原位测试led芯片附着层导热率的方法
技术领域
1.本发明涉及led导热技术领域，特别是涉及一种led芯片附着层热阻的测试方法。
背景技术：
2.高功率的led在工作时会产生大量热量，如果不能使led产生的热量有效地发散出去，有可能会导致led的光通量降低。led通常通过芯片附着层贴附于基材表面，led大部分热量的散发也都依赖于芯片附着层的传导，因此芯片附着层的材料会显著影响led的器件性能。导热性能更高的材料通常能够辅助led在更高的功率下工作更长的时间，并且保证led具有更高的光通量及更优秀的效率、颜色稳定性和可靠性。烧结纳米银材料就是一种如今常用的芯片附着层的材料。
3.led大部分热量的散发都依赖于芯片附着层的传导，芯片附着层的材料甚至是具体形貌的波动都会影响其导热性能，要想尽量控制或者提高芯片附着层的热导率，需要能够准确测量芯片附着层的热阻值。以烧结纳米银为材料的芯片附着层的导热率与纳米银颗粒的大小、银浆料中使用的溶剂和树脂、led制备过程中的装配压力及烧结温度和时间都存在关系，并且芯片附着层通常仅有数十微米厚，且仅存在于led功能主体和衬底之间，因此需要原位测量led芯片附着层的热阻。
4.在行业中，对于led的热行为最常见的原位评估方法是从led的pn结到环境的热阻。这种测试只能够体现led器件中所有层构成的整体的热阻值，无法体现出其中单一某层的热阻值。尤其是，烧结纳米银层的热阻通常仅为器件总热阻的0.8％左右，可以认为这么小的占比处于测量波动的范围内。另一方面，由于led的芯片附着层厚度很薄并且热阻很低，通常测量热导率时需要较高的层厚及适当较高的热阻，否则测量偏差会很大，这也使得很难单独准确地测量芯片附着层的热阻。因此，准确测量led芯片附着层的热阻就成为了一个亟需解决的问题。
技术实现要素：
5.基于此，有必要提供一种能够较为准确地测量led芯片附着层热阻的测试方法。
6.根据本发明的一个实施例，一种led芯片附着层热阻的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.获取多个测试工件，各所述测试工件包括衬底及于所述衬底上依次设置的芯片附着层和led功能主体，不同的所述测试工件中的所述芯片附着层的厚度不同、垂直于厚度方向上的截面面积相同，获取所述截面面积及所述芯片附着层的厚度；
8.获取各所述测试工件的总热阻r
th
，获取所述总热阻r
th
的方式包括如下步骤：将所述测试工件置于温度恒定的环境下通电，通电时依次向各所述测试工件施加多个电流值不相同的加热电流，对应获取施加各电流时所述测试工件的电功率pe、光功率p
l
及所述led功能主体的温度tj，将获得的数据以p
e-p
l
为自变量、以tj为因变量进行线性拟合，拟合所得直线的斜率为所述总热阻r
th
；
9.以所述测试工件中所述芯片附着层的厚度d为自变量、以各所述测试工件的总热阻r
th
为因变量进行线性拟合，所得直线的斜率为所述芯片附着层单位厚度上的热阻rs；
10.计算所述芯片附着层的导热率其中a为所述截面面积。
11.在其中一个实施例中，获取所述led功能主体的温度tj的方式包括如下步骤：
12.在施加所述加热电流之后，立即施加检测电流并测量此时所述led功能主体的正向电压，通过所述正向电压计算所述led功能主体的温度。
13.在其中一个实施例中，在施加所述检测电流之后的100μs之内对所述led功能主体的正向电压进行采样以获取所述正向电压。
14.在其中一个实施例中，施加的所述检测电流的电流值为0.005a～0.05a。
15.在其中一个实施例中，施加的所述加热电流的电流值为0.1a～2a。
16.在其中一个实施例中，各所述测试工件中所述芯片附着层的厚度为10μm～160μm。
17.在其中一个实施例中，所述测试工件的数量为四个以上。
18.在其中一个实施例中，在获取各所述测试工件的总热阻r
th
的过程中，施加的所述加热电流的电流值的数量为四个以上。
19.在其中一个实施例中，所述芯片附着层的材料为烧结纳米银材料。
20.在其中一个实施例中，所述衬底为金属基板。
21.上述实施例提供了一种原位测量led芯片附着层导热率的方法。其利用了如下性质实现：首先，led功能主体的温度tj与led功能主体的热功率存在线性关系且系数为热功率r
th
，而电功率pe与光功率p
l
之差为热功率，因此通过测量多组电功率pe、光功率p
l
及所述led功能主体的温度tj，即可拟合得到测试工件的总热阻r
th
。随后，再通过多个测试工件获得多组总热阻r
th
与厚度d的数据并进行线性拟合，通过这一计算方式巧妙地避免了芯片附着层厚度较薄及热阻较低的问题。实验证明，上述原位测量led芯片附着层导热率的方法的测量精度处于5％以内，能够实现对于芯片附着层的导热率的测量。
具体实施方式
22.为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。文中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
23.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本文所使用的“多”包括两个和多于两个的项目。本文所使用的“某数以上”应当理解为某数及大于某数的范围。
