<meter id="pryje"><nav id="pryje"><delect id="pryje"></delect></nav></meter>
          <label id="pryje"></label>

          新聞中心

          EEPW首頁 > 消費電子 > 業(yè)界動態(tài) > 模組內(nèi)部燈條LED真實熱阻模擬測試系統(tǒng)研究與分析

          模組內(nèi)部燈條LED真實熱阻模擬測試系統(tǒng)研究與分析

          作者:溫 存,林偉瀚,周 明,吳章強,梁邦兵(康佳集團股份有限公司,深圳 518053) 時間:2021-02-24 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏
          編者按:LED封裝、模組的質量水平,如光通量、坐標等光性能,與LED內(nèi)部芯片的結溫高低密切相關。一般LED結溫高,則性能差。因此,對于LED芯片企業(yè)、LED封裝企業(yè)和LED模組整機企業(yè),了解LED芯片各層結構的熱阻顯得十分必要?,F(xiàn)有的測量方法有很多,如紅外熱像儀法、電學參數(shù)法、光功率法等,行業(yè)測量熱阻比較通用、靠譜的方法是電學參數(shù)法。本文采用的測試方法是基于電學參數(shù)法原理,同時利用“焊腳溫度、環(huán)境溫度”等效法,通過設計相應的PCB規(guī)格,使T3ster熱阻測試儀可測量的待測LED模塊的焊腳及環(huán)境溫度,與真實模組或整


          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202102/422929.htm

          0   引言

          隨著科學技術的發(fā)展以及能源的日益緊缺,半導體照明的研究獲得了很大的進步,而半導體產(chǎn)品具有功耗低、使用壽命長和響應時間短等眾多優(yōu)勢和發(fā)展?jié)摿?,已呈現(xiàn)逐漸取代傳統(tǒng)照明產(chǎn)品的趨勢[1]。LED是半導體照明中的關鍵器件,由于功率越來越大,大功率LED的耗散功率會導致LED芯片PN 結結溫上升,從而顯著地影響LED的光度、色度和電氣參數(shù),甚至可能導致器件失效[2-4]。因此,在LED的整機、應用中,如電視,會優(yōu)先考慮小,結溫低的LED。與此同時,整機廠商不僅關注單個LED和結溫測量,更關注的是在整機或者模組狀態(tài)下內(nèi)部燈條LED的真實,以便為模組可靠性設計提供有力支撐。

          目前行業(yè)測量LED熱阻比較通用、靠譜的方法是,使用T3ster設備,T3Ster基于先進的JEDEC ‘Static Method’測試方法(JESD51-1),通過改變電子器件的輸入功率,使器件產(chǎn)生溫度變化,但該設備僅能測量尺度約在30 mm以內(nèi)的小模塊的LED熱阻,無法評價整機或模組狀態(tài)下的LED熱阻(如常用的32寸到65寸模組)。因此,本文研究內(nèi)容的原理基于電學參數(shù)方法,并在此基礎上利用“焊腳溫度、環(huán)境溫度”等效法,該方法可以真實可靠地模擬模組內(nèi)部燈條LED的熱阻特性。

          1   測試原理

          LED是一種半導體器件,主要以熱阻來表征其本身的熱學特性。在熱平衡的條件下,2個規(guī)定點(或區(qū)域)溫度差與產(chǎn)生這兩點溫度差的熱耗散功率之比值稱為熱阻,用Rth表示,它表征了LED的散熱能力。熱阻計算公式如下:

          Rth=(Tj-Ts)/P       (1)

          其中,Tj 為穩(wěn)定時待測LED的結溫;Ts為穩(wěn)定環(huán)境的參考點溫度;P是待測LED在熱傳導通道上的耗散功率,Rth為待測LED P-N結到指定參考點(S點)之間的熱阻。通過式(1)可知,結到測試點Ts的熱阻,可由兩者之間的結溫與耗散功率比值得到。很多研究已經(jīng)表明,熱阻(結到焊腳Ts),與環(huán)境溫度、PCB設計、散熱材質均強相關,本文研究基于電學參數(shù)方法測試原理,采用的熱阻等效方法,利用“焊腳溫度、環(huán)境溫度”等效,通過設計相應的PCB規(guī)格,使T3ster熱阻測試儀可測量的待測LED模塊的焊腳及環(huán)境溫度,與真實模組或整機狀態(tài)里的LED焊腳及環(huán)境溫度相當,利用該模塊測得的熱阻等效為模組或整機狀態(tài)里的LED熱阻。其中,被測模塊與整機/模組原始燈條LED具有相同的環(huán)境溫度、LED規(guī)格、散熱材質、驅動電流及相同的焊腳溫度,因此用被測模塊熱阻等效原始整機/模組原始燈條LED熱阻。

