'

А.Л. Закгейм

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

Учреждение Российской академии наук Научно-технологический центр микроэлектроники и субмикронных гетероструктур РАН, г.Санкт-Петербург А.Л. Закгейм В докладе Современный уровень и основные тенденции в разработке мощных СД Измерительные методики при контроле параметров СД: - тепловые; - электрофизические; - спектрорадиометрические, фотометрические, колориметрические Проблемы однозначности и воспроизводимости измерений, экстраполяции одних режимов на другие и прогнозирования работоспособности АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАЗРАБОТКИ И ПРИМЕНЕНИЯ ВЫСОКОМОЩНЫХ СВЕТОДИОДОВ (СД) (тепловые, электрические и фотометрические измерения) LEDTechExpo, Москва, 19-21 апреля, 2011г.


Слайд 1

Светодиоды сегодня: растет не только световая отдача , но и: 1. Рабочие токи (плотности токов) до 150 A/cm2? 2. Рабочие температуры 85-1500C? 3. Площади единичных кристаллов до > 10mm2? Cree: XP-E, XP-G : Sch~1mm2, Imax= 1-1.5 A, Pdiss~5W, Rth~6K/W, Ф ~400lm XM-L: Sch~4mm2, Imax= 3A, P diss~10W, Rth~2.5K/W, Ф ~900lm, Tj =250C 60W Luminus: SBT-90-W : Sch ~9mm2, Imax= 10A, Pdiss~50W, Rth~0.7K/W, Ф~2000lm, Tj =250C Cree: MT-G : 12-die, Sch~9?9mm2, Imax= 4 A, P diss~25W, Rth~1.5K/W, Ф ~1500lm, Tj =850C LedEngin : LZP-00CW00 : Sch~12?12mm2, Imax= 4A, Pdiss~90W, Rth~0.35K/W, Ф~5600lm, Tj =250C


Слайд 2

Эволюция СД: тепловое сопротивление ? - световой поток ? Разогрев активной области: ограничивает предельные энергетические параметры и ресурс; вносит неопределенность в характеристики: Pout, EQE, WPE, ?peak, ?dom, ??0.5, x,y, Tcol, etc. = f(T)


Слайд 3

Tj ? влияет на функциональные характеристики и ресурс* *Для InGaN/GaN гетероструктур температурные зависимости «индивидуальны»: конкретный изготовитель, дизайн наноструктуры и т.д Tc EQE L70 Надо знать: Tj при приемо-сдаточных испытаниях; Tj в реальном режиме эксплуатации; Температурные зависимости EQE=f(T)


Слайд 4

Тепловая модель В спецификациях приводят Rth, j-sp junction – solder point (переход – нижняя плоскость корпуса), например, Rth, j-sp = 2.5K/W (Cree XM-L) А надо знать: При применении ? как минимум Rth, j-amb При разработке ? все звенья цепи Rth,i эквивалентная схема: распределенные R, C параметры апроксимируются дискретными звеньями Как измерить Rth, j-amb -? Tj - ?


Слайд 5

I. По температуро-зависимым электрическим параметрам: Uf Тепловые измерения: методы и аппаратура Практическая реализация: прибор Thermal tester T3Ster (MicRed Ltd.) с «бустером» для питания светодиодных модулей (200V/5A) и термостатом 10-95 0С. Мощное ПО позволяет детально анализировать тепловую цепь (всем хорош, кроме цены >$120.000)


Слайд 6

Пример I: Одна конструкция - МК24, но разный материал платы-носителя R th, j-sp изменяется в пределах 7-32 K/W


Слайд 7

Пример II. Одна площадь чипа ~1mm2, но разные конструкции: «Cree EZ1000», «Semiled SL-V-B40AC», «Светлана-Оптоэлектроника МК-24» R th, j-sp изменяется в пределах 9-14K/W Cree, Semiled Svetlana Недостатки: - не позволяет непосредственно оценивать Tj; - нет разрешения по площади ( температурного «мэппинга»)