24.根据本发明的一个实施例，一种原位测试led芯片附着层导热率的方法，其包括如下步骤。
25.获取多个测试工件，各测试工件包括衬底及于衬底上依次设置的芯片附着层和led功能主体，不同的测试工件中的芯片附着层的厚度不同、垂直于厚度方向上的截面面积相同，获取截面面积及芯片附着层的厚度；
26.获取各测试工件的总热阻r
th
，获取总热阻r
th
的方式包括如下步骤：将测试工件置于温度恒定的环境下通电，通电时依次向各测试工件施加多个电流值不相同的加热电流，对应获取施加各电流时测试工件的电功率pe、光功率p
l
及led功能主体的温度tj，将获得的数据以p
e-p
l
为自变量、以tj为因变量进行线性拟合，拟合所得直线的斜率为总热阻r
th
；
27.以测试工件中芯片附着层的厚度d为自变量、以各测试工件的总热阻r
th
为因变量进行线性拟合，所得直线的斜率为芯片附着层单位厚度上的热阻rs；
28.计算芯片附着层的导热率其中a为截面面积。
29.可以理解，在多个测试工件中，除了芯片附着层的厚度有所区别之外，衬底、led功能主体的材料、芯片附着层的具体制备方法及芯片附着层的截面面积等应该是完全相同的，以尽可能确保多个测试工件之间导热性的差别仅仅是由于厚度的区别而产生的。此处的截面面积指的是垂直于芯片附着层厚度方向的截面的面积。
30.上述实施例提供了一种原位测量led芯片附着层导热率的方法。其利用了如下性质实现：首先，led功能主体的温度tj与led功能主体的热功率存在线性关系且系数为热功率r
th
，而电功率pe与光功率p
l
之差为热功率，因此通过测量多组电功率pe、光功率p
l
及led功能主体的温度tj，即可拟合得到测试工件的总热阻r
th
，这一计算方式能够尽可能精确地获取测试工件的总热阻，能够避免由于测量波动而导致的无法准确计算；随后，再通过多个测试工件获得多组总热阻r
th
与厚度d的数据并进行线性拟合，通过这一计算方式巧妙地避免了芯片附着层厚度较薄及热阻较低的问题。实验证明，上述原位测量led芯片附着层导热率的方法的测量精度处于5％以内，能够实现对于单一的芯片附着层的导热率的测量。
31.为了更易于理解及实现本发明，下文中会通过其所依据的原理和更为细节的示例以对上述实施例中的原位测试led芯片附着层导热率的方法进行进一步解释说明。
32.一种原位测试led芯片附着层导热率的方法，其包括步骤s1～s4。
33.步骤s1，获取多个测试工件。
34.其中，每个测试工件都包括衬底及于衬底上依次设置的芯片附着层和led功能主体，不同的测试工件中的芯片附着层的厚度不同、垂直于厚度方向上的截面面积相同。led功能主体指的是pn结或是基于pn结进一步制备的受通电之后能够发光的材料。其中pn结可以是在硅衬底上设置algainp。
35.其中，芯片附着层层叠设置于衬底上，led功能主体层叠设置于芯片附着层上。led功能主体产生的热量经由芯片附着层传导至衬底，并经由衬底散发。传统技术中的led器件在芯片附着层和衬底之间还设置有一层电介质层，电介质层具有较高的热阻，以至于led功能主体的热量散发过程很大一部分是由电介质层的热阻主导。发明人发现，如若在测试工件中设置介电层，介电层主导了热量的散发过程，芯片附着层的热阻占总热阻的比例很低，例如烧结银芯片附着层的热阻仅占总热阻的0.8％，这将导致芯片附着层的测量精度显著降低。而将芯片附着层直接层叠设置于衬底上之后，烧结银芯片附着层的热阻占总热阻的比例能够提高到8％。这种显著的提升能够大大提升芯片附着层的热阻的测量精度。因而在该实施例中的测试工件中将电介质层省略，尽管这种结构的测试工件并不适合于商用的器件，但是用于该实施例的测试工件中是比较合适的，并且其测得的芯片附着层的热阻对商用的器件同样具有指导意义。
36.在其中一个具体示例中，芯片附着层的材料为烧结纳米银材料。
37.在其中一个具体示例中，测试工件的数量有四个以上。具体地，例如，测试工件的数量为四个、五个、六个、七个、八个。较为优选地，测试工件的数量有四个到七个。
38.在其中一个具体示例中，衬底为金属基板。较为优选地，衬底选自银基板或铜基板。可以理解，基板的导热率越高，相对来说芯片附着层在测试工件整体中的热阻占比就越高，对于芯片附着层的热阻的测量就会越精确。
39.在其中一个具体示例中，获取截面面积的方式可以是通过显微镜进行观测。获取芯片附着层的厚度的方式也可以通过显微镜进行观测。通过显微镜观测芯片附着层的断面是测量芯片附着层厚度最准确的方法。
40.在另一个具体示例中，获取芯片附着层的厚度的方式还可以通过采用立式显微镜对完整的测试工件的芯片附着层进行光学测量的方式进行。立式显微镜具有非常窄的景深和经过校准的聚焦轴。通过将显微镜聚焦在表面上，将z轴归零，然后在新表面上重新聚焦，可以测量两者之间的垂直距离。
41.在其中一个具体示例中，多个测试工件中芯片附着层的厚度为10μm～160μm。常用的led器件中芯片附着层的厚度通常为10μm～50μm厚。在测试时通过设计芯片附着层的厚度在10μm～160μm的范围内分布，有利于反映出实际led器件中芯片附着层的热阻。进一步地，多个测试工件中芯片附着层的厚度为20μm～130μm。
