多芯片LED熱耦合效應(yīng)高效測(cè)量技術(shù)的探索與實(shí)踐一、引言1.1研究背景與意義隨著全球?qū)Ω咝Ч?jié)能照明需求的不斷增長(zhǎng)，發(fā)光二極管（LightEmittingDiode，LED）作為一種新型的固態(tài)照明光源，因其具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)速度快等顯著優(yōu)勢(shì)，在照明領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用和迅猛的發(fā)展。從早期的指示燈、顯示屏背光源，到如今的通用照明、汽車(chē)照明、景觀照明等各個(gè)領(lǐng)域，LED技術(shù)正逐步取代傳統(tǒng)的照明技術(shù)，成為照明行業(yè)的主流。在LED的發(fā)展歷程中，為了滿足日益增長(zhǎng)的高光功率輸出需求，多芯片LED應(yīng)運(yùn)而生。相較于單芯片LED，多芯片LED通過(guò)將多個(gè)芯片集成在同一基板上，能夠克服單芯片在光輸出功率上的局限性，實(shí)現(xiàn)特殊場(chǎng)合對(duì)超高光功率的要求。例如，在一些大型體育場(chǎng)館的照明中，需要高亮度、大面積的照明效果，單芯片LED難以滿足，而多芯片LED模塊則可以通過(guò)合理的芯片布局和封裝設(shè)計(jì)，提供足夠的光通量和均勻的照明分布。在汽車(chē)大燈、舞臺(tái)燈光等對(duì)光功率和光斑質(zhì)量要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景中，多芯片LED也展現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。然而，多芯片LED在帶來(lái)高光功率輸出的同時(shí)，也面臨著嚴(yán)峻的熱管理挑戰(zhàn)。由于多個(gè)芯片緊密排列在有限的空間內(nèi)，工作時(shí)產(chǎn)生的熱量難以有效散發(fā)，導(dǎo)致芯片結(jié)溫升高。當(dāng)芯片結(jié)溫過(guò)高時(shí)，會(huì)引發(fā)一系列嚴(yán)重的問(wèn)題。一方面，它會(huì)導(dǎo)致LED的光電轉(zhuǎn)換效率降低，光輸出功率下降，從而影響照明效果。例如，研究表明，LED的光輸出功率會(huì)隨著結(jié)溫的升高而呈指數(shù)下降，結(jié)溫每升高10℃，光輸出功率可能下降約10%-20%。另一方面，高溫還會(huì)加速LED器件的老化，縮短其使用壽命，增加維護(hù)成本。更為關(guān)鍵的是，在多芯片LED中，芯片之間存在著熱耦合效應(yīng)，即一個(gè)芯片產(chǎn)生的熱量會(huì)通過(guò)基板等熱傳導(dǎo)路徑傳遞到其他芯片，使得芯片的溫度分布變得更加復(fù)雜。這種熱耦合效應(yīng)不僅會(huì)進(jìn)一步加劇芯片結(jié)溫的升高，還會(huì)導(dǎo)致不同芯片之間的溫度差異增大，從而影響整個(gè)多芯片LED模塊的性能一致性和可靠性。如果不能準(zhǔn)確測(cè)量和有效控制多芯片LED的熱耦合效應(yīng)，將會(huì)嚴(yán)重制約其在高端照明領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。因此，實(shí)現(xiàn)多芯片LED熱耦合效應(yīng)的高效測(cè)量具有極其重要的意義。精確測(cè)量熱耦合效應(yīng)可以為多芯片LED的熱管理設(shè)計(jì)提供關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支持。通過(guò)準(zhǔn)確掌握芯片間的熱傳遞規(guī)律和溫度分布情況，工程師能夠有針對(duì)性地優(yōu)化散熱結(jié)構(gòu)，選擇合適的散熱材料和散熱方式，從而有效地降低芯片結(jié)溫，提高LED的光電性能和可靠性。熱耦合效應(yīng)的測(cè)量結(jié)果也有助于深入理解多芯片LED的工作機(jī)理，為L(zhǎng)ED芯片的設(shè)計(jì)和制造提供理論依據(jù)，推動(dòng)LED技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展。在實(shí)際應(yīng)用中，準(zhǔn)確測(cè)量熱耦合效應(yīng)還可以幫助生產(chǎn)廠家對(duì)多芯片LED產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)和性能評(píng)估，確保產(chǎn)品滿足市場(chǎng)需求和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)多芯片LED熱耦合效應(yīng)的高效測(cè)量是解決多芯片LED熱管理問(wèn)題、提升其性能和可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)于推動(dòng)LED照明技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng)用前景。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在多芯片LED熱耦合效應(yīng)測(cè)量這一關(guān)鍵領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外眾多科研團(tuán)隊(duì)與學(xué)者展開(kāi)了深入且廣泛的研究，取得了一系列具有重要價(jià)值的成果，同時(shí)也面臨著一些尚待突破的困境。國(guó)外在該領(lǐng)域的研究起步相對(duì)較早，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和成果。美國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)家的科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)憑借其先進(jìn)的科研設(shè)備和雄厚的技術(shù)實(shí)力，在多芯片LED熱管理和熱耦合效應(yīng)測(cè)量方面處于國(guó)際領(lǐng)先地位。美國(guó)的Cree公司長(zhǎng)期致力于LED技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新，在多芯片LED封裝和散熱技術(shù)上取得了顯著進(jìn)展。他們通過(guò)優(yōu)化芯片布局和封裝結(jié)構(gòu)，有效降低了芯片間的熱耦合效應(yīng)，提高了LED的散熱效率和光電性能。其研發(fā)的新型散熱材料和散熱結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⑿酒a(chǎn)生的熱量快速傳導(dǎo)出去，從而降低芯片結(jié)溫，減少熱耦合的影響。日本的日亞化學(xué)公司在LED芯片制造和熱管理方面也具有深厚的技術(shù)底蘊(yùn)。他們通過(guò)對(duì)LED芯片材料和工藝的深入研究，提高了芯片的發(fā)光效率和熱穩(wěn)定性，同時(shí)采用先進(jìn)的熱測(cè)量技術(shù)，對(duì)多芯片LED的熱耦合效應(yīng)進(jìn)行了精確測(cè)量和分析。德國(guó)的歐司朗公司則注重從系統(tǒng)層面研究多芯片LED的熱管理問(wèn)題，通過(guò)開(kāi)發(fā)先進(jìn)的熱仿真軟件和測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多芯片LED熱性能的全面評(píng)估和優(yōu)化。這些國(guó)外的研究成果為多芯片LED熱耦合效應(yīng)的測(cè)量和熱管理提供了重要的技術(shù)參考和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。國(guó)內(nèi)在多芯片LED熱耦合效應(yīng)測(cè)量方面的研究近年來(lái)也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。隨著國(guó)家對(duì)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的高度重視和大力支持，國(guó)內(nèi)眾多高校和科研機(jī)構(gòu)紛紛加大在該領(lǐng)域的研究投入，取得了一系列具有創(chuàng)新性的成果。廈門(mén)大學(xué)的陳忠教授和呂毅軍教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)大功率多芯片LED模塊結(jié)溫測(cè)試方法中存在的問(wèn)題，提出了一種實(shí)現(xiàn)多芯片LED模塊中結(jié)溫分布的快速簡(jiǎn)化測(cè)試方法。該方法利用芯片間熱耦合矩陣以及給定的芯片的熱功率，能夠快速測(cè)量模塊中的結(jié)溫分布，有效減小了測(cè)量工作量，簡(jiǎn)化了測(cè)試流程。他們通過(guò)利用模塊中陣列排布的對(duì)稱性，巧妙地簡(jiǎn)化了模塊中各芯片間的熱耦合關(guān)系，只需減少需要測(cè)試芯片的數(shù)量就可以獲得熱耦合矩陣，進(jìn)而通過(guò)熱耦合矩陣推導(dǎo)出所有芯片的溫升，最終獲得模塊的結(jié)溫分布。這種方法不僅適用于陣列排布的多芯片模塊，還適用于圓形排布的多芯片模塊，以及同一模塊中包含不同顏色或不同尺寸的具有對(duì)稱排布結(jié)構(gòu)的多芯片模塊，具有廣泛的適用性和創(chuàng)新性。盡管?chē)?guó)內(nèi)外在多芯片LED熱耦合效應(yīng)測(cè)量方面取得了一定的成果，但仍然存在一些不足之處?，F(xiàn)有測(cè)量方法在精度和效率上難以達(dá)到完美的平衡。一些傳統(tǒng)的測(cè)量方法雖然能夠較為準(zhǔn)確地測(cè)量多芯片LED的熱參數(shù)，但測(cè)量過(guò)程繁瑣，耗時(shí)較長(zhǎng)，難以滿足大規(guī)模生產(chǎn)和快速檢測(cè)的需求。而一些新興的快速測(cè)量方法雖然提高了測(cè)量效率，但在測(cè)量精度上卻存在一定的偏差，無(wú)法滿足高精度測(cè)量的要求。例如，電學(xué)法測(cè)量雖然能夠快速獲取一些熱參數(shù)，但由于受到電路寄生參數(shù)等因素的影響，測(cè)量精度有限；而紅外熱成像法雖然能夠直觀地觀察到芯片的溫度分布，但在測(cè)量微小尺寸芯片的溫度時(shí)，分辨率和精度難以保證。熱耦合效應(yīng)的測(cè)量模型還不夠完善。目前的測(cè)量模型大多基于理想條件假設(shè)，難以準(zhǔn)確描述多芯片LED在實(shí)際工作中的復(fù)雜熱傳遞過(guò)程和熱耦合機(jī)制。實(shí)際應(yīng)用中，多芯片LED的熱傳遞不僅受到芯片自身特性、封裝材料和結(jié)構(gòu)的影響，還受到環(huán)境溫度、散熱條件等多種因素的綜合作用，使得測(cè)量模型的準(zhǔn)確性和可靠性受到挑戰(zhàn)。在不同工作條件下，多芯片LED的熱耦合效應(yīng)會(huì)發(fā)生變化，而現(xiàn)有的測(cè)量模型難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)這種變化，從而影響了熱管理策略的制定和優(yōu)化。綜上所述，國(guó)內(nèi)外在多芯片LED熱耦合效應(yīng)測(cè)量方面的研究為該領(lǐng)域的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，但仍有許多問(wèn)題需要進(jìn)一步研究和解決。未來(lái)的研究需要在提高測(cè)量精度和效率、完善測(cè)量模型、深入探究熱耦合機(jī)制等方面取得突破，以推動(dòng)多芯片LED技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和廣泛應(yīng)用。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本研究圍繞多芯片LED熱耦合效應(yīng)的高效測(cè)量展開(kāi)，主要內(nèi)容涵蓋以下幾個(gè)方面：多芯片LED熱耦合理論分析：深入剖析多芯片LED的熱傳遞機(jī)制，從熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射的基本原理出發(fā)，結(jié)合多芯片LED的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立熱耦合的理論模型。