CN204302210U - 一种用于测试led芯片热阻的装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种用于测试LED芯片热阻的装置。该装置包括计算机、控制单元、电流源、检测平台、恒温箱、用于对恒温箱进行温度调节的恒温夹具、温度采集单元；其中，计算机、控制单元、电流源和检测平台依次连接；恒温夹具分别与控制单元和恒温箱连接；温度采集单元分别与控制单元和检测平台连接；检测平台位于恒温箱内；在检测平台上放置被测LED芯片。该装置可以对LED芯片的热阻进行测试，并判定热阻的值是否达到了设计规范的要求，从而可以检测出不合格的芯片，因此有助于提高LED芯片产品的质量。

Description

一种用于测试LED芯片热阻的装置
技术领域
本实用新型涉及电子器件测试技术领域，特别涉及一种用于测试LED芯片热阻的装置。
背景技术
发光二极管(LED，Light Emitting Diode)是一种固体发光器件，它是由P型半导体和N型半导体所组成，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层即PN结。在PN结施加正向电压，使注入的少数载流子与多数载流子复合，从而把多余的能量以光的形式释放出来，把电能直接转换为光能，而且可以根据半导体材料自身的禁带宽度不同而发出各种不同波长的光。
作为新一代光源，LED具有如下的一些特点：工作电流小，耗能低；工作寿命长，其亮度半衰期可达到10万小时；响应时间快，一般可在几十纳秒的时间内响应；体积小，重量轻；绿色和环保，用LED作为光源不存在水银、铅等环境污染物。近年来随着LED发光强度的不断增加，其应用范围也不断扩大，它的应用领域包括各种交通信号灯、各种背光源、全彩的屏幕显示装置、汽车内外灯及显示装置、低压安全灯例如矿灯、室外景观照明、以及用于一般照明的LED灯等。
但是由于目前半导体制造技术的限制，大功率LED的输入功率中只有15％～30％的电能转换为光能，而其余的电能则以热能的形式被耗散掉了。通过这些热能的不断积累，会导致LED的结温升高，从而严重影响LED的光通量、寿命、可靠性等，并会导致发射光谱偏移、封装材料老化等。此外，由于单个LED的光输出比较低，对于普通照明来说往往需要将多个LED芯片集成在一个模块中以组成阵列性模组来提高光输出。当多个LED芯片集成在一起时，散热问题就变得尤为重要。因此，热问题关系到LED器件的光性能、电性能、色品质等一系列问题，影响了从芯片到系统各个层面的表现，制约了LED的进一步发展，已成为功率型LED的核心问题之一。
因此，对LED芯片需要进行热性能的测试，以检测芯片的结温是否满足设计指标的要求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用于测试LED芯片热阻的装置。与其他的对LED热阻的检测方法相比，在测试LED芯片时使用该装置，不但可以提高对热阻的检测精度，也可以提高操作的方便性与工作效率。
本实用新型的目的是通过下述技术方案实现：一种用于测试LED芯片热阻的装置，包括计算机、控制单元、电流源、用于放置被测LED芯片的检测平台、恒温箱、用于对恒温箱进行温度调节的恒温夹具和温度采集单元；其中，计算机、控制单元、电流源和用于放置被测LED芯片的检测平台依次连接；恒温夹具分别与控制单元和恒温箱连接；温度采集单元分别与控制单元和用于放置被测LED芯片的检测平台连接；用于放置被测LED芯片的检测平台位于恒温箱内。
所述的计算机优选为微型计算机，更优选为个人计算机，其CPU为1.5GHz以上，内存为512M以上，硬盘空间1G以上，操作系统为Windows系列，例如Windows2000/XP等。
