CN101441237A - 半导体发光器件热性能测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量半导体发光器件结温和热阻等热性能参数的半导体发光器件热性能测量装置。其可与被测试件相配合，它包括光测量装置和温控装置，与光测量装置、温控装置电连接的电驱动、测量电路，光测量装置和温控装置呈上下布置，电驱动、测量电路可与被测试件电连接。本发明的显著的进步为：1.光测量装置和温控装置呈上下布置，在装置上取放半导体发光器件时，可调节光测量装置和温控装置相对位置，操作简单方便；2.光电测量仪能准确测量光度量、辐射度量等光参数；3.散热器的结构合理，工作时对流环境良好，散热效果好；4.设置有定位测量装置，用于检测光测量装置与温控装置的相对位置，避免操作异常现象的出现。

Description

半导体发光器件热性能测量装置

【所属技术领域】

本发明涉及一种测量装置，尤其涉及一种用于测量半导体发光器件结温和热阻等热性能参数的半导体发光器件热性能测量装置。

【背景技术】

结温和热阻是衡量半导体发光器件及应用产品最重要的性能指标之一。半导体发光器件的核心是PN结，结温是指PN结的温度，热阻是指两点间的温度差与耗散的热功率之比，半导体发光器件的热性能测量主要是测量PN结到外壳的热阻。PN结位于半导体发光器件的内部，无法用温度探头对其温度进行直接测量，也无法测得热阻。因此，目前一般采用间接测试方法测试半导体发光器件的结温，然后利用结温、热功率、参考点温度获得PN结到参考点的热阻。目前测试半导体发光器件结温的方法主要有：蓝白比法、红外热像法、电测量法。

蓝白比法是利用半导体发光器件的蓝光发光与荧光粉发光随结温变化的不一致来确定结温，定义为光谱中整个白光的功率为W，B为蓝光部分的功率，那么比值R＝W/B应该是结温的函数。蓝白比法最大的优点是不需要破坏器件的整体性，是一种非接触的结温测量方法，但是蓝白比法只能用于测试蓝光芯片激发的LED，不能对所有的半导体发光器件进行测试。蓝白比法主要基于光测量装置。

红外热像法采用红外成像设备测量结温分布，测试方便快捷，但测试精度不高。

电测量法是利用半导体器件结温与结电压成固定关系的原理，通过测试半导体器件结电压测得结温。但是传统的基于电测量法的测量装置只能测试电参数，不包含光测量装置。但是半导体发光器件不同于一般的半导体器件，除了发热以外，半导体发光器件还发光，输入的电功率一部分转变成热功率，另一部分转变成了输出的光功率，因此，要正确测量半导体发光器件的热性能，必须增加光测量装置测量其输出的光功率。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种能准确测量半导体发光器件热性能的半导体发光器件热性能测量装置，该装置上的光测量装置、温控装置、电驱动和测量电路集成为一个装置总成，结构紧凑，且能同时测量所需的各个参数，测量方便准确，解决现有技术存在的测量误差较大，测量各个参数的装置零散，操作不甚便利等的问题。

本发明解决现有技术问题所采用的技术方案是：半导体发光器件热性能测量装置，其可与被测试件相配合，其特征在于它包括光测量装置和温控装置，与光测量装置、温控装置电连接的电驱动、测量电路，所述的光测量装置和温控装置呈上下布置，所述的电驱动、测量电路可与被测试件电连接。光测量装置和温控装置呈上下布置，安装被测试件(半导体发光器件)时，调整温控装置与光测量装置的相对位置关系，即可直接进行安装，操作简单方便；测量被测试件时，温控装置使被测试件处于相对恒温状态，减少测量误差，有利于测量的准确性；电驱动和测量电路点亮被测试件并测试被测试件的电参数和热性能参数，光测量装置测量被测试件的光功率等光参数。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明采用如下技术措施：

所述的光测量装置包括测光积分球，与测光积分球相配合的光探测装置，所述测光积分球的壁体上开有透光探测安装孔和受光孔，所述透光探测安装孔与光探测装置相配合，所述受光孔的设置位置可与被测试件相对应。积分球由上下两个半球组成，接缝处于水平方向或与水平方向成45度倾斜为佳，以避免被测试件的发光中心落在接缝处而影响测量的准确度。光探测装置与透光探测安装孔相配合的安装在测光积分球上，并且受光孔的设置位置可与被测试件相对应，目的在于能顺利的接收被测半导体发光器件射入测光积分球内的光，并进行分析。