Слайд 8

II. ИК-тепловизионный метод - непосредственное измерение Tj по интенсивности собственного теплового излучения. Универсальный тепловизионный комплекс на базе тепловизора «Свит» и ИК-тепловизионного микроскопа УТК-1 (ИФП СО РАН) ИК-МИКРОСКОП Поле зрения: 400х400 ? 3000 х 3000мкм Пространственное разрешение: 3-4мкм ИК-ТЕПЛОВИЗОР Поле зрения : до 10х10 см Пространственное разрешение: 0.8-1мм Матрица InAs: 128?128, шаг 50мкм. Диапазон длин волн 2.5?3.мкм Температурное разрешение по АЧТ: 0.20С при Тоб=300K (Тнак=80мс); 0.0150С при Тоб=450K (Тнак=30мс) Реальное разрешение ~1-20C


Слайд 9

Температурный «мэппинг» как отдельного кристалла, так и светодиодных модулей Можно увидеть локальный перегрев, выявляющий: I. Скрытые дефекты конструкции Semiled SL-V-B40AC; Ток I=1A Cree EZ1000; Ток I=1A Однородное растекание тока и разогрев Дефект контактной группы, локальный перегрев 2. Скрытые дефекты монтажа (особенно для флип-чип конфигурации)


Слайд 10

3. Развитие процессов деградации, каналы токовых утечек Основная сложность метода: реальные объекты не АЧТ. Необходима предварительная калибровка излучательной способности (emissivity) материалов, входящих в конструкцию СД 4. Неправильное размещение элементов СД модуля Драйверы


Слайд 11

Ближнее поле излучение – «мэппинг» собственной эмиссии Тот же принцип, что при «ИК-мэппинге», но в видимом диапазоне Оптический микроскоп Mitutoyo со сменной оптикой Камера Canon EOS – 10Mpxs Разрешение 2-3мкм В совокупности IR и VIZ «мэппинг» дают полную картину распределения яркости и температуры по площади р-n-перехода ? основа для компьютерного моделирования и оптимизации излучающего кристалла Локализация тока снижает квантовый выход примерно на 10% IQE @ < j > = 62 % < IQE > = 52 % I = 1000 mA <j> = I / S = 100 A/cm2 jmax = 2240 A/cm2


Слайд 12

Спектрорадиометрия, фотометрия, колориметрия ? Радио- и Фотометрия F[W] ?[lm] Ie[W/sr] Iv[cd] ?[%] WPE [lm/W] etc.


Слайд 13

Базовый подход к построению универсального измерительного комплекса Набор сфер (интегрирующих) Гониометр Блок осевой силы света Специальные опт. блоки – изм. R, T, ?… Управляющий компьютер Электронные блоки Калибровочные и вспомогательные лампы


Слайд 14

Total spectral flux (W/nm) Luminous flux (lm) Radiant flux (W) Radiant intensity (W/sr) Luminous intensity (lm/sr) Chromaticity x,y; u,v, u’,v’ Correlated color temperature CCT Color rendering index CRI Peak, centroid, center, dominant wavelengths (nm) Purity Angular distribution (Spatial radiation pattern) I,V and luminous efficiency 1. IESNA LM-79: Approved Method for the Electrical and Photometric Measurements of Solid-State Lighting Product 2. IESNA LM-58: Approved Method for the Measurements of Correlated Color Temperature and Color Rendering Index 3. CIE 127:2007: Measurement of LEDs Специализированные измерительные комплексы для испытаний светодиодов (LED Measurement and Test Systems) За рубежом оборудование производят: В России ГОСТ 19834.3-76 «Диоды полупроводниковые. Излучатели. Метод измерения спектрального состава излучения» ГОСТ 19834.2-74 «Диоды полупроводниковые. Излучатели. Метод измерения силы некогерентного излучения» Аппаратура соответствует стандартам:


Слайд 15

Измерительный комплекс НТЦ микроэлектроники РАН “OL 770-LED High-speed LED Test and Measurement System UV/VIZ and VIZ/NI: 250 - 1100 nm ” (~$100.000) CCS-450 Standard Optical Closed-cycle Refrigerator 10-500К (~$40.000) I. x,y; u,v: u’v’ ; CCT [K]; ?peak [нм]; ?dom [нм]; Purity; Ra, R1-14; P[Вт]; F [лм]; I [кд]; WPE [лм/Вт] Время 1-го измерения 15-20с На дисплей выводятся Динамический диапазон: P =0.001…10Вт F =0.005…3000лм Ie=0.001-20Вт/ср Iv=1…10000кд …………………….