42.可以理解，获取测试工件的方式可以是购买或制备。通常来说，由于芯片附着层的导热性与其所用原材料及具体制备方式等因素有较强的相关性，因此应当按照实际led器件中芯片附着层的制作方式制作测试工件中的芯片附着层，以确保二者的数据具有可比性。
43.步骤s2，获取各测试工件的总热阻r
th
。
44.其中，假设对led功能主体通电，则电能会转化为led功能主体的热能和发射出的光能。led功能主体产生的热量会使得led功能主体发生短暂升温，此时led功能主体的温度tj和测试工件的加热功率ph存在如下关系。
45.tj＝r
th
·
ph t046.其中，r
th
是测试工件的总热阻，其量纲是k/w。ph是测试工件的加热功率，单位为w，t0是测试工件的初始温度，单位为k。将测试工件置于恒定温度的环境中时，测试工件的初始温度可以认为是环境温度，为定值。
47.其中，测试工件的加热功率ph可以通过测试工件的电功率pe与光功率p
l
之差求得。因此上述关系式又可以化为如下关系。
48.tj＝r
th
·
(p
e-p
l
) t049.因此，获取总热阻r
th
的方式可以包括如下步骤：将测试工件置于温度恒定的环境下通电，通电时依次向各测试工件施加多个电流值不相同的加热电流，对应获取施加各电流时测试工件的电功率pe、光功率p
l
及led功能主体的温度tj，将获得的多组数据按照关系式tj＝r
th
·
(p
e-p
l
) c1进行线性拟合，其中c1对应于环境温度t0为常数，拟合所得直线的斜率为r
th
。
50.对同一个测试工件测量多组电功率pe、光功率p
l
及led功能主体的温度tj，能够尽可能消除测量总热阻的过程中带来的随机误差。
51.其中，电功率pe可以通过施加的电压和电流计算得到。光功率p
l
可以按照现有技术中的光学测量方法测量led发出的光通量等参数进行计算。例如将led置于积分球中，并通过ccd光谱仪通过小型卫星球体和光纤收集光并测量器参数、进而计算光功率。具体方式此处不予赘述。
52.在准确获取通电时led功能主体的温度tj时存在一定的难点。由于led功能主体的热量会通过衬底进行发散，衬底的温度并不能够认为严格等于led功能主体的温度，这也会导致一定的误差，因此准确测量的led功能主体的温度就成为了较为困难的事情。为了尽可能提高测量精度，发明人想到可以利用led功能主体本身的温度敏感的特性测试led功能主体的温度。
53.具体地，由于led在发光时二极管的正向电压与其温度存在关系，二极管的正向电压随结点的温度变化而变化，因此可以通过测量二极管的正向电压来转而获取led功能主体中结点的温度。当然采用这种方法来测试led功能主体的温度，还需要得知led功能主体的正向电压与结点的温度之间的关系，这一关系通常呈线性。在其中一个具体示例中，获取led功能主体的温度tj的方式包括如下步骤：在施加加热电流之后，立即施加检测电流并测量此时led功能主体的正向电压，通过正向电压计算led功能主体的温度。可以理解，检测电流的施加和加热电流的施加不能同时进行，因此需要在加热电流施加结束之后立即施加检测电流。
54.进一步地，发明人发现，与传统技术中以led器件作为温度传感器时不同的是，上述测试工件不具有电介质层，因而测试工件的热阻很低，一旦从加热电流切换到测试电流，led功能主体的温度就会迅速改变，因而会影响led功能主体的温度测试。因此需要尽可能快地测量led功能主体的正向电压，并将该正向电压对应的温度视为加热电流施加过程中led功能主体的温度。在其中一个具体示例中，在施加检测电流之后的100μs之内对led功能主体的正向电压进行采样以获取正向电压。这需要led功能主体的电压被尽可能频繁地采样。例如可以采用采样频率为10000次/s的器件进行监控。
55.在其中一个具体示例中，施加的加热电流的电流值为0.1a～2a。进一步地，施加的加热电流的电流值为0.1a～1a。在获取各测试工件的总热阻r
th
的过程中，施加的加热电流的电流值的数量为四个以上。例如，施加的加热电流的电流值分别为0.1a、0.3a、0.5a、0.7a。
56.在其中一个具体示例中，施加的检测电流的电流值为0.005a～0.05a。进一步地，施加的检测电流的电流值为0.005a～0.02a。例如，施加的检测电流的电流值为0.01a。施加的检测电流的值尽可能低，可以尽可能降低检测电流带来的产热对于led功能主体的温度的影响，提高led功能主体的温度测量精度。
57.可以理解，上述测试工件的总热阻r
th
的测试方法是针对于单个测试工件进行的。操作人员可以采用相同的方式去获取其他测试工件的总热阻r
th
。但总热阻r
th
并不能够等同于其中芯片附着层的热阻。因此还有必要去获取其中单独的芯片辅助层的热阻。
58.步骤s3，测试芯片附着层单位厚度上的热阻。
59.其中，可以认为测试工件的总热阻r
th
包括芯片附着层的热阻和非芯片附着层的其余热阻。芯片附着层的热阻应当是单位厚度的热阻与芯片附着层的厚度d的乘积，因此测试工件的总热阻r
th
与芯片附着层的厚度d还具有如下关系：r
th
＝rs·
d r
rem
，其中rs为芯片附
着层单位厚度上的热阻，r
rem
为其余热阻，是测试工件的除芯片附着层之外的热阻总和，包括芯片热阻、电介质、基板、热界面材料、散热器和芯片附着材料的边界层等部位的热阻。
