ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2022, № 7 · ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

Диагностический контроль качества светодиодов по тепловым характеристикам

В.А. Сергеев1,2, О.А. Радаев1, И.В. Фролов1

1 УФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, Ульяновск, Россия
2 Ульяновский государственный технический университет, Ульяновск, Россия
Полный текст (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2022.7.6 УДК 621.382 EDN ONNMHB

Аннотация

Представлены результаты выборочных измерений токовых зависимостей теплового сопротивления переход-корпус светодиодов различных типов и производителей. Определено, что тепловое сопротивление возрастает с увеличением тока, причем у многих образцов наблюдается заметный излом на токовой зависимости теплового сопротивления при токах, близких к номинальному. Экспериментально показано, что крутизна токовой зависимости теплового сопротивления переход-корпус может быть использована в качестве диагностического параметра, позволяющего оценивать степень неоднородности распределения температуры. По результатам испытаний красных маломощных светодиодов TLCR5800 под действием прямого тока в течение 8 000 ч установлена корреляционная связь между величиной спада мощности и крутизной токовой зависимости теплового сопротивления переход-корпус: коэффициент корреляции этих величин составил 0,538. Относительное изменение теплового сопротивления в процессе испытаний сильно коррелированно с абсолютным значением теплового сопротивления до испытаний: коэффициент корреляции составляет -0,685. На основании полученных экспериментальных результатов разработана методика контроля качества светодиодов по крутизне токовой зависимости теплового сопротивления переход-корпус. Разработанные методики контроля качества светодиодов могут быть рекомендованы для использования на входном контроле предприятий - изготовителей светодиодной продукции.

  • светодиод
  • тепловое сопротивление
  • крутизна токовой зависимости
  • испытания
  • контроль характеристик
Abstract (in English)

Diagnostic quality control of LEDs by thermal characteristics

The results of measurements of the current dependences of the thermal resistance of the junction-case of LEDs of various types and manufacturers are presented. It is determined that the thermal resistance increases with increasing current, and for many samples there is a noticeable break in the current dependence of thermal resistance at currents close to the nominal one. It has been experimentally shown that the steepness of the current dependence of the junction-case thermal resistance can be used as a diagnostic parameter that makes it possible to estimate the degree of temperature distribution inhomogeneity. According to the results of tests of red low-power LEDs TLCR5800 under direct current for 8,000 h, a correlation was established between the magnitude of the power drop and the steepness of the current dependence of the junction-case thermal resistance: the correlation coefficient of these values was 0.538. The relative change in thermal resistance during testing is strongly correlated with the absolute value of thermal resistance before testing: the correlation coefficient is -0.685. On the basis of the experimental results obtained, a method for quality control of LEDs was developed by the steepness of the current dependence of the thermal resistance of the junction-case. The developed methods for quality control of LEDs can be recommended for use at the input control of enterprises-manufacturers of LED products

Для цитирования

Сергеев В.А., Радаев О.А., Фролов И.В. Диагностический контроль качества светодиодов по тепловым характеристикам // Журнал радиоэлектроники. – 2022. – № 7. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.7.6

Литература

  1. He P., Zhou J., Yin L., Zhang J. The illuminance and temperature distribution degradation of high power GaN LED caused by detachment of multilayer electrode. Optical and Quantum Electronics. 2018. V.50. №458. https://doi.org/10.1007/s11082-018-1706-7
  2. De Santi C., Meneghini M., Meneghesso G., Zanoni E. Degradation of InGaN laser diodes caused by temperature- and current-driven diffusion processes. Microelectronics Reliability. 2016. V.64. P.623-626. https://doi.org/10.1016/j.microrel.2016.07.118
  3. Fu J., Zhao L., Cao H., Sun X., Sun B., Wang J., Li J. Degradation and corresponding failure mechanism for GaN-based LEDs. AIP Advances. 2016. V.6. P.055219. https://doi.org/10.1063/1.4953056
  4. Huang J. Optical degradation mechanisms and accelerated reliability evaluation for LEDs. Doctoral thesis. Delft University of Technology. 2016. https://doi.org/10.4233/uuid:299c48c9-5bc7-4c5a-aab8-1b82696fbb5b
  5. Lisik Z., Raj E. and Podgórski J. Numerical Model of Current Flow and Thermal Phenomena in Lateral GaN/InGaN LEDs. Electronics. 2021. V.10. P.3127. https://doi.org/10.3390/electronics10243127
  6. Sergeev V.A., Khodakov A.M. Thermoelectric Models of High-Power Bipolar Semiconductor Devices. Part II. Nonlinear Model of LEDs. Journal of Communications Technology and Electronics. 2015. V.60. P.1328-1332. https://doi.org/10.1134/S1064226915080161
  7. Ma Z., Cao H., Lin S., Li X., Xi X., Li J., Zhao L. Optical and frequency degradation behavior of GaN-based micro-LEDs for visible light communication. Optical Express. 2020. V.28. №.27. P.12795-12804 https://doi.org/10.1364/OE.383867
  8. Smirnov V.I., Sergeev V.A., Gavrikov A.A. Measurement of the Thermal Impedance of Light-Emitting Diodes and Light-Emitting Diode Matrices. Measurement Techniques. 2017. V.60. P.46-51. https://doi.org/10.1007/s11018-017-1157-8
  9. Разработка экспериментального образца аппаратно-программного комплекса (ЭО АПК) с использованием широтно-импульсной модуляции греющей мощности для контроля и анализа тепловых характеристик мощных полупроводниковых излучателей: отчет о НИР (промежуточ.). ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН (Ульяновский филиал), рук. - Сергеев В.А.; исполн. - Смирнов В. И. и др. Ульяновск. 2015. №ГР115050610091. 156 с.
  10. Сергеев В.А., Ходаков А.М. Нелинейные тепловые модели полупроводниковых приборов. Ульяновск, УлГТУ. 2012. 163 с.
  11. Сергеев В.А., Фролов И.В., Широков А.А. Деградация красных AlInGaP/GaAs светодиодов в процессе испытаний при разных значениях питающего тока. Материалы Международной научно-технической конференции, 1-5 декабря 2015 г.INTERMATIC-2015. Москва. 2015. Ч.4. С.228-230.