DE10206393A1 - Determination of the temperature in a component, especially a semiconductor component, comprises acquiring the radiation emitted by the component, and determining the temperature from the acquired measured values - Google Patents
Determination of the temperature in a component, especially a semiconductor component, comprises acquiring the radiation emitted by the component, and determining the temperature from the acquired measured valuesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Temperatur in einem Bauelement, insbesondere in einem Halbleiterbauelement, eine korrespondierende Vorrichtung sowie ein Halbleiterbauelement mit einer solchen integrierten Vorrichtung. The invention relates to a method for determining the Temperature in a component, especially in one Semiconductor component, a corresponding device and a Semiconductor component with such an integrated Contraption.
Vor allem bei leistungselektronischen Bauelementes (LEB) besteht generell die Anforderung, ein möglichst genaues Messsignal der Halbleitertemperatur zur Verfügung zustellen. Da solche leistungselektronischen Bauelemente in der Regel im Spannungsbereich > 50 V DC angewendet werden, ist dabei jedoch eine sichere Potentialtrennung erforderlich. Especially with power electronic components (LEB) there is generally a requirement to be as accurate as possible Provide the measurement signal of the semiconductor temperature. There such power electronic components usually in Voltage range> 50 V DC can be used, however safe electrical isolation is required.
Der Anwender eines leistungselektronischen Bauelementes (LEB) benutzt dieses Temperatursignal häufig zur Bestimmung der Sperrschichttemperatur des leistungselektronischen Bauelementes (LEB). Daher ist es von Vorteil, und für die Anwendung erforderlich, wenn die Temperaturerfassung physikalisch möglichst nahe an den Halbleiter heran reicht, ihn möglichst kontaktiert oder Bestandteil dessen ist. The user of a power electronic component (LEB) often uses this temperature signal to determine the Junction temperature of the power electronics Component (LEB). Therefore, it is beneficial and for the application required if the temperature detection is physical as close as possible to the semiconductor, as far as possible contacted or is part of it.
Bisher wurden leistungselektronische Bauelemente (LEB) für den Mittelspannungsbereich regelmäßig ohne Temperatursensoren aufgebaut. Im Niederspannungsbereich kommen bei leistungselektronischen Bauelementes (LEB) in Modulbauform zumeist NTC-Widerstände zur Temperaturerfassung zum Einsatz. So far, power electronic components (LEB) have been used for the medium voltage range regularly without temperature sensors built up. In the low voltage range come Power electronic component (LEB) mostly in module design NTC resistors are used for temperature detection.
Letztere bekannte Variante besitzt den Vorteil, dass diese einfach und kostengünstig zu realisieren ist. Jedoch treten dabei auch entscheidende Nachteile auf, wie der Mangel einer sicheren elektrischen Trennung, weshalb diese bekannte Lösungsmöglichkeit nicht bei Bauelementen höherer Spannung in Betracht kommt. The latter known variant has the advantage that this is easy and inexpensive to implement. However kick doing so also has crucial disadvantages, such as the lack of a safe electrical isolation, which is why this is known Possible solution not for components with higher voltages comes into consideration.
Hinzu kommt, dass der gemessene Temperaturwert physikalisch über mehrere Wärmeübergänge mit verschiedenen Chips eines leistungselektronischen Bauelementes (LEB) verkoppelt ist, weshalb kein direkter Temperaturbezug zur Sperrschicht hergestellt werden kann. In addition, the measured temperature value is physical over several heat transfers with different chips one power electronic component (LEB) is coupled, which is why there is no direct temperature reference to the barrier layer can be manufactured.
