Способ тестирования светодиода

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для тестирования качества полупроводниковых приборов, в частности светодиодов, с целью выявления в них дефектов, обусловленных дефектностью структуры, качеством монтажа, неравномерностью растекания тока и другими факторами. В способе тестирования светодиода, включающем пропускание через светодиод ступенчато изменяющегося электрического тока, измерение температурочувствительного параметра, характеризующего изменение температуры светодиода под действием ступенчато изменяющегося электрического тока, определение теплового сопротивления светодиода путем обработки измеренных значений температурочувствительного параметра, при этом на основе значения теплового сопротивления светодиода судят о наличии дефекта в светодиоде, согласно изобретению определяют первое и второе значения теплового сопротивления светодиода при двух значениях пропускаемого через светодиод ступенчато изменяющегося электрического тока, имеющего соответственно относительно малую и относительно большую величину, о наличии дефекта в светодиоде судят по величине разности значений первого и второго тепловых сопротивлений, при этом в случае, когда величина указанной разности превышает заданное значение, делают вывод о наличии дефекта в светодиоде. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности способа тестирования и снижение временных затрат на проведение тестирования. 1 ил.

 

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для тестирования качества полупроводниковых приборов, в частности светодиодов, с целью выявления в них дефектов, обусловленных дефектностью структуры, качеством монтажа, неравномерностью растекания тока и другими факторами.

Одной из главных тенденций в разработке полупроводниковых приборов, в частности мощных светодиодов (СД), является повышение рабочих токов, увеличение размеров излучающих кристаллов и плотности их монтажа, усложнение геометрии контактов и других элементов конструкции. При этом особую актуальность приобретает сохранение надежности и ресурса работы приборов, а также выявление некачественных и потенциально ненадежных образцов указанных изделий.

Известен способ тестирования СД на основе анализа спектральных характеристик излучения [RU 2521119].

Согласно способу для каждой светодиодной структуры из партии изделий регистрируют спектр электролюминесценции, проводят построение зарегистрированного спектра в полулогарифмическом масштабе, разделяют коротковолновую область полученного спектра на участки, которые аппроксимируют определенной зависимостью, и выбирают аппроксимированные участки с максимальным и минимальным наклоном. Определяют максимальную и минимальную температуры светодиодной структуры на выбранных участках, вычисляют среднее значение разницы температур, которое выбирают в качестве критерия наличия дефектов светодиодной структуры. Проводят сравнение значения разницы температур для каждой светодиодной структуры с указанным критерием и, если значение разницы температур больше среднего, делают вывод о низком качестве структуры.

Недостатком рассматриваемого способа является сильная зависимость полученных результатов от конкретного материала и структуры прибора, неоднозначность их интерпретации. Так, для широко используемых СД на основе InGaN/GaN, форма спектральной характеристики, включая наклон коротковолнового плеча, определяется рядом факторов. При этом выделение температурной составляющей, и на ее основе степени дефектности структуры СД, может сопровождаться существенными погрешностями.

Кроме того, рассматриваемый способ не позволяет выявить ряд конструктивных и технологических недостатков, в частности дефектов, обусловленных технологией монтажа кристалла СД на основание корпуса.

Более чувствительными и эффективными методами тестирования СД с целью выявления в них дефектов являются методы диагностического контроля по тепловым параметрам, в частности, по величине теплового сопротивления СД.

Тепловое сопротивление СД, определяющееся изменением температуры СД относительно окружающей среды за счет выделяющейся в нем мощности (ΔТ/ΔР), является важным показателем качества, от которого зависят допустимые нагрузки, а также надежность и ресурс работы СД. При этом тепловое сопротивление СД весьма чувствительно как к дефектам его внутренней структуры, так и к недостаткам, связанным с его конструкцией и технологией изготовления. Отклонение значения теплового сопротивления в большую сторону от среднестатистического значения для одного и того же типа изделий свидетельствует о скрытых дефектах СД (дефектах структуры, конструкции или монтажа).

Наиболее точно оценить тепловое сопротивление СД позволяют методы, основанные на исследовании динамики температурного отклика на скачкообразное изменение греющего тока, в ходе которых расчетно-экспериментальным путем получают кумулятивную структурную функцию (или дифференциальную структурную функцию), отображающую значение не только общего теплового сопротивления СД, но и теплового сопротивления отдельных элементов его конструкции (эквивалентной тепловой цепи) [см., например, Андреас Попп. "Учет тепловых параметров светодиодов для создания надежных осветительных систем. Журнал «Современная светотехника», 2015 г., №2, с. 16-19].

