高工led技術中心發布時間：2010-05-29 15:11:00
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概述半導體結點(從ic中數以百萬計的電晶體到實現高亮度led的大面積復合結點)可能由於不斷產生的熱而在早期發生故障。當特徵尺寸縮小且電流要求提高時,這將成為乙個非常嚴重的問題,甚至正常操作也可能聚積熱量,使結點溫度公升高。溫度上公升可能增加結點內的缺陷數量,從而導致器件的效能下降、生命週期縮短。
採用四線測量方法或者kelvin測量方法將smu與器件相連線。通過感應dut(deviceundertest)周圍而不是smu(源測量單元sourcemeasureunit)。輸入端的電壓,四線電壓測量能降低電壓測量中由引線電阻導致的誤差。
本文主要從下面四個方面(溫度量測方法,結點溫度測試方法,應用例項,誤差根源)對結點溫度量測的進行**。
溫度量測方法
需要一種準確的溫度測量方法來測量半導體器件的溫度,以避免產生可能導致故障的高溫。有一種方法很簡單,即測量結點溫度。它可以使用常用測試和測量儀器,測量結果可被用來監視特定器件的工作狀況。
測量結點溫度的理想方法是在盡可能離熱源近的地方監視器件溫度。流過半導體結點的電流產生熱,這些熱量經過結點材料流向外部世界。
另一種方法是將溫度感測器放在非常靠近半導體結點的位置,並且測量感測器的輸出信
號。隨著熱量流向外部區域,外部區域和感測器的溫度公升高。儘管這是乙個很直接的過程,但由於感測器尺寸有限,所以該方法具有許多物理上的限制。
在很多情況下,感測器本身比要測量的結點的尺寸大,這就會給系統增加大量的熱,同時帶來額外的測量誤差,從而降低測量準確度。因此,這種方法幾乎對大多數應用都沒有用。
測試裝置
圖1：在測試設定中,smu被用來描述半導體的正向壓降與結點溫度的關係。
smu(源測量單元-sourcemeasureunit)
一種更好的解決方法是利用結點本身作為溫度感測器。對大多數材料來說,結點正向壓降和結點溫度之間都存在密切的相關性。什麼時候結點正向壓降與結點溫度呈非線性關係取決於結點的材料和設計。
在溫度高達80°c至100°c的正常工作環境中,假設大多數材料的結點正向壓降與結點溫度為線性是安全的。非線性特性可以通過實驗方法來確定,即在更高的環境溫度下測量電壓,直到結點正向壓降與結點溫度為非線性。對於大多數器件而言,這種關係接近線性關係,可以用數學公式表達如下：
tj=(m×vf)+t0(1)
其中,tj=結點溫度(單位：°c);m=斜率;vf=正向壓降;t0=截距(與器件相關的引數,單位：°c)。
在給定溫度下(tj)下,半導體結點的正向壓降(vf)是一定的。如果我們在兩種不同的溫度下測量vf,則可以計算出某個結點的斜率(m)以及截距(t0)。由於這是一種線性關係,所以我們只需測量vf,就可以利用式(1)計算不同狀態下的結點溫度。
tj=(m×vf)+t0(1)
如果知道不同工作狀態和封裝的器件的tj,我們就能夠計算出不同封裝型別和設計的熱引數,比如熱阻。這在設計特定工作條件以確保器件使用壽命最長時顯得尤為重要,因為熱效應是早期器件故障的主要原因。
圖2：四線測量方法能減少引腳電阻導致的誤差。
結點溫度測試方法
在這個測試方法中,待測器件(dut)[deviceundertest]被放置在溫度試驗箱內並與
驅動裝置和測量裝置相連。驅動裝置可能是可程式設計電流源和伏特計,但其它儀器可以同時提供電流和測量電壓,這些儀器通常被稱為源測量單元(smu),它們可大大簡化測量儀器(圖1)。接下來,採用四線測量方法或者kelvin測量方法將smu與器件相連線。
通過感應dut周圍而不是smu輸入端的電壓,四線電壓測量能降低電壓測量中由引線電阻導致的誤差。圖2是四線測量的詳細連線圖。將dut放置在環境試驗箱內,並將該試驗箱設定到初始溫度。
初始點通常在25°c下測量,然後讓dut達到熱平衡。可通過實驗來確定達到熱平衡所需的停靠時間(dwelltime),但對於大多數封裝來說,10分鐘應該足夠。
一旦結點達到熱平衡,就提供dut乙個持續時間短的電流,並測量壓降。電流脈衝的持續時間和振幅非常重要,功率較大(電流過大或者脈衝過長)可能會使結點發熱,從而使結果產生偏差。
許多情況下,待測結點的為矽或者復合二極體。對於這些型別的器件,以幾毫安的驅動電流和1ms的源電流為試驗起點比較好。如果還不太確定,則利用具有極短脈衝(小於1ms)的源,用試驗的方法確定結點的自發熱。