60.其中其余热阻r
rem
很难准确地直接测出，但是对于相同条件下制备的一批测试工件，其区别应当仅有芯片附着层的厚度，因此可以认为这批测试工件的其余热阻r
re
m为一定值。基于此，可以将多个测试工件的总热阻r
th
与对应的测试工件中芯片附着层的厚度d按照关系式r
th
＝rs·
d c2进行线性拟合，其中c2为常数，通过测量所得直线的斜率rs，即可得到芯片附着层单位厚度上的热阻，或者也可以称为比例热阻，这是一个与芯片附着层厚度无关、而与垂直于厚度方向的截面面积大小相关的量，其单位为k/w
·
m。
61.步骤s4，计算芯片附着层的导热率。
62.步骤s3中已经得出了芯片附着层单位厚度上的热阻rs，芯片附着层的导热率其中a为垂直于厚度方向的截面面积。
63.为了验证上述原位测试led芯片附着层导热率的方法的准确性，如下的实施例1被用于进行验证。
64.实施例1
65.采用锡膏sac305作为芯片附着层的材料制作测试工件，衬底为铜，led功能主体为pn结，具体为在硅衬底上的algainp。一共制作27个测试工件，通过显微镜观测确定各测试工件的芯片附着层的厚度，27个测试工件的芯片附着层的厚度最低为10μm，最高为160μm。
66.对于每个测试工件都分别通入0.1a、0.3a、0.5a及0.7a的加热电流并对应计算其热功率pe，在每次通入加热电流之后都立即通入0.01a的电流作为检测电流，测试通入检测电流后30μs～100μs范围内的正向电压，并根据测试工件的电压温度关系对应计算测试工件的led功能主体的温度tj；
67.通过积分球测量每个测试工件在通入每个加热电流时的光功率p
l
；对于每一个测试工件，都将得到的四组led功能主体的温度tj与热功率pe、光功率p
l
按照关系式tj＝r
th
·
(p
e-p
l
) c1进行线性拟合，获得拟合所得直线的斜率r
th
即为测试工件的总热阻。
68.将每个述测试工件的总热阻r
th
与对应的测试工件中芯片附着层的厚度d按照关系式r
th
＝rs·
d c2进行线性拟合，其中c2为常数，所得直线的斜率rs为芯片附着层单位厚度上的热阻；并计算芯片附着层的导热率其中a为截面面积。
69.需要说明的是，由锡膏sac305的导热率是已知的，为64w/m
·
k，由锡膏sac305制备的芯片附着层的导热率可以认为基本是64w/m
·
k。
70.经过上述测试，计算所得锡膏sac305制备的芯片附着层的导热率k为61.5w/m
·
k。上述测试方法测得的导热率的误差为3.9％，因此实施例1足以说明上述测试方法是较为准确的，其所得的数据是可信的。可以乐观地认为，上述方法测得的导热率的误差能够控制在5％以内。
71.实施例2
72.采用烧结银浆作为芯片附着层的材料制作测试工件，衬底为铜，led功能主体为pn结，具体为在硅衬底上的algainp。一共制作27个测试工件，通过显微镜观测确定各测试工件的芯片附着层的厚度，27个测试工件的芯片附着层的厚度最低为20μm，最高为140μm。
73.对于每个测试工件都分别通入0.1a、0.3a、0.5a及0.7a的加热电流并对应计算其热功率pe，在每次通入加热电流之后都立即通入0.01a的电流作为检测电流，测试通入检测电流后30μs～100μs范围内的正向电压，并根据测试工件的电压温度关系对应计算测试工件的led功能主体的温度tj；
74.通过积分球测量每个测试工件在通入每个加热电流时的光功率p
l
；对于每一个测试工件，都将得到的四组led功能主体的温度tj与热功率pe、光功率p
l
按照关系式tj＝r
th
·
(p
e-p
l
) c1进行线性拟合，获得拟合所得直线的斜率r
th
即为测试工件的总热阻。
75.将每个述测试工件的总热阻r
th
与对应的测试工件中芯片附着层的厚度d按照关系式r
th
＝rs·
d c2进行线性拟合，其中c2为常数，所得直线的斜率rs为芯片附着层单位厚度上的热阻；并计算芯片附着层的导热率其中a为截面面积。
76.经过上述测试，计算所得烧结银浆制备的芯片附着层的导热率k为206.8w/m
·
k。
77.与之不同的是，块状银的导热系数为429w/m
·
k。烧结银浆制备的芯片附着层的导热率之所以远低于块状银，主要是因为烧结银浆是由大量纳米银颗粒烧结形成的，其内部存在大量孔隙，因而使得烧结银浆的导热率相较于块状银大幅度降低。
78.因此，发明人还测试了块状的烧结银浆的导热率，其可以按照现有技术中常用的测温计算导热率的方法进行测试，最终测试结果约为230w/m
·
k。这一结果与实施例2测得的芯片附着层的导热率明显较为接近，但有所不同，除了测量误差之外，还可能是由于制备大尺寸的块状物和制备薄膜状的芯片附着层时其内部结构也会产生少许差异。但总的来说，我们可以认为本发明的原位测量led芯片附着层导热率的方法采用了与现有技术中完全不同的参数获取途径、并且实现了对于芯片附着层这种薄膜的导热率的较为精确的测量。
79.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
80.以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
技术领域