          2   測試系統(tǒng)的構成

          本文研究的測試系統(tǒng)組成框架如圖1所示,主要由電流測試儀、整機或者模組、溫度測試儀和T3ster設備組成。在整機或者模組點亮狀態(tài)下,通過電流測試儀測試電路中的驅動電流,從而確定通過燈條上LED的電流;T3ster設備測試整機或者模組內(nèi)部的燈條LED熱阻;溫度測試儀測試在整機或者模組點亮狀態(tài)下內(nèi)部的環(huán)境溫度和測試LED的焊腳溫度,從而確定T3ster設備上設置的環(huán)境溫度和LED的焊腳溫度。

          0.png

          圖1系統(tǒng)構成

          3   測量方法與步驟

          1)在點亮狀態(tài)下,測試模組燈條的實際工作電流IF;

          2)選取模組中溫升最高的LED(一般靠近電源板位置),在煲機2 h后測試該LED的焊腳溫度Ts1和模組內(nèi)部環(huán)境溫度Ta1;

          3)截斷該燈條上的LED,記錄尺寸為L1,接好連接線,放置在T3ster的恒溫槽;

          4)設置恒溫槽的溫度為Ta2,Ta1=Ta2,測試電流為IF。在溫度Ta2穩(wěn)定后,記錄該LED溫升為Ts2;

          5)對比Ts1和Ts2,當Ts1>Ts2,則繼續(xù)縮小燈條PCB板的尺寸,直至Ts1=Ts2;

          6)當滿足Ta1=Ta2,Ts1=Ts2后,測試該尺寸長度的LED的K系數(shù)和降溫曲線,再對降溫曲線提取結構函數(shù),進行積分結構和微分結構,從結構函數(shù)中自動分析出該LED的熱阻;

          (7)測試該LED的熱阻,即等效該LED在模組狀態(tài)下的熱阻。

          4   測試過程

          本次測試采用43英寸電視模組,首先點亮43英寸模組,用電流測試儀TDS3032B設備連接線夾住燈條線,記錄43英寸模組的電流為492 mA。拆開該43英寸模組,選擇溫升最高的LED(一般靠近電源板位置),在刮去該LED的燈條PCB銅箔,使該LED與其他LED斷開單獨控制,再用導線把其他LED連接起來,同時把單獨控制的LED負極連接溫度測試儀的探頭1,測試焊腳溫度Ts1,另一個探頭2放置在該LED附近,測試環(huán)境溫度Ta1,如圖2所示。裝好43英寸模組,用直流源單獨點亮該LED,其余正常電源板點亮,煲機2 h后,記錄探頭1和探頭2對應的焊腳溫度Ts1和Ta1分別為59.9 ℃、50.3 ℃。把43英寸模組測試的LED取出,連接導線,記錄尺寸L2為14 mm×17 mm,放在T3ster設備的恒溫槽內(nèi),如圖3。設置槽內(nèi)溫度為Ta2=Ta1=50.3 ℃,測試電流為492 mA,一段時間后記錄此時的LED焊腳溫度Ts2為58.9 ℃。由于Ts2<Ts1,繼續(xù)縮小PCB的尺寸,當尺寸L3為14 mm×10 mm,得到的Ts3為60.3 ℃。此時焊腳溫度Ts3與在43英寸模組內(nèi)部測試的焊腳溫度Ts1接近,且環(huán)境溫度相同,Ta2=Ta1=Ta3=50.3 ℃,則測試該尺寸L3的LED在不同環(huán)境溫度下的電壓值,如圖4,由式(2)得到K系數(shù):

          K =ΔT/ΔVF          (2)

          然后設置環(huán)境溫度為Ta2=Ta1=Ta3=50.3 ℃,輸入測試電流492 mA,一定時間后達到熱平衡,設置電流為1 mA,實現(xiàn)快速降溫,同時得出降溫曲線,如圖5。通過TSP(溫度敏感參數(shù))獲得LED的瞬態(tài)溫度變化曲線,即將K因子關系代入電壓變化以獲得瞬態(tài)溫度變化曲線,對冷卻曲線進行數(shù)值處理并提取結構函數(shù),得到了微分結構曲線和積分結構曲線,如圖6和圖7,從曲線看出,一共有5個明顯的峰,代表5個不同位置的熱阻,從左到右分別為PN結內(nèi)部的熱阻、結到固晶層的熱阻、結到焊盤的熱阻、結到PCB的熱阻、結到環(huán)境的熱阻,如圖8。我們測試的位置是燈條的LED負極焊腳S點,因此,第3個峰結到焊盤的熱阻就是我們需要測試的結果,從而得出尺寸為L2和L3時對應的熱阻為8.38 K/W和8.96 K/W,并在測試過程中得出電壓、Tj等參數(shù)。當尺寸為L3時,43英寸模組內(nèi)部和恒溫槽內(nèi)環(huán)境溫度Ta相同,且焊腳溫度Ts基本一致,此時尺寸L3的熱阻值可以等效為在43英寸模組內(nèi)真實的熱阻。

          1.png

          圖2 模組內(nèi)LED連接示意圖

          2.png

          圖3 恒溫槽內(nèi)LED連接示意圖

          4.png

          圖4 瞬態(tài)溫度響應曲線(K系數(shù))