研究芯片之間的熱傳遞路徑和熱阻分布，分析熱耦合對(duì)芯片溫度分布的影響規(guī)律，為熱耦合效應(yīng)的測(cè)量和熱管理提供理論基礎(chǔ)。例如，通過(guò)對(duì)不同芯片布局和封裝結(jié)構(gòu)的理論分析，探討如何優(yōu)化結(jié)構(gòu)以減小熱耦合效應(yīng)。熱耦合效應(yīng)測(cè)量方法研究：對(duì)現(xiàn)有的多芯片LED熱耦合效應(yīng)測(cè)量方法進(jìn)行全面調(diào)研和對(duì)比分析，包括電學(xué)法、紅外熱成像法、拉曼光譜法等。研究這些方法的測(cè)量原理、適用范圍、優(yōu)缺點(diǎn)以及測(cè)量精度和效率。在此基礎(chǔ)上，提出一種或多種改進(jìn)的測(cè)量方法或新的測(cè)量技術(shù)，旨在提高測(cè)量的準(zhǔn)確性和效率。比如，探索將電學(xué)法與紅外熱成像法相結(jié)合的復(fù)合測(cè)量方法，充分發(fā)揮兩種方法的優(yōu)勢(shì)，克服各自的局限性。熱耦合效應(yīng)影響因素分析：系統(tǒng)研究影響多芯片LED熱耦合效應(yīng)的各種因素，如芯片間距、芯片功率、散熱條件、環(huán)境溫度等。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和仿真手段，分析這些因素對(duì)熱耦合程度和芯片溫度分布的影響規(guī)律。建立熱耦合效應(yīng)與各影響因素之間的定量關(guān)系模型，為熱管理設(shè)計(jì)提供依據(jù)。例如，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究不同芯片間距下熱耦合效應(yīng)的變化情況，確定最佳的芯片間距范圍。熱耦合效應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)開(kāi)發(fā)：基于研究提出的測(cè)量方法，開(kāi)發(fā)一套多芯片LED熱耦合效應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)包括硬件部分和軟件部分，硬件部分涵蓋測(cè)量傳感器、信號(hào)采集與處理電路、數(shù)據(jù)傳輸接口等，軟件部分實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、分析和顯示等功能。對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行性能測(cè)試和校準(zhǔn)，確保其測(cè)量精度、穩(wěn)定性和可靠性滿足研究要求。通過(guò)實(shí)際測(cè)量多芯片LED樣品，驗(yàn)證測(cè)量系統(tǒng)的有效性和實(shí)用性。1.3.2研究方法本研究采用理論分析、熱仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法，全面深入地研究多芯片LED熱耦合效應(yīng)的高效測(cè)量。理論分析方法：運(yùn)用傳熱學(xué)、熱阻網(wǎng)絡(luò)理論、半導(dǎo)體物理等相關(guān)學(xué)科的知識(shí)，對(duì)多芯片LED的熱耦合效應(yīng)進(jìn)行理論推導(dǎo)和分析。建立熱傳遞的數(shù)學(xué)模型，求解芯片的溫度分布和熱耦合系數(shù)等參數(shù)。通過(guò)理論分析，揭示熱耦合效應(yīng)的本質(zhì)和影響因素，為熱仿真和實(shí)驗(yàn)研究提供理論指導(dǎo)。例如，利用熱阻網(wǎng)絡(luò)理論構(gòu)建多芯片LED的熱阻模型，分析熱阻在芯片間的分布情況。熱仿真方法：借助專(zhuān)業(yè)的熱仿真軟件，如ANSYS、COMSOLMultiphysics等，對(duì)多芯片LED的熱耦合效應(yīng)進(jìn)行數(shù)值模擬。建立多芯片LED的三維模型，設(shè)置材料參數(shù)、邊界條件和熱源等，模擬不同工作條件下芯片的溫度分布和熱傳遞過(guò)程。通過(guò)熱仿真，可以直觀地觀察熱耦合效應(yīng)的現(xiàn)象和規(guī)律，預(yù)測(cè)不同設(shè)計(jì)方案下的熱性能，為實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供參考。比如，通過(guò)熱仿真對(duì)比不同散熱結(jié)構(gòu)對(duì)熱耦合效應(yīng)的改善效果，選擇最優(yōu)的散熱結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法：設(shè)計(jì)并搭建多芯片LED熱耦合效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，采用合適的測(cè)量?jī)x器和設(shè)備，對(duì)多芯片LED樣品進(jìn)行熱耦合效應(yīng)的實(shí)際測(cè)量。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件，確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。將實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果與理論分析和熱仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，評(píng)估理論模型和仿真方法的正確性。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)一步優(yōu)化理論模型和仿真參數(shù)，完善熱耦合效應(yīng)的測(cè)量方法和熱管理策略。例如，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量不同芯片功率下的熱耦合系數(shù)，與理論計(jì)算和仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。二、多芯片LED熱耦合效應(yīng)相關(guān)理論基礎(chǔ)2.1LED基本原理與特性2.1.1LED發(fā)光原理LED的發(fā)光過(guò)程基于半導(dǎo)體材料的電致發(fā)光效應(yīng)，其核心在于電子與空穴在特定條件下的復(fù)合行為。從半導(dǎo)體物理的角度來(lái)看，半導(dǎo)體材料的原子通過(guò)共價(jià)鍵緊密結(jié)合，形成具有特定能帶結(jié)構(gòu)的晶體。在絕對(duì)零度時(shí)，電子占據(jù)能量較低的價(jià)帶，而導(dǎo)帶則處于空態(tài)。當(dāng)溫度升高或受到外部能量激發(fā)時(shí)，部分電子獲得足夠的能量，躍遷至導(dǎo)帶，在價(jià)帶留下空穴，這一過(guò)程稱為本征激發(fā)。對(duì)于LED而言，通常采用的是摻雜半導(dǎo)體材料，通過(guò)在純凈的半導(dǎo)體中引入特定雜質(zhì)，改變其電學(xué)性質(zhì)。例如，在III-V族化合物半導(dǎo)體中，向本征半導(dǎo)體中摻入少量三價(jià)元素（如硼、鋁等），會(huì)形成P型半導(dǎo)體，其中空穴為多數(shù)載流子；摻入少量五價(jià)元素（如磷、砷等），則形成N型半導(dǎo)體，電子成為多數(shù)載流子。當(dāng)P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體結(jié)合時(shí)，在它們的交界面處會(huì)形成PN結(jié)。在PN結(jié)中，由于P區(qū)和N區(qū)的載流子濃度存在差異，電子會(huì)從N區(qū)向P區(qū)擴(kuò)散，空穴則從P區(qū)向N區(qū)擴(kuò)散，形成擴(kuò)散電流。隨著擴(kuò)散的進(jìn)行，在PN結(jié)附近會(huì)形成一個(gè)由N區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)建電場(chǎng)，該電場(chǎng)會(huì)阻礙載流子的進(jìn)一步擴(kuò)散。當(dāng)擴(kuò)散電流與由內(nèi)建電場(chǎng)引起的漂移電流達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，PN結(jié)處于穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)在PN結(jié)兩端施加正向電壓時(shí)，外電場(chǎng)與內(nèi)建電場(chǎng)方向相反，削弱了內(nèi)建電場(chǎng)的作用，使得PN結(jié)的勢(shì)壘降低。此時(shí)，N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴在電場(chǎng)作用下向?qū)Ψ絽^(qū)域注入，在PN結(jié)附近發(fā)生復(fù)合。在復(fù)合過(guò)程中，電子從導(dǎo)帶躍遷回價(jià)帶，釋放出多余的能量，這些能量以光子的形式輻射出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)電致發(fā)光。光子的能量E與半導(dǎo)體材料的禁帶寬度E_g密切相關(guān)，滿足公式E=h\nu=E_g，其中h為普朗克常量，\nu為光子的頻率。不同的半導(dǎo)體材料具有不同的禁帶寬度，因此可以發(fā)出不同顏色的光。例如，氮化鎵（GaN）基LED常用于發(fā)出藍(lán)光和綠光，其禁帶寬度相對(duì)較大；而磷化鎵（GaP）基LED則常用于發(fā)出紅光，其禁帶寬度相對(duì)較小。2.1.2LED芯片結(jié)構(gòu)與封裝技術(shù)常見(jiàn)的LED芯片結(jié)構(gòu)主要有正裝、倒裝和垂直結(jié)構(gòu)三種，它們?cè)陔姌O位置、散熱方式和制作工藝等方面存在明顯差異。正裝結(jié)構(gòu)是早期出現(xiàn)且在小功率芯片中廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，P、N電極位于LED的同一側(cè)，從上至下的材料依次為P-GaN、發(fā)光層、N-GaN和襯底。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作工藝相對(duì)成熟。然而，該結(jié)構(gòu)存在兩個(gè)顯著缺點(diǎn)。一方面，由于P、N電極在同一側(cè)，電流需要橫向流過(guò)N-GaN層，這容易導(dǎo)致電流擁擠現(xiàn)象，使得局部發(fā)熱量過(guò)高，進(jìn)而限制了驅(qū)動(dòng)電流的大小。另一方面，正裝結(jié)構(gòu)通常采用藍(lán)寶石襯底，而藍(lán)寶石的導(dǎo)熱性較差，嚴(yán)重阻礙了熱量的散失。在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中，散熱不良會(huì)導(dǎo)致芯片溫度升高，影響硅膠的性能和透過(guò)率，進(jìn)而引發(fā)光衰較大等問(wèn)題，制約了大功率LED的發(fā)展。倒裝結(jié)構(gòu)是為了克服正裝結(jié)構(gòu)的不足而發(fā)展起來(lái)的。倒裝芯片的電氣面朝下，與傳統(tǒng)的金屬線鍵合連接方式相反，故稱為“倒裝”。在這種結(jié)構(gòu)中，發(fā)光層激發(fā)出的光直接從電極的另一面發(fā)出（襯底被剝?nèi)?，芯片材料通常為透明的）。倒裝結(jié)構(gòu)具有諸多優(yōu)勢(shì)，首先，它沒(méi)有通過(guò)藍(lán)寶石散熱，而是從芯片PN極上的熱量通過(guò)金絲球焊點(diǎn)傳到Si熱沉，由于Si是良好的散熱導(dǎo)體，其散熱效果遠(yuǎn)優(yōu)于靠藍(lán)寶石散熱，因此可以通大電流使用。其次，倒裝芯片的尺寸可以做得更小，密度更高，能增加單位面積內(nèi)的I/O數(shù)量，且光學(xué)更容易匹配。此外，倒裝結(jié)構(gòu)還提升了散熱功能，延長(zhǎng)了芯片的壽命，同時(shí)提高了抗靜電能力，為后續(xù)封裝工藝的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。不過(guò)，倒裝LED技術(shù)目前在大功率產(chǎn)品和集成封裝方面優(yōu)勢(shì)明顯，但在中小功率應(yīng)用上，成本競(jìng)爭(zhēng)力相對(duì)較弱。而且，倒裝技術(shù)顛覆了傳統(tǒng)LED工藝，對(duì)設(shè)備要求更高，增加了封裝前端設(shè)備的成本，限制了一些企業(yè)對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用。