美国,vektrex,热量测量

热测量用于各种应用，包括led、激光二极管和VCSELs。测量采用电气测试方法(ETM)，分为两大类:测量器件的结温，以及确定热阻，包括测量从结温到外部点的热路径。固态设备科学家使用这些热测量来了解和改进设备，测试工程师在进行光学测量时使用这些热测量，灯具/固定装置设计师使用这些热测量来了解照明产品的热性能。

尖峰安全脉冲SMU

SpikeSafe SMU支持所有这些测量，从简单的Tj评估到使用结构函数的复杂热分析。SMU在热测量过程中使用其初级和偏置电流源为LED或激光器供电，其数字化仪记录正向电压(V_F)计算温度所需的读数。该电压数据随后由外部软件处理，以完成所需的测量。支持的LED和激光热测量包括: 单个led或灯具的原位Tj 光度测量期间的Tj变化脉冲操作期间的Tj上升热阻使用结构函数的热路径分析下面将更详细地解释每种测量方法。描述了Vektrex为特定应用提供的组件。定制软件(参见Python示例)也可用于使用SpikeSafe SMU进行自动热测量。单个led或灯具的原位Tj测量结温(Tj)是LED或激光二极管半导体结的工作温度。工作时，半导体的Tj高于周围环境，半导体中散发的热量流经包括各种封装组件(如焊料、MCPCB和散热器)的路径。下图对此进行了说明。

Tj对激光器或LED的长期可靠性有直接影响。较高的原位Tj导致长期可靠性降低。温度超过150℃时，设备可能会立即失效。Tj还会影响发光二极管和激光器的工作特性。例如，琥珀色LED的光输出会随着结温的升高而急剧下降。 LED制造商通常提供特定Tj下的性能规格，以及允许计算其他温度下性能的降额系数。使用这些值，以及实际的现场测量，产品设计师验证产品将在其宣传的规格范围内运行。原位结温是器件(例如LED)在其工作环境中的Tj。例如，操作环境可以是老化固定装置、封闭的灯具或安装设备的任何其他环境。原位Tj可以用两种方法测量:直接测量，采用电气测试方法(ETM)；或者间接地使用热路径的估计热阻。然而，通过热阻来估算Tj是有风险的——如果实际的Tj不正确，产品可能会出现故障、性能不佳，或者设计过度、成本过高。 ETM方法依赖于高占空比加热电流和快速转换到测量电流。使用ETM时，典型的原位LED结温电流波形显示了这种快速转变。

进行原位Tj测量有许多原因。例如:

大量销售的照明产品必须包括用于冷却的散热器。通过更精确的TJ测量，可以降低热阻不确定性预算，从而使散热器变得更小。这降低了产品成本和运输成本。
许多产品故障都可以追溯到过高的结温或结温的大幅波动。对于大批量产品，与Tj设计错误相关的保修损失可能超过几十万美元。
对于在多年生产的设计中使用的产品，在将替换设备与原始LED或激光器进行比较时，了解精确的Tj是很有帮助的。
对于led和激光器制造商来说，尽可能提供最精确的测量数据非常重要。该数据应包括测量时的精确Tj。
原位Tj测量是鉴定和调整设计以获得理想性能的有用工具，因为它可以揭示产品微小变化的影响。例如，可以在几分钟内定量测量各种热界面材料对COB封装热流的影响。
应将原位Tj与制造商允许的最高结温进行比较，以确保其低于允许的最高Tj。通常，设计师希望看到Tj比这个温度低20-40%。这对于脉冲过驱动操作尤为重要。

为现场TJ测量提供的Vektrex组件:

Vektrex Vektrex SMU偏置选项(集成低电流测量源) Vektrex TJ测量软件(增强型控制面板)上传数据并执行y轴截距计算 Vektrex TJ测量说明指南计算k系数和Tj的Vektrex Tj实用工作簿(MSExcel)

光度测量期间的Tj变化

在光度测量过程中，LED或激光器会发热，因此结温会升高。增加的Tj改变了测量，降低了精确度。在高功率情况下，测量可能是无用的。光度测量标准，如照明工程学会的LM-85，要求通过改变测试温度或对测量值进行校正来评估和计算Tj频移。LM-85在其附录中提供了两种不同的方法来评估测量过程中的Tj。一种仅使用初级电流源，另一种同时使用初级和次级偏置源。