所述的温控装置包括散热器、与散热器相配合的温度调节器、与温度调节器相配合的恒温座，温度传感器上的信号采集端可与放置在恒温座上的被测试件壳体直接连接，或者与恒温座相连接，信号输出端与电驱动和测量电路相连接，所述恒温座和温度调节器的裸露部分包覆有隔热层，该隔热层上开有被测试件放置口。温度传感器用来测量恒温座或被测试件基壳的温度，当测得的温度低于设定的目标温度时，温度调节器工作处于加热状态，从而提高恒温座和被测试件的温度，使其达到预定目标温度；反之，当测得的温度高于设定的目标温度时，温度调节器工作处于制冷状态，从而降低恒温座和被测试件的温度，使其达到预定目标温度。简而言之，温控装置使被测试件始终处于相对恒温状态，测试结果准确。

所述测光积分球的内部设有辅助发光体，内壁覆有漫反射材料层，所述的光探测装置包括光传导件、与光传导件的光线出口端相连接的光电测量仪，所述的光传导件为光纤或导光筒，其光线接收端与透光探测安装孔相配合地连接在测光积分球上，从积分球侧壁开孔出射的光经过光传导装置进入光电测量仪，所述的辅助发光体可由设于测光积分球外部的开关控制开闭。光传导件与透光探测安装孔相配合，可以顺利的将测光积分球内的光传送到光电测量仪上进行分析。

半导体发光器件热性能测量装置还包括平移台和基座，所述的光测量装置设置在平移台上，所述的平移台包括与基座相配合的驱动导轨，与驱动导轨配合的导轨滑套，与导轨滑套相固接的连接架，所述的测光积分球固定在连接架上，所述的平移台可通过电机或手动控制上下运动。驱动导轨可以为驱动螺杆。在恒温座上放置被测试件时，移动光测量装置，使积分球与温控装置之间形成一定的空间，方便放置被测试件，当放置动作完成后，移动光测量装置，使积分球与温控装置紧密接触，当被测试件通电发光时，所发出的光全部射入积分球内。

半导体发光器件热性能测量装置还包括平移台和基座，所述的温控装置设置在平移台上，所述的平移台包括与基座相配合的驱动导轨，与驱动导轨配合的导轨滑套，与导轨滑套相固接的连接架，所述的温控装置设置在连接架上，平移台可通过电机或手动控制上下运动。此方案为调节光测量装置和温控装置的相对位置的另一种方案。在恒温座上放置被测试件时，移动温控装置，使积分球与温控装置之间形成一定的空间，方便放置被测试件，当放置动作完成后，移动温控装置，使积分球与温控装置紧密接触，当被测试件通电发光时，所发出的光全部射入积分球内。

所述的平移台上设有定位测量装置。用于检测光测量装置与温控装置的相对位置。当温控装置和光测量装置紧密接触时，定位测量装置限制光测量装置与温控装置继续作靠近运动；当温控装置和光测量装置相对距离达到最大时，定位测量装置限制光测量装置与温控装置继续作分离运动。

至少在所述散热器的一端设有热对流风扇，形成横向散热方式，使散热气流横向流动。可以在散热器的一端或两端设置热对流风扇，散热器的设置有利于对温控装置进行良好的散热，有利于温控装置顺利工作。散热风扇和散热器的设置位置关系能形成良好的对流环境，提高散热效果。

所述测光积分球的内部设有辅助发光体，该辅助发光体可由设于测光积分球外部的开关控制开闭。辅助发光体可以为灯泡，是测试光功率时的辅助灯，用于修正被测器件即半导体发光器件对光的吸收不同导致测量误差的影响，其可根据实际需要通过控制开关调节亮度以及是否发光等状态。

所述的光电测量仪包括光谱辐射度计，积分式光度计或光功率计。光谱辐射度计、积分式光度计或光功率计分别都有计算机等数据处理设备相连接。积分式光度计或光功率计可以是带硅光电二极管探测器的光度计或光功率计。即使在光谱响应不匹配的情况下，光电测量仪也能准确测量光度量、辐射度量等光参数，避免了进行光谱响应匹配的处理。