所述的控制单元优选为单片机；更优选为型号为PIC16F887的单片机，该单片机采用数据总线和指令总线分离的哈佛总线结构，工作频率能达到20MHz，指令周期为200ns，具有八路10位的模数转换器，采样周期为20μs；以及具有上电复位、低电压复位、看门狗保护等抗干扰功能。控制单元的内部存储器中存储了对恒温夹具、电流源、温度采集单元等的工作过程进行控制的程序。
所述的电流源用于提供被测LED芯片的偏置电流，以及用于提供使被测LED芯片的温度不断升高的电流(称此时电流源所提供的这种电流为加热电流)。所述的电流源优选为能提供具有5mA～10A多档连续可调电流的电流源。
所述的恒温夹具优选为能提供0～180℃，且温度误差小于±0.5℃的恒温夹具。
所述的温度采集单元优选为能提供16位模数转换的芯片，这有利于进一步提高LED芯片热阻的检测精度。16位模数转换的芯片是在接收到与温度有关的信号之后，进行16位模数转换，并将转换结果送入到微型计算机的存储器中以及控制单元的内部存储器中；优选为Maxim公司的MAX1132芯片。
本实用新型的原理如下：
把热阻定义为沿器件热流通道上的温差与通道上的热耗散功率之比。对于LED，它通常取芯片PN结与热流通道上的某个参考点之间的温度差。对热阻的计算采用如下的方式：R＝(Tj-Tx)/PH。这里R代表热阻，Tj是测试条件稳定时的待测LED的结温，Tx是指定环境的参考温度，PH是待测LED的耗散功率。对PH的计算方式为：PH＝U·I·(1-w)，其中U为施加加热电流I时被测LED的正向偏压，w为此时LED的发光效率。
对结温Tj可通过如下方式进行计算：Tj＝Tj0+△Tj，△Tj＝μ×△Te。这里Tj0是待测器件未施加加热功率前的初始结温，△Tj是由于施加了加热功率所引起的结温变化量，△Te是温度敏感参数值的变化量，μ是表示△Tj与△Te之间关系的常量。本实用新型对结温Tj的测量是采用动态电学测量方法，是利用LED的PN结的正向压降与PN结的温度成线性关系这一特性，通过测量其在不同温度下的正向压降之差来得到LED的结温。
对LED芯片热阻的测试是在一密闭的温度可调的恒温箱内进行,这样可以减小环境温度对测量的影响；恒温夹具是具有能固定恒温箱的夹具结构的装置，用于对恒温箱进行温度的调节，以使恒温箱达到恒温，从而为被测LED芯片提供一个温度恒定的参考点。温度采集单元主要用于采集被测LED芯片的结温，这涉及对被测LED芯片在施加一定电流下的偏压、在施加了加热电流时的结温变化量等的数据采集。控制单元用于实现对整个装置的电源的启动和关闭、对被测LED芯片的偏置电流与加热电流的提供方式的选取、温度数据采集时的测量过程、脉冲信号、时序约束等多方面的控制。微型计算机用于计算并存储被测LED芯片的热特性参数(例如热阻与结温)的值，进行温度数据的误差估计，生成温度曲线以对温度数据进行显示，实现对温度数据的输出等。
本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：本实用新型所提供的用于测试LED芯片热阻的装置能有效地提高对LED芯片热阻的检测精度，同时操作过程更加方便。
附图说明
图1是本实用新型所述的用于测试LED芯片热阻的装置的结构示意图。
图2是本实用新型所述的用于测试LED芯片热阻的装置的工作示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例1
本实用新型提供了一种用于测试LED芯片热阻的装置，如图1所示：包括用于计算并存储被测LED芯片的热特性参数的值、以及实现温度数据的输出与保存等的微型计算机；用于实现对整个装置电源的启动与关闭、以及对温度数据的测量过程、脉冲信号、时序约束等多方面进行控制的控制单元；用于对被测LED芯片供电的电流源；用于放置被测LED芯片的检测平台；用于为被测LED芯片提供一个能保持恒定温度的恒温箱；用于对恒温箱进行温度调节并使恒温箱达到恒温的恒温夹具；用于对被测LED芯片的结温进行采集的温度采集单元；其中，计算机、控制单元、电流源和检测平台依次连接；恒温夹具分别与控制单元和恒温箱连接；温度采集单元分别与控制单元和检测平台连接；检测平台位于恒温箱内。