光度测量期间评估Tj变化的工具:

Vektrex Vektrex SMU偏置选项(集成低电流测量源) Vektrex TJ测量软件(增强型控制面板)上传数据并执行y轴截距计算 Vektrex TJ测量说明指南计算k系数和Tj的Vektrex Tj实用工作簿(MSExcel)

脉冲操作Tj上升评估

用脉冲驱动操作的LED或激光器将经历平均加热和瞬时加热。设计灯具时，了解脉冲操作期间的平均Tj和峰值Tj是很有用的。在考虑光功率输出和波长等特性时，可以将平均Tj与数据手册中的Tj值进行比较。应测量峰值Tj，以确保设备远低于最大允许Tj。如前一节所述，IES LM-85文件在其附件中包括了评估Tj的程序。该图显示了红色LED在1ms、120Hz脉冲下的LED Tj。显示了脉冲前、脉冲后和平均温度，以及从平均Tj图得到的多项式模型。

评估脉冲操作期间Tj上升所需的工具:

Vektrex Vektrex SMU偏置选项(集成低电流测量源) Vektrex TJ测量软件(增强型控制面板)上传数据并执行y轴截距计算 Vektrex TJ测量说明指南计算k系数和Tj的Vektrex Tj实用工作簿(MSExcel)

热阻测量

热阻是一个参数，用于量化热量流经路径时遇到的阻力。它总是表示为从一点到另一点的电阻(例如，从结点到环境空气)。典型的单位是C/w。LED和激光器制造商通常为器件本身提供热阻，即从结到外壳的电阻。但是，这不包括印刷电路板和散热片等其他结构的电阻。在许多设计情况下，例如灯具设计，了解这些结构的热阻非常有用。 JEDEC JESD51-14瞬态双接口方法是测量热阻的最佳方法。这种方法需要一个两级电流源和一个能够长时间采样的电压数字化仪。在转换之后，对LED或激光器的电压进行采样，并对由此产生的冷却曲线进行分析，以计算热阻。JEDEC提供了一个免费的软件工具来做到这一点；SpikeSafe控制面板应用程序捕获数据，并以与JEDEC工具兼容的文件格式输出。

测量热阻的工具:

Vektrex Vektrex SMU偏置选项(集成低电流测量源) Vektrex热阻软件(增强型控制面板)输出对数间隔的样本数据。 JEDEC软件生成结构函数并计算热阻。

热路径分析

热路径分析类似于热阻测量，但测量的重点通常是特定的结构，如芯片附件或热界面材料，而不是代表整个热路径的整体参数。为了识别热路径中的不同材料，冷却曲线被转换成称为结构函数的网络模型。然后可以比较两种不同条件下的结构函数，并推断出感兴趣材料的热特性。普及结构功能分析的专用工具叫做T3Ster，由MICRED生产。 T3Ster用于将冷却曲线转换为结构函数的计算由MICRED和JEDEC于2010年以免费分析工具TDIM大师的形式公布于众。然而，大多数实验室发现，使用当时可用的通用仪器很难获得足够分辨率的冷却曲线，因为电压读数有噪声。此外，在冷却时间内改变采样间隔的需要需要定制软件来实现对数采样。通常需要重复采集，这意味着一次测量可能需要一个多小时。合并捕获的数据也很困难。通过在其真差分数字化仪中添加对数采样，无需定制编程，SpikeSafe SMU便可在数秒内收集精确的冷却曲线。SMU的数字化仪提供亚毫伏级的细节，它在一次捕捉中收集曲线，在运行中自动改变其boxcar平均值。从500mA到60A的每个SMU型号都有对数采样功能。SpikeSafe控制面板应用程序上传捕获的日志数据，并以与JEDEC工具兼容的文件格式输出。使用JEDEC工具，在导入控制面板数据后，只需点击几下鼠标即可获得结构函数。

热路径分析所需的工具:

Vektrex Vektrex SMU偏置选项(集成低电流测量源) Vektrex热阻软件(增强型控制面板)输出对数间隔的样本数据。 JEDEC软件生成结构函数并计算热阻。用于结温测量的产品 JD-2020–JD-2020 LED热阻分析仪是一种高速仪器，旨在进行瞬态/在线热阻(rθ)测量。 MICRED T3STER–MicReD T3Ster专门从事IC封装、led和系统的高度详细、快速、精确的热测试、测量和表征。