本发明的显著的进步为：1、该装置上的光测量装置和温控装置呈上下布置，在装置上取放半导体发光器件时，可调节光测量装置和温控装置相对位置，操作简单方便；2、在不需要进行光谱响应匹配的情况下，光电测量仪能准确测量光度量、辐射度量等光参数；3、散热器的结构合理，工作时对流环境良好，散热效果好；4、设置有定位测量装置，用于检测光测量装置与温控装置的相对位置，避免操作异常现象的出现。

【附图说明】

图1为本发明的一种结构示意图；

图2为本发明的另一种结构示意图；

图3为图1或图2中温控装置的一种结构示意图。

图中：1-1.散热器；1-2.温度调节器；1-3.温度传感器；1-4.恒温座；1-5.隔热层；2.电驱动、测量电路；3-1.积分球；3-21.光传导装置；3-22.光电测量仪；4.被测试件；5.散热风扇；6-1.连接架，6-2.导轨滑套，6-3.驱动导轨；7.辅助发光体；8.基座；9.透光探测安装孔；10.受光孔；11.定位装置。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例1：半导体发光器件热性能测量装置，如图1和图3所示，它包括基座8，设于基座8上的光测量装置和温控装置，与光测量装置、温控装置电连接的电驱动、测量电路，光测量装置和温控装置呈上下布置，电驱动、测量电路可与被测试件4电连接。

光测量装置包括测光积分球3-1，与测光积分球3-1相配合的光探测装置，设于测光积分球3-1内的辅助发光体7，测光积分球3-1的侧壁上开有透光探测安装孔9，下方壁体上开有受光孔10，透光探测安装孔9与光探测装置相配合，受光孔10的设置位置可与被测试件4相对应。测光积分球3-1内壁覆有漫反射材料层，光探测装置包括光传导件3-21、与光传导件3-21的光线出口端相连接的光电测量仪3-22，光传导件3-21为光纤或导光筒，其光线接收端与透光探测安装孔9相配合的连接在测光积分球3-1上，从积分球侧壁开孔出射的光经过光传导装置3-21进入光电测量仪3-22，辅助发光体7可由设于测光积分球3-1外部的开关控制开闭。辅助发光体7可以为普通的灯泡，用于修正被测试件4对光的吸收不同导致测量误差的影响和校正光电测量仪3-22。光电测量仪包括光谱辐射度计，积分式光度计或光功率计。光谱辐射度计、积分式光度计或光功率计分别都有计算机等数据处理设备相连接。积分式光度计或光功率计可以是带硅光电二极管探测器的光度计或光功率计。光电测量仪的结构在无需进行光谱响应匹配的情况下就可以准确测量光度量、辐射度量等光参数。

温控装置包括散热器1-1、温度传感器1-3、与散热器1-1相配合的温度调节器1-2、与温度调节器1-2相配合的恒温座1-4，温度传感器1-3上的信号采集端可与恒温座1-4或放置在恒温座1-4上的被测试件4壳体直接连接，信号输出端与电驱动、测量电路2相连接，恒温座1-4和温度调节器1-2的裸露部分包覆有隔热层1-5，该隔热层1-5上开有被测试件放置口。散热器1-1上设有复数个横向的散热槽，在散热槽的两端设有热对流风扇5，形成横向散热方式，使散热气流横向流动。

光测量装置设置在平移台上，所述的平移台包括与基座8相配合的驱动导轨6-3(如驱动螺杆)，与驱动导轨6-3配合的导轨滑套6-2，与导轨滑套6-2相固接的连接架6-1，所述的测光积分球3-1固定在连接架6-1上，所述的平移台可通过电机或手动控制上下运动。平移台上安装有定位测量装置11，用于检测光测量装置与温控装置的相对位置。

使用时，被测试件4(即半导体发光器件，如LED灯)安装在恒温座1-4上，并与电驱动、测量电路电连接，对被测试件4供电，使其发光，此时，测量电路可以测量被测试件4上的电参数。温度传感器用来测量被测试件4的温度，当测得的温度低于设定的目标温度时，电驱动、测量电路控制温度调节器对恒温座1-4加热，从而使被测试件4受热，温度提高，达到预定目标温度；反之，当测得的温度高于设定的目标温度时，电驱动、测量电路控制温度调节器对恒温座1-4制冷，从而使被测试件4温度降低，达到预定目标温度，被测试件4始终处于相对恒温的状态。光测量过程中，积分球3-1下方壁体上的受光孔10与恒温座1-4紧密配合，被测试样4所发出的光通过受光孔10全部射入测光积分球内，通过测光积分球内壁的反射后，又通过与透光探测安装孔相配合的光传导装置将光传送到光电测量仪上对光进行分析，得到光功率，通过计算得到热功率，利用电压参数计算得到结温，利用结温、壳温和热功率计算得到热阻。