          5.png

          圖5 樣品冷凝曲線(降溫曲線)

          6.png

          圖6 由K系數(shù)和冷凝曲線獲得瞬態(tài)溫度曲線

          7.png

          圖7 代入結構函數(shù)得到L2和L3尺寸對應的熱阻

          8.png

          圖8 LED不同位置熱阻示意圖

          5   實驗數(shù)據(jù)及分析

          通過上述的測試方法,得出43英寸模組內(nèi)燈條LED的熱阻及相關光學參數(shù),同樣的方式測得32英寸模組、50英寸模組、55英寸模組和65英寸模組,數(shù)據(jù)如表1。

          表1 各種尺寸模組的數(shù)據(jù)


          模組

          PCB尺寸/mm2

          K系數(shù)

          IF/mA

          VF/V

          Ta/℃

          Ts/℃

          Tj/℃

          Rth/Ω

          43UHD

          14×17

          1.312

          490

          3.07

          50.3

          58.9

          72.3

          8.38

          14×10

          1.288

          490

          3.08

          50.3

          60.3

          74.1

          8.96

          32HD

          12×10

          1.296

          510

          3.04

          38.5

          47.4

          59.8

          7.44

          50UHD

          18×14

          1.261

          440

          3.05

          38.2

          47.9

          58.2

          7.08


          55UHD

          13×16

          1.302

          500

          3.07

          39.5

          50.8

          62.7

          7.43

          65UHD

          14×16

          1.303

          500

          3.06

          37.7

          49.9

          61.3

          7.22

          上述表中的環(huán)境溫度Ta,與模組內(nèi)部的燈條數(shù)量及排布有很大關系,43UHD模組空間小,燈條數(shù)量多,因此模組內(nèi)的環(huán)境溫度比其他尺寸模組大,對應的焊腳溫度Ts、結溫Tj和熱阻也大。

          根據(jù)表中熱阻的測試結果,理論計算公式Rth =(Tj -Ts)/P,式中的Tj、Ts和P=IV可在測試過程中得出,推算理論熱阻是否與實驗結果接近。如43UHD模組中,當PCB尺寸為14 mm×10 mm時,環(huán)境溫度和焊腳溫度基本一致,實驗測試的熱阻為8.96 K/W,實驗過程可知Tj=74.3 ℃、Ts=60.3 ℃、P=IV= 1.509 2 W,則可得熱阻為9.14 K/W,實驗測試值與理論計算值接近。

          6   結語

          基本測試LED的原理,利用“焊腳溫度、環(huán)境溫度”等效,通過設計相應的PCB規(guī)格,使T3ster熱阻測試儀可測量的待測LED模塊的焊腳及環(huán)境溫度,與真實模組或整機狀態(tài)里的LED焊腳及環(huán)境溫度相當,該模塊測得的熱阻即可等效為模組或整機狀態(tài)里的LED熱阻。本實驗結果證實上述方法可行并具有較高的可信度,通過這種等效的辦法,可以解決T3ster設備無法評價整機或模組狀態(tài)下的LED熱阻,真實還原在模組、整機內(nèi)LED熱阻發(fā)熱狀態(tài),提高整機、模組LED壽命評價方法的準確性、科學性,提升可靠性。

          參考文獻:

          [1] HELIOTOTIS G,STAVRINOUS P N,BRADLEY D D C.Spectral conversion of InGaN ultraviolet microcavity light-emitting diodes using fluorine-based red,green-,blue- and white-light-emitting polymer overlayer films [J] .Appl.Phys.Lett.,2005,87:503-505.

          [2] 王建,黃先,劉麗,等.溫度和電流對白光LED發(fā)光效率的影響[J].發(fā)光學報,2008,29(2):358-363.

          [3] 劉一兵,丁潔.功率型技術[J].液晶與顯示,2008,23(4):508-512.

          [4] 陳明祥,馬澤濤,劉勝.LED感應局部加熱封裝試驗研究[J].發(fā)光學報,2007,28(2):241-246.

          [6] International Organization for Standardization.MIL-STD-750D Notice 3 Method 3101.3 Thermal Impedance(Response)Testing of Diodes[S].2006.

          [7] 中華人民共和國信息產(chǎn)業(yè)部.SJ 20788-2000半導體二極管熱阻抗測試方法[S].北京:電子工業(yè)出版社,2000.

          (本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志社2020年12月期)



          評論


          相關推薦

          技術專區(qū)

          關閉
          看屁屁www成人影院,亚洲人妻成人图片,亚洲精品成人午夜在线,日韩在线 欧美成人 (function(){ var bp = document.createElement('script'); var curProtocol = window.location.protocol.split(':')[0]; if (curProtocol === 'https') { bp.src = 'https://zz.bdstatic.com/linksubmit/push.js'; } else { bp.src = 'http://push.zhanzhang.baidu.com/push.js'; } var s = document.getElementsByTagName("script")[0]; s.parentNode.insertBefore(bp, s); })();