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大功率LED模块芯片间热耦合及结温分布测量方法取得新进展

发布时间:2017-07-27 浏览次数:172

(来源:厦门大学电子科学系,福建省半导体照明工程技术研究中心)


分析大功率多芯片LED模块(multi-chip modules, MCMs)上芯片的结温分布时,研究芯片之间的热耦合效应尤为重要。


最近,厦门大学电子科学系暨福建省半导体照明工程技术研究中心陈忠教授和吕毅军教授带领下的研究团队针对大功率多芯片LED模块(multi-chip modules, MCMs)结温测试方法中存在的问题,提出了一种实现多芯片LED模块中结温分布的快速简化测试方法。该工作日前在IEEE Transactions on Power Electronics(最新影响因子为7.15)在线发表。该方法亮点在于利用芯片间热耦合矩阵(Thermal coupling matrix)以及给定的芯片的热功率就可以快速测量模块中的结温分布,减小了测量工作量,简化测试:

方法步骤一:利用模块中阵列排布的对称性简化了模块中各芯片间的热耦合关系,减少需要测试芯片的数量就可以获得热耦合矩阵,从而有效地减小了测量工作量;

方法步骤二:获得热耦合矩阵后,再通过热耦合矩阵推导出所有芯片的温升,进而获得模块的结温分布,达到简化测试的目的。


方法的难点在于热耦合矩阵模型的获得方法,主要通过电学法测量关键位置芯片的互相影响实现, 具体细节可以阅读原文IEEE Transactions on Power Electronics, DOI 10.1109/TPEL.2017.2653193)。该模型的建立及相应热耦合矩阵的推导通过热仿真软件COMSOL Multiphysics以及红外热成像仪加以验证。

1. 1×3模块为例,验证热耦合矩阵是对角矩阵。

2.  m≠n时需要测量的芯片个数的简化方法图

3. m=n时需要测量的芯片个数的简化方法图



同时,研究组发现该方法不仅适用于阵列排布的多芯片模块,而且适用于圆形排布的多芯片模块,以及同一模块中包含不同颜色或不同尺寸的具有对称排布结构的多芯片模块。而该简化测试方法的有效性通过不同芯片数的如1×32×22×3等阵列排布LED模块以及含有10个芯片的圆形对称排布的LED模块的结温测试实验,以及红外热像仪实验加以验证。


该研究得到国家自然科学基金、福建省产学合作科技专项、福建省发改委基金项目以及福建省自然科学基金的资助。


福建省半导体照明工程技术研究中心成立于2006年,现隶属于厦门大学电子科学与技术学院的电子科学系。本实验室的主要研究方向有,半导体照明中的光学,电学,热学检测技术,GaNLED的器件的量子效率和光源的老化问题,光电检测仪器的研制开发等。在学科带头人陈忠教授和吕毅军教授的指导下,本实验室已经发表了数十篇JCR二区以上论文,例如Applied Physics LettersIEEE Transactions on Electron DevicesIEEE Photonics JournalIEEE Transactions on ReliabilityOptics Express等,研究成果从2013年起连续4年获得福建省科技进步奖,其中2014年度为一等奖,另外3年为二等奖。团队成员锐意进取,目前在一些照明材料和技术的热门领域,例如钙钛矿量子点荧光体和micro-LED转印技术上开展了开拓性的研究工作。


文章信息:

Lu H L, Lu Y J, Zhu L H, et al. Efficient Measurement of Thermal Coupling Effects on Multi-chip Light-emitting Diodes[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2017.

出版商链接:http://ieeexplore.ieee.org/document/7817811/