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1、单颗LED结点温度量测(第1页)来源：中国照明网 作者：房海明 浏览：820人次 发布：2010-05-31 注：其他网站转载须注明出处，转载而不注明出处者，一经查实，将追究其法律责任半导体结点(从IC中数以百万计的晶体管到实现高亮度LED的大面积复合结点)可能由于不断产生的热而在早期发生故障。当特征尺寸缩小且电流要求提高时，这将成为一个非常严重的问题，甚至正常操作也可能聚积热量，使结点温度升高。温度上升可能增加结点内的缺陷数量，从而导致器件的性能下降、生命周期缩短。概 述半导体结点(从IC中数以百万计的晶体管到实现高亮度LED的大面积复合结点)可能由于不断产生的热而在早期发生故障。当特征尺寸
2、缩小且电流要求提高时，这将成为一个非常严重的问题，甚至正常操作也可能聚积热量，使结点温度升高。温度上升可能增加结点内的缺陷数量，从而导致器件的性能下降、生命周期缩短。采用四线测量方法或者Kelvin测量方法将SMU与器件相连接。通过感应DUTdevice under test周围而不是SMU源测量单元source measure unit.输入端的电压，四线电压测量能降低电压测量中由引线电阻导致的误差。本文主要从下面四个方面(温度量测方法，结点温度测试方法，应用实例，误差根源)对结点温度量测的进行探讨。温度量测方法需要一种准确的温度测量方法来测量半导体器件的温度，以避免产生可能导致故障的高温。
3、有一种方法很简单，即测量结点温度。它可以使用常用测试和测量仪器，测量结果可被用来监视特定器件的工作状况。测量结点温度的理想方法是在尽可能离热源近的地方监视器件温度。流过半导体结点的电流产生热，这些热量经过结点材料流向外部世界。另一种方法是将温度传感器放在非常靠近半导体结点的位置，并且测量传感器的输出信号。随着热量流向外部区域，外部区域和传感器的温度升高。尽管这是一个很直接的过程，但由于传感器尺寸有限，所以该方法具有许多物理上的限制。在很多情况下，传感器本身比要测量的结点的尺寸大，这就会给系统增加大量的热，同时带来额外的测量误差，从而降低测量准确度。因此，这种方法几乎对大多数应用都没有用。测试设
4、备中国照明网技术论文LED照明 图1：在测试设置中，SMU被用来描述半导体的正向压降与结点温度的关系。 SMU源测量单元source measure unit中国照明网技术论文LED照明 一种更好的解决方法是利用结点本身作为温度传感器。对大多数材料来说，结点正向压降和结点温度之间都存在密切的相关性。什么时候结点正向压降与结点温度呈非线性关系取决于结点的材料和设计。在温度高达80C至100C的正常工作环境中，假设大多数材料的结点正向压降与结点温度为线性是安全的。非线性特性可以通过实验方法来确定，即在更高的环境温度下测量电压，直到结点正向压降与结点温度为非线性。对于大多器件而言，这种关系接近线性关
5、系，可以用数学公式表达如下：TJ=(mVF)+T0 (1) 其中，TJ=结点温度(单位：C)；m=斜率 与器件相关的参数(与芯片衬底材料、芯片结构、封装结构、发光波长等都有关系 ) ，单位：C/V ；VF=正向压降；T0=截距(与器件相关的参数，单位：C)。 在给定温度下(TJ)下，半导体结点的正向压降(VF)是一定的。如果我们在两种不同的温度下测量VF，则可以计算出某个结点的斜率(m)以及截距(T0)。由于这是一种线性关系，所以我们只需测量VF，就可以利用式(1)计算不同状态下的结点温度。TJ=(mVF)+T0 (1)如果知道不同工作状态和封装的器件的TJ，我们就能够计算出不同封装类型和设计
6、的热参数，比如热阻。这在设计特定工作条件以确保器件使用寿命最长时显得尤为重要，因为热效应是早期器件故障的主要原因图2：四线测量方法能减少引脚电阻导致的误差。 中国照明网技术论文LED照明 结点温度测试方法在这个测试方法中，待测器件(DUT)device under test被放置在温度试验箱内并与驱动设备和测量设备相连。驱动设备可能是可编程电流源和伏特计，但其它仪器可以同时提供电流和测量电压，这些仪器通常被称为源测量单元(SMU)，它们可大大简化测量仪器(图1)。接下来，采用四线测量方法或者Kelvin测量方法将SMU与器件相连接。通过感应DUT周围而不是SMU输入端的电压，四线电压测量能降低
7、电压测量中由引线电阻导致的误差。图2是四线测量的详细连接图。将DUT放置在环境试验箱内，并将该试验箱设定到初始温度。初始点通常在25C下测量，然后让DUT达到热平衡。可通过实验来确定达到热平衡所需的停靠时间(dwell time)，但对于大多数封装来说，10分钟应该足够。一旦结点达到热平衡，就提供DUT一个持续时间短的电流，并测量压降。电流脉冲的持续时间和振幅非常重要，功率较大(电流过大或者脉冲过长)可能会使结点发热，从而使结果产生偏差。许多情况下，待测结点的为硅或者复合二极管。对于这些类型的器件，以几毫安的驱动电流和1ms的源电流为试验起点比较好。如果还不太确定，则利用具有极短脉冲(小于1m
8、s)的源，用试验的方法确定结点的自发热。然后改变脉冲宽度并比较每个脉冲持续时间的电压进行试验。1mV至2mV的电压差通常表示结点温度有1C的变化，这个测量电压是TJ1 (25C )温度下的VF1。然后温度升高到一个更高的值(例如50C)，让DUT达到热平衡，并再次给予电流脉冲。这个温度下的电压被标为TJ2温度(此例中为50C )下的VF2。 采用多个不同的值重复这些步骤，然后绘制电压与结点温度的关系图(图3)。中国照明网技术论文LED照明 图3：结点温度与正向压降的线性关系。 中国照明网技术论文LED照明 应用实例在分析中，至少使用三个温度对近似值的任何差异进行检查。现在可以使用式(1)计算出