Известен способ тестирования светодиода [J. Hu, L. Yang, et al. MECHANISM AND THERMAL EFFECT OF DELAMINATION IN LIGHT - EMITTING DIODE PACKAGES. URL:https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00189481/document], который выбран в качестве ближайшего аналога.

Согласно данному способу через исследуемый СД пропускают ступенчато изменяющийся электрический греющий ток, под действием которого происходит нагрев СД. В процессе разогрева СД периодически на короткое время (до нескольких десятков микросекунд), отключают греющий ток и измеряют температурочувствительный параметр (ТЧП), характеризующий изменение температуры СД. В качестве указанного параметра используют прямое падение напряжения на р-n-переходе. Для определения теплового сопротивления на основе математической обработки изменения ТЧП в процессе разогрева, с помощью программного обеспечения прибора T3Ster, получают дифференциальную структурную функцию, позволяющую определить не только общее тепловое сопротивление СД, но и тепловое сопротивление отдельных участков его теплового тракта.

Указанную процедуру измерения теплового сопротивления проводят периодически в течение определенной наработки (например, 1000 часов) в предельном или номинальном рабочем режиме.

Если величина теплового сопротивления СД (или отдельных элементов его конструкции) в процессе его тестовой наработки превысит заданное значение, то делается вывод о его дефектности.

Недостатком рассматриваемого способа является его ограниченная чувствительность. Ряд дефектов, таких как незначительные по размеру структурные дефекты, или дефекты монтажа, могут не проявиться в диапазоне разброса значений теплового сопротивления. Кроме того, рассматриваемый метод требует длительных тестовых испытаний (до сотен часов).

Задачей заявляемого изобретения является повышение чувствительности способа тестирования и снижение временных затрат на проведение тестирования.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в способе тестирования светодиода, включающем пропускание через светодиод ступенчато изменяющегося электрического тока, измерение температурочувствительного параметра, характеризующего изменение температуры светодиода под действием ступенчато изменяющегося электрического тока, определение теплового сопротивления светодиода путем обработки измеренных значений температурочувствительного параметра, при этом на основе значения теплового сопротивления светодиода судят о наличии дефекта в светодиоде, согласно изобретению определяют первое и второе значения теплового сопротивления светодиода при двух значениях пропускаемого через светодиод ступенчато изменяющегося электрического тока, имеющего соответственно относительно малую и относительно большую величину, о наличии дефекта в светодиоде судят по величине разности значений первого и второго тепловых сопротивлений, при этом в случае, когда величина указанной разности превышает заданное значение, делают вывод о наличии дефекта в светодиоде.

Заявляемый способ основан на исследовании динамики температурного отклика СД на ступенчатое изменение греющего тока (переходной тепловой характеристике).

Принципиально важным является то, что авторами предложен новый информативный параметр оценки качества СД, которым служит разность значений теплового сопротивления СД, определяемого при относительно малой и относительно большой величине греющего тока.

Если в СД отсутствуют дефекты (дефекты структуры, типа каналов утечки или конструктивные недостатки, например, такие, как неоптимальная топология контактов с точки зрения равномерного токорастекания или технологические нарушения контактов, монтажа и прочее), то условия распределения плотности тока, генерации тепла и его отвода слабо зависят от величины греющего тока, и значение теплового сопротивления СД имеет величину, близкую к постоянной.

Если же в СД указанные дефекты присутствуют, то с ростом греющего тока происходит значительный рост теплового сопротивления СД в целом и тепловых сопротивлений отдельных его элементов. Это обусловлено рядом факторов. Так, с ростом греющего тока нарастает неравномерность распределения его по площади СД и, соответственно, неравномерность локализации источников выделения тепла. С ростом температуры уменьшается внутренняя квантовая эффективность СД, что приводит к положительной тепловой обратной связи, в результате чего исходные области локализации греющей мощности будут еще больше нагреваться.

Как показали исследования авторов, разность между значениями первого и второго тепловых сопротивлений, полученных для одного и того же СД при малом и большом греющем токе, позволяет с высокой чувствительностью оценить качество СД без привязки к конкретному исходному материалу и типу дефектов.