1.本发明涉及led导热技术领域，特别是涉及一种led芯片附着层热阻的测试方法。
背景技术：
2.高功率的led在工作时会产生大量热量，如果不能使led产生的热量有效地发散出去，有可能会导致led的光通量降低。led通常通过芯片附着层贴附于基材表面，led大部分热量的散发也都依赖于芯片附着层的传导，因此芯片附着层的材料会显著影响led的器件性能。导热性能更高的材料通常能够辅助led在更高的功率下工作更长的时间，并且保证led具有更高的光通量及更优秀的效率、颜色稳定性和可靠性。烧结纳米银材料就是一种如今常用的芯片附着层的材料。
3.led大部分热量的散发都依赖于芯片附着层的传导，芯片附着层的材料甚至是具体形貌的波动都会影响其导热性能，要想尽量控制或者提高芯片附着层的热导率，需要能够准确测量芯片附着层的热阻值。以烧结纳米银为材料的芯片附着层的导热率与纳米银颗粒的大小、银浆料中使用的溶剂和树脂、led制备过程中的装配压力及烧结温度和时间都存在关系，并且芯片附着层通常仅有数十微米厚，且仅存在于led功能主体和衬底之间，因此需要原位测量led芯片附着层的热阻。
4.在行业中，对于led的热行为最常见的原位评估方法是从led的pn结到环境的热阻。这种测试只能够体现led器件中所有层构成的整体的热阻值，无法体现出其中单一某层的热阻值。尤其是，烧结纳米银层的热阻通常仅为器件总热阻的0.8％左右，可以认为这么小的占比处于测量波动的范围内。另一方面，由于led的芯片附着层厚度很薄并且热阻很低，通常测量热导率时需要较高的层厚及适当较高的热阻，否则测量偏差会很大，这也使得很难单独准确地测量芯片附着层的热阻。因此，准确测量led芯片附着层的热阻就成为了一个亟需解决的问题。
技术实现要素：
5.基于此，有必要提供一种能够较为准确地测量led芯片附着层热阻的测试方法。
6.根据本发明的一个实施例，一种led芯片附着层热阻的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.获取多个测试工件，各所述测试工件包括衬底及于所述衬底上依次设置的芯片附着层和led功能主体，不同的所述测试工件中的所述芯片附着层的厚度不同、垂直于厚度方向上的截面面积相同，获取所述截面面积及所述芯片附着层的厚度；
8.获取各所述测试工件的总热阻r
th
，获取所述总热阻r
th
的方式包括如下步骤：将所述测试工件置于温度恒定的环境下通电，通电时依次向各所述测试工件施加多个电流值不相同的加热电流，对应获取施加各电流时所述测试工件的电功率pe、光功率p
l
及所述led功能主体的温度tj，将获得的数据以p
e-p
l
为自变量、以tj为因变量进行线性拟合，拟合所得直线的斜率为所述总热阻r
th
；
9.以所述测试工件中所述芯片附着层的厚度d为自变量、以各所述测试工件的总热阻r
th
为因变量进行线性拟合，所得直线的斜率为所述芯片附着层单位厚度上的热阻rs；
10.计算所述芯片附着层的导热率其中a为所述截面面积。
11.在其中一个实施例中，获取所述led功能主体的温度tj的方式包括如下步骤：
12.在施加所述加热电流之后，立即施加检测电流并测量此时所述led功能主体的正向电压，通过所述正向电压计算所述led功能主体的温度。
13.在其中一个实施例中，在施加所述检测电流之后的100μs之内对所述led功能主体的正向电压进行采样以获取所述正向电压。
14.在其中一个实施例中，施加的所述检测电流的电流值为0.005a～0.05a。
15.在其中一个实施例中，施加的所述加热电流的电流值为0.1a～2a。
16.在其中一个实施例中，各所述测试工件中所述芯片附着层的厚度为10μm～160μm。
17.在其中一个实施例中，所述测试工件的数量为四个以上。
18.在其中一个实施例中，在获取各所述测试工件的总热阻r
th
的过程中，施加的所述加热电流的电流值的数量为四个以上。
19.在其中一个实施例中，所述芯片附着层的材料为烧结纳米银材料。
20.在其中一个实施例中，所述衬底为金属基板。
21.上述实施例提供了一种原位测量led芯片附着层导热率的方法。其利用了如下性质实现：首先，led功能主体的温度tj与led功能主体的热功率存在线性关系且系数为热功率r
th
，而电功率pe与光功率p
l
之差为热功率，因此通过测量多组电功率pe、光功率p
l
及所述led功能主体的温度tj，即可拟合得到测试工件的总热阻r
th
。随后，再通过多个测试工件获得多组总热阻r
th
与厚度d的数据并进行线性拟合，通过这一计算方式巧妙地避免了芯片附着层厚度较薄及热阻较低的问题。实验证明，上述原位测量led芯片附着层导热率的方法的测量精度处于5％以内，能够实现对于芯片附着层的导热率的测量。
具体实施方式
22.为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。文中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
23.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本文所使用的“多”包括两个和多于两个的项目。本文所使用的“某数以上”应当理解为某数及大于某数的范围。
