(jié)點(diǎn)；在L邸組件中設(shè)計(jì)若干個(gè)熱傳 感器，并把它們分別放置在L邸組件中瞬態(tài)溫度較高的節(jié)點(diǎn)區(qū)域，W檢測L邸組件內(nèi)部的溫 度變化情況； (3) L邸組件溫度的自適應(yīng)調(diào)節(jié)；設(shè)計(jì)具有熱控制功能的L邸組件的驅(qū)動(dòng)電路，其中，將 步驟（2)中的熱傳感器與驅(qū)動(dòng)電路連接；熱傳感器監(jiān)測到的L邸組件溫度傳送給驅(qū)動(dòng)電路， 當(dāng)L邸組件的溫度超過了所給定的最大值時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路就對(duì)L邸組件調(diào)節(jié)供給電流，即降低 供給電流的大小，使得每個(gè)巧片的結(jié)溫減小，從而使整個(gè)L邸組件的溫度得到降低。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有內(nèi)建溫度檢測的L邸組件的熱測試方法，其特征在于： 步驟（1)中所述的遺傳算法的交叉操作為選擇一個(gè)交叉點(diǎn)、兩個(gè)交叉點(diǎn)和=個(gè)交叉點(diǎn)中的 一種，同時(shí)對(duì)每一種交叉位置采用了各自的對(duì)個(gè)體分量值的選取與調(diào)整方式來產(chǎn)生新的個(gè) 體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有內(nèi)建溫度檢測的L邸組件的熱測試方法，其特征在于： 步驟（2)中所述的熱傳感器的電路結(jié)構(gòu)為；雙極型晶體管、電阻、運(yùn)算放大器和模數(shù)轉(zhuǎn) 換器依次連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有內(nèi)建溫度檢測的L邸組件的熱測試方法，其特征在于： 步驟（3)中所述的驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)如下；包括基準(zhǔn)電壓模塊、調(diào)光模塊、恒流源模塊、 存儲(chǔ)器模塊和控制單元；控制單元分別與基準(zhǔn)電壓模塊、調(diào)光模塊、恒流源模塊和存儲(chǔ)器模 塊連接，恒流源模塊和存儲(chǔ)器模塊連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有內(nèi)建溫度檢測的L邸組件的熱測試方法，其特征在于： 所述的基準(zhǔn)電壓模塊為X60008電壓源，所述的存儲(chǔ)器模塊為SDRAM存儲(chǔ)器，所述的控制單 元為單片機(jī)。
6. 實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1?5任一項(xiàng)所述的具有內(nèi)建溫度檢測的L邸組件的熱測試方法的測 試系統(tǒng)，其特征在于：包括熱傳感器和L邸組件的驅(qū)動(dòng)電路；熱傳感器和L邸組件的驅(qū)動(dòng)電 路連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的測試系統(tǒng)，其特征在于：還包括確定L邸組件各節(jié)點(diǎn)溫度的 模塊和優(yōu)化L邸組件布局的模塊；確定L邸組件各節(jié)點(diǎn)溫度的模塊用于確定L邸組件初始 結(jié)構(gòu)中各節(jié)點(diǎn)的溫度W及L邸組件結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的各節(jié)點(diǎn)的溫度；在把L邸組件初始結(jié)構(gòu)中 各節(jié)點(diǎn)的溫度值輸入到優(yōu)化L邸組件布局的模塊后，能對(duì)L邸組件布局進(jìn)行優(yōu)化；L邸組件 結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的各節(jié)點(diǎn)的溫度能確定熱傳感器的放置位置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的測試系統(tǒng)，其特征在于：所述的確定L邸組件中各節(jié)點(diǎn)溫度 的模塊是通過使用熱平衡方程來對(duì)每個(gè)L邸巧片計(jì)算溫度值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的測試系統(tǒng)，其特征在于：所述的優(yōu)化LED組件布局的模塊是 通過使用一種改進(jìn)的遺傳算法來得到具有較小最大溫度的L邸組件中巧片的布局方案。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種具有內(nèi)建溫度檢測的LED組件的熱測試方法及測試系統(tǒng)。本發(fā)明在對(duì)LED多芯片組件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，通過建立各節(jié)點(diǎn)的熱平衡方程，并使用一種改進(jìn)的遺傳算法對(duì)每個(gè)芯片在組件上的位置進(jìn)行優(yōu)化，找出合適的布局，以降低組件的最大溫度；同時(shí)在組件中設(shè)計(jì)多個(gè)熱傳感器，并把它們分別放置在組件中瞬態(tài)溫度較高的區(qū)域，以檢測組件內(nèi)部的溫度變化情況；設(shè)計(jì)與熱傳感器連接的具有熱控制功能的LED組件的驅(qū)動(dòng)電路，當(dāng)組件的溫度超過了所給定的最大值時(shí)，則對(duì)組件的供電進(jìn)行調(diào)整，使得組件的溫度得到降低。本發(fā)明能根據(jù)組件的溫度情況來自適應(yīng)地調(diào)節(jié)供給電流大小，使組件的溫度維持在正常范圍內(nèi)，從而避免溫度過高對(duì)LED的嚴(yán)重影響。
【IPC分類】G01K13-00, G01R31-26
【公開號(hào)】CN104535913
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510014735
【發(fā)明人】潘中良, 陳翎
【申請(qǐng)人】華南師范大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2015年1月12日