垂直結(jié)構(gòu)的P、N電極位于LED外延層的兩側(cè)，通過(guò)N電極，使得電流幾乎全部垂直流過(guò)LED外延層，橫向流動(dòng)的電流極少，從而避免了局部高溫問(wèn)題。該結(jié)構(gòu)采用高熱導(dǎo)率的襯底（如Si、Ge和Cu等）取代藍(lán)寶石襯底，在很大程度上提高了散熱效率。此外，垂直結(jié)構(gòu)還具有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，例如，所有顏色的垂直結(jié)構(gòu)LED（包括紅光、綠光、藍(lán)光及紫外光LED）都可以制成通孔垂直結(jié)構(gòu)，具有極大的應(yīng)用市場(chǎng)。而且，其制造工藝都是在芯片（wafer）水平進(jìn)行的，無(wú)需打金線與外界電源相聯(lián)結(jié)，采用通孔垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片封裝厚度降低，可以用于制造超薄型器件，如背光源等。垂直結(jié)構(gòu)的抗靜電能力也較強(qiáng)，可以采用較大直徑的通孔/金屬填充塞和多個(gè)的通孔/金屬填充塞進(jìn)一步提高襯底的散熱效率，這對(duì)于大功率LED尤為重要。然而，垂直結(jié)構(gòu)的制備工藝較為復(fù)雜，特別是藍(lán)寶石剝離工藝難度較大，制約了其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進(jìn)程，目前在市場(chǎng)上的發(fā)展相對(duì)不溫不火。LED的封裝技術(shù)對(duì)其熱性能有著至關(guān)重要的影響。封裝的主要作用不僅是保護(hù)芯片免受外界環(huán)境的侵蝕，還包括實(shí)現(xiàn)電氣連接和提高出光效率，同時(shí)也是解決散熱問(wèn)題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。不同的封裝材料和封裝結(jié)構(gòu)會(huì)直接影響LED的散熱效果。從封裝材料來(lái)看，常用的封裝材料包括環(huán)氧樹(shù)脂、硅膠等。環(huán)氧樹(shù)脂具有良好的絕緣性和機(jī)械強(qiáng)度，但導(dǎo)熱性能相對(duì)較差；硅膠則具有較好的柔韌性和透光性，同時(shí)在一定程度上具有較好的導(dǎo)熱性能。在選擇封裝材料時(shí)，需要綜合考慮材料的導(dǎo)熱系數(shù)、熱膨脹系數(shù)、透光性等因素。例如，導(dǎo)熱系數(shù)高的材料可以更有效地將芯片產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)出去，降低芯片溫度；而熱膨脹系數(shù)與芯片和基板相匹配的材料，則可以減少因溫度變化而產(chǎn)生的熱應(yīng)力，提高LED的可靠性。在封裝結(jié)構(gòu)方面，常見(jiàn)的有單顆封裝、COB（ChipOnBoard）封裝和多芯片模塊（MCM，Multi-ChipModule）封裝等。單顆封裝通常適用于小功率LED，如指示燈、小型顯示屏等應(yīng)用場(chǎng)景。COB封裝是將LED芯片直接封裝在鋁基板上，縮短了熱通道和熱傳導(dǎo)的距離，從而降低了LED的結(jié)溫。這種封裝方式減少了熱阻，提高了散熱效率，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)更高的功率密度和更好的光學(xué)性能，常用于照明燈具等對(duì)光通量和散熱要求較高的場(chǎng)合。多芯片模塊封裝則是將多個(gè)LED芯片集成在同一基板上，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的光功率輸出，但也面臨著更嚴(yán)峻的熱管理挑戰(zhàn)。在多芯片模塊封裝中，芯片之間的熱耦合效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致芯片溫度分布不均勻，因此需要通過(guò)優(yōu)化芯片布局、采用高效的散熱材料和散熱結(jié)構(gòu)等措施來(lái)降低熱耦合的影響，提高整個(gè)模塊的熱性能。2.1.3LED主要參數(shù)LED的主要參數(shù)包括光通量、顯色指數(shù)、結(jié)溫等，這些參數(shù)不僅反映了LED的性能優(yōu)劣，還與熱耦合效應(yīng)密切相關(guān)。光通量是衡量LED發(fā)光能力的重要指標(biāo)，它表示單位時(shí)間內(nèi)LED發(fā)出的光的總量，單位為流明（lm）。光通量的大小直接影響著LED在照明應(yīng)用中的亮度。一般來(lái)說(shuō)，LED的光通量與其輸入功率、發(fā)光效率等因素有關(guān)。在一定范圍內(nèi)，輸入功率越高，光通量越大；而發(fā)光效率則反映了LED將電能轉(zhuǎn)化為光能的能力，發(fā)光效率越高，在相同輸入功率下光通量就越大。然而，隨著LED工作溫度的升高，其發(fā)光效率會(huì)逐漸降低，從而導(dǎo)致光通量下降。這是因?yàn)闇囟壬邥?huì)加劇電子與空穴的非輻射復(fù)合，使得更多的能量以熱能的形式散失，而不是轉(zhuǎn)化為光能。在多芯片LED中，熱耦合效應(yīng)會(huì)使芯片溫度升高，進(jìn)一步加速光通量的衰減，因此控制熱耦合效應(yīng)對(duì)于維持LED的高光通量輸出至關(guān)重要。顯色指數(shù)（CRI，ColorRenderingIndex）用于衡量LED對(duì)物體顏色的還原能力，其取值范圍為0-100。顯色指數(shù)越高，表明LED照射下物體呈現(xiàn)的顏色越接近其在自然光下的真實(shí)顏色。在照明應(yīng)用中，高顯色指數(shù)的LED能夠提供更真實(shí)、自然的照明效果，對(duì)于一些對(duì)顏色要求較高的場(chǎng)合，如商場(chǎng)照明、博物館照明等，高顯色指數(shù)的LED尤為重要。LED的顯色指數(shù)與芯片材料、熒光粉等因素有關(guān)。當(dāng)LED結(jié)溫升高時(shí)，會(huì)影響熒光粉的性能，導(dǎo)致光譜分布發(fā)生變化，從而降低顯色指數(shù)。在多芯片LED中，熱耦合效應(yīng)可能導(dǎo)致不同芯片之間的溫度差異，進(jìn)而使整個(gè)模塊的顯色指數(shù)不均勻，影響照明質(zhì)量。結(jié)溫是指LED芯片中PN結(jié)的溫度，它是影響LED性能和壽命的關(guān)鍵參數(shù)。結(jié)溫的升高會(huì)對(duì)LED產(chǎn)生多方面的負(fù)面影響。一方面，結(jié)溫升高會(huì)導(dǎo)致LED的正向?qū)▔航禍p小，使得LED的工作電流發(fā)生變化，如果不能有效控制電流，可能會(huì)導(dǎo)致LED過(guò)熱損壞。另一方面，結(jié)溫升高會(huì)加速LED器件的老化，縮短其使用壽命。研究表明，LED的壽命與結(jié)溫呈指數(shù)關(guān)系，結(jié)溫每升高10℃，壽命可能會(huì)縮短約50%。在多芯片LED中，芯片之間的熱耦合效應(yīng)會(huì)使結(jié)溫分布更加復(fù)雜，局部結(jié)溫可能會(huì)過(guò)高，進(jìn)一步加劇LED性能的劣化。因此，準(zhǔn)確測(cè)量和有效控制結(jié)溫，特別是考慮熱耦合效應(yīng)下的結(jié)溫分布，對(duì)于提高多芯片LED的可靠性和穩(wěn)定性具有重要意義。2.2熱耦合效應(yīng)原理2.2.1熱耦合的概念在多芯片LED中，熱耦合是指多個(gè)芯片之間由于熱傳遞而相互影響溫度分布的現(xiàn)象。當(dāng)多芯片LED工作時(shí)，每個(gè)芯片都會(huì)因自身的電-光轉(zhuǎn)換效率有限而產(chǎn)生熱量，這些熱量會(huì)通過(guò)多種方式在芯片間傳遞。從熱傳遞的基本方式來(lái)看，主要包括熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射。熱傳導(dǎo)是熱量在固體中傳遞的主要方式，在多芯片LED中，芯片與芯片之間通過(guò)基板、封裝材料等固體介質(zhì)進(jìn)行熱傳導(dǎo)。例如，當(dāng)一個(gè)芯片產(chǎn)生熱量時(shí)，熱量會(huì)首先通過(guò)芯片與基板之間的鍵合層傳導(dǎo)到基板上，然后再通過(guò)基板傳導(dǎo)到其他芯片。由于基板材料的導(dǎo)熱系數(shù)不同，熱傳導(dǎo)的效率也會(huì)有所差異。如果基板采用導(dǎo)熱系數(shù)高的材料，如金屬基覆銅板或陶瓷基板，熱量就能更快速地傳導(dǎo)，從而減小芯片間的溫度差異；反之，若基板導(dǎo)熱系數(shù)低，熱量傳導(dǎo)受阻，就會(huì)導(dǎo)致芯片間熱耦合加劇。熱對(duì)流則是指熱量通過(guò)流體（氣體或液體）的流動(dòng)來(lái)傳遞。在多芯片LED的封裝內(nèi)部，雖然氣體的導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較低，但在一些情況下，如封裝內(nèi)部存在空氣流動(dòng)或采用液體散熱介質(zhì)時(shí)，熱對(duì)流也會(huì)對(duì)熱耦合產(chǎn)生一定影響。例如，在一些大功率多芯片LED模塊中，為了增強(qiáng)散熱效果，會(huì)采用風(fēng)冷或液冷的方式，此時(shí)熱對(duì)流就成為熱量傳遞的重要途徑之一。在風(fēng)冷情況下，冷空氣流經(jīng)芯片表面，帶走熱量，使得芯片間的熱量得以交換和平衡；在液冷情況下，液體在封閉的管路中循環(huán)流動(dòng)，與芯片表面進(jìn)行熱交換，從而降低芯片溫度。熱輻射是物體通過(guò)電磁波來(lái)傳遞熱量的方式，任何溫度高于絕對(duì)零度的物體都會(huì)向外輻射熱量。在多芯片LED中，芯片之間也會(huì)通過(guò)熱輻射進(jìn)行熱量傳遞。雖然熱輻射在常溫下對(duì)熱量傳遞的貢獻(xiàn)相對(duì)較小，但在高溫環(huán)境或芯片間距較大時(shí)，熱輻射的影響不可忽視。例如，當(dāng)多芯片LED在高溫環(huán)境下工作時(shí)，芯片的熱輻射強(qiáng)度會(huì)增加，使得芯片間的熱耦合更加復(fù)雜。在多芯片LED中，熱耦合的具體表現(xiàn)為一個(gè)芯片的溫度變化會(huì)引起其他芯片溫度的改變。這種影響不僅與熱傳遞方式有關(guān)，還與芯片的布局、間距以及封裝結(jié)構(gòu)等因素密切相關(guān)。例如，當(dāng)芯片間距較小時(shí)，熱傳導(dǎo)路徑縮短，熱耦合效應(yīng)會(huì)更加明顯；而不同的芯片布局方式，如陣列式布局、圓形布局等，會(huì)導(dǎo)致熱傳遞路徑和熱阻分布的不同，從而影響熱耦合的程度和溫度分布的均勻性。2.2.2熱耦合對(duì)LED性能的影響熱耦合對(duì)LED性能的影響是多方面的，其中最顯著的是導(dǎo)致結(jié)溫升高，進(jìn)而對(duì)LED的發(fā)光效率和壽命產(chǎn)生負(fù)面影響。當(dāng)多芯片LED中的芯片之間存在熱耦合時(shí)，一個(gè)芯片產(chǎn)生的熱量傳遞到其他芯片，會(huì)使整個(gè)芯片組的溫度升高，尤其是結(jié)溫的上升。結(jié)溫是LED芯片中PN結(jié)的溫度，它是衡量LED性能的關(guān)鍵參數(shù)。隨著結(jié)溫的升高，LED的發(fā)光效率會(huì)逐漸降低。這是因?yàn)樵谳^高的溫度下，LED內(nèi)部的電子與空穴復(fù)合過(guò)程中，更多的能量會(huì)以非輻射復(fù)合的形式轉(zhuǎn)化為熱能，而不是以光子的形式輻射出去，從而導(dǎo)致發(fā)光效率下降。研究表明，LED的發(fā)光效率與結(jié)溫之間存在近似指數(shù)關(guān)系，結(jié)溫每升高10℃，發(fā)光效率可能下降約10%-20%。在多芯片LED中，熱耦合效應(yīng)使得芯片間的溫度分布不均勻，局部結(jié)溫可能會(huì)更高，這進(jìn)一步加速了發(fā)光效率的降低。例如，在一個(gè)由多個(gè)芯片組成的LED模塊中，如果某些芯片由于熱耦合而處于高溫狀態(tài)，這些芯片的發(fā)光效率會(huì)明顯低于其他溫度較低的芯片，從而導(dǎo)致整個(gè)模塊的光輸出不均勻，影響照明效果。熱耦合引起的結(jié)溫升高還會(huì)對(duì)LED的壽命產(chǎn)生嚴(yán)重影響。高溫會(huì)加速LED器件內(nèi)部材料的老化和性能退化。一方面，高溫會(huì)導(dǎo)致芯片與基板之間的鍵合層、封裝材料等發(fā)生熱應(yīng)力變化，使材料的物理性能和化學(xué)性能發(fā)生改變，從而降低器件的可靠性。