Im Fehlerfall kann außerdem auf den Messkanal die Spannung des leistungselektronischen Bauelementes (LEB) gelangen. Daher ist dieses Messverfahren für leistungselektronischen Bauelementes (LEB) höherer Spannung ungeeignet. Für eine sichere Trennung muss erhöhter Aufwand getrieben werden, der u. a. aus Kostengründen unerwünscht ist. In the event of a fault, the voltage can also be applied to the measuring channel of the power electronic component (LEB). Therefore, this measurement method is for power electronics Component (LEB) higher voltage unsuitable. For a safe Separation must be driven increased effort, which u. a. out Unwanted cost reasons.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Methode zur Temperaturbestimmung bei Bauelementen vorzuschlagen, die auf kostengünstige Weise neben einer sicheren elektrischen Trennung eine möglichst exakte Temperatur der Bauelementeoberfläche liefert. The object of the present invention is therefore a Method for determining the temperature of components propose that in a cost-effective manner in addition to a safe electrical separation as accurate as possible Component surface delivers.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe zum einen durch ein Verfahren zur Ermittlung der Temperatur in einem Bauelement, insbesondere in einem Halbleiterbauelement gelöst, indem eine vom Bauelement emittierte Strahlung erfasst wird und anhand der erfassten Messwerte auf die Temperatur geschlossen wird. According to the present invention, on the one hand, this object through a method of determining the temperature in a Component, in particular in a semiconductor component solved by detecting radiation emitted by the component and based on the recorded measured values on the temperature is closed.
Dies gelingt erfindungsgemäß besonders erfolgreich, indem das Bauelement mit einem lumineszierenden Material in Verbindung gebracht wird, das durch Absorption von ersten Photonen zur Emission von zweiten Photonen angeregt wird, wobei die Temperatur des Bauelementes anhand der Intensität der emittierten zweiten Photonen ermittelt wird. According to the invention, this is particularly successful in that Component in connection with a luminescent material is brought to the by absorption of first photons Emission of second photons is excited, the Temperature of the component based on the intensity of the emitted second photons is determined.
Dazu hat es sich als günstig erwiesen, wenn das lumineszierende Material auf dem Bauelement aufgebracht wird. Alternativ kann das lumineszierende Material auch in das Bauelement integriert werden. It has proven to be beneficial if that luminescent material is applied to the component. Alternatively, the luminescent material can also be incorporated into the component to get integrated.
Vorzugsweise wird zur Anregung des lumineszierenden Materials die Strahlung einer Lichtquelle über einen Lichtwellenleiter zugeführt, der gleichzeitig zur Rückführung der emittierten zweiten Photonen zu einem Photonenstromerfassungssystem dient. It is preferred to excite the luminescent material the radiation from a light source via an optical waveguide fed, which at the same time to return the emitted second photons to a photon current detection system serves.
Weiter hat es sich als günstig erwiesen, wenn zeitgleich mit der Anregungsstrahlung für das lumineszierende Material eine Zeitmessung gestartet wird und durch Vergleich der gemessenen emittierten zweiten Photonen zu verschiedenen Zeitpunkten mit einer Referenzkurve die Temperatur des Bauelementes bestimmt wird. It has also proven to be cheap if at the same time as the excitation radiation for the luminescent material Time measurement is started and by comparing the measured emitted second photons at different times determines the temperature of the component using a reference curve becomes.
Besonders erfolgreich ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung, wenn das Bauelement ein Leistungshalbleiter ist, dessen Sperrschichttemperatur ermittelt wird. The method of the present is particularly successful Invention if the component is a power semiconductor whose junction temperature is determined.
Als ein bevorzugtes lumineszierendes Material hat sich dabei ZnS-Cu erwiesen. It has proven to be a preferred luminescent material ZnS-Cu proved.
Ferner wird die Aufgabe der Erfindung gelöst, indem anhand der maximalen Wellenlänge der vom Halbleiterelement emittierten Infrarotstrahlung auf die Temperatur geschlossen wird. Furthermore, the object of the invention is achieved by using the maximum wavelength of that from the semiconductor element emitted infrared radiation to the temperature.
Beide erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung der Temperatur in einem Bauelement eignen sich hervorragend zur Statusdiagnose in einem Frequenzumrichtersystem mit Halbleiterbauelementen als Stromventile. Both methods according to the invention for determining the The temperature in a component is ideal for Status diagnosis in a frequency converter system with Semiconductor components as current valves.
Eine andere bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung der Temperatur in einem Bauelement besteht in der Ermittlung einer dem Strom in dem Bauelement proportionalen Größe anhand der ermittelten Temperatur bei vorgegebenen Kühlbedingungen. Another preferred use of the invention Method for determining the temperature in a component consists in determining the current in the component proportional size based on the determined temperature given cooling conditions.
Ferner wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Ermittlung
der Temperatur in einem Bauelement gelöst, wobei das
Bauelement mit einem lumineszierenden Material in Verbindung steht,
mit
- - einer Strahlungsquelle zur Generierung einer Anregungsstrahlung für das lumineszierende Material,
- - einem Photostromerfassungssystem zur Auswertung von vom lumineszierenden Material emittierten Photonen,
- - einem ersten Übertragungssystem für die Anregungsstrahlung zum lumineszierenden Material,
- - einem zweiten Übertragungssystem für zum Photostromerfassungssystem emittierte Photonen,
- - einem Zeitmesssystem und
- - einer Steuereinheit, durch die die Strahlungsquelle und das Zeitmesssystem ansteuerbar sind und die Ausgangssignale des Photonenstromerfassungssystems durch Vergleich mit einer Referenzkurve so auswertbar sind, dass anhand der Intensität der vom lumineszierenden Material emittierten Photonen ein Temperaturwert ermittelbar ist.
- a radiation source for generating an excitation radiation for the luminescent material,
- a photocurrent detection system for evaluating photons emitted by the luminescent material,
- a first transmission system for the excitation radiation to the luminescent material,
- a second transmission system for photons emitted to the photostream detection system,
- - a timing system and
- - A control unit by means of which the radiation source and the time measurement system can be controlled and the output signals of the photon current detection system can be evaluated by comparison with a reference curve in such a way that a temperature value can be determined on the basis of the intensity of the photons emitted by the luminescent material.
Dabei hat es sich als erfolgreich erwiesen, wenn das erste und das zweite Übertragungssystem durch einen Lichtwellenleiter gebildet werden, der einen Strahlteiler zur Trennung von Anregungsstrahlung und der vom lumineszierenden Material (2) emittierten Photonen aufweist. It has proven successful if the first and the second transmission system are formed by an optical waveguide which has a beam splitter for separating excitation radiation and the photons emitted by the luminescent material ( 2 ).
Eine solche erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt außerdem die Möglichkeit, in ein Halbleiterbauelement integriert zu werden, z. B. zum Einsatz in einem Umrichtersystem mit Stromventilen in Form von Leistungshalbleitern auf der Grundlage von solchen erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementen. Such a device according to the invention also has the Possibility of being integrated in a semiconductor component be, e.g. B. for use in a converter system Flow valves in the form of power semiconductors based on such semiconductor devices according to the invention.
Die vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Systeme leisten beides, zum einen kann die Oberflächentemperatur des Kristalls eines leistungselektronischen Bauelementes (LEB) mit einer Temperaturmessgenauigkeit von +/-2 K driftfrei erfasst werden und zum anderen erfolgt eine sichere Potentialtrennung bis zu 20 kV. The proposed systems according to the invention achieve both on the one hand, the surface temperature of the crystal can be one power electronic component (LEB) with a Temperature measurement accuracy of +/- 2 K can be recorded without drift and at others are safely isolated up to 20 kV.
Weitere Vorteile und Details der Erfindung ergeben sich anhand der folgenden Ausführungen eines Ausführungsbeispiels und in Verbindung mit den Figuren. Es zeigen jeweils in Prinzipdarstellung: Further advantages and details of the invention emerge based on the following statements of an embodiment and in connection with the figures. Each show in Schematic diagram:
Fig. 1 eine Anordnung zur T-Messung nach dem Lumineszensverfahren gemäß der Erfindung und Fig. 1 shows an arrangement for T measurement by the luminescent method according to the invention and
Fig. 2 ein Blockschaltbild des Funktionsprinzips der in Fig. 1 gezeigten Anordnung. Fig. 2 is a block diagram of the functional principle of the arrangement shown in Fig. 1.
Gemäß der Erfindung werden, wie vorangehend beschrieben, zwei
Systeme vorgeschlagen, die auf verschiedenen physikalischen
Effekten beruhen. Dies sind die
- - Messung durch Ausnutzung des Lumineszenzeffektes und
- - Messung der vom Halbleiterchip emittierten Infrarot- Strahlung.
- - Measurement by utilizing the luminescent effect and
- - Measurement of the infrared radiation emitted by the semiconductor chip.
Zunächst soll die erfindungsgemäße Lösung unter Ausnutzung des Lumineszenseffektes näher erläutert werden. Dazu wird zunächst auf den physikalischen Hintergrund näher eingegangen. First, the solution according to the invention should be used of the luminescence effect are explained in more detail. This will first deal with the physical background.
Bei diesem Messsystem kann die Temperaturabhängigkeit der Photolumineszenz ausgenutzt werden. Es wird ein lumineszierender Stoff durch Absorption von Photonen zur Emission von Photonen geringerer Energie (größere Wellenlänge) angeregt. Als lumineszierendes Material eignet sich z. B. ZnS-Cu. With this measuring system, the temperature dependence of the Photoluminescence can be used. It will be a luminescent substance by absorption of photons to emit Lower energy (longer wavelength) photons excited. As a luminescent material z. B. ZnS-Cu.
Die Intensität der emittierten Photonen ist
temperaturabhängig. In einem luminusszierenden Material werden durch
absorbierte Photonen mit der Energie
E = h.ν1
Elektronen ins Leitungs- bzw. Valenzband angeregt. Dabei
besetzen diese auch höhere Schwingungsniveaus
(Zwischenzustände). Die Schwingungsenergie wird durch Molekühlzusammenstöße
abgegeben (dissipiert), so dass die Quanten der emittierten
Strahlung energieärmer als die der absorbierten sind (daher
größere Wellenlänge). Die Emission wird durch Rekombination
eingeleitet. Die dabei emittierte Strahlung stellt die
Lumineszenz da.
The intensity of the emitted photons is temperature-dependent. In a luminous material, absorbed by photons with energy
E = h.ν1
Electrons excited into the conduction or valence band. They also occupy higher vibration levels (intermediate states). The vibrational energy is given off (dissipated) by molecular collisions, so that the quanta of the emitted radiation are less energy than those of the absorbed (hence longer wavelength). The emission is initiated by recombination. The radiation emitted represents the luminescence.
Die Lumineszenz erfolgt in Abhängigkeit vom Elektronenspin
quasi unverzögert mit
Δt ≍ 10-9 . . . 10-4 s
bei disssipation ohne Spinumkehr bzw. zeitverzögert mit
Δt > 10-3 s
bei dissipation mit Spinumkehr.
Depending on the electron spin, the luminescence occurs with almost no delay
Δt ≍ 10 -9 . , , 10 -4 s
in the case of dissipation without spin reversal or delayed with
Δt> 10 -3 s
in the case of dissipation with spin reversal.
Die Rekombinationsrate, und damit die Intensität der
emittierten Strahlung
E2 = h.(ν1 - Δν)
ist um so intensiver, je höher die Temperatur ist. Diese
Intensität der emittierten Strahlung klingt mit einer
hyperbolischen Zeitfunktion ab, die um so steiler ist, je höher die
Intensität und die Temperatur ist.
The recombination rate, and thus the intensity of the radiation emitted
E 2 = h. (Ν1 - Δν)
is the more intense the higher the temperature. This intensity of the emitted radiation decays with a hyperbolic time function, which is steeper the higher the intensity and the temperature.