实施例2：半导体发光器件热性能测量装置，如图2所示，温控装置设置在平移台上，所述的平移台包括与基座8相配合的驱动导轨6-3，与驱动导轨6-3配合的导轨滑套6-2，与导轨滑套6-2相固接的连接架6-1，所述的温控装置设置在连接架6-1上，平移台可通过电机或手动控制上下运动。

Claims (10)

1.半导体发光器件热性能测量装置，其可与被测试件(4)相配合，其特征在于它包括光测量装置和温控装置，与光测量装置、温控装置电连接的电驱动、测量电路，所述的光测量装置和温控装置呈上下布置，所述的电驱动、测量电路可与被测试件(4)电连接。

2.根据权利要求1所述的半导体发光器件热性能测量装置，其特征在于所述的光测量装置包括测光积分球(3-1)，与测光积分球(3-1)相配合的光探测装置，所述测光积分球(3-1)的壁体上开有透光探测安装孔(9)和受光孔(10)，所述透光探测安装孔(9)与光探测装置相配合，所述受光孔(10)的设置位置可与被测试件(4)相对应。

3.根据权利要求1或2所述的半导体发光器件热性能测量装置，其特征在于所述的温控装置包括散热器(1-1)、与散热器(1-1)相配合的温度调节器(1-2)、与温度调节器(1-2)相配合的恒温座(1-4)，温度传感器(1-3)上的信号采集端可与放置在恒温座(1-4)上的被测试件(4)壳体直接连接，或者与恒温座(1-4)相连接，信号输出端与电驱动、测量电路(2)相连接，所述恒温座(1-4)和温度调节器(1-2)的裸露部分包覆有隔热层(1-5)，该隔热层(1-5)上开有被测试件(4)放置口。

4.根据权利要求3所述的半导体发光器件热性能参数测量装置，其特征在于所述测光积分球(3-1)的内壁覆有漫反射材料层，所述的光探测装置包括光传导件(3-21)、与光传导件(3-21)的光线出口端相连接的光电测量仪(3-22)，所述的光传导件(3-21)为光纤或导光筒，其光线接收端与透光探测安装孔(9)相配合地连接在测光积分球(3-1)上，从积分球侧壁开孔出射的光经过光传导装置(3-21)进入光电测量仪(3-22)。

5.根据权利要求4所述的半导体发光器件热性能参数测量装置，其特征在于半导体发光器件热性能测量装置还包括平移台，所述的光测量装置设置在平移台上，所述的平移台包括与基座(8)相配合的驱动导轨(6-3)，与驱动导轨(6-3)配合的导轨滑套(6-2)，与导轨滑套(6-2)相固接的连接架(6-1)，所述的测光积分球(3-1)固定在连接架(6-1)上，所述的平移台可通过电机或手动控制上下运动。

6.根据权利要求4所述的半导体发光器件热性能参数测量装置，其特征在于半导体发光器件热性能测量装置还包括平移台，所述的温控装置设置在平移台上，所述的平移台包括与基座(8)相配合的驱动导轨(6-3)，与驱动导轨(6-3)配合的导轨滑套(6-2)，与导轨滑套(6-2)相固接的连接架(6-1)，所述的温控装置设置在连接架(6-1)上，平移台可通过电机或手动控制上下运动。

7.根据权利要求5或6所述的半导体发光器件热性能参数测量装置，其特征在于所述的平移台上设有定位测量装置(11)。

8.根据权利要求7所述的半导体发光器件热性能参数测量装置，其特征在于至少在所述散热器(1-1)的一端设有热对流风扇(5)，形成横向散热方式，使散热气流横向流动。

9.根据权利要求8所述的半导体发光器件热性能参数测量装置，其特征在于所述测光积分球(3-1)的内部设有辅助发光体(7)，该辅助发光体(7)可由设于测光积分球(3-1)外部的开关控制开闭。

10.根据权利要求9所述的半导体发光器件热性能参数测量装置，其特征在于所述的光电测量仪(3-22)包括光谱辐射度计，积分式光度计或光功率计。

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