ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2023, № 11 · ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Контроль качества светодиодных COB матриц по пороговому току

В.А. Сергеев1,2, И.В. Фролов1, С.А. Зайцев3, О.А. Радаев1

1 УФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, Ульяновск, Россия
2 Ульяновский государственный технический университет, Ульяновск, Россия
3 АО «Ульяновское конструкторское бюро приборостроения», Ульяновск, Россия
Полный текст DOI: 10.30898/1684-1719.2023.11.6 УДК 621.382 EDN PPOIZM

Аннотация

Представлено описание способа измерений порогового тока -минимального тока, при котором возникает оптическое излучение, - отдельных кристаллов, входящих в состав светодиодных COB (chip on board) матриц. Способ состоит в регистрации цифровой камерой средних значений интенсивности излучения кристаллов при трех малых значениях электрического тока и определении пороговых токов путем решения системы уравнений, связывающей измеренные значения интенсивности с функцией, аппроксимирующей ватт-амперную характеристику в диапазоне малых токов. Способ измерений апробирован на коммерчески доступных светодиодных COB матрицах, состоящих из десяти последовательно соединенных кристаллов. Определено, что значения порогового тока кристаллов различаются: для исследованных образцов коэффициент вариации составил от 2,6 % до 39,2 %. В результате проведенных испытаний COB матриц под действием тока 140 мА при максимально допустимой температуре окружающей среды 110 °С в течение 11 суток установлено, что изменения средних значений пороговых токов при испытаниях коррелируют с изменениями вольт-амперных характеристик матриц, измеренных в диапазоне напряжений от 17 до 24 В, при которых доминирует ток утечки: пороговый ток увеличивается у тех матриц, у которых увеличивается ток утечки. Коэффициент корреляции между относительными изменениями тока утечки и средних значений пороговых токов составляет 0,94. Показано, что коэффициент корреляции между величиной спада светового потока матриц ри испытаниях и изменением среднего значения порогового тока составляет 0,96. Установленные сильные корреляционные связи показывают возможность диагностики качества по пороговому току отдельных кристаллов в составе светодиодных COB матриц.

  • светодиодные COB матрицы
  • пороговый ток
  • измерения
  • испытания
Abstract (in English)

Quality control of LED COB matrixes by threshold current

A description of a method for measuring the threshold current, the minimum current at which optical emission is occurs, of chips that are part of COB (chip on board) LEDs is given. The method consists in registering with a digital camera the average values of the emission intensities of the chips at three small values of the electric current and determining the threshold currents by solving a system of equations relating the measured intensities to a function approximating the P - I characteristic in the range of low currents. The measurement method was tested on commercially available COB LEDs consisting of ten series-connected chips. It was determined that the values of the threshold current of the chips differ: for the investigated samples, the coefficient of variation ranged from 2.6% to 39.2%. As a result of the tests of COB LEDs under the action of a current of 140 mA at a maximum allowable ambient temperature of 110 °C for 11 days, it was found that changes in the average values of the threshold currents during tests correlate with changes in the current-voltage characteristics of the matrices measured in the voltage range from 17 to 24 V at which leakage current dominates: the threshold current increases for those matrices in which leakage current increases. The correlation coefficient between the relative changes in the leakage current and the average values of the threshold currents is 0.94. It is shown that the correlation coefficient between the magnitude of the decline in the luminous flux of the matrices during testing and the change in the average value of the threshold current is 0.96. The established strong correlations show the possibility of diagnosing the quality by the threshold current of individual chips in the composition of COB LEDs.

Для цитирования

Сергеев В.А., Фролов И.В., Зайцев С.А., Радаев О.А. Контроль качества светодиодных COB матриц по пороговому току // Журнал радиоэлектроники. – 2023. – № 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.11.6

Литература

  1. Виноградова К. Передовые светодиодные продукты от Samsung Electronics: мощные светодиодные сборки chip-on-board серий В, С и D // Полупроводниковая светотехника. - 2016. - Т. 6. - №. 44. - С. 28-34.
  2. Феопёнтов А. Модули Chip-On-Board Часть 1. Технология, конструкция, применение // Полупроводниковая светотехника. - 2012. - Т. 2. - №. 16. - С. 26-28.
  3. Averkiev N. S. et al. Features of the recombination processes in InGaN/GaN based LEDs at high densities of injection current // Technical Physics Letters. - 2009. - V. 35. - P. 922-924. https://doi.org/10.1134/S1063785009100149
  4. Сергеев В.А., Фролов И.В., Радаев О.А. Исследование связи степени дефектности светоизлучающих наногетероструктур зеленых InGaN/GaN-светодиодов с величиной порогового тока // Письма в журналтехнической физики. - 2017. - Т. 43. - №. 4. - С. 89-93. https://doi.org/10.21883/PJTF.2017.04.44302.16344
  5. Meyaard D.S. et al. Efficiency droop in gallium indium nitride (GaInN)/gallium nitride (GaN) LEDs // Nitride SemiconductorLight-Emitting Diodes (LEDs). - Woodhead Publishing, 2014. - P. 279-300. https://doi.org/10.1533/9780857099303.2.279
  6. Cho J., Schubert E.F., Kim J.K. Efficiency droop in light-emitting diodes: Challenges and countermeasures // Laser & Photonics Reviews. - 2013. - V. 7. - №. 3. - P. 408-421. https://doi.org/10.1002/lpor.201200025
  7. Onwukaeme C., Lee B., Ryu H.Y. Temperature dependence of electron leakage current in InGaN blue light-emitting diode structures // Nanomaterials. - 2022. - V. 12. - №. 14. - P. 2405. https://doi.org/10.3390/nano12142405
  8. Shim J. I., Shin D. S. Measuring the internal quantum efficiency of light-emitting diodes: Towards accurate and reliable room-temperature characterization // Nanophotonics. - 2018. - V. 7. - №. 10. - P. 1601-1615. https://doi.org/10.1515/nanoph-2018-0094
  9. Schubert E. F. Light Emitting Diodes. Cambridge: Cambridge University Press, 2006.
  10. Фролов И.В., Сергеев В.А. Диагностический контроль качества светодиодов по локальным параметрам электролюминесценции и фототока. Монография. - М.: СОЛОН-Пресс, 2023. - 160 с.
  11. Радаев О. А., Фролов И. В., Сергеев В. А. Аппаратно-программный комплекс для измерения внутренней квантовой эффективности InGaN/GaN светодиодов // Радиоэлектронная техника: межвузов. сб. науч. тр. - Ульяновск: УлГТУ, 2021. - С. 116-123.
  12. Sergeev V., Frolov I., Radaev O. Measurement of the LED electroluminescence 3dB frequency at low currents // 2023 IX International Conference on Information Technology and Nanotechnology (ITNT). Proceedings. (Samara, Russian Federation, 17-21 April 2023). https://doi.org/10.1109/ITNT57377.2023.10139230
  13. Frolov I.V., Segeev V.A., Radaev O.A. The Method for Measuring the Distribution Profile of the 3dB Frequencies of Electroluminescence Over the Area of the LED Chip // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. - 2023. - V. 72. - P. 5000806 https://doi.org/10.1109/TIM.2022.3206812