24.根据本发明的一个实施例，一种原位测试led芯片附着层导热率的方法，其包括如下步骤。
25.获取多个测试工件，各测试工件包括衬底及于衬底上依次设置的芯片附着层和led功能主体，不同的测试工件中的芯片附着层的厚度不同、垂直于厚度方向上的截面面积相同，获取截面面积及芯片附着层的厚度；
26.获取各测试工件的总热阻r
th
，获取总热阻r
th
的方式包括如下步骤：将测试工件置于温度恒定的环境下通电，通电时依次向各测试工件施加多个电流值不相同的加热电流，对应获取施加各电流时测试工件的电功率pe、光功率p
l
及led功能主体的温度tj，将获得的数据以p
e-p
l
为自变量、以tj为因变量进行线性拟合，拟合所得直线的斜率为总热阻r
th
；
27.以测试工件中芯片附着层的厚度d为自变量、以各测试工件的总热阻r
th
为因变量进行线性拟合，所得直线的斜率为芯片附着层单位厚度上的热阻rs；
28.计算芯片附着层的导热率其中a为截面面积。
29.可以理解，在多个测试工件中，除了芯片附着层的厚度有所区别之外，衬底、led功能主体的材料、芯片附着层的具体制备方法及芯片附着层的截面面积等应该是完全相同的，以尽可能确保多个测试工件之间导热性的差别仅仅是由于厚度的区别而产生的。此处的截面面积指的是垂直于芯片附着层厚度方向的截面的面积。
30.上述实施例提供了一种原位测量led芯片附着层导热率的方法。其利用了如下性质实现：首先，led功能主体的温度tj与led功能主体的热功率存在线性关系且系数为热功率r
th
，而电功率pe与光功率p
l
之差为热功率，因此通过测量多组电功率pe、光功率p
l
及led功能主体的温度tj，即可拟合得到测试工件的总热阻r
th
，这一计算方式能够尽可能精确地获取测试工件的总热阻，能够避免由于测量波动而导致的无法准确计算；随后，再通过多个测试工件获得多组总热阻r
th
与厚度d的数据并进行线性拟合，通过这一计算方式巧妙地避免了芯片附着层厚度较薄及热阻较低的问题。实验证明，上述原位测量led芯片附着层导热率的方法的测量精度处于5％以内，能够实现对于单一的芯片附着层的导热率的测量。
31.为了更易于理解及实现本发明，下文中会通过其所依据的原理和更为细节的示例以对上述实施例中的原位测试led芯片附着层导热率的方法进行进一步解释说明。
32.一种原位测试led芯片附着层导热率的方法，其包括步骤s1～s4。
33.步骤s1，获取多个测试工件。
34.其中，每个测试工件都包括衬底及于衬底上依次设置的芯片附着层和led功能主体，不同的测试工件中的芯片附着层的厚度不同、垂直于厚度方向上的截面面积相同。led功能主体指的是pn结或是基于pn结进一步制备的受通电之后能够发光的材料。其中pn结可以是在硅衬底上设置algainp。
35.其中，芯片附着层层叠设置于衬底上，led功能主体层叠设置于芯片附着层上。led功能主体产生的热量经由芯片附着层传导至衬底，并经由衬底散发。传统技术中的led器件在芯片附着层和衬底之间还设置有一层电介质层，电介质层具有较高的热阻，以至于led功能主体的热量散发过程很大一部分是由电介质层的热阻主导。发明人发现，如若在测试工件中设置介电层，介电层主导了热量的散发过程，芯片附着层的热阻占总热阻的比例很低，例如烧结银芯片附着层的热阻仅占总热阻的0.8％，这将导致芯片附着层的测量精度显著降低。而将芯片附着层直接层叠设置于衬底上之后，烧结银芯片附着层的热阻占总热阻的比例能够提高到8％。这种显著的提升能够大大提升芯片附着层的热阻的测量精度。因而在该实施例中的测试工件中将电介质层省略，尽管这种结构的测试工件并不适合于商用的器件，但是用于该实施例的测试工件中是比较合适的，并且其测得的芯片附着层的热阻对商用的器件同样具有指导意义。
36.在其中一个具体示例中，芯片附着层的材料为烧结纳米银材料。
37.在其中一个具体示例中，测试工件的数量有四个以上。具体地，例如，测试工件的数量为四个、五个、六个、七个、八个。较为优选地，测试工件的数量有四个到七个。
38.在其中一个具体示例中，衬底为金属基板。较为优选地，衬底选自银基板或铜基板。可以理解，基板的导热率越高，相对来说芯片附着层在测试工件整体中的热阻占比就越高，对于芯片附着层的热阻的测量就会越精确。
39.在其中一个具体示例中，获取截面面积的方式可以是通过显微镜进行观测。获取芯片附着层的厚度的方式也可以通过显微镜进行观测。通过显微镜观测芯片附着层的断面是测量芯片附着层厚度最准确的方法。
40.在另一个具体示例中，获取芯片附着层的厚度的方式还可以通过采用立式显微镜对完整的测试工件的芯片附着层进行光学测量的方式进行。立式显微镜具有非常窄的景深和经过校准的聚焦轴。通过将显微镜聚焦在表面上，将z轴归零，然后在新表面上重新聚焦，可以测量两者之间的垂直距离。
41.在其中一个具体示例中，多个测试工件中芯片附着层的厚度为10μm～160μm。常用的led器件中芯片附着层的厚度通常为10μm～50μm厚。在测试时通过设计芯片附着层的厚度在10μm～160μm的范围内分布，有利于反映出实际led器件中芯片附着层的热阻。进一步地，多个测试工件中芯片附着层的厚度为20μm～130μm。