Если указанная разность превышает заданное в качестве критерия сравнения значение, то это свидетельствует о наличии дефекта в СД.

При этом оценка качества СД с использованием указанного информативного параметра позволяет проводить тестирование СД при входном/выходном контроле без длительных временных затрат.

Заданное значение разности тепловых сопротивлений при пропускании через СД малого и большого греющего тока (критерий сравнения) определяют предварительно для исследуемого типа (вида) СД опытным (на партии годных изделий) или расчетным путем.

На практике в качестве греющего тока с относительно большой величиной целесообразно использовать ток, близкий или соответствующий предельно допустимому для исследуемого типа СД, а в качестве тока с относительно малой величиной - ток, равный или менее 0,1 от величины предельно допустимого.

Таким образом, техническим результатом, достигаемым при реализации изобретения, является повышение чувствительности способа тестирования и снижение временных затрат на проведение тестирования.

На чертеже показан вид дифференциальных структурных функций, полученных для двух величин греющего тока - малого греющего тока (кривая 1) и большого греющего тока (кривая 2).

Способ осуществляют следующим образом.

Через исследуемый СД пропускают ступенчато изменяющийся греющий ток, имеющий относительно малую величину, составляющую 0,1 от предельно-допустимого тока для данного типа СД.

В процессе разогрева СД периодически на короткое время, в течение которого температура СД не изменяется (десятки микросекунд), отключают греющий ток и при малом измерительном прямом токе измеряют ТЧП, характеризующий изменение температуры СД. В качестве указанного параметра используют прямое падение напряжения на р-n-переходе.

Время тестирования СД для определения теплового сопротивления составляет относительно небольшую величину порядка нескольких десятков секунд.

На основании математической обработки результатов измерения ТЧП - падения напряжения на р-n-переходе в процессе разогрева определяют первое тепловое сопротивление СД.

Измерения и обработку их результатов, в частности, осуществляют с использованием прибора T3Ster и его программного обеспечения, строящего кумулятивную (или дифференциальную) структурную функцию, из которой определяют значение теплового сопротивления на малом токе Rth1.

В общем случае дифференциальная структурная функция определяется как производная суммарной теплоемкости элементов теплового тракта СД по суммарному тепловому сопротивлению K(RΣ)=dCΣ/dRΣ и характеризует распределение тепловой емкости и теплового сопротивления для последовательных участков теплового тракта СД «переход - окружающая среда».

Затем через исследуемый СД пропускают ступенчато изменяющийся греющий ток, имеющий относительно большую величину, соответствующую значению предельно допустимого тока для данного вида СД.

Аналогичным образом измеряют ТЧП прямое падение напряжения на р-n-переходе, математической обработкой изменения ТЧП получают дифференциальную структурную функцию и из нее определяют значение теплового сопротивления на большом токе Rth2.

Оценивают величину разности ΔRth между первым и вторым тепловыми сопротивлениями СД, сравнивая соответствующие структурные функции.

Если величина указанной разности ΔRth превышает предварительно определенное заданное значение, делают вывод о наличии дефекта(дефектов) в тестируемом СД и его бракуют.

Целесообразным является (см. чертеж) оценивать разность структурных функций ΔRth на участке (последнем), соответствующем суммарному тепловому сопротивлению СД от p-n-перехода до радиатора.

Интерпретируя полученные дифференциальные структурные функции, можно определить, относится ли выявленный дефект(дефекты) к структурным дефектам (к дефектам полупроводникового материала) или к дефектам конструкции и монтажа.

Способ тестирования светодиода, включающий пропускание через светодиод ступенчато изменяющегося электрического тока, измерение температурочувствительного параметра, характеризующего изменение температуры светодиода под действием ступенчато изменяющегося электрического тока, определение теплового сопротивления светодиода путем обработки измеренных значений температурочувствительного параметра, при этом на основе значения теплового сопротивления светодиода судят о наличии дефекта в светодиоде, отличающийся тем, что определяют первое и второе значения теплового сопротивления светодиода при двух значениях пропускаемого через светодиод ступенчато изменяющегося электрического тока, имеющего соответственно относительно малую и относительно большую величину, о наличии дефекта в светодиоде судят по величине разности значений первого и второго тепловых сопротивлений, при этом в случае, когда величина указанной разности превышает заданное значение, делают вывод о наличии дефекта в светодиоде.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике измерения предельных параметров мощных биполярных транзисторов и может использоваться на входном и выходном контроле их качества.