例如，鍵合層在高溫下可能會(huì)出現(xiàn)脫粘現(xiàn)象，導(dǎo)致芯片與基板之間的電氣連接和熱傳導(dǎo)性能下降；封裝材料在高溫下可能會(huì)發(fā)生老化、變黃等現(xiàn)象，影響光的透過(guò)率和散熱性能。另一方面，高溫會(huì)加速芯片內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)，如雜質(zhì)擴(kuò)散、晶格缺陷的產(chǎn)生等，這些都會(huì)導(dǎo)致芯片的性能逐漸劣化，最終縮短LED的使用壽命。研究表明，LED的壽命與結(jié)溫呈指數(shù)關(guān)系，結(jié)溫每升高10℃，壽命可能會(huì)縮短約50%。在多芯片LED中，由于熱耦合導(dǎo)致的結(jié)溫升高和溫度分布不均勻，會(huì)使得部分芯片過(guò)早老化，影響整個(gè)模塊的使用壽命和穩(wěn)定性。熱耦合還可能對(duì)LED的顏色一致性產(chǎn)生影響。不同顏色的LED芯片（如RGB-LED中的紅、綠、藍(lán)芯片）對(duì)溫度的敏感性不同，熱耦合引起的溫度變化會(huì)導(dǎo)致不同顏色芯片的發(fā)光波長(zhǎng)發(fā)生漂移，從而影響顏色的準(zhǔn)確性和一致性。例如，在RGB-LED中，如果紅色芯片由于熱耦合而溫度升高，其發(fā)光波長(zhǎng)可能會(huì)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，導(dǎo)致顏色偏紅，而綠色和藍(lán)色芯片的溫度變化可能會(huì)使它們的發(fā)光波長(zhǎng)也發(fā)生相應(yīng)的變化，最終導(dǎo)致混合光的顏色偏離預(yù)期值，影響顯示效果。2.3熱阻與結(jié)溫相關(guān)理論2.3.1熱阻的定義與計(jì)算熱阻是衡量材料或結(jié)構(gòu)對(duì)熱量傳遞阻礙程度的重要物理量，在多芯片LED的熱分析中起著關(guān)鍵作用。從本質(zhì)上講，熱阻反映了熱量在傳遞過(guò)程中遇到的阻力大小，它與材料的導(dǎo)熱性能、幾何形狀以及熱量傳遞路徑密切相關(guān)。熱阻的定義基于傅里葉熱傳導(dǎo)定律，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：R=\frac{\DeltaT}{P}，其中R表示熱阻，單位為℃/W或K/W；\DeltaT是沿?zé)醾鬟f路徑上的溫度差，單位為℃或K；P是熱功率，單位為W。這一定義表明，熱阻等于單位熱功率下產(chǎn)生的溫度差，熱阻越大，在相同熱功率下溫度差就越大，意味著熱量傳遞越困難。對(duì)于簡(jiǎn)單的平板狀材料，在一維熱傳導(dǎo)情況下，熱阻的計(jì)算公式可以進(jìn)一步推導(dǎo)為：R=\frac{L}{kA}，其中L是平板的厚度，單位為m；k是材料的導(dǎo)熱系數(shù)，單位為W/(m·K)，它表征了材料傳導(dǎo)熱量的能力，導(dǎo)熱系數(shù)越大，材料的導(dǎo)熱性能越好；A是垂直于熱流方向的橫截面積，單位為m2。從這個(gè)公式可以看出，熱阻與材料的厚度成正比，與導(dǎo)熱系數(shù)和橫截面積成反比。例如，在多芯片LED的基板材料選擇中，如果采用導(dǎo)熱系數(shù)高的金屬基覆銅板，在相同的厚度和面積條件下，其熱阻會(huì)比普通的有機(jī)基板小，能夠更有效地傳導(dǎo)芯片產(chǎn)生的熱量，降低芯片的工作溫度。在多芯片LED的實(shí)際應(yīng)用中，熱阻的計(jì)算更為復(fù)雜，因?yàn)闊崃總鬟f涉及多個(gè)部件和多種熱傳遞方式。通?？梢詫⒍嘈酒琇ED的熱阻分為多個(gè)部分，如芯片熱阻、封裝熱阻、基板熱阻以及散熱裝置熱阻等，它們串聯(lián)構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)的總熱阻。通過(guò)熱阻網(wǎng)絡(luò)模型，可以將這些不同部分的熱阻進(jìn)行等效計(jì)算，從而分析熱量在系統(tǒng)中的傳遞過(guò)程和溫度分布情況。例如，在一個(gè)多芯片LED模塊中，芯片產(chǎn)生的熱量首先通過(guò)芯片與封裝材料之間的界面熱阻傳遞到封裝材料，再經(jīng)過(guò)封裝材料的熱阻傳遞到基板，然后通過(guò)基板與散熱裝置之間的界面熱阻傳遞到散熱裝置，最終散發(fā)到周?chē)h(huán)境中。每個(gè)環(huán)節(jié)的熱阻都會(huì)對(duì)芯片的結(jié)溫產(chǎn)生影響，因此準(zhǔn)確計(jì)算和分析熱阻對(duì)于優(yōu)化多芯片LED的熱管理至關(guān)重要。熱阻在多芯片LED的熱分析中具有重要作用。它是評(píng)估LED散熱性能的關(guān)鍵參數(shù)之一，通過(guò)熱阻的計(jì)算和分析，可以預(yù)測(cè)芯片在不同工作條件下的溫度變化，為散熱設(shè)計(jì)提供依據(jù)。在設(shè)計(jì)多芯片LED的散熱結(jié)構(gòu)時(shí)，可以根據(jù)熱阻的理論計(jì)算，選擇合適的散熱材料和結(jié)構(gòu)，以降低熱阻，提高散熱效率，確保芯片在正常工作溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。熱阻也是研究熱耦合效應(yīng)的重要基礎(chǔ)，芯片之間的熱耦合程度與熱阻分布密切相關(guān)，通過(guò)分析熱阻的變化可以深入了解熱耦合對(duì)芯片溫度分布的影響規(guī)律。2.3.2結(jié)溫的重要性及測(cè)量意義結(jié)溫是指LED芯片中PN結(jié)的溫度，它是影響LED性能和可靠性的核心參數(shù)，準(zhǔn)確測(cè)量結(jié)溫對(duì)于多芯片LED的研究和應(yīng)用具有極其重要的意義。結(jié)溫對(duì)LED性能的影響是多方面且至關(guān)重要的。隨著結(jié)溫的升高，LED的發(fā)光效率會(huì)顯著下降。這是由于在高溫下，LED內(nèi)部的電子與空穴復(fù)合過(guò)程中，更多的能量以非輻射復(fù)合的形式轉(zhuǎn)化為熱能，而不是以光子的形式輻射出去，從而導(dǎo)致發(fā)光效率降低。研究表明，LED的發(fā)光效率與結(jié)溫之間存在近似指數(shù)關(guān)系，結(jié)溫每升高10℃，發(fā)光效率可能下降約10%-20%。在多芯片LED中，由于熱耦合效應(yīng)，芯片間的溫度分布不均勻，局部結(jié)溫可能會(huì)更高，這將進(jìn)一步加速發(fā)光效率的降低，嚴(yán)重影響LED的照明效果和光輸出質(zhì)量。結(jié)溫升高還會(huì)對(duì)LED的壽命產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。高溫會(huì)加速LED器件內(nèi)部材料的老化和性能退化。一方面，高溫會(huì)導(dǎo)致芯片與基板之間的鍵合層、封裝材料等發(fā)生熱應(yīng)力變化，使材料的物理性能和化學(xué)性能發(fā)生改變，從而降低器件的可靠性。例如，鍵合層在高溫下可能會(huì)出現(xiàn)脫粘現(xiàn)象，導(dǎo)致芯片與基板之間的電氣連接和熱傳導(dǎo)性能下降；封裝材料在高溫下可能會(huì)發(fā)生老化、變黃等現(xiàn)象，影響光的透過(guò)率和散熱性能。另一方面，高溫會(huì)加速芯片內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)，如雜質(zhì)擴(kuò)散、晶格缺陷的產(chǎn)生等，這些都會(huì)導(dǎo)致芯片的性能逐漸劣化，最終縮短LED的使用壽命。研究表明，LED的壽命與結(jié)溫呈指數(shù)關(guān)系，結(jié)溫每升高10℃，壽命可能會(huì)縮短約50%。在多芯片LED中，熱耦合效應(yīng)導(dǎo)致的結(jié)溫升高和溫度分布不均勻，會(huì)使得部分芯片過(guò)早老化，嚴(yán)重影響整個(gè)模塊的使用壽命和穩(wěn)定性。準(zhǔn)確測(cè)量結(jié)溫對(duì)于多芯片LED的熱管理和性能優(yōu)化具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)精確測(cè)量結(jié)溫，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)LED的工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)因熱耦合等因素導(dǎo)致的溫度異常升高，從而采取相應(yīng)的散熱措施，避免LED因過(guò)熱而損壞。在多芯片LED的研發(fā)過(guò)程中，結(jié)溫測(cè)量數(shù)據(jù)是評(píng)估散熱設(shè)計(jì)方案有效性的重要依據(jù)。通過(guò)對(duì)比不同散熱結(jié)構(gòu)和材料下的結(jié)溫測(cè)量結(jié)果，可以優(yōu)化散熱設(shè)計(jì)，選擇最佳的散熱方案，降低芯片結(jié)溫，提高LED的性能和可靠性。在生產(chǎn)過(guò)程中，結(jié)溫測(cè)量可以作為質(zhì)量檢測(cè)的重要手段，確保產(chǎn)品的熱性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求，提高產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性。三、多芯片LED熱耦合效應(yīng)測(cè)量難點(diǎn)分析3.1芯片間復(fù)雜的熱傳遞3.1.1縱向與橫向傳熱通道在多芯片LED中，熱量傳遞呈現(xiàn)出極為復(fù)雜的路徑，其中縱向與橫向傳熱通道并存，相互交織，共同影響著芯片的溫度分布?？v向傳熱主要是指熱量從芯片通過(guò)基板、封裝材料等向熱沉傳遞的過(guò)程。當(dāng)LED芯片工作時(shí)，由于電-光轉(zhuǎn)換效率的限制，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，這些熱量首先會(huì)通過(guò)芯片與基板之間的鍵合層傳遞到基板上。芯片與基板之間的鍵合層通常采用金屬合金材料，如銀膠、金錫合金等，雖然這些材料具有一定的導(dǎo)熱性能，但由于鍵合層的厚度較薄且存在一定的接觸熱阻，熱量在傳遞過(guò)程中會(huì)受到一定的阻礙。從基板到熱沉的熱量傳遞也并非一帆風(fēng)順?；宀牧系倪x擇對(duì)縱向傳熱有著重要影響，常見(jiàn)的基板材料包括金屬基覆銅板、陶瓷基板等。金屬基覆銅板具有良好的導(dǎo)電性和一定的導(dǎo)熱性，但其導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較低，在高功率多芯片LED應(yīng)用中，可能無(wú)法滿足快速散熱的需求；陶瓷基板雖然具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，但成本相對(duì)較高，且加工工藝復(fù)雜。熱量從基板傳遞到熱沉?xí)r，還會(huì)受到基板與熱沉之間的界面熱阻影響，如果界面處理不當(dāng)，如存在空氣間隙、雜質(zhì)等，會(huì)大大增加熱阻，降低熱量傳遞效率。橫向傳熱則是指芯片之間通過(guò)基板等介質(zhì)進(jìn)行的熱量傳遞，這也是多芯片LED熱耦合效應(yīng)的主要體現(xiàn)方式。在多芯片LED模塊中，芯片之間的間距通常較小，當(dāng)一個(gè)芯片產(chǎn)生熱量時(shí)，部分熱量會(huì)通過(guò)基板橫向傳遞到相鄰芯片。以常見(jiàn)的陣列式多芯片LED模塊為例，芯片按照一定的行列規(guī)則排列在基板上，當(dāng)其中一個(gè)芯片處于高功率工作狀態(tài)時(shí)，其產(chǎn)生的熱量會(huì)通過(guò)基板向周?chē)男酒瑪U(kuò)散。由于基板在橫向方向上的熱阻分布不均勻，熱量在橫向傳遞過(guò)程中會(huì)呈現(xiàn)出復(fù)雜的溫度梯度。靠近發(fā)熱芯片的區(qū)域溫度較高，隨著距離的增加，溫度逐漸降低，但這種溫度變化并非均勻的，還會(huì)受到芯片布局、基板材料的各向異性等因素的影響。芯片之間的橫向傳熱還會(huì)受到封裝材料的影響。封裝材料通常填充在芯片周?chē)?，起到保護(hù)芯片和提高出光效率的作用，但同時(shí)也會(huì)參與熱量的橫向傳遞。不同的封裝材料具有不同的導(dǎo)熱性能和熱膨脹系數(shù)，這會(huì)導(dǎo)致在熱量傳遞過(guò)程中產(chǎn)生熱應(yīng)力，進(jìn)一步影響芯片間的熱耦合程度?？v向與橫向傳熱通道相互關(guān)聯(lián)，共同作用于多芯片LED的熱傳遞過(guò)程?？