42.可以理解，获取测试工件的方式可以是购买或制备。通常来说，由于芯片附着层的导热性与其所用原材料及具体制备方式等因素有较强的相关性，因此应当按照实际led器件中芯片附着层的制作方式制作测试工件中的芯片附着层，以确保二者的数据具有可比性。
43.步骤s2，获取各测试工件的总热阻r
th
。
44.其中，假设对led功能主体通电，则电能会转化为led功能主体的热能和发射出的光能。led功能主体产生的热量会使得led功能主体发生短暂升温，此时led功能主体的温度tj和测试工件的加热功率ph存在如下关系。
45.tj＝r
th
·
ph t046.其中，r
th
是测试工件的总热阻，其量纲是k/w。ph是测试工件的加热功率，单位为w，t0是测试工件的初始温度，单位为k。将测试工件置于恒定温度的环境中时，测试工件的初始温度可以认为是环境温度，为定值。
47.其中，测试工件的加热功率ph可以通过测试工件的电功率pe与光功率p
l
之差求得。因此上述关系式又可以化为如下关系。
48.tj＝r
th
·
(p
e-p
l
) t049.因此，获取总热阻r
th
的方式可以包括如下步骤：将测试工件置于温度恒定的环境下通电，通电时依次向各测试工件施加多个电流值不相同的加热电流，对应获取施加各电流时测试工件的电功率pe、光功率p
l
及led功能主体的温度tj，将获得的多组数据按照关系式tj＝r
th
·
(p
e-p
l
) c1进行线性拟合，其中c1对应于环境温度t0为常数，拟合所得直线的斜率为r
th
。
50.对同一个测试工件测量多组电功率pe、光功率p
l
及led功能主体的温度tj，能够尽可能消除测量总热阻的过程中带来的随机误差。
51.其中，电功率pe可以通过施加的电压和电流计算得到。光功率p
l
可以按照现有技术中的光学测量方法测量led发出的光通量等参数进行计算。例如将led置于积分球中，并通过ccd光谱仪通过小型卫星球体和光纤收集光并测量器参数、进而计算光功率。具体方式此处不予赘述。
52.在准确获取通电时led功能主体的温度tj时存在一定的难点。由于led功能主体的热量会通过衬底进行发散，衬底的温度并不能够认为严格等于led功能主体的温度，这也会导致一定的误差，因此准确测量的led功能主体的温度就成为了较为困难的事情。为了尽可能提高测量精度，发明人想到可以利用led功能主体本身的温度敏感的特性测试led功能主体的温度。
53.具体地，由于led在发光时二极管的正向电压与其温度存在关系，二极管的正向电压随结点的温度变化而变化，因此可以通过测量二极管的正向电压来转而获取led功能主体中结点的温度。当然采用这种方法来测试led功能主体的温度，还需要得知led功能主体的正向电压与结点的温度之间的关系，这一关系通常呈线性。在其中一个具体示例中，获取led功能主体的温度tj的方式包括如下步骤：在施加加热电流之后，立即施加检测电流并测量此时led功能主体的正向电压，通过正向电压计算led功能主体的温度。可以理解，检测电流的施加和加热电流的施加不能同时进行，因此需要在加热电流施加结束之后立即施加检测电流。
54.进一步地，发明人发现，与传统技术中以led器件作为温度传感器时不同的是，上述测试工件不具有电介质层，因而测试工件的热阻很低，一旦从加热电流切换到测试电流，led功能主体的温度就会迅速改变，因而会影响led功能主体的温度测试。因此需要尽可能快地测量led功能主体的正向电压，并将该正向电压对应的温度视为加热电流施加过程中led功能主体的温度。在其中一个具体示例中，在施加检测电流之后的100μs之内对led功能主体的正向电压进行采样以获取正向电压。这需要led功能主体的电压被尽可能频繁地采样。例如可以采用采样频率为10000次/s的器件进行监控。
55.在其中一个具体示例中，施加的加热电流的电流值为0.1a～2a。进一步地，施加的加热电流的电流值为0.1a～1a。在获取各测试工件的总热阻r
th
的过程中，施加的加热电流的电流值的数量为四个以上。例如，施加的加热电流的电流值分别为0.1a、0.3a、0.5a、0.7a。
56.在其中一个具体示例中，施加的检测电流的电流值为0.005a～0.05a。进一步地，施加的检测电流的电流值为0.005a～0.02a。例如，施加的检测电流的电流值为0.01a。施加的检测电流的值尽可能低，可以尽可能降低检测电流带来的产热对于led功能主体的温度的影响，提高led功能主体的温度测量精度。
57.可以理解，上述测试工件的总热阻r
th
的测试方法是针对于单个测试工件进行的。操作人员可以采用相同的方式去获取其他测试工件的总热阻r
th
。但总热阻r
th
并不能够等同于其中芯片附着层的热阻。因此还有必要去获取其中单独的芯片辅助层的热阻。
58.步骤s3，测试芯片附着层单位厚度上的热阻。
59.其中，可以认为测试工件的总热阻r
th
包括芯片附着层的热阻和非芯片附着层的其余热阻。芯片附着层的热阻应当是单位厚度的热阻与芯片附着层的厚度d的乘积，因此测试工件的总热阻r
th
与芯片附着层的厚度d还具有如下关系：r
th
＝rs·
d r
rem
，其中rs为芯片附
着层单位厚度上的热阻，r
rem
为其余热阻，是测试工件的除芯片附着层之外的热阻总和，包括芯片热阻、电介质、基板、热界面材料、散热器和芯片附着材料的边界层等部位的热阻。
60.其中其余热阻r
rem