Dieser Effekt lässt sich durch das im folgenden beschriebene und in der Darstellung nach Fig. 1 gezeigte System zur Temperaturbestimmung ausnutzen. This effect can be exploited by the system for temperature determination described below and shown in the illustration in FIG. 1.
Wesentliche Komponenten eines solchen
Online-Temperaturmesssystems sind die folgenden Komponenten:
- - Lichtsende-Steuereinheit
- - Übertragungssystem (Lichtwellenleiter)
- - Lumineszierendes Material.
- - Light transmitter control unit
- - transmission system (fiber optic)
- - Luminescent material.
Ein solches erfindungsgemäßes System kann eine Gestalt gemäß der Fig. 1 und Fig. 2 haben. Während die Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer vorteilhaften Anordnung zeigt, verdeutlicht Fig. 2 das allgemeine Funktionsprinzip anhand eines Blockschaltbilds. Such a system of the invention can be a shape shown in FIG. 1 and FIG. 2 have. While FIG. 1 shows the basic structure of an advantageous arrangement, FIG. 2 illustrates the general functional principle using a block diagram.
Von einer Strahlungsquelle 4, z. B. einer LED, wird die
Anregungsstrahlung (mit einer Frequenz ν1) geeigneter Wellenlänge
λ1 = c/ν1
in einen geeigneten Lichtleiter 3, (z. B. einen
Kunststofflichtleiter) eingekoppelt. Gleichzeitig wird ein
Zeitmesssystem 9 (z. B. einen Zähler) getriggert. Dieser Triggervorgang
erfolgt durch eine Steuereinheit 10, z. B. einen Pulsgeber.
From a radiation source 4 , e.g. B. an LED, the excitation radiation (with a frequency ν1) of suitable wavelength
λ 1 = c / ν1
coupled into a suitable light guide 3 (e.g. a plastic light guide). At the same time, a timing system 9 (e.g. a counter) is triggered. This triggering process is carried out by a control unit 10 , e.g. B. a pulse generator.
Diese Anregungsstrahlung mit λ1 gelangt zum lumineszierenden Material 2. Dieses befindet sich direkt auf dem Messobjekt, z. B. einem Halbleiterchip oder Hot Spot Chip 1, oder es ist in diesem integriert. This excitation radiation with λ 1 reaches the luminescent material 2 . This is located directly on the measurement object, e.g. B. a semiconductor chip or hot spot chip 1 , or it is integrated in this.
Durch den oben beschriebenen Effekt wird Strahlung mit der
Wellenlänge
λ1 = c/(ν1 - Δν)
emittiert mit der Intensität
I = I(T, t)
mit T als Temperatur und t als Zeitkomponente.
Due to the effect described above, radiation with wavelength
λ 1 = c / (ν1 - Δν)
emits with the intensity
I = I (T, t)
with T as the temperature and t as the time component.
Diese Strahlung gelangt durch den Lichtleiter 3 und einen Strahlteiler 3' zum Photostromerfassungssystem 5 in Bild 1). Dieses misst den Photostrom zeitlich gesteuert durch das Zeitmesssystem 9 (Triggerung der Photostrommessung). This radiation passes through the light guide 3 and a beam splitter 3 'to the photostream detection system 5 in Figure 1). This measures the photocurrent in a time-controlled manner by the timing system 9 (triggering the photocurrent measurement).
Durch einen Vergleich der gemessenen Photoströme zu verschiedenen Zeitpunkten mit einer Referenzkurve 11 wird schließlich die Temperatur des Messobjektes bestimmt. The temperature of the measurement object is finally determined by comparing the measured photocurrents at different times with a reference curve 11 .
Im folgenden wird nun die zweite Variante der Erfindung auf der Grundlage einer direkten Messung der vom Chip emittierten IR Strahlung näher erläutert. The second variant of the invention will now be described below based on a direct measurement of the emitted by the chip IR radiation explained.
Wird beispielsweise ein leistungselektronisches Bauelement betrieben, so entsteht durch Sperr-, Leit- und Schalt-Verlustenergien eine Erwärmung der Halbleiterchips innerhalb des leistungselektronischen Bauelementes. Durch diese Erwärmung liegt das Emissionsspektrum des Halbleiters deutlich über dem der Umgebung. Das Maximum der vom Halbleiter emittierten Strahlungsdichte ist nach dem Planck'schen Strahlungsgesetz ein direktes Abbild der Temperatur. For example, becomes a power electronic component operated, arises through blocking, control and Switching loss energies heat the semiconductor chips within the power electronic component. Because of this warming the emission spectrum of the semiconductor is clearly above that the environment. The maximum of those emitted by the semiconductor Radiation density is according to Planck's law of radiation a direct representation of the temperature.
So lässt sich für einen Chip mit der Temperatur von ca. 1
150°C = 423 K die Wellenlänge des Maximums der Strahlungsdichte
mit der Ableitung des Planck'schen Strahlungsgesetzes
bestimmen:
fmax = kBoltzmann.2,82.T/h = 2,48.1013 1/s,
was einer Wellenlänge von λ = c/fmax = 12 µm entspricht.
For a chip with a temperature of approx. 1 150 ° C = 423 K, the wavelength of the maximum of the radiation density can be determined using the derivative of Planck's law of radiation:
f max = k Boltzmann .2.82.T / h = 2.48.10 13 1 / s,
which corresponds to a wavelength of λ = c / f max = 12 µm.
Durch Bestimmung dieser maximalen Wellenlänge bekommt man einen direkten Bezug zur Temperatur des Messobjektes, in diesem Falle dem Halbleiterchip, und kann so auf einfache Weise dessen Temperatur bestimmen. By determining this maximum wavelength you get a direct reference to the temperature of the measurement object, in this Trap the semiconductor chip, and so can easily determine its temperature.
Die vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Systeme erlauben eine Temperaturmessung der Chip-Temperaturen direkt am Halbleiterchip mit dem Möglichkeit einer sicheren Potentialtrennung für hohe Spannungen. The proposed systems according to the invention allow one Temperature measurement of the chip temperatures directly on Semiconductor chip with the possibility of safe electrical isolation for high tensions.
In Umrichtersystemen kann das den Vorteil einer präzisen Überwachungsmöglichkeit von leistungselektronischen Bauelementen wie etwa halbleiterbasierten Stromventilen haben. Damit ist für intelligente Umrichtersysteme die Möglichkeit einer Statusdiagnose durch Schalten von Referenzpulsen und Vergleich mit Sollwerten gegeben. Daraus lassen sich Informationen wie Reduktion der Lebensdauer (Wechsellastfestigkeit der Lötverbindung) o. ä. generieren. In converter systems, this can have the advantage of being precise Possibility of monitoring power electronics Components such as semiconductor-based flow valves. In order to is an option for intelligent converter systems Status diagnosis by switching reference pulses and Comparison with target values given. From that you can Information such as reducing the service life (alternating load resistance of the Generate solder joint) or similar.
Auf der Grundlage der vorliegenden Erfindung ist es nunmehr darüber hinaus auch möglich, aus den gemessenen Temperaturen bei bekannten Kühlbedingungen auf den Strom in einem leistungselektronischen Bauelement zu schließen. It is now based on the present invention furthermore also possible from the measured temperatures with known cooling conditions on the current in one close power electronic component.
Die gesamte Steuer- und Auswertelogik der in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Anordnung kann z. B. in einem ASIC (anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis) angeordnet werden. Dieser ASIC kann auch den Lichtleiter-Anschluss besitzen. The entire control and evaluating logic of the arrangement shown in Fig. 1 and Fig. 2 z can. B. in an ASIC (application specific integrated circuit). This ASIC can also have an optical fiber connection.
Vorzugsweise besitzt ein solches leistungselektronisches Bauelement eine Anschlussmöglichkeit für den Lichtleiter und das lumineszierende Material am oder im Hotspot Chip. Es ist aber auch denkbar, dass die gesamte Einheit vollständig in das leistungselektronische Bauelement integriert ist. Dieses besitzt dann einen elektrischen Ausgang für die aktuelle Hotspot Temperatur. Such a power electronics preferably has Component a connection option for the light guide and that luminescent material on or in the hotspot chip. But it is also conceivable that the entire unit completely in the Power electronic component is integrated. This then has an electrical output for the current one Hotspot temperature.
Claims (16)
einer Strahlungsquelle (4) zur Generierung einer Anregungsstrahlung für das lumineszierende Material,
einem Photonenstromerfassungssystem (5) zur Auswertung von vom lumineszierenden Material emittierten Photonen,
einem ersten Übertragungssystem für die Anregungsstrahlung zum lumineszierenden Material,
einem zweiten Übertragungssystem für zum Photostromerfassungssystem (5) emittierte Photonen,
einem Zeitmesssystem (9) und
einer Steuereinheit (10), durch die die Strahlungsquelle (4) und das Zeitmesssystem (9) ansteuerbar sind und die Ausgangssignale des Photostromerfassungssystems (5) durch Vergleich mit einer Referenzkurve (11) so auswertbar sind, dass anhand der Intensität der vom lumineszierenden Material (2) emittierten Photonen ein Temperaturwert ermittelbar ist. 12. Device for determining the temperature in a component, the component ( 1 ) being connected to a luminescent material ( 2 )
a radiation source ( 4 ) for generating an excitation radiation for the luminescent material,
a photon current detection system ( 5 ) for evaluating photons emitted by the luminescent material,
a first transmission system for the excitation radiation to the luminescent material,
a second transmission system for photons emitted to the photocurrent detection system ( 5 ),
a timing system ( 9 ) and
a control unit ( 10 ), by means of which the radiation source ( 4 ) and the timing system ( 9 ) can be controlled and the output signals of the photostream detection system ( 5 ) can be evaluated by comparison with a reference curve ( 11 ) in such a way that the intensity of the luminescent material ( 2 ) a temperature value can be determined emitted photons.
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| DE10206393A DE10206393A1 (en) | 2002-02-15 | 2002-02-15 | Determination of the temperature in a component, especially a semiconductor component, comprises acquiring the radiation emitted by the component, and determining the temperature from the acquired measured values |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE10206393A1 true DE10206393A1 (en) | 2003-09-04 |
Family
ID=27674683
Family Applications (1)
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| DE10206393A Withdrawn DE10206393A1 (en) | 2002-02-15 | 2002-02-15 | Determination of the temperature in a component, especially a semiconductor component, comprises acquiring the radiation emitted by the component, and determining the temperature from the acquired measured values |
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| US4789992A (en) * | 1985-10-15 | 1988-12-06 | Luxtron Corporation | Optical temperature measurement techniques |
| US5112137A (en) * | 1991-04-10 | 1992-05-12 | Luxtron Corporation | Temperature measurement with combined photo-luminescent and black body sensing techniques |
| EP0913676A1 (en) * | 1997-11-01 | 1999-05-06 | Rolls-Royce Plc | Method and apparatus for temperature measurement |
-
2002
- 2002-02-15 DE DE10206393A patent/DE10206393A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4789992A (en) * | 1985-10-15 | 1988-12-06 | Luxtron Corporation | Optical temperature measurement techniques |
| US5112137A (en) * | 1991-04-10 | 1992-05-12 | Luxtron Corporation | Temperature measurement with combined photo-luminescent and black body sensing techniques |
| EP0913676A1 (en) * | 1997-11-01 | 1999-05-06 | Rolls-Royce Plc | Method and apparatus for temperature measurement |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Z.: IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 20, No. 6, November 1977, S. 2227-2232 * |
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