一种无冷板的大功率led器件固晶层散热性能快速评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于半导体器件技术领域，设及一种无冷板的大功率L邸器件固晶层散热 性能快速评估方法。
【背景技术】
[0002] 功率型LED的光电性能W及可靠性与巧片结温息息相关，有效的热管理W及封装 设计是保证L邸器件长期稳定工作的关键。L邸巧片产生的热量主要是通过热传导的方式 从巧片经过固晶层和热沉传到外部散热器或者环境中，其中固晶层是连接巧片和热沉的媒 介，对L邸的整个热传导起着重要作用，其散热性能直接影响L邸器件的结温和可靠性。在 L邸器件固晶工艺中，支架表面或者巧片表面随机的杂质污染、环境灰尘或者水汽侵入固晶 材料等往往会导致固晶层出现孔隙、粘接界面间裂纹或者分层等缺陷，导致其散热性能变 差，甚至造成L邸器件使用过程中的早期失效。因此，在L邸器件封装工艺完成之后，有必 要对固晶层的进行质量评估。由于热阻是评价热学特性的重要指标，若固晶层中存在空洞 或者分层等缺陷，根据热阻计算公式Rth= l/kS(l为固晶层高度，k为导热系数，S为固晶 层面积），将引起固晶层有效面积S减小，从而导致固晶层热阻增大。因此固晶层热阻的检 巧。，可W实现有缺陷的固晶层的质量评估。
[0003] 由于固晶层处于L邸器件内部，其热阻为L邸器件整体热阻的构成部分之一，目前 通用的稳态电学参数测量法只能提供整体热阻，而无法提供固晶层的单独热阻。利用瞬态 热阻测量法，能无损的检测L邸散热通道上各封装层的热阻，但是该方法是基于结壳热阻 的测试方法，需要将L邸器件通过人工将导热娃脂粘附于控温装置（冷板）上W保证热沉 参考温度的恒定，因此测试前准备步骤复杂，且涂覆导热娃脂的一致性难W保证，测量后样 品若需再使用必须进行清洗，不利于该测量方法的推广应用。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无冷板的大功率L邸器件固晶层散热性能 快速评估方法，该方法无需冷板，直接将L邸器件置于空气中的固晶层质量快速评估方法， W解决贴附冷板带来的操作复杂，费时W及样品重复使用需再清洗的问题。
[0005] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0006] 一种无冷板的大功率L邸器件固晶层散热性能快速评估方法，包括W下步骤：
[0007] 步骤10 ;将L邸器件放置于恒温装置，并通入小的正向电流，依次改变恒温装置的 温度，待热平衡后，记录每个温度下器件两端的正向电压，利用电压-温度关系曲线得到K 系数；
[000引步骤20 ;搭建用于测量结到空气瞬态电压的测试系统；
[0009] 步骤30 ;利用所述测试系统测得瞬态电压参数，并根据测得的K系数得到器件的 瞬态结温响应；
[0010] 步骤40 ;对瞬态结温进行等效数学变换，获得时间常数谱；
[0011] 步骤50 ;对时间常数谱进行分析，提取表征固晶层散热性能的特征参数。
[0012] 进一步，所述步骤20包括：
[0013] 步骤201 ;提供恒流模块、高速开关模块、静止空气箱、数据采集模块和计算机；
[0014] 步骤202 计算机为中屯、，分别连接并控制恒流模块、高速开关模块和数据采集 模块；恒流模块接收计算机控制信号，其输出到大功率L邸器件的加热电流或者测试电流， 受到与之相连的高速开关模组控制；高速开关模组的状态由计算机决定；数据采集模块输 入端连接大功率L邸器件，采集器件两端的电压信号，并将结果输出至计算机；大功率LED 器件置于静止空气箱中。
[0015] 进一步，所述步骤30包括：
[0016] 步骤301 ;计算机控制恒流模块和高速开关模块向大功率L邸器件输出加热电流， 达到热平衡后，控制恒流模块和高速开关模块切换至测试电流，同时控制数据采集模块对 大功率L邸器件进行一段时间内的电压参数采集；
[0017] 步骤302 ;根据测得的K系数和电压参数Vj.(t)，根据公式得到器件的瞬态结温响 应 A Tj (t);
[001 引 A Tj (t) = K ? [Vj (t) -Vj ( )]
[0019] 其中，Vj.(-)为切换至测试电流热平衡后的电压值。
[0020] 进一步，所述步骤40包括：