很难准确地直接测出，但是对于相同条件下制备的一批测试工件，其区别应当仅有芯片附着层的厚度，因此可以认为这批测试工件的其余热阻r
re
m为一定值。基于此，可以将多个测试工件的总热阻r
th
与对应的测试工件中芯片附着层的厚度d按照关系式r
th
＝rs·
d c2进行线性拟合，其中c2为常数，通过测量所得直线的斜率rs，即可得到芯片附着层单位厚度上的热阻，或者也可以称为比例热阻，这是一个与芯片附着层厚度无关、而与垂直于厚度方向的截面面积大小相关的量，其单位为k/w
·
m。
61.步骤s4，计算芯片附着层的导热率。
62.步骤s3中已经得出了芯片附着层单位厚度上的热阻rs，芯片附着层的导热率其中a为垂直于厚度方向的截面面积。
63.为了验证上述原位测试led芯片附着层导热率的方法的准确性，如下的实施例1被用于进行验证。
64.实施例1
65.采用锡膏sac305作为芯片附着层的材料制作测试工件，衬底为铜，led功能主体为pn结，具体为在硅衬底上的algainp。一共制作27个测试工件，通过显微镜观测确定各测试工件的芯片附着层的厚度，27个测试工件的芯片附着层的厚度最低为10μm，最高为160μm。
66.对于每个测试工件都分别通入0.1a、0.3a、0.5a及0.7a的加热电流并对应计算其热功率pe，在每次通入加热电流之后都立即通入0.01a的电流作为检测电流，测试通入检测电流后30μs～100μs范围内的正向电压，并根据测试工件的电压温度关系对应计算测试工件的led功能主体的温度tj；
67.通过积分球测量每个测试工件在通入每个加热电流时的光功率p
l
；对于每一个测试工件，都将得到的四组led功能主体的温度tj与热功率pe、光功率p
l
按照关系式tj＝r
th
·
(p
e-p
l
) c1进行线性拟合，获得拟合所得直线的斜率r
th
即为测试工件的总热阻。
68.将每个述测试工件的总热阻r
th
与对应的测试工件中芯片附着层的厚度d按照关系式r
th
＝rs·
d c2进行线性拟合，其中c2为常数，所得直线的斜率rs为芯片附着层单位厚度上的热阻；并计算芯片附着层的导热率其中a为截面面积。
69.需要说明的是，由锡膏sac305的导热率是已知的，为64w/m
·
k，由锡膏sac305制备的芯片附着层的导热率可以认为基本是64w/m
·
k。
70.经过上述测试，计算所得锡膏sac305制备的芯片附着层的导热率k为61.5w/m
·
k。上述测试方法测得的导热率的误差为3.9％，因此实施例1足以说明上述测试方法是较为准确的，其所得的数据是可信的。可以乐观地认为，上述方法测得的导热率的误差能够控制在5％以内。
71.实施例2
72.采用烧结银浆作为芯片附着层的材料制作测试工件，衬底为铜，led功能主体为pn结，具体为在硅衬底上的algainp。一共制作27个测试工件，通过显微镜观测确定各测试工件的芯片附着层的厚度，27个测试工件的芯片附着层的厚度最低为20μm，最高为140μm。
73.对于每个测试工件都分别通入0.1a、0.3a、0.5a及0.7a的加热电流并对应计算其热功率pe，在每次通入加热电流之后都立即通入0.01a的电流作为检测电流，测试通入检测电流后30μs～100μs范围内的正向电压，并根据测试工件的电压温度关系对应计算测试工件的led功能主体的温度tj；
74.通过积分球测量每个测试工件在通入每个加热电流时的光功率p
l
；对于每一个测试工件，都将得到的四组led功能主体的温度tj与热功率pe、光功率p
l
按照关系式tj＝r
th
·
(p
e-p
l
) c1进行线性拟合，获得拟合所得直线的斜率r
th
即为测试工件的总热阻。
75.将每个述测试工件的总热阻r
th
与对应的测试工件中芯片附着层的厚度d按照关系式r
th
＝rs·
d c2进行线性拟合，其中c2为常数，所得直线的斜率rs为芯片附着层单位厚度上的热阻；并计算芯片附着层的导热率其中a为截面面积。
76.经过上述测试，计算所得烧结银浆制备的芯片附着层的导热率k为206.8w/m
·
k。
77.与之不同的是，块状银的导热系数为429w/m
·
k。烧结银浆制备的芯片附着层的导热率之所以远低于块状银，主要是因为烧结银浆是由大量纳米银颗粒烧结形成的，其内部存在大量孔隙，因而使得烧结银浆的导热率相较于块状银大幅度降低。
78.因此，发明人还测试了块状的烧结银浆的导热率，其可以按照现有技术中常用的测温计算导热率的方法进行测试，最终测试结果约为230w/m
·
k。这一结果与实施例2测得的芯片附着层的导热率明显较为接近，但有所不同，除了测量误差之外，还可能是由于制备大尺寸的块状物和制备薄膜状的芯片附着层时其内部结构也会产生少许差异。但总的来说，我们可以认为本发明的原位测量led芯片附着层导热率的方法采用了与现有技术中完全不同的参数获取途径、并且实现了对于芯片附着层这种薄膜的导热率的较为精确的测量。
79.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
80.以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
再多了解一些
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