对该装置的操作包括如下主要步骤：首先，把被测LED芯片放置在检测平台上，检测平台位于一个密闭的温度可调的恒温箱内，以减小环境温度对测试过程的影响。其次，在被测LED上安装热沉(例如使用铜合金作为热沉的材料)，并且使得热沉与LED的封装面紧密接触，以减小两者之间的热阻。同时，在热沉上安放高精度的温度传感芯片,用以检测热沉以及被测LED芯片的温度。具体步骤如下：
步骤(1)：启动控制单元，即打开控制单元的电源开关并运行控制单元里的测试程序，使整个装置包括电流源、恒温夹具、温度采集单元等进入工作状态；
步骤(2)：启动微型计算机，即打开微型计算机的电源开关并运行计算机上的操作系统、测试程序等；
步骤(3)：根据被测LED芯片的功率大小，将恒温箱的温度设定在一个初始温度；这里，对功率较小(小于1W)的LED芯片，把初始温度设定为较小的值(例如1℃)；对功率较大(大于等于1W)的LED芯片，则把初始温度设定为较大的值(例如8℃)；
步骤(4)：在控制单元的作用下，通过电流源对被测LED芯片依次施加具有不同强度的电流，使得被测LED芯片中PN结的温度和正向压降之差发生变化；
步骤(5)：在被测LED芯片达到热平衡后，调节恒温夹具使恒温箱达到并保持恒温；
步骤(6)：使用温度采集单元对被测LED芯片的结温进行采集，并将得到的数据传送给控制单元和微型计算机；
步骤(7)：微型计算机对温度采集单元所传送来的关于温度特性的数据进行计算，获得被测LED芯片的热阻的值，进行温度数据的误差估计，并在微型计算机的显示器上对温度数据以及温度曲线进行显示。至此，操作的步骤就结束了。
本实用新型的工作示意图如图2所示：在控制单元的作用下，电流源产生一定强度的电流，并施加到被测LED芯片上；由温度采集单元对LED的结温进行采集；传送到微型计算机进行处理，从而获得被测LED芯片的热阻的值，并对温度数据等测试结果进行输出。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于测试LED芯片热阻的装置，其特征在于：包括计算机、控制单元、电流源、用于放置被测LED芯片的检测平台、恒温箱、用于对恒温箱进行温度调节的恒温夹具和温度采集单元；其中，计算机、控制单元、电流源和用于放置被测LED芯片的检测平台依次连接；恒温夹具分别与控制单元和恒温箱连接；温度采集单元分别与控制单元和用于放置被测LED芯片的检测平台连接；检测平台位于恒温箱内。
2.根据权利要求1所述的用于测试LED芯片热阻的装置，其特征在于：所述的计算机为微型计算机。
3.根据权利要求1所述的用于测试LED芯片热阻的装置，其特征在于：所述的控制单元为型号为PIC16F887的单片机。
4.根据权利要求1所述的用于测试LED芯片热阻的装置，其特征在于：所述的电流源为能提供具有5mA～10A多档连续可调电流的电流源。
5.根据权利要求1所述的用于测试LED芯片热阻的装置，其特征在于：所述的恒温夹具为能提供0～180℃，且温度误差小于±0.5℃的恒温夹具。
6.根据权利要求1所述用于测试LED芯片热阻的装置，其特征在于：所述的温度采集单元为能提供16位模数转换的芯片。
7.根据权利要求6所述的用于测试LED芯片热阻的装置，其特征在于：所述的温度采集单元为MAX1132芯片。
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CN106019111A (zh) * 2016-05-17 2016-10-12 杰华特微电子（杭州）有限公司 芯片测试方法
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