[0021] 步骤401 ;瞬态结温响应A T^t)可进一步表述为：
[0022]
【主权项】
1. 一种无冷板的大功率LED器件固晶层散热性能快速评估方法，其特征在于：包括以 下步骤： 步骤10 :将LED器件放置于恒温装置，并通入小的正向电流，依次改变恒温装置的温 度，待热平衡后，记录每个温度下器件两端的正向电压，利用电压-温度关系曲线得到K系 数； 步骤20 :搭建用于测量结到空气瞬态电压的测试系统； 步骤30 :利用所述测试系统测得瞬态电压参数，并根据测得的K系数得到器件的瞬态 结温响应； 步骤40 :对瞬态结温进行等效数学变换，获得时间常数谱； 步骤50 :对时间常数谱进行分析，提取表征固晶层散热性能的特征参数。
2.根据权利要求1所述的一种无冷板的大功率LED器件固晶层散热性能快速评估方 法，其特征在于：所述步骤20包括： 步骤201 :提供恒流模块、高速开关模块、静止空气箱、数据采集模块和计算机； 步骤202:以计算机为中心，分别连接并控制恒流模块、高速开关模块和数据采集模 块；恒流模块接收计算机控制信号，其输出到大功率LED器件的加热电流或者测试电流，受 到与之相连的高速开关模组控制；高速开关模组的状态由计算机决定；数据采集模块输入 端连接大功率LED器件，采集器件两端的电压信号，并将结果输出至计算机；大功率LED器 件置于静止空气箱中。
3.根据权利要求2所述的一种无冷板的大功率LED器件固晶层散热性能快速评估方 法，其特征在于：所述步骤30包括： 步骤301 :计算机控制恒流模块和高速开关模块向大功率LED器件输出加热电流，达到 热平衡后，控制恒流模块和高速开关模块切换至测试电流，同时控制数据采集模块对大功 率LED器件进行一段时间内的电压参数采集； 步骤302 :根据测得的K系数和电压参数Vj(t)，根据公式得到器件的瞬态结温响应 ATj(t)： ATj(t) =K? [VjW-V^ °〇 )] 其中，V<-)为切换至测试电流热平衡后的电压值。
4.根据权利要求3所述的一种无冷板的大功率LED器件固晶层散热性能快速评估方 法，其特征在于：所述步骤40包括： 步骤401 :瞬态结温响应ATj(t)可进一步表述为：
其中：Pth为热耗散功率。t,=、*(；，为时间常数；氏和(^为热传导路径上每层结构 的热阻和热容； 步骤402 :将瞬态结温响应ATj(t)关于时间常数t的离散谱连续化，并将时间t和时 间常数t对数化：
步骤403 :将上述等式两边取微分：
其中：W(z) =exp(z_exp(z)) 步骤404 :基于贝叶斯反卷积方法，可以得到时间常数谱RN为：
其中n为迭代次数，Rk为时间常数谱对应的向量，Wjk=exp(z|k-exp(Zj_ | k))。
5.根据权利要求1所述的一种无冷板的大功率LED器件固晶层散热性能快速评估方 法，其特征在于：时间常数谱中固晶层对应的峰值为第二峰值，从第二峰值中提取峰值幅值 R2，将固晶层的峰值幅值馬与设定的阈值进行比较，利用它们的差异性实现固晶层的散热 性能评估；阈值通过以下方法进行设定：A、正常LED器件测试得到的固晶层的峰值幅值；B、 同型号的批次LED器件测得的固晶层幅值通过3 〇准则确定。
【专利摘要】本发明涉及一种无冷板的大功率LED器件固晶层散热性能快速评估方法，包括以下步骤：1)将器件放置于恒温装置，并通入正向电流，依次改变恒温装置的温度，待热平衡后，记录每个温度下器件两端的正向电压，利用电压-温度关系曲线得到K系数；2)搭建用于测量结到空气瞬态电压的测试系统；3)利用测试系统测得瞬态电压参数，并根据测得的K系数得到器件的瞬态结温响应；4)对瞬态结温进行等效数学变换，获得时间常数谱；5)对时间常数谱进行分析，提取表征固晶层的特征参数以实现其散热性能的评估。方法利用静止空气中LED器件瞬态结温响应得到的时间常数谱进行固晶层的散热性能评估，无需将器件人工贴附于任何散热器或者控温冷板，操作简单、省时，且待测器件重复使用时无需清洗。
【IPC分类】G01N25-72
【公开号】CN104569049
【申请号】CN201510079413
【发明人】刘显明, 赖伟, 陈伟民, 雷小华, 唐孝生, 臧志刚
【申请人】重庆大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年2月13日