然後改變脈衝寬度並比較每個脈衝持續時間的電壓進行試驗。1mv至2mv的電壓差通常表示結點溫度有1°c的變化,這個測量電壓是tj1(25°c)溫度下的vf1。然後溫度公升高到乙個更高的值(例如50°c),讓dut達到熱平衡,並再次給予電流脈衝。
這個溫度下的電壓被標為tj2溫度(此例中為50°c)下的vf2。
採用多個不同的值重複這些步驟,然後繪製電壓與結點溫度的關係圖(圖3)。
圖3：結點溫度與正向壓降的線性關係。
應用例項
在分析中,至少使用三個溫度對近似值的任何差異進行檢查。現在可以使用式(1)計算出這條直線的斜率(m)和截距：
tj=(m×vf)+totj2-tj1=m(vf2-vf1)(式1的點斜式)m=(tj2-tj1)/(vf2-vf1)
(2)然後通過外推法計算出to：tj2-tj1=m(vf2-vf1)(式1的點斜式)將vf2設為0,則式2則變為：tj2=tj1-mvf1
這裡的tj2等於截距,或to。to=tj2=tj1-mvf1高亮度led
這個例將開發一種新的高亮度led裸片。該器件被設計成能比以前單元承載更多電流,還需確保較高的熱流量以使結點溫度最低。這將保證在一些要求更高的應用中,該器件具有足夠長的使用壽命。
當連線led裸片正極或負極的接合線斷掉時,通常會發生led故障。斷線的常見原因是接合線的溫度迴圈,這是由散熱不足導致結點溫度公升高而引起的。
將led裸片放置在恆溫箱中並按照如前所述的測試計畫進行測試,可得如下結果：溫度為tj1(25°c)時,vf1=1.01v溫度為tj2(50°c)時,vf2=0.78v
m=(50-25)°c/(0.78-1.01)v=-108.70°c/v
to=tj1-mvf1=25°c-(-108.70°c/v)×(1.01v)=134.79°c
因此,描述該器件的結點溫度與前向電壓關係的一階等式為：tj=(-108.70°c/v)×vf+134.79°c
現在,我們改變其它引數,如工作電流、環境溫度和封裝,並只測量vf就可確定實際的結點溫度。
誤差根源
測量誤差的最大根源在於環境試驗箱中測量溫度的不確定性。這種測量通常採用熱電偶,而熱電偶的誤差為±2°c甚至更高。將熱敏電阻或者電阻溫度檢測器(rtd)[resistancetemperaturedevice]等更準確的熱測量感測器放置在dut附近,並且使用單獨的數
字萬用表來測量溫度,可提高測量的準確度。
當計算結點溫度時,電壓測量的不確定性也會增加誤差。選擇具有高準確性和解析度的儀器進行電壓測量是盡量減小這種誤差的關鍵。
結點溫度測量中的誤差還將影響其它的熱計算,如熱阻抗和熱電阻。因此,最小化這些誤差的關鍵是獲取準確的測量結果。
從這個測量半導體結點溫度的簡單方法中收集到的資料,可以被用來分析給定結點的熱消耗、環境和源狀態的效應。
led光源結點溫度的控制方法
一種led光源結點溫度的控制方法及製得的led校準光源,屬於光和輻射測量技術領域。其特徵是：在某標定電流下對led光源恆流供電,在對led光源進行定標時記下其時的結電壓,在led工作時使其結電壓保持在定標時的電壓值,通過控制led結電壓的方式間接控制其結點溫度。
據上述方法制得的led校準光源,led光源連線設定在散熱座上,散熱座與可控溫製冷器配合連線,其特徵在於led光源的兩隻管腳引出後與恆流源、電壓表相連。
上述led標準光源,通過控制led結電壓的方式間接控制其結點溫度,從而實現了led結點溫度的精確控制,使led穩定工作,能快速方便地用於各類led光度、色度和輻射度儀器及系統的精密校準。
LED結溫測試方法總結
參考 led結溫測試方法研究 1.紅外熱像法 2.光譜法 利用led結溫公升高時，led的主波長或 p就會向長波長漂移，其正法線方向的亮度b0也會下降，主波長會漂移。有實驗資料表明當結溫每公升高10 則波長向長波漂移1nm.3.管腳溫度法 4.藍白比法 利用晶元的藍光發光與螢光粉發光隨結溫變化的不一...
LED結溫產生的原因分析及對策
d 顯然，led元件的熱散失能力是決定結溫高低的又乙個關鍵條件。散熱能力強時，結溫下降，反之，散熱能力差時結溫將上公升。由於環氧膠是低熱導材料，因此p n結處產生的熱量很難通過透明環氧向上散發到環境中去，大部分熱量通過襯底 銀漿 管殼 環氧粘接層，pcb與熱沉向下發散。顯然，相關材料的導熱能力將直接...
LED方案10mm 戶外單紅
led顯示屏簡介 led顯示屏系統簡介 led顯示屏是利用發光二極體點陣模組或畫素單元組成的平面式顯示螢幕。由於它具有發光率高 使用壽命長 組態靈活 色彩豐富以及對室內外環境適應能力強等優點，得到了廣泛的應用。其應用領域已經遍及交通 電信 廣告 宣傳等各個方面。戶外單色led顯示屏,可顯示各種圖形 ...