什么是熱阻即熱量？

熱阻即熱量在熱流路徑上遇到的阻力，反映介質或介質間的傳熱能力的大小，表明了1W熱量所引起的溫升大小，單位為℃/W或K/W。

可以用一個類比來解釋，如果熱量相當于電流，溫差相當于電壓，則熱阻相當于電阻。通常，LED器件在應用中，結構熱阻分布為芯片襯底、襯底與LED支架的粘結層、LED支架、LED器件外掛散熱體及自由空間的熱阻，熱阻通道成串聯關系。

LED燈具作為新型節能燈具在照明過程中只是將30-40%的電能轉換成光，其余的全部變成了熱能，熱能的存在促使我們金鑒必須要關注LED封裝器件的熱阻。一般，LED的功率越高，LED熱效應越明顯，因熱效應而導致的問題也突顯出來，例如，芯片高溫的紅移現象；結溫過高對芯片的永久性破壞；熒光粉層的發光效率降低及加速老化；色溫漂移現象；熱應力引起的機械失效等。這些都直接影響了LED的發光效率、波長、正向壓降以及使用壽命。LED散熱已經成為燈具發展的巨大瓶頸。

服務客戶

LED封裝廠、LED燈具廠、LED芯片廠、器件代理商

服務內容

1．封裝器件熱阻測試2．封裝器件內部“缺陷”辨認3．結構無損檢測4．老化試驗表征手段5．接觸熱阻測試6．熱電參數測試

• 電壓溫度變化曲線；
• 光通量溫度變化曲線；
• 光功率溫度變化曲線；
• 色坐標溫度變化曲線；
• 色溫溫度變化曲線；
• 效率溫度變化曲線。

應用舉例

1.封裝器件熱阻測試

測試方法一：

測試熱阻的過程中，封裝產品一般的散熱路徑為芯片-固晶層-支架或基板-焊錫膏-輔助測試基板-導熱連接材料。

金鑒實驗室根據測試，可以得出如下述的熱阻曲線圖，可讀出測試產品總熱阻（整個散熱路徑）為7.377K/W。該方法測試出的熱阻需根據測試樣品的結構，判定曲線中的熱阻分層，獲得封裝器件的準確熱阻。該方法更適合SMD封裝器件。

測試方法二：

與方法一不同，該方法需經過兩次熱阻測試，對比得出的熱阻，可精確到器件基板外殼，無附帶測試基板數值。

兩次測試的分別：第一次測量，器件直接接觸到基板熱沉上；第二次測量，器件和基板熱沉中間夾著導熱雙面膠。由于兩次散熱路徑的改變僅僅發生在器件封裝殼之外，因此結構函數上兩次測量的分界處就代表了器件的殼。如下圖所示的曲線變化，可得出器件的精確熱阻。該方法適合COB封裝器件。金鑒實驗室在進行試驗時，嚴格遵循相關標準操作，確保每一個測試環節都精準無誤地符合標準要求。

測試方法三：利用結構函數識別器件的結構

常規的，芯片、支架或基板、測試輔助基板或冷板這三層的熱阻和熱容相對較小，而固晶層和導熱連接材料的熱阻和熱容相對較大。

如下面結構函數顯示，結構函數上越靠近 y 軸的地方代表著實際熱流傳導路徑上接近芯片有源區的結構，而越遠離 y 軸的地方代表著熱流傳導路徑上離有源區較遠的結構。積分結構函數是熱容—熱阻函數，曲線上平坦的區域代表器件內部熱阻大、熱容小的結構，陡峭的區域代表器件內部熱阻小、熱容大的結構。微分結構函數中，波峰與波谷的拐點就是兩種結構的分界處，便于識別器件內部的各層結構。在結構函數的末端，其值趨向于一條垂直的漸近線，此時代表熱流傳導到了空氣層，由于空氣的體積無窮大，因此熱容也就無窮大。從原點到這條漸近線之間的 x 值就是結區到空氣環境的熱阻，也就是穩態情況下的熱阻。

2.封裝器件內部的缺陷

對比上面兩個器件的剖面結構，固晶層可見明顯差異。如下圖，左邊為正常產品，右邊為固晶層有缺陷的產品。

固晶層缺陷引發的熱阻變大

3.結構無損檢測

同批次產品，取固晶層完好、邊緣缺陷以及中間缺陷的樣品測試。固晶完好的固晶層應為矩形，而邊緣和中間存在缺陷，則固晶層不規則，下圖兩種缺陷的圖片。

測試出三條熱阻曲線。由于三次測試的芯片是一樣的，因此在結構函數中表征芯片部分的曲線是完全重合在一起的。隨著固晶層損傷程度的增加，該結構層的熱阻逐漸變大。這是由于空洞阻塞了有效的散熱通道造成的。

實驗室根據測試結果，不僅可以定性地找出存在缺陷的結構，而且還能定量得到缺陷引起的熱阻的變化量。

4.老化試驗表征手段

老化前后，從芯片后波峰的移動可以清晰地看出由于老化造成的分層，導致了芯片粘結層的熱阻增大。對樣品不同階段的熱阻測試，可得到每層結構的熱阻變化，根據變化分析老化機理，從而改善產品散熱性能。

5.接觸熱阻的測量

隨著半導體制造技術的不斷成熟，熱界面材料的熱性能已經成為制約高性能封裝產品的瓶頸。接觸熱阻的大小與材料、接觸質量是息息相關的。常規的接觸材料或方式有：

• 導熱膠；
• 導熱墊片；
• 螺釘連接；
• 干接觸。