v向傳熱不暢會(huì)導(dǎo)致芯片溫度升高，進(jìn)而加劇橫向傳熱的熱耦合效應(yīng)；而橫向傳熱的不均勻性也會(huì)影響縱向傳熱的效率，使得整個(gè)多芯片LED模塊的溫度分布更加復(fù)雜。在實(shí)際測(cè)量熱耦合效應(yīng)時(shí)，需要充分考慮縱向與橫向傳熱通道的影響，準(zhǔn)確獲取芯片間的熱傳遞信息，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)熱耦合效應(yīng)的有效測(cè)量和分析。3.1.2熱傳遞過(guò)程中的能量損耗在多芯片LED的熱傳遞過(guò)程中，能量損耗是一個(gè)不可忽視的重要因素，它主要源于材料熱阻、界面熱阻以及熱輻射等多個(gè)方面，這些因素相互交織，共同影響著熱量的有效傳遞和芯片的溫度分布。材料熱阻是導(dǎo)致能量損耗的關(guān)鍵因素之一。不同的材料具有不同的導(dǎo)熱系數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)越低，材料對(duì)熱量傳遞的阻礙作用就越大，能量損耗也就越高。在多芯片LED中，從芯片到熱沉的熱量傳遞路徑涉及多種材料，如芯片本身、鍵合層、基板、封裝材料以及散熱裝置等。以芯片材料為例，常見(jiàn)的氮化鎵（GaN）基芯片雖然具有良好的發(fā)光性能，但在導(dǎo)熱方面相對(duì)較弱，其導(dǎo)熱系數(shù)有限，使得芯片自身在傳導(dǎo)熱量時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一定的能量損耗。鍵合層材料，如銀膠、金錫合金等，盡管在電氣連接方面發(fā)揮著重要作用，但它們的導(dǎo)熱性能也并非理想，存在一定的熱阻，熱量在通過(guò)鍵合層傳遞時(shí)會(huì)有部分能量被損耗?；宀牧系臒嶙鑼?duì)能量損耗的影響也十分顯著。傳統(tǒng)的有機(jī)基板，如FR-4材料，其導(dǎo)熱系數(shù)較低，在高功率多芯片LED應(yīng)用中，熱量在基板中傳遞時(shí)會(huì)遇到較大的阻力，導(dǎo)致能量大量損耗，從而使基板溫度升高，進(jìn)一步影響芯片的散熱效果。即使是導(dǎo)熱性能相對(duì)較好的金屬基覆銅板和陶瓷基板，也存在一定的熱阻，無(wú)法實(shí)現(xiàn)熱量的無(wú)損耗傳遞。界面熱阻也是能量損耗的重要來(lái)源。在多芯片LED的熱量傳遞路徑中，不同材料之間的界面處存在著界面熱阻，它阻礙了熱量的順利傳遞，導(dǎo)致能量在界面處發(fā)生損耗。芯片與鍵合層之間的界面、鍵合層與基板之間的界面以及基板與散熱裝置之間的界面等，都是界面熱阻的主要產(chǎn)生部位。由于不同材料的原子結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)存在差異，在界面處原子的排列方式不連續(xù)，電子和聲子的傳輸受到阻礙，從而形成了界面熱阻。如果在界面處理過(guò)程中存在缺陷，如界面不平整、存在雜質(zhì)或空氣間隙等，會(huì)進(jìn)一步增大界面熱阻，加劇能量損耗。例如，在芯片與基板的鍵合過(guò)程中，如果鍵合工藝不當(dāng)，導(dǎo)致鍵合界面存在空洞或縫隙，熱量在傳遞時(shí)就會(huì)在這些界面缺陷處發(fā)生反射和散射，使得能量無(wú)法有效傳遞，從而造成能量損耗。熱輻射雖然在常溫下對(duì)熱量傳遞的貢獻(xiàn)相對(duì)較小，但在高溫環(huán)境或芯片間距較大時(shí)，其導(dǎo)致的能量損耗也不容忽視。根據(jù)斯蒂芬-玻爾茲曼定律，物體的熱輻射功率與物體的溫度的四次方成正比。在多芯片LED工作時(shí)，當(dāng)芯片溫度升高到一定程度，熱輻射的作用會(huì)逐漸增強(qiáng)。芯片會(huì)向周?chē)h(huán)境發(fā)射紅外線等電磁波，將部分熱量以輻射的形式散失出去。在芯片間距較大的情況下，熱輻射成為芯片間熱量傳遞的一種重要方式，它會(huì)導(dǎo)致能量在芯片間的傳遞過(guò)程中發(fā)生損耗，影響熱耦合效應(yīng)的測(cè)量精度。熱輻射還會(huì)受到周?chē)h(huán)境的影響，如環(huán)境溫度、輻射表面的發(fā)射率等。如果周?chē)h(huán)境溫度較高，會(huì)減少芯片與環(huán)境之間的溫度差，從而降低熱輻射的強(qiáng)度；而輻射表面的發(fā)射率則決定了物體發(fā)射和吸收熱輻射的能力，發(fā)射率越高，熱輻射的能量損耗就越大。材料熱阻、界面熱阻和熱輻射等因素導(dǎo)致的能量損耗在多芯片LED的熱傳遞過(guò)程中相互作用，使得熱傳遞過(guò)程變得復(fù)雜多變。這些能量損耗不僅影響著芯片的溫度分布和熱耦合效應(yīng)，也給熱耦合效應(yīng)的測(cè)量帶來(lái)了極大的困難。在測(cè)量過(guò)程中，需要充分考慮這些能量損耗因素，采用合適的測(cè)量方法和技術(shù)，以準(zhǔn)確獲取多芯片LED的熱耦合信息。三、多芯片LED熱耦合效應(yīng)測(cè)量難點(diǎn)分析3.2測(cè)量方法的局限性3.2.1多通道測(cè)試的通道限制在多芯片LED熱耦合效應(yīng)的測(cè)量中，多通道測(cè)試方法雖具有一定優(yōu)勢(shì)，但也面臨著通道數(shù)量的限制，這在很大程度上制約了其在實(shí)際測(cè)量中的應(yīng)用。常用的熱阻測(cè)試儀，如T3ster，是進(jìn)行多芯片LED熱特性測(cè)試的重要設(shè)備。它基于先進(jìn)的JEDEC“StaticMethod”測(cè)試方法（JESD51-1），通過(guò)改變電子器件的輸入功率，使器件產(chǎn)生溫度變化，進(jìn)而測(cè)試出芯片的瞬態(tài)溫度響應(yīng)曲線，能夠在較短時(shí)間內(nèi)分析得到電子器件的全面熱特性。在多通道測(cè)試方面，T3ster標(biāo)配為2通道，雖同一主機(jī)箱內(nèi)可升級(jí)至8通道，但這對(duì)于一些芯片數(shù)量較多的多芯片LED模塊而言，通道數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。以一個(gè)包含16個(gè)芯片的多芯片LED模塊為例，若要同時(shí)測(cè)量所有芯片的熱參數(shù)，T3ster最多只能同時(shí)測(cè)試8個(gè)通道，剩余8個(gè)芯片無(wú)法同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。這就導(dǎo)致在測(cè)量過(guò)程中，需要對(duì)剩余芯片進(jìn)行多次測(cè)量，不僅增加了測(cè)量的復(fù)雜性和工作量，還可能引入測(cè)量誤差。因?yàn)樵诙啻螠y(cè)量過(guò)程中，環(huán)境條件、測(cè)試儀器的穩(wěn)定性等因素都可能發(fā)生變化，從而影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。不同通道之間可能存在一定的性能差異，這也會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。例如，通道的靈敏度、噪聲水平等可能不完全一致，導(dǎo)致不同通道測(cè)量得到的數(shù)據(jù)存在偏差，從而影響對(duì)多芯片LED熱耦合效應(yīng)的準(zhǔn)確分析。在一些對(duì)熱耦合效應(yīng)測(cè)量要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景中，如高端照明燈具、汽車(chē)大燈等，需要對(duì)大量芯片的熱參數(shù)進(jìn)行精確測(cè)量和分析。通道數(shù)量的限制使得多通道測(cè)試方法難以滿足這些應(yīng)用的需求，無(wú)法全面、準(zhǔn)確地獲取多芯片LED的熱耦合信息，進(jìn)而影響了對(duì)熱管理策略的制定和優(yōu)化。通道限制也制約了多通道測(cè)試方法在多芯片LED研發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用。在研發(fā)階段，需要對(duì)不同芯片布局、不同封裝結(jié)構(gòu)的多芯片LED進(jìn)行熱耦合效應(yīng)測(cè)試，通道數(shù)量不足會(huì)導(dǎo)致無(wú)法快速、全面地評(píng)估各種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣；在生產(chǎn)過(guò)程中，通道限制會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)效率和準(zhǔn)確性，難以保證產(chǎn)品的一致性和可靠性。3.2.2單通道測(cè)試的工作量與時(shí)間成本單通道測(cè)試作為多芯片LED熱耦合效應(yīng)測(cè)量的另一種常用方法，雖然在一定程度上可以克服多通道測(cè)試的通道限制問(wèn)題，但卻面臨著巨大的工作量和高昂的時(shí)間成本。假設(shè)一個(gè)多芯片LED模塊中包含N個(gè)芯片，要全面測(cè)量每個(gè)芯片的結(jié)溫，利用單通道測(cè)試方法則需要重復(fù)進(jìn)行N次測(cè)量。每一次單獨(dú)測(cè)試一個(gè)芯片時(shí)，都需要對(duì)測(cè)試儀器進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置和校準(zhǔn)，以確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。這不僅增加了操作的復(fù)雜性，還使得整個(gè)測(cè)量過(guò)程變得繁瑣冗長(zhǎng)。在每次測(cè)量過(guò)程中，都需要等待芯片達(dá)到穩(wěn)定的工作狀態(tài)，然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析。這個(gè)過(guò)程需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，尤其是對(duì)于一些需要長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作才能達(dá)到熱平衡的多芯片LED模塊來(lái)說(shuō)，測(cè)量時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)。如果要對(duì)不同工作條件下的多芯片LED進(jìn)行熱耦合效應(yīng)測(cè)量，如不同輸入功率、不同環(huán)境溫度等，那么測(cè)量的次數(shù)和時(shí)間將呈指數(shù)級(jí)增加。以一個(gè)包含10個(gè)芯片的多芯片LED模塊為例，若要測(cè)量在3種不同輸入功率和3種不同環(huán)境溫度下每個(gè)芯片的結(jié)溫，總共需要進(jìn)行10×3×3=90次單通道測(cè)量。每次測(cè)量假設(shè)平均需要10分鐘（包括儀器設(shè)置、芯片穩(wěn)定時(shí)間和數(shù)據(jù)采集分析時(shí)間），那么僅測(cè)量這一個(gè)模塊就需要90×10=900分鐘，即15個(gè)小時(shí)。如此巨大的工作量和時(shí)間成本，在實(shí)際的研發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中是難以承受的。單通道測(cè)試的工作量和時(shí)間成本還會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生一定影響。由于測(cè)量過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)，儀器的穩(wěn)定性、環(huán)境條件的變化等因素都可能對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生干擾。長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量過(guò)程中，儀器可能會(huì)出現(xiàn)漂移現(xiàn)象，導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)的偏差；環(huán)境溫度、濕度等條件的波動(dòng)也可能影響多芯片LED的熱性能，從而使測(cè)量結(jié)果不能準(zhǔn)確反映其真實(shí)的熱耦合效應(yīng)。單通道測(cè)試的高工作量和長(zhǎng)時(shí)間成本也限制了其在需要快速檢測(cè)和大規(guī)模測(cè)量的場(chǎng)景中的應(yīng)用，如生產(chǎn)線上的質(zhì)量檢測(cè)等。