9、这条直线的斜率(m)和截距：TJ=(m VF)+TO TJ2-TJ1= m(VF2-VF1) (式1的点斜式) m=(TJ2-TJ1)/( VF2-VF1) (2) 然后通过外推法计算出TO： TJ2-TJ1=m(VF2-VF1) (式1的点斜式) 将VF2设为0，则式2则变为： TJ2=TJ1-m VF1 这里的TJ2等于截距，或TO。 TO=TJ2=TJ1-mVF1高亮度LED 这个例将开发一种新的高亮度LED裸片。该器件被设计成能比以前单元承载更多电流，还需确保较高的热流量以使结点温度最低。这将保证在一些要求更高的应用中，该器件具有足够长的使用寿命。 当连接LED裸片正极或负极的接合线断
10、掉时，通常会发生LED故障。断线的常见原因是接合线的温度循环，这是由散热不足导致结点温度升高而引起的。 将LED裸片放置在恒温箱中并按照如前所述的测试计划进行测试，可得如下结果：温度为TJ1 (25C )时，VF1=1.01V 温度为TJ2 (50C )时，VF2= 0.78 V m=(50-25 )C /(0.78-1.01)V=-108.70C/V TO=TJ1-mVF1=25C-(-108.70C/V)(1.01V)=134.79C 因此，描述该器件的结点温度与前向电压关系的一阶等式为： TJ=(-108.70C/V)VF+134.79C 现在，我们改变其它参数，如工作电流、环境温度和封
11、装，并只测量VF就可确定实际的结点温度。误差根源测量误差的最大根源在于环境试验箱中测量温度的不确定性。这种测量通常采用热电偶，而热电偶的误差为2C甚至更高。将热敏电阻或者电阻温度检测器(RTD)resistance temperature device等更准确的热测量传感器放置在DUT附近，并且使用单独的数字万用表来测量温度，可提高测量的准确度。当计算结点温度时，电压测量的不确定性也会增加误差。选择具有高准确性和分辨率的仪器进行电压测量是尽量减小这种误差的关键。结点温度测量中的误差还将影响其它的热计算，如热阻抗和热电阻。因此，最小化这些误差的关键是获取准确的测量结果。从这个测量半导体结点温度的
12、简单方法中收集到的数据，可以被用来分析给定结点的热消耗、环境和源状态的效应。LED光源结点温度的控制方法 一种LED光源结点温度的控制方法及制得的LED校准光源，属于光和辐射测量技术领域。其特征是：在某标定电流下对LED光源恒流供电，在对LED光源进行定标时记下其时的结电压，在LED工作时使其结电压保持在定标时的电压值，通过控制LED结电压的方式间接控制其结点温度。据上述方法制得的LED校准光源，LED光源连接设置在散热座上，散热座与可控温制冷器配合连接，其特征在于LED光源的两只管脚引出后与恒流源、电压表相连。上述LED标准光源，通过控制LED结电压的方式间接控制其结点温度，从而实现了LED
13、结点温度的精确控制，使LED稳定工作，能快速方便地用于各类LED光度、色度和辐射度仪器及系统的精密校准。电压法LED结温及热阻测试原理2010/9/6 20:01作者:lixuda浏览次数:138共有评论数:3:【论坛浏览】【文章摘要】LED应用于照明除了节能外,长寿命也是其十分重要的优势。目前由于LED 热性能原因,LED 及其灯具不能达 到理想的使用寿命;LED 在工作状态时的结温直接关系到其寿命和光效;热阻则直接影响LED 在同等使用条件下 LED 的.LED应用于照明除了节能外,长寿命也是其十分重要的优势。目前由于LED 热性能原因,LED 及其灯具不能达 到理想的使用寿命;LED 在
14、工作状态时的结温直接关系到其寿命和光效;热阻则直接影响LED 在同等使用条件下 LED 的结温;LED 灯具的导热系统设计是否合理也直接影响灯具 的寿命。因此功率型 LED 及其灯具的热性能测试 ,对于 LED 的生产和应用研发都有十分 直接的意义。以下将简述LED 及其灯具的主要热性能指标,电压温度系数K、结温和热阻的测试原理、测试设备、测试内容和测试方法,以供LED 研发、生产和应用企业参考。一、电压法测量 LED 结温的原理LED 热性能的测试首先要测试 LED 的结温,即工作状态下 LED 的芯片的温度。关于LED 芯片温度的测试,理论上有多种方法,如红外光谱法、波长分析法和电压法等等
15、。目前实际使用的是电压法。1995 年 12 月电子工业联合会/电子工程 设计发展联合会议发布的 标准对于电压法测量半导体 结温的原理、方法和要求等都作了详细规范。电压法测量LED 结温的主要思想是：特定电流下 LED 的正向压降 Vf 与 LED 芯片的 温度成线性关系,所以只要测试到两个以上温度点的Vf 值,就可以确定该 LED 电压与温 度的关系斜率,即电压温度系数 K 值,单位是 mV/C 。K 值可由公式K=Vf/Tj 求得。K 值有了,就可以通过测量实时的 Vf 值,计算出芯片的温度(结温)Tj 。 为了减小电压测量带来的误差, 标准规定测量系数 K 时,两个温度 点温差应该大于等于50 度。对于用电压法测量结温的仪器有几个基本的要求：A、电压法测量结温的基础是特定的测试电流下的 Vf 测量,而 LED 芯片由于温度变 化带来的电压变化是毫伏级的,所以要
