[发明专利]一种无冷板的大功率LED器件固晶层散热性能快速评估方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，涉及一种无冷板的大功率LED器件固晶层散热性能快速评估方法。

背景技术

功率型LED的光电性能以及可靠性与芯片结温息息相关，有效的热管理以及封装设计是保证LED器件长期稳定工作的关键。LED芯片产生的热量主要是通过热传导的方式从芯片经过固晶层和热沉传到外部散热器或者环境中，其中固晶层是连接芯片和热沉的媒介，对LED的整个热传导起着重要作用，其散热性能直接影响LED器件的结温和可靠性。在LED器件固晶工艺中，支架表面或者芯片表面随机的杂质污染、环境灰尘或者水汽侵入固晶材料等往往会导致固晶层出现孔隙、粘接界面间裂纹或者分层等缺陷，导致其散热性能变差，甚至造成LED器件使用过程中的早期失效。因此，在LED器件封装工艺完成之后，有必要对固晶层的进行质量评估。由于热阻是评价热学特性的重要指标，若固晶层中存在空洞或者分层等缺陷，根据热阻计算公式R_th＝l/kS(l为固晶层高度，k为导热系数，S为固晶层面积)，将引起固晶层有效面积S减小，从而导致固晶层热阻增大。因此固晶层热阻的检测，可以实现有缺陷的固晶层的质量评估。

由于固晶层处于LED器件内部，其热阻为LED器件整体热阻的构成部分之一，目前通用的稳态电学参数测量法只能提供整体热阻，而无法提供固晶层的单独热阻。利用瞬态热阻测量法，能无损的检测LED散热通道上各封装层的热阻，但是该方法是基于结壳热阻的测试方法，需要将LED器件通过人工将导热硅脂粘附于控温装置(冷板)上以保证热沉参考温度的恒定，因此测试前准备步骤复杂，且涂覆导热硅脂的一致性难以保证，测量后样品若需再使用必须进行清洗，不利于该测量方法的推广应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无冷板的大功率LED器件固晶层散热性能快速评估方法，该方法无需冷板，直接将LED器件置于空气中的固晶层质量快速评估方法，以解决贴附冷板带来的操作复杂，费时以及样品重复使用需再清洗的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种无冷板的大功率LED器件固晶层散热性能快速评估方法，包括以下步骤：

步骤10：将LED器件放置于恒温装置，并通入小的正向电流，依次改变恒温装置的温度，待热平衡后，记录每个温度下器件两端的正向电压，利用电压-温度关系曲线得到K系数；

步骤20：搭建用于测量结到空气瞬态电压的测试系统；

步骤30：利用所述测试系统测得瞬态电压参数，并根据测得的K系数得到器件的瞬态结温响应；

步骤40：对瞬态结温进行等效数学变换，获得时间常数谱；

步骤50：对时间常数谱进行分析，提取表征固晶层散热性能的特征参数。

进一步，所述步骤20包括：

步骤201：提供恒流模块、高速开关模块、静止空气箱、数据采集模块和计算机；

步骤202：以计算机为中心，分别连接并控制恒流模块、高速开关模块和数据采集模块；恒流模块接收计算机控制信号，其输出到大功率LED器件的加热电流或者测试电流，受到与之相连的高速开关模组控制；高速开关模组的状态由计算机决定；数据采集模块输入端连接大功率LED器件，采集器件两端的电压信号，并将结果输出至计算机；大功率LED器件置于静止空气箱中。

进一步，所述步骤30包括：

步骤301：计算机控制恒流模块和高速开关模块向大功率LED器件输出加热电流，达到热平衡后，控制恒流模块和高速开关模块切换至测试电流，同时控制数据采集模块对大功率LED器件进行一段时间内的电压参数采集；

步骤302：根据测得的K系数和电压参数V_j(t)，根据公式得到器件的瞬态结温响应ΔT_j(t)：

ΔT_j(t)＝K·[V_j(t)-V_j(∞)]

其中，V_j(∞)为切换至测试电流热平衡后的电压值。

进一步，所述步骤40包括：

步骤401：瞬态结温响应ΔT_j(t)可进一步表述为：