Изобретение относится к оптоэлектронной измерительной технике и может быть использовано для измерения тепловых параметров полупроводниковых светоизлучающих диодов на различных этапах их разработки и производства, на входном контроле предприятий-производителей светотехнических изделий с использованием светодиодов, а также при выборе режимов эксплуатации указанных изделий.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для измерения тепловых параметров силовых полупроводниковых приборов и контроля их качества.

Изобретение относится к области нанотехнологий, а именно к способам измерения параметров наноструктур, и может быть использовано при определении электрофизических параметров конденсаторной структуры мемристора, характеризующих процесс формовки.

Изобретение относится к области радиоэлектронной техники и микроэлектроники. Использование: для термотренировки тонких пленок, нанесенных на диэлектрическую основу.

Изобретение относится к области инновационных технологий и может быть использовано для определения параметров кристаллов силленитов, определяющих эффективность перспективных технических систем, и их экспресс-характеризации методами диэлектрической спектроскопии.

Изобретение относится к технике измерения теплофизических параметров компонентов силовой электроники и может быть использовано для контроля их качества. Способ заключается в том, что нагрев мощного МДП-транзистора осуществляют греющей мощностью, модулированной по гармоническому закону, для чего через транзистор пропускают последовательность импульсов греющего тока постоянной амплитуды, постоянным периодом следования и изменяющейся по гармоническому закону длительностью.

Изобретение относится к технике измерения теплофизических параметров компонентов наноэлектроники, таких как нанотранзисторы, нанорезисторы и др.. Сущность: способ заключается в пропускании через объект измерения последовательности импульсов греющего тока с постоянным периодом следования и длительностью, изменяющейся по гармоническому закону, измерении в паузах температурочувствительного параметра - напряжения на объекте при пропускании через него измерительного тока и определении изменения температуры объекта, вызванной модуляцией греющей мощности.

Изобретение относится к технике измерения электрофизических параметров полупроводниковых диодов и может быть использовано на выходном и входном контроле их качества.

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к способам обеспечения качества и надежности полупроводниковых интегральных схем (ИС). Сущность: из партий ИС методом случайной выборки отбирают одинаковое количество изделий (не менее 10 от каждой партии) и измеряют значение информативного параметра.

Изобретение относится к электрофизическим способам определения степени релаксации барьерного слоя нитридной гетероструктуры и применяется для оценки качества кристаллической структуры, в которой наблюдается пьезоэлектрическая поляризация. Техническим результатом данного изобретения является возможность использовать способ измерения вольт-фарадных характеристик для определения степени релаксации и, таким образом, неразрушающим способом определить степень релаксации в тонком (меньше 50 нм) барьерном слое нитридной гетероструктуры. Степень релаксации определяется из отношения значений пьезоэлектрических составляющих поляризации, определенных из эксперимента через измерение вольт-фарадных характеристик и из модифицированной модели Амбахера. 3 ил., 1 пр.

Использование: для измерения теплофизических параметров полупроводниковых диодов. Сущность изобретения заключается в том, что способ заключается в предварительном определении ватт-амперной характеристики объекта измерения - полупроводникового диода, пропускании через диод последовательности импульсов греющего тока с постоянным периодом следования и изменяющейся амплитудой, обеспечивающей гармонический закон модуляции греющей мощности, измерении в паузах между импульсами прямого напряжения на диоде при малом измерительном токе и определении изменения температуры p-n перехода, вычислении с помощью Фурье-преобразования амплитуды и фазы основной гармоники переменной составляющей температуры перехода и определении модуля и фазы теплового импеданса полупроводникового диода. Технический результат: обеспечение возможности повышения точности измерения теплового сопротивления. 1 ил.