Слайд 16

18 Примеры: зависимости от температуры и тока световой отдачи, пиковой и доминантной длин волн


Слайд 17

Примеры: спектральные распределения, индексы цветопередачи, координаты цветности и цветовая температура для RGB, RGBA и RGBW светодиодов


Слайд 18

Пространственное распределение силы света, координат цветности, цветовой температуры: I(?,?); x,y(?,?); Tc (?,?) либо Гониоспектрорадиометр Отображающая сфера - измерительная система “IS-LI™ Luminous Intensity Measurement System” Недостатки метода: Механическое вращение; Сложности при ассиметричных диаграммах светораспределения; Длительные времена измерений и их обработки. Преимущества метода: Полная пространственная картина I; x,y; Tc в угле 2? за одно измерение ; Время измерения единицы – десятки секунд. Недостаток: цена >$80.000 II. Разрешение: ±0.5град x= 0.17…0.75; y= 0.005…0.84 Tc = 2500…10000 K


Слайд 19

Примеры Диаграмма светораспрелеления для светодиода на основе фотонного кристалла CBM 380(Luminus) Наглядно виден модовый состав Угловое распределение силы света и цветовой температуры для белого светодиода IRS-100 (Svetlana)


Слайд 20

Импульсные измерения с заданием температуры p-n-перехода внешним нагревателем/холодильником СД + задатчик температуры 0-140 0С Быстро- действующий фотоприемник Осциллограф Tektronix TDS 3044B F=400MHz Генератор Agilent 8114A Ipulse = 0-2A Режим измерений ?=1-5ms, Q>100 позволяет избежать саморазогрева и имитировать любой токовый режим при заданной температуре p-n-перехода Например, 55?20С; 85?20С (Стандарт LM-80) III.


Слайд 21

США: 1. NIST’s Optical Technology Division (высшая инстанция) 2. Orb Optronix LED Measurement Lab: Electro-Thermal-Optical LED Characterization Services (все виды измерений, аккредитована Environmental Protection Agency -EPA как независимый эксперт) 3. CALiPER - The DOE Commercially Available LED Product Evaluation and Reporting – сеть аккредитованных лабораторий Integrating Sphere Testing: 1) Independent Testing Laboratories Inc. – Boulder 2) Intertec - Cortland, NY 3) Luminaire Testing Laboratory Inc. 4) Aurora International Testing Laboratory etc. Goniophotometry Testing 1) Independent Testing Laboratories Inc. – Boulder 2) Intertec - Cortland, NY 3) Luminaire Testing Laboratory Inc. 4) Lighting Sciences Inc. Организация метрологического сервиса (помимо фирм производителей) РОССИЯ: ФГУП «ВНИИОФИ» ФЦП «Развитие информационно-аналитической составляющей наноиндустрии»


Слайд 22

Выводы Светодиодная наноиндустрия развивается в России высокими темпами, НО Отсутствуют стандарты на методы измерения функциональных характеристик СД изделий, оценке надежности, срока службы и других потребительских качеств; Отсутствует отечественная измерительная аппаратура, специализированная под СД и источники света на основе СД; Отсутствует сеть сертификационных центров по проверке и подтверждению параметров СД, модулей СД и систем твердотельного освещения. Предложения в дорожную карту Ввести в раздел «Технологическое развитие» цветных и белых светодиодов: Создание сети сертифицированных независимых испытательных центров (под эгидой РОСНАНО, РОСТЕХРЕГУЛИРОВАНИЯ), специализирующихся на измерении всех (или отдельных параметров) СД и СД-продукции. Центры должны быть доступны для потребителей и производителей, публиковать периодические отчеты, обмениваться информацией и калибровочными образцами.


Слайд 23

Thank you for your attention!


×

HTML:





Ссылка: