單顆LED結(jié)點(diǎn)溫度量測(cè)

1、單顆LED結(jié)點(diǎn)溫度量測(cè)-LED技術(shù)論文(1)概 述 半導(dǎo)體結(jié)點(diǎn)(從IC中數(shù)以百萬計(jì)的晶體管到實(shí)現(xiàn)高亮度LED的大面積復(fù)合結(jié)點(diǎn))可能由于不斷產(chǎn)生的熱而在早期發(fā)生故障。當(dāng)特征尺寸縮小且電流要求進(jìn)步時(shí)，這將成為一個(gè)非常嚴(yán)重的問題，甚至正常操作也可能聚積熱量，使結(jié)點(diǎn)溫度升高。溫度上升可能增加結(jié)點(diǎn)內(nèi)的缺陷數(shù)量，從而導(dǎo)致器件的性能下降、生命周期縮短。 采用四線測(cè)量方法或者Kelvin測(cè)量方法將SMU與器件相連接。通過感應(yīng)DUTdevice under test周圍而不是SMU源測(cè)量單元source measure unit.輸入端的電壓，四線電壓測(cè)量能降低電壓測(cè)量中由引線電阻導(dǎo)致的誤差。 本文主要從下面四

2、個(gè)方面(溫度量測(cè)方法，結(jié)點(diǎn)溫度測(cè)試方法，應(yīng)用實(shí)例，誤差根源)對(duì)結(jié)點(diǎn)溫度量測(cè)的進(jìn)展討論。溫度量測(cè)方法 需要一種準(zhǔn)確的溫度測(cè)量方法來測(cè)量半導(dǎo)體器件的溫度，以防止產(chǎn)生可能導(dǎo)致故障的高溫。有一種方法很簡(jiǎn)單，即測(cè)量結(jié)點(diǎn)溫度。它可以使用常用測(cè)試和測(cè)量?jī)x器，測(cè)量結(jié)果可被用來監(jiān)視特定器件的工作狀況。測(cè)量結(jié)點(diǎn)溫度的理想方法是在盡可能離熱源近的地方監(jiān)視器件溫度。流過半導(dǎo)體結(jié)點(diǎn)的電流產(chǎn)生熱，這些熱量經(jīng)過結(jié)點(diǎn)材料流向外部世界。 另一種方法是將溫度傳感器放在非?？拷雽?dǎo)體結(jié)點(diǎn)的位置，并且測(cè)量傳感器的輸出信號(hào)。隨著熱量流向外部區(qū)域，外部區(qū)域和傳感器的溫度升高。盡管這是一個(gè)很直接的過程，但由于傳感器尺寸有限，所以該方法具有

3、許多物理上的限制。在很多情況下，傳感器本身比要測(cè)量的結(jié)點(diǎn)的尺寸大，這就會(huì)給系統(tǒng)增加大量的熱，同時(shí)帶來額外的測(cè)量誤差，從而降低測(cè)量準(zhǔn)確度。因此，這種方法幾乎對(duì)大多數(shù)應(yīng)用都沒有用。測(cè)試設(shè)備圖1：在測(cè)試設(shè)置中，SMU被用來描繪半導(dǎo)體的正向壓降與結(jié)點(diǎn)溫度的關(guān)系。 SMU源測(cè)量單元source measure unit 一種更好的解決方法是利用結(jié)點(diǎn)本身作為溫度傳感器。對(duì)大多數(shù)材料來說，結(jié)點(diǎn)正向壓降和結(jié)點(diǎn)溫度之間都存在親密的相關(guān)性。什么時(shí)候結(jié)點(diǎn)正向壓降與結(jié)點(diǎn)溫度呈非線性關(guān)系取決于結(jié)點(diǎn)的材料和設(shè)計(jì)。在溫度高達(dá)80°C至100°C的正常工作環(huán)境中，假設(shè)大多數(shù)材料的結(jié)點(diǎn)正向壓降與結(jié)點(diǎn)溫度為線

4、性是平安的。非線性特性可以通過實(shí)驗(yàn)方法來確定，即在更高的環(huán)境溫度下測(cè)量電壓，直到結(jié)點(diǎn)正向壓降與結(jié)點(diǎn)溫度為非線性。對(duì)于大多器件而言，這種關(guān)系接近線性關(guān)系，可以用數(shù)學(xué)公式表達(dá)如下： TJ=(m×VF)+T0(1) 其中，TJ=結(jié)點(diǎn)溫度(單位：°C)；m=斜率 與器件相關(guān)的參數(shù)(與芯片襯底材料、芯片構(gòu)造、封裝構(gòu)造、發(fā)光波長(zhǎng)等都有關(guān)系 ) ，單位：°C/V ；VF=正向壓降；T0=截距(與器件相關(guān)的參數(shù)，單位：°C)。 在給定溫度下(TJ)下，半導(dǎo)體結(jié)點(diǎn)的正向壓降(VF)是一定的。假設(shè)我們?cè)趦煞N不同的溫度下測(cè)量VF，那么可以計(jì)算出某個(gè)結(jié)點(diǎn)的斜率(m)以及截距(T

5、0)。由于這是一種線性關(guān)系，所以我們只需測(cè)量VF，就可以利用式(1)計(jì)算不同狀態(tài)下的結(jié)點(diǎn)溫度。 TJ=(m×VF)+T0(1) 假設(shè)知道不同工作狀態(tài)和封裝的器件的TJ，我們就可以計(jì)算出不同封裝類型和設(shè)計(jì)的熱參數(shù)，比方熱阻。這在設(shè)計(jì)特定工作條件以確保器件使用壽命最長(zhǎng)時(shí)顯得尤為重要，因?yàn)闊嵝?yīng)是早期器件故障的主要原因。圖2：四線測(cè)量方法能減少引腳電阻導(dǎo)致的誤差。 結(jié)點(diǎn)溫度測(cè)試方法 在這個(gè)測(cè)試方法中，待測(cè)器件(DUT)device under test被放置在溫度試驗(yàn)箱內(nèi)并與驅(qū)動(dòng)設(shè)備和測(cè)量設(shè)備相連。驅(qū)動(dòng)設(shè)備可能是可編程電流源和伏特計(jì)，但其它儀器可以同時(shí)提供電流和測(cè)量電壓，這些儀器通常被稱為源測(cè)量單元(