Использование: для контроля тепловых характеристик полупроводниковых приборов и интегральных схем. Сущность изобретения заключается в том, что разогревают полупроводниковое изделие путем подачи на вход (на определенные выводы) полупроводникового изделия, подключенного к источнику питания, последовательности прямоугольных импульсов напряжения заданной амплитуды и длительности с частотой следования , измеряют среднюю за период следования прямоугольных импульсов напряжения мощность Pпот, потребляемую полупроводниковым изделием, разность фаз между входным импульсным напряжением и импульсным напряжением на выходе (на выходных выводах) полупроводникового изделия преобразуют в напряжение Uτ(t), в заданные моменты времени ti значения напряжения Uτ(t) запоминают и значения переходной тепловой характеристики полупроводникового изделия в моменты времени ti определяют по формуле ,где Kτ - относительный температурный коэффициент времени задержки сигнала в полупроводниковом изделии, а Uτ(0) - значение напряжения Uτ(t) в начале нагрева полупроводникового изделия, то есть при t0≈0. Технический результат: обеспечение возможности повышения точности измерения переходной тепловой характеристики полупроводниковых изделий. 2 ил.

Предложенная группа изобретений относится к системе для контроля рабочего состояния IGBT-устройства в реальном времени. Система для определения температуры полупроводникового перехода IGBT-устройства содержит дифференцирующий блок (21) для приема характеристики напряжения (VGE) затвор-эмиттер IGBT-устройства (12), которая должна быть измерена, и для дифференцирования характеристики напряжения (VGE) затвор-эмиттер, чтобы получать импульсы, коррелирующие с фронтами, сформированными фазой участка заряда емкости Миллера во время фазы выключения IGBT-устройства (12); блок (23) таймера для измерения временной задержки (tdelay) между полученными импульсами, указывающими начало и конец фазы участка заряда емкости Миллера во время фазы выключения IGBT-устройства (12); блок (25) вычисления температуры полупроводникового перехода для определения температуры полупроводникового перехода IGBT-устройства (12) на основе измеренной временной задержки (tdelay). Указанная система реализует соответствующий способ определения температуры. Указанные изобретения позволяют обеспечить индикацию температуры с высокой точностью и с высоким временным разрешением. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к метрологии. Способ тестирования испытуемого устройства характеризуется тем, что соединяют первый модуль источника/измерителя с первым набором по меньшей мере из трех триаксиальных кабелей и выводом заземления. Каждый триаксиальный кабель содержит центральный сигнальный проводник, внешний экран и средний проводник, внешние экраны первого набора триаксиальных кабелей электрически соединяют вместе с выводом заземления. Затем соединяют второй конец каждого кабеля из первого набора триаксиальных кабелей с набором узлов испытуемого устройства. Соединяют второй измеритель со вторым набором по меньшей мере из трех триаксиальных кабелей и имеющих центральный сигнальный проводник, внешний экран, средний проводник и вывод заземления, при этом каждую из трех точек тестирования соединяют с первым концом центрального сигнального проводника каждого кабеля из второго набора трех триаксиальных кабелей, соответственно, а внешние экраны второго набора триаксиальных кабелей электрически соединяют вместе с выводом заземления. Соединяют второй конец каждого кабеля из второго набора триаксиальных кабелей с указанным набором узлов испытуемого устройства. Внешние экраны кабелей как первого, так и второго наборов триаксиальных кабелей соединяют вместе и заземляют. Технический результат – повышение стабильности измерений. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для тестирования качества полупроводниковых приборов, в частности светодиодов, с целью выявления в них дефектов, обусловленных дефектностью структуры, качеством монтажа, неравномерностью растекания тока и другими факторами. В способе тестирования светодиода, включающем пропускание через светодиод ступенчато изменяющегося электрического тока, измерение температурочувствительного параметра, характеризующего изменение температуры светодиода под действием ступенчато изменяющегося электрического тока, определение теплового сопротивления светодиода путем обработки измеренных значений температурочувствительного параметра, при этом на основе значения теплового сопротивления светодиода судят о наличии дефекта в светодиоде, согласно изобретению определяют первое и второе значения теплового сопротивления светодиода при двух значениях пропускаемого через светодиод ступенчато изменяющегося электрического тока, имеющего соответственно относительно малую и относительно большую величину, о наличии дефекта в светодиоде судят по величине разности значений первого и второго тепловых сопротивлений, при этом в случае, когда величина указанной разности превышает заданное значение, делают вывод о наличии дефекта в светодиоде. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности способа тестирования и снижение временных затрат на проведение тестирования. 1 ил.

Наверх