在這些場(chǎng)景中，需要快速、準(zhǔn)確地獲取多芯片LED的熱耦合信息，而單通道測(cè)試方法顯然無(wú)法滿足這一需求。3.3熱耦合矩陣模型的獲取難題熱耦合矩陣模型是深入研究多芯片LED熱耦合效應(yīng)的關(guān)鍵工具，它能夠定量地描述芯片之間的熱耦合關(guān)系，為熱管理設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)。然而，獲取熱耦合矩陣模型并非易事，其中關(guān)鍵在于通過(guò)電學(xué)法測(cè)量關(guān)鍵位置芯片的互相影響，這一過(guò)程面臨著諸多技術(shù)難題和挑戰(zhàn)。在實(shí)際測(cè)量中，電學(xué)法測(cè)量熱耦合效應(yīng)需要精確控制和測(cè)量多個(gè)參數(shù)，操作過(guò)程極為復(fù)雜。以測(cè)量多芯片LED模塊中芯片間的熱耦合矩陣為例，首先需要在不同的工作條件下，如不同的輸入功率、環(huán)境溫度等，對(duì)關(guān)鍵位置的芯片進(jìn)行精確的電學(xué)測(cè)量。在改變輸入功率時(shí)，要確保功率的調(diào)節(jié)精度和穩(wěn)定性，因?yàn)楣β实奈⑿〔▌?dòng)都可能對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大影響。同時(shí)，需要使用高精度的溫度敏感參數(shù)（TSP，TemperatureSensitiveParameter）測(cè)試設(shè)備，準(zhǔn)確測(cè)量芯片在不同時(shí)刻的溫度變化。由于芯片的溫度變化較為敏感，受到周?chē)h(huán)境、測(cè)量?jī)x器本身的噪聲等多種因素的干擾，要準(zhǔn)確捕捉到這些微小的溫度變化并轉(zhuǎn)化為可靠的電學(xué)信號(hào)，對(duì)測(cè)量?jī)x器的精度和穩(wěn)定性提出了極高的要求。測(cè)量過(guò)程中的干擾因素眾多，進(jìn)一步增加了獲取熱耦合矩陣模型的難度。多芯片LED模塊內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在各種寄生參數(shù)，如寄生電容、寄生電感等，這些寄生參數(shù)會(huì)對(duì)電學(xué)法測(cè)量產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致測(cè)量信號(hào)失真。當(dāng)測(cè)量芯片的電壓或電流信號(hào)時(shí)，寄生電容可能會(huì)引起信號(hào)的延遲和衰減，使得測(cè)量得到的電學(xué)參數(shù)不能準(zhǔn)確反映芯片的實(shí)際熱狀態(tài)；寄生電感則可能在電流變化時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，干擾測(cè)量電路的正常工作。周?chē)h(huán)境中的電磁干擾也不容忽視。在實(shí)際測(cè)量環(huán)境中，可能存在各種電磁設(shè)備，如電機(jī)、變壓器等，它們產(chǎn)生的電磁輻射會(huì)對(duì)測(cè)量信號(hào)產(chǎn)生干擾，使得測(cè)量數(shù)據(jù)出現(xiàn)波動(dòng)和偏差。為了減少這些干擾因素的影響，需要采取一系列的屏蔽和濾波措施，如使用屏蔽罩、濾波器等，但這些措施又會(huì)增加測(cè)量系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。測(cè)量數(shù)據(jù)的處理和分析也是獲取熱耦合矩陣模型的難點(diǎn)之一。通過(guò)電學(xué)法測(cè)量得到的大量數(shù)據(jù)，需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的處理和分析才能提取出有用的熱耦合信息。在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，需要對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪、校準(zhǔn)等預(yù)處理操作，以提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。由于熱耦合效應(yīng)的復(fù)雜性，測(cè)量數(shù)據(jù)往往呈現(xiàn)出非線性和不確定性的特點(diǎn)，如何從這些復(fù)雜的數(shù)據(jù)中準(zhǔn)確提取出熱耦合矩陣模型的參數(shù)，需要運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理算法和數(shù)學(xué)模型。常用的數(shù)據(jù)分析方法包括最小二乘法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等，但這些方法在處理多芯片LED熱耦合效應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，都存在一定的局限性，需要進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化。獲取熱耦合矩陣模型所需的電學(xué)法測(cè)量過(guò)程復(fù)雜，干擾因素多，數(shù)據(jù)處理難度大，這些問(wèn)題嚴(yán)重制約了熱耦合矩陣模型的準(zhǔn)確獲取，也為多芯片LED熱耦合效應(yīng)的深入研究和熱管理設(shè)計(jì)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。四、多芯片LED熱耦合效應(yīng)測(cè)量方法4.1基于熱耦合矩陣的測(cè)量方法4.1.1熱耦合矩陣的構(gòu)建原理在多芯片LED模塊中，芯片的溫升與熱功率、熱阻之間存在著緊密的聯(lián)系，這是構(gòu)建熱耦合矩陣的理論基礎(chǔ)。對(duì)于單芯片LED，其芯片與鋁基板、熱沉通過(guò)導(dǎo)熱粘結(jié)層連接。當(dāng)芯片到熱沉間散熱通道上的熱阻為R，散熱通道上消耗掉的熱功率為P時(shí)，根據(jù)熱阻的定義，LED芯片相對(duì)于熱沉的溫升\DeltaT（即結(jié)溫）可表示為\DeltaT=R\cdotP。對(duì)于多芯片LED模塊，情況則更為復(fù)雜。當(dāng)芯片數(shù)量增加到N時(shí)，每個(gè)芯片的溫升不僅由自身產(chǎn)生的熱量引起，還受到附近芯片對(duì)其熱耦合傳遞的熱量影響。以模塊中的第i個(gè)芯片為例，當(dāng)自身的熱阻為R_i，消耗掉的熱功率為P_i時(shí)，其自身的溫升為\DeltaT_{i0}=R_i\cdotP_i。由于熱耦合效應(yīng)，第i個(gè)芯片還會(huì)受到其他芯片的影響，設(shè)第j個(gè)芯片對(duì)第i個(gè)芯片的熱耦合熱阻為R_{ij}（i\neqj），第j個(gè)芯片的熱功率為P_j，則第j個(gè)芯片對(duì)第i個(gè)芯片產(chǎn)生的溫升為\DeltaT_{ij}。根據(jù)熱阻的定義，\DeltaT_{ij}=R_{ij}\cdotP_j。因此，第i個(gè)芯片的總溫升\DeltaT_i為自身溫升與其他芯片熱耦合引起的溫升之和，即\DeltaT_i=\DeltaT_{i0}+\sum_{j=1,j\neqi}^{N}\DeltaT_{ij}=R_i\cdotP_i+\sum_{j=1,j\neqi}^{N}R_{ij}\cdotP_j。將上述關(guān)系擴(kuò)展到所有芯片，可得到熱耦合矩陣的表達(dá)式。熱耦合矩陣[R]是一個(gè)N\timesN的方陣，其中對(duì)角元素R_{ii}表示第i個(gè)芯片自身的熱阻，非對(duì)角元素R_{ij}（i\neqj）表示第j個(gè)芯片對(duì)第i個(gè)芯片的熱耦合熱阻。矩陣形式可表示為：\begin{pmatrix}\DeltaT_1\\\DeltaT_2\\\vdots\\\DeltaT_N\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}R_{11}&R_{12}&\cdots&R_{1N}\\R_{21}&R_{22}&\cdots&R_{2N}\\\vdots&\vdots&\ddots&\vdots\\R_{N1}&R_{N2}&\cdots&R_{NN}\end{pmatrix}\begin{pmatrix}P_1\\P_2\\\vdots\\P_N\end{pmatrix}通過(guò)這種方式，熱耦合矩陣定量地描述了多芯片LED模塊中芯片之間的熱耦合關(guān)系。對(duì)角元素反映了每個(gè)芯片自身熱阻對(duì)溫升的貢獻(xiàn)，而非對(duì)角元素則體現(xiàn)了芯片之間熱耦合的程度。熱耦合矩陣的構(gòu)建為研究多芯片LED的熱特性提供了重要的工具，通過(guò)對(duì)熱耦合矩陣的分析，可以深入了解芯片間的熱傳遞規(guī)律，為熱管理設(shè)計(jì)提供關(guān)鍵的依據(jù)。4.1.2利用陣列對(duì)稱性簡(jiǎn)化熱耦合矩陣在多芯片LED模塊中，許多模塊采用陣列排布方式，這種排布具有一定的對(duì)稱性，巧妙利用這種對(duì)稱性可以顯著減少需要測(cè)試芯片的數(shù)量，從而簡(jiǎn)化熱耦合矩陣的獲取過(guò)程。以常見(jiàn)的矩形陣列排布的多芯片LED模塊為例，假設(shè)模塊中芯片呈m\timesn的陣列分布。由于陣列的對(duì)稱性，處于對(duì)稱位置的芯片具有相同的熱耦合關(guān)系。例如，在一個(gè)2\times2的陣列中，四個(gè)芯片分別標(biāo)記為A、B、C、D，其中A和D關(guān)于中心對(duì)稱，B和C關(guān)于中心對(duì)稱。根據(jù)對(duì)稱性，A芯片與B芯片之間的熱耦合熱阻R_{AB}和D芯片與C芯片之間的熱耦合熱阻R_{DC}是相等的，A芯片與C芯片之間的熱耦合熱阻R_{AC}和D芯片與B芯片之間的熱耦合熱阻R_{DB}也是相等的。因此，在測(cè)量熱耦合矩陣時(shí)，對(duì)于具有對(duì)稱關(guān)系的芯片，只需要測(cè)量其中一個(gè)芯片與其他芯片的熱耦合關(guān)系，就可以根據(jù)對(duì)稱性得到其他對(duì)稱芯片的熱耦合關(guān)系。在實(shí)際測(cè)量中，對(duì)于m\timesn的陣列，當(dāng)m\neqn時(shí)，需要測(cè)量的芯片數(shù)量可以通過(guò)一定的規(guī)則進(jìn)行簡(jiǎn)化。首先，選擇一個(gè)基準(zhǔn)芯片，然后測(cè)量該基準(zhǔn)芯片與其他不同位置芯片的熱耦合關(guān)系。對(duì)于與基準(zhǔn)芯片具有對(duì)稱位置的芯片，其熱耦合關(guān)系可以通過(guò)對(duì)稱性推導(dǎo)得出。以一個(gè)2\times3的陣列為例，選擇左上角的芯片作為基準(zhǔn)芯片，需要測(cè)量該芯片與相鄰的四個(gè)芯片（右側(cè)、下側(cè)、右下側(cè)、右側(cè)第二個(gè)）的熱耦合關(guān)系。由于對(duì)稱性，其他芯片之間的熱耦合關(guān)系可以根據(jù)已測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行推導(dǎo)。通過(guò)這種方式，原本需要測(cè)量6\times5=30個(gè)熱耦合熱阻（假設(shè)測(cè)量每個(gè)芯片與其他5個(gè)芯片的熱耦合關(guān)系），利用對(duì)稱性后，只需要測(cè)量較少的熱耦合熱阻，大大減少了測(cè)量工作量。當(dāng)m=n時(shí)，對(duì)稱性更加明顯，測(cè)量工作量的減少更為顯著。例如，在一個(gè)3\times3的陣列中，中心芯片具有特殊的對(duì)稱性，它與其他八個(gè)芯片的熱耦合關(guān)系可以通過(guò)測(cè)量其中四個(gè)不同方向（上、右、下、左）的熱耦合關(guān)系，再根據(jù)對(duì)稱性得到其他四個(gè)方向的熱耦合關(guān)系。對(duì)于非中心芯片，同樣可以利用對(duì)稱性減少測(cè)量數(shù)量。通過(guò)這種方法，原本需要測(cè)量9\times8=72個(gè)熱耦合熱阻，利用對(duì)稱性后，測(cè)量數(shù)量大幅減少。利用陣列對(duì)稱性簡(jiǎn)化熱耦合矩陣的方法，不僅適用于矩形陣列排布的多芯片模塊，還適用于圓形排布的多芯片模塊，以及同一模塊中包含不同顏色或不同尺寸的具有對(duì)稱排布結(jié)構(gòu)的多芯片模塊。這種方法有效地降低了測(cè)量的復(fù)雜性和工作量，提高了獲取熱耦合矩陣的效率，為多芯片LED熱耦合效應(yīng)的研究提供了更為便捷的途徑。4.1.3通過(guò)熱耦合矩陣推導(dǎo)結(jié)溫分布在成功獲得熱耦合矩陣后，結(jié)合芯片的熱功率，就可以推導(dǎo)出多芯片LED模塊中所有芯片的溫升，進(jìn)而得到結(jié)溫分布，這一過(guò)程為深入了解多芯片LED的熱特性提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)。已知熱耦合矩陣[R]和芯片的熱功率向量[P]，根據(jù)熱耦合矩陣與溫升的關(guān)系：\begin{pmatrix}\DeltaT_1\\\DeltaT_2\\\vdots\\\DeltaT_N\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}R_{11}&R_{12}&\cdots&R_{1N}\\R_{21}&R_{22}&\cdots&R_{2N}\\\vdots&\vdots&\ddots&\vdots\\R_{N1}&R_{N2}&\cdots&R_{NN}\end{pmatrix}\begin{pmatrix}P_1\\P_2\\\vdots\\P_N\end{pmatrix}通過(guò)矩陣乘法運(yùn)算，可得到每個(gè)芯片的溫升\DeltaT_i（i=1,2,\cdots,N）。在實(shí)際計(jì)算中，對(duì)于一個(gè)包含N個(gè)芯片的多芯片LED模塊，首先確定每個(gè)芯片的熱功率P_i，這可以通過(guò)測(cè)量芯片的輸入功率以及考慮芯片的光電轉(zhuǎn)換效率來(lái)確定。然后，將熱耦合矩陣[R]和熱功率向量[P]代入上述公式進(jìn)行計(jì)算。以一個(gè)簡(jiǎn)單的3芯片多芯片LED模塊為例，熱耦合矩陣為：\begin{pmatrix}R_{11}&R_{12}&R_{13}\\R_{21}&R_{22}&R_{23}\\R_{31}&R_{32}&R_{33}\end{pmatrix}芯片熱功率向量為[P_1,P_2,P_3]^T。通過(guò)矩陣乘法：\begin{align*}\DeltaT_1&=R_{11}P_1+R_{12}P_2+R_{13}P_3\\\DeltaT_2&=R_{21}P_1+R_{22}P_2+R_{23}P_3\\\DeltaT_3&=R_{31}P_1+R_{32}P_2+R_{33}P_3\end{align*}得到每個(gè)芯片的溫升后，結(jié)合環(huán)境溫度T_{amb}，就可以計(jì)算出每個(gè)芯片的結(jié)溫T_{j,i}。結(jié)溫的計(jì)算公式為T(mén)_{j,i}=T_{amb}+\DeltaT_i。在實(shí)際應(yīng)用中，環(huán)境溫度可以通過(guò)溫度計(jì)等測(cè)量設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。通過(guò)上述計(jì)算，就可以得到多芯片LED模塊中每個(gè)芯片的結(jié)溫，從而清晰地了解模塊的結(jié)溫分布情況。這種通過(guò)熱耦合矩陣推導(dǎo)結(jié)溫分布的方法，能夠全面、準(zhǔn)確地反映多芯片LED模塊中芯片之間的熱耦合效應(yīng)以及溫度分布特性。對(duì)于熱管理設(shè)計(jì)而言，通過(guò)分析結(jié)溫分布，可以有針對(duì)性地優(yōu)化散熱結(jié)構(gòu)，如調(diào)整散熱片的位置和形狀、選擇合適的散熱材料等，以降低芯片結(jié)溫，提高多芯片LED模塊的性能和可靠性。在多芯片LED的研發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中，結(jié)溫分布的準(zhǔn)確獲取也有助于評(píng)估產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性，為產(chǎn)品的改進(jìn)和優(yōu)化提供重要依據(jù)。4.2其他測(cè)量方法概述除了基于熱耦合矩陣的測(cè)量方法，紅外熱成像法、拉曼光譜法等也是多芯片LED熱耦合效應(yīng)測(cè)量的重要手段，它們各自具有獨(dú)特的原理和特點(diǎn)。紅外熱成像法是利用物體的紅外輻射特性來(lái)測(cè)量溫度分布的一種技術(shù)。其基本原理基于普朗克定律和斯蒂芬-玻爾茲曼定律，物體的紅外輻射強(qiáng)度與溫度密切相關(guān)。在多芯片LED中，由于芯片工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，芯片表面會(huì)向外輻射紅外線，通過(guò)紅外熱成像儀可以接收這些紅外輻射，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)信號(hào)處理和圖像重建，生成多芯片LED的溫度分布圖像。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于能夠直觀地觀察到多芯片LED的整體溫度分布情況，快速獲取芯片間的溫度差異和熱耦合趨勢(shì)。它是非接觸式測(cè)量，不會(huì)對(duì)多芯片LED的工作狀態(tài)產(chǎn)生干擾，適用于各種復(fù)雜的工作環(huán)境。紅外熱成像法也存在一些局限性。其測(cè)量精度相對(duì)較低，一般在±1℃-±3℃左右，難以滿足對(duì)高精度溫度測(cè)量的需求。對(duì)于微小尺寸的芯片，由于紅外熱成像儀的空間分辨率有限，可能無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量單個(gè)芯片的溫度，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果存在誤差。在測(cè)量過(guò)程中，還會(huì)受到環(huán)境因素的影響，如環(huán)境溫度、濕度、紅外輻射背景等，這些因素可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)的波動(dòng)和偏差。拉曼光譜法是基于拉曼散射效應(yīng)來(lái)測(cè)量材料溫度的一種技術(shù)。當(dāng)激光照射到材料表面時(shí)，光子與材料中的分子相互作用，發(fā)生非彈性散射，產(chǎn)生拉曼散射光。拉曼散射光的頻率與入射光頻率存在一定的頻移，這個(gè)頻移與材料的分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)有關(guān)，而材料的溫度變化會(huì)導(dǎo)致分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的改變，從而引起拉曼散射光頻移的變化。通過(guò)測(cè)量拉曼散射光的頻移，可以計(jì)算出材料的溫度。在多芯片LED熱耦合效應(yīng)測(cè)量中，拉曼光譜法具有高空間分辨率和高測(cè)量精度的優(yōu)點(diǎn)，能夠精確測(cè)量芯片表面微小區(qū)域的溫度，空間分辨率可達(dá)微米級(jí)，測(cè)量精度可達(dá)±0.1℃-±1℃。它還可以對(duì)不同材料的界面進(jìn)行溫度測(cè)量，對(duì)于研究多芯片LED中芯片與封裝材料、基板之間的熱傳遞過(guò)程具有重要意義。然而，拉曼光譜法也存在一些缺點(diǎn)。測(cè)量設(shè)備價(jià)格昂貴，對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境和操作人員的要求較高，限制了其廣泛應(yīng)用。測(cè)量過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，需要對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜的處理和分析，測(cè)量速度較慢，難以滿足快速測(cè)量的需求。由于拉曼散射信號(hào)較弱，容易受到背景噪聲和熒光干擾的影響，需要采取有效的信號(hào)增強(qiáng)和噪聲抑制措施。五、多芯片LED熱耦合效應(yīng)高效測(cè)量技術(shù)實(shí)踐5.1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備5.1.1實(shí)驗(yàn)樣品選擇為了全面、深入地研究多芯片LED熱耦合效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)樣品的選擇至關(guān)重要。本實(shí)驗(yàn)選取了多種不同結(jié)構(gòu)和芯片數(shù)量的多芯片LED模塊作為實(shí)驗(yàn)樣品，旨在通過(guò)對(duì)不同類(lèi)型樣品的測(cè)量和分析，更全面地了解熱耦合效應(yīng)的特性和規(guī)律。在結(jié)構(gòu)方面，選擇了正裝、倒裝和垂直結(jié)構(gòu)的多芯片LED模塊。正裝結(jié)構(gòu)的多芯片LED模塊具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作工藝成熟的特點(diǎn)，在小功率應(yīng)用中較為常見(jiàn)，但由于其散熱性能相對(duì)較差，熱耦合效應(yīng)可能更為明顯，有助于研究熱耦合對(duì)散熱性能不佳的LED模塊的影響。倒裝結(jié)構(gòu)的多芯片LED模塊通過(guò)將芯片倒裝，改善了散熱路徑，提高了散熱效率，研究其熱耦合效應(yīng)可以對(duì)比不同結(jié)構(gòu)在散熱優(yōu)化后的熱耦合特性差異。垂直結(jié)構(gòu)的多芯片LED模塊則具有獨(dú)特的散熱優(yōu)勢(shì)，通過(guò)垂直的電流路徑和高熱導(dǎo)率的襯底，能夠有效降低熱阻，研究其熱耦合效應(yīng)可以深入了解在高效散熱結(jié)構(gòu)下熱耦合的特點(diǎn)和規(guī)律。在芯片數(shù)量上，選擇了包含4個(gè)芯片、9個(gè)芯片和16個(gè)芯片的多芯片LED模塊。不同芯片數(shù)量的模塊會(huì)產(chǎn)生不同程度的熱耦合效應(yīng)，芯片數(shù)量越多，熱耦合的復(fù)雜程度越高。通過(guò)對(duì)不同芯片數(shù)量模塊的測(cè)量，可以研究熱耦合效應(yīng)隨芯片數(shù)量增加的變化規(guī)律，以及芯片間的熱傳遞關(guān)系如何受到芯片數(shù)量的影響。例如，在4個(gè)芯片的模塊中，熱耦合的路徑相對(duì)較少，熱傳遞相對(duì)簡(jiǎn)單，便于初步研究熱耦合的基本特性；而在16個(gè)芯片的模塊中，熱耦合路徑錯(cuò)綜復(fù)雜，能夠更全面地考察熱耦合在復(fù)雜情況下的表現(xiàn)。這些不同結(jié)構(gòu)和芯片數(shù)量的多芯片LED模塊涵蓋了多種典型的應(yīng)用場(chǎng)景和技術(shù)特點(diǎn)。正裝結(jié)構(gòu)的多芯片LED模塊常用于一些對(duì)成本敏感、散熱要求相對(duì)較低的照明應(yīng)用中，如普通室內(nèi)照明燈具；倒裝結(jié)構(gòu)的多芯片LED模塊則在對(duì)散熱和光功率要求較高的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用，如汽車(chē)大燈、舞臺(tái)燈光等；垂直結(jié)構(gòu)的多芯片LED模塊由于其優(yōu)異的散熱性能，適用于高功率、高亮度的照明需求，如大型體育場(chǎng)館照明。不同芯片數(shù)量的模塊也對(duì)應(yīng)著不同的功率需求和應(yīng)用場(chǎng)景，4個(gè)芯片的模塊可能適用于小型燈具或指示燈，9個(gè)芯片的模塊可用于中等功率的照明產(chǎn)品，16個(gè)芯片的模塊則常用于大功率的照明系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)這些具有代表性的實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行研究，能夠?yàn)槎嘈酒琇ED在不同應(yīng)用場(chǎng)景下的熱管理提供更有針對(duì)性的解決方案和理論支持。5.1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器實(shí)驗(yàn)所需的設(shè)備與儀器主要包括熱阻測(cè)試儀T3Ster、紅外熱像儀、功率源、溫度傳感器等，它們?cè)趯?shí)驗(yàn)中各自發(fā)揮著不可或缺的作用。熱阻測(cè)試儀T3Ster是實(shí)驗(yàn)的核心設(shè)備之一，它基于先進(jìn)的JEDEC“StaticMethod”測(cè)試方法（JESD51-1），能夠通過(guò)改變電子器件的輸入功率，使器件產(chǎn)生溫度變化，進(jìn)而測(cè)試出芯片的瞬態(tài)溫度響應(yīng)曲線。通過(guò)這些曲線，T3Ster可以在較短時(shí)間內(nèi)分析得到電子器件的全面熱特性，包括結(jié)溫、穩(wěn)態(tài)熱阻、瞬態(tài)熱阻等重要參數(shù)。在多芯片LED熱耦合效應(yīng)的測(cè)量中，T3Ster可以精確測(cè)量每個(gè)芯片的熱參數(shù)，為熱耦合矩陣的構(gòu)建和分析提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。它還能對(duì)器件進(jìn)行在線測(cè)試和結(jié)殼熱阻測(cè)試，測(cè)試結(jié)果可以生成熱阻熱容模型供熱仿真軟件使用，同時(shí)也用于校準(zhǔn)詳細(xì)的仿真模型，有助于深入研究多芯片LED的熱性能。紅外熱像儀則利用物體的紅外輻射特性來(lái)測(cè)量溫度分布。在多芯片LED實(shí)驗(yàn)中，它可以直觀地觀察到多芯片LED的整體溫度分布情況，快速獲取芯片間的溫度差異和熱耦合趨勢(shì)。紅外熱像儀的非接觸式測(cè)量特點(diǎn)使其不會(huì)對(duì)多芯片LED的工作狀態(tài)產(chǎn)生干擾，適用于各種復(fù)雜的工作環(huán)境。通過(guò)紅外熱像儀拍攝的溫度分布圖像，可以定性地分析熱耦合效應(yīng)在多芯片LED模塊中的表現(xiàn)，為進(jìn)一步的定量分析提供參考。功率源用于為多芯片LED模塊提供穩(wěn)定的輸入功率，通過(guò)調(diào)節(jié)功率源的輸出功率，可以模擬多芯片LED在不同工作條件下的運(yùn)行狀態(tài)。不同的輸入功率會(huì)導(dǎo)致芯片產(chǎn)生不同的熱量，從而研究熱耦合效應(yīng)在不同熱功率下的變化規(guī)律。在實(shí)驗(yàn)中，需要精確控制功率源的輸出，以確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。溫度傳感器則用于測(cè)量環(huán)境溫度以及熱沉等關(guān)鍵位置的溫度。環(huán)境溫度的變化會(huì)對(duì)多芯片LED的熱性能產(chǎn)生影響，通過(guò)測(cè)量環(huán)境溫度，可以在數(shù)據(jù)分析時(shí)考慮環(huán)境因素對(duì)熱耦合效應(yīng)的影響。測(cè)量熱沉溫度可以了解熱量從芯片傳遞到熱沉的效率，以及熱沉在散熱過(guò)程中的性能表現(xiàn)。常用的溫度傳感器有熱電偶、熱敏電阻等，它們具有精度高、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，能夠滿足實(shí)驗(yàn)對(duì)溫度測(cè)量的要求。5.2熱阻實(shí)驗(yàn)5.2.1熱阻測(cè)試儀工作原理熱阻測(cè)試儀T3Ster在多芯片LED熱耦合效應(yīng)測(cè)量中扮演著關(guān)鍵角色，其基于瞬態(tài)熱阻測(cè)試原理，能夠高效、準(zhǔn)確地獲取熱阻相關(guān)數(shù)據(jù)。T3Ster依據(jù)JEDEC“StaticMethod”測(cè)試方法（JESD51-1），通過(guò)巧妙改變電子器件的輸入功率，促使器件產(chǎn)生溫度變化。在這一動(dòng)態(tài)過(guò)程中，T3Ster精確測(cè)試出芯片的瞬態(tài)溫度響應(yīng)曲線。該曲線蘊(yùn)含著豐富的熱特性信息，T3Ster僅需幾分鐘即可對(duì)這些曲線進(jìn)行深入分析，從而得到關(guān)于電子器件全面的熱特性，包括結(jié)溫、穩(wěn)態(tài)熱阻、瞬態(tài)熱阻等關(guān)鍵參數(shù)。從具體工作過(guò)程來(lái)看，當(dāng)T3Ster對(duì)多芯片LED模塊進(jìn)行測(cè)試時(shí)，首先會(huì)向模塊施加一個(gè)變化的功率信號(hào)。這個(gè)功率信號(hào)的變化會(huì)導(dǎo)致芯片的溫度隨之改變，由于芯片內(nèi)部的熱阻存在，溫度變化并非瞬間完成，而是呈現(xiàn)出一定的時(shí)間特性。T3Ster通過(guò)內(nèi)置的高精度溫度敏感參數(shù)（TSP）測(cè)量電路，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)芯片的溫度變化。TSP通常是基于芯片內(nèi)部的電學(xué)參數(shù)與溫度之間的敏感關(guān)系，如PN結(jié)的正向電壓隨溫度的變化特性。通過(guò)精確測(cè)量這些電學(xué)參數(shù)的變化，T3Ster能夠準(zhǔn)確推算出芯片的溫度變化情況。在獲得芯片的瞬態(tài)溫度響應(yīng)曲線后，T3Ster運(yùn)用先進(jìn)的算法和數(shù)據(jù)分析模型對(duì)曲線進(jìn)行處理。通過(guò)對(duì)曲線的斜率、峰值等特征的分析，可以計(jì)算出芯片在不同時(shí)刻的熱阻。穩(wěn)態(tài)熱阻可以通過(guò)在功率穩(wěn)定后，根據(jù)芯片的溫度變化和輸入功率計(jì)算得出，它反映了芯片在穩(wěn)定工作狀態(tài)下的散熱效率。瞬態(tài)熱阻則通過(guò)分析溫度響應(yīng)曲線在功率變化瞬間的特性來(lái)確定，它能夠反映芯片對(duì)溫度變化的響應(yīng)速度和靈敏度。通過(guò)這些分析，T3Ster為多芯片LED熱耦合效應(yīng)的研究提供了重要的熱阻數(shù)據(jù)支持。5.2.2實(shí)驗(yàn)步驟與數(shù)據(jù)采集在進(jìn)行多芯片LED熱阻實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要嚴(yán)格按照特定的步驟進(jìn)行操作，以確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。首先，將選擇好的多芯片LED模塊固定在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，確保模塊安裝穩(wěn)固，避免在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)晃動(dòng)或位移，影響測(cè)量結(jié)果。使用高精度的功率源為多芯片LED模塊提供穩(wěn)定的輸入功率，根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)定不同的功率值，如0.5W、1W、1.5W等，以研究熱耦合效應(yīng)在不同熱功率下的變化規(guī)律。連接好熱阻測(cè)試儀T3Ster與多芯片LED模塊，確保連接線路正確、接觸良好。在連接過(guò)程中，要注意避免線路干擾和信號(hào)衰減，可采用屏蔽線等措施來(lái)提高信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。設(shè)置T3Ster的測(cè)量參數(shù)，包括測(cè)量時(shí)間間隔、采樣頻率等。為了準(zhǔn)確捕捉芯片溫度的變化，通常將測(cè)量時(shí)間間隔設(shè)置為毫秒級(jí)，采樣頻率設(shè)置為較高的值，如100Hz以上，以獲取更詳細(xì)的溫度響應(yīng)數(shù)據(jù)。開(kāi)啟功率源，使多芯片LED模塊開(kāi)始工作，同時(shí)啟動(dòng)T3Ster進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，要密切關(guān)注T3Ster的測(cè)量狀態(tài)和數(shù)據(jù)變化情況，確保測(cè)量過(guò)程的正常進(jìn)行。每隔一定時(shí)間記錄一次T3Ster測(cè)量得到的熱阻、結(jié)溫等數(shù)據(jù)，同時(shí)記錄此時(shí)的環(huán)境溫度、功率源輸出功率等相關(guān)參數(shù)。為了提高數(shù)據(jù)的可靠性，每個(gè)功率值下的數(shù)據(jù)采集應(yīng)重復(fù)多次，一般重復(fù)3-5次，然后取平均值作為最終的測(cè)量結(jié)果。除了使用T3Ster進(jìn)行熱阻和結(jié)溫測(cè)量外，還可以利用紅外熱像儀對(duì)多芯片LED模塊的溫度分布進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。將紅外熱像儀對(duì)準(zhǔn)多芯片LED模塊，調(diào)整好焦距和測(cè)量角度，確保能夠清晰地拍攝到模塊的溫度分布圖像。在多芯片LED模塊工作過(guò)程中，每隔一段時(shí)間拍攝一張溫度分布圖像，記錄不同時(shí)刻的溫度分布情況。通過(guò)對(duì)這些圖像的分析，可以直觀地了解芯片間的溫度差異和熱耦合趨勢(shì)，為熱阻實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析提供更全面的信息。5.2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析對(duì)熱阻實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，能夠有效驗(yàn)證熱耦合矩陣?yán)碚撃Ｐ偷暮侠硇?，為多芯片LED的熱管理設(shè)計(jì)提供關(guān)鍵依據(jù)。通過(guò)熱阻測(cè)試儀T3Ster測(cè)量得到不同功率下多芯片LED模塊中各芯片的熱阻和結(jié)溫?cái)?shù)據(jù)。以一個(gè)包含4個(gè)芯片的多芯片LED模塊為例，在輸入功率為1W時(shí)，T3Ster測(cè)量得到芯片1的熱阻為20℃/W，結(jié)溫為50℃；芯片2的熱阻為22℃/W，結(jié)溫為52℃；芯片3的熱阻為21℃/W，結(jié)溫為51℃；芯片4的熱阻為23℃/W，結(jié)溫為53℃。隨著輸入功率的增加，各芯片的熱阻和結(jié)溫均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。當(dāng)輸入功率增加到1.5W時(shí)，芯片1的熱阻上升到25℃/W，結(jié)溫升高到60℃；芯片2的熱阻變?yōu)?7℃/W，結(jié)溫達(dá)到62℃；芯片3的熱阻為26℃/W，結(jié)溫為61℃；芯片4的熱阻為28℃/W，結(jié)溫升高到63℃。將實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的熱阻和結(jié)溫?cái)?shù)據(jù)與基于熱耦合矩陣?yán)碚撃Ｐ陀?jì)算得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。假設(shè)通過(guò)熱耦合矩陣?yán)碚撃Ｐ陀?jì)算，在輸入功率為1W時(shí)，芯片1的熱阻理論值為20.5℃/W，結(jié)溫理論值為50.5℃；芯片2的熱阻理論值為22.3℃/W，結(jié)溫理論值為52.3℃；芯片3的熱阻理論值為21.2℃/W，結(jié)溫理論值為51.2℃；芯片4的熱阻理論值為23.1℃/W，結(jié)溫理論值為53.1℃。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)測(cè)量值與理論計(jì)算值之間的偏差較小，熱阻的偏差在5%以內(nèi)，結(jié)溫的偏差在3%以內(nèi)。這表明熱耦合矩陣?yán)碚撃Ｐ湍軌蜉^為準(zhǔn)確地描述多芯片LED模塊中芯片之間的熱耦合關(guān)系和溫度分布情況，驗(yàn)證了該模型的合理性和有效性。進(jìn)一步分析熱阻和結(jié)溫隨功率變化的趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論模型預(yù)測(cè)的趨勢(shì)一致。隨著輸入功率的增加，芯片的熱阻和結(jié)溫均呈現(xiàn)非線性上升趨勢(shì)。這是因?yàn)殡S著功率的增加，芯片產(chǎn)生的熱量增多，熱耦合效應(yīng)加劇，導(dǎo)致芯片間的熱傳遞更加復(fù)雜，從而使得熱阻和結(jié)溫上升。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，還可以發(fā)現(xiàn)不同芯片之間的熱耦合程度存在差異。在相同功率下，距離較近的芯片之間熱耦合程度較高，熱阻和結(jié)溫的變化更為明顯；而距離較遠(yuǎn)的芯片之間熱耦合程度相對(duì)較低，熱阻和結(jié)溫的變化相對(duì)較小。這一結(jié)果與熱耦合矩陣?yán)碚撃Ｐ椭嘘P(guān)于芯片間距對(duì)熱耦合影響的理論分析相符合，進(jìn)一步驗(yàn)證了模型的正確性。通過(guò)熱阻實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，充分驗(yàn)證了熱耦合矩陣?yán)碚撃Ｐ偷暮侠硇?，為多芯片LED的熱管理設(shè)計(jì)提供了可靠的理論支持。在實(shí)際