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(一)LED性能测试
1.中文期刊、会议论文、学位论文
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1
LED结温测试方法研究
温怀疆
浙江大学
2010/01/06
硕士
23
1022
1]温怀疆.LED结温测试方法研究[D].浙江大学,2010.
【摘要】发光二极管(LED)由于其节能效率高、寿命长、可靠性高等特点,十分符合当前低碳经济的要求,在许多领域特别是半导体照明领域中得到广泛应用。
然而LED器件的热特性检测和散热是一个突出的问题,如何保持LED的结温在允许范围内,使LED始终获得稳定的光输出和维持正常的器件寿命,一直是一个当前急待解决的课题。
本文在充分调研大功率LED的结温测量方法基础上,重点研究了LED结温K系数测量方法降低测量噪声的措施以及产生的效果;同时还重点研究了脉冲电流法,该方法通过给被测LED器件注入方波电流脉冲,脉冲的电流幅度与实际额定工作电流相等,分别测量该LED器件在不同温度下的正向电压,获得正向电压与温度的敏感度系数S。
因此,在实际应用中,只要直接测量LED在额定工作电流下的正向结电压,利用温度敏感系数就可得到此时LED的结温。
文章重点研究了方波电流的脉宽对结温测量精度的影响,通过对12μs、24μs、50μs、100μs、150μs几种脉冲的研究,得出要使脉冲电流对结温的测量影响小于1℃,脉冲宽度控制在几个到十几个μs数量级上。
文章还对脉冲电流法用于LED器件热容的测量进行了初步探索。
本文在实验论证基础上,提出了脉冲电流式LED的结温测量仪器的雏形结构,希望能为LED的结温测量有所贡献。
关键词:
LED结温;噪声;脉冲电流法;热容;
1引言
1.1绪论
1.1.1LED的发展历史
1.1.2LED结温与封装
1.1.3结温测量研究现状
1.2选题意义和内容
2大功率LED技术的实现
2.GAN墓LED发光原理及特性
2.2LED的热性能参数
2.2.1LED的结温
2.2.2LED的热阻
2.3白光LED国内外的研究现状
2.4大功率白光LED存在的问题
3LED热特性分析
3.1驱动电流产生的热
3.2结温对LED的主要参数的影响
3.2.1高结温导致的LED永久性老化
3.2.2结温对LED正向电压的影响
3.2.3结温对LED发光波长的影响
3.2.4结温对LED光效的影响
3.2.5结温对LED荧光粉效率的影响
4LED结温测量技术
4.1红外热成像法
4.2光谱法
4.3管脚温度法
4.4蓝白比法
4.4小电流K系数
4.5脉冲电流法
4.5.1脉冲电流法的原理
4.5.2脉冲法测量热容
5小电流K系数法装里测量精度的提高
5.1现实装置的主要问题.
5.1.1噪声和阻尼振荡
5.1.2测量墓准不一致
5.2解决方案
5.2.1针对噪声和阻尼振荡
5.2.2针对测量墓准不一致
5.3改善效果
6脉冲电流法
6.1测量装置简介
6.1.2LM3886的主要参数和特点
6.1.3可控脉冲电流源电路
6.2测量过程与数据处理
6.2.1结电压与结温的关系
6.2.2脉宽对测量精度的影响
6.2.3结温和热阻计算
6.2.4热容的的计算
6.3脉冲电流法测t结温分析与总结
7总结与展望
7.1本论文所完成的课题内容
7.2课题今后的研究方向
参考文献
作者简历及在学期间所取得的科研成果
2大功率LED技术的实现
2.2LED的热性能参数
LED的热性能参数主要是指结温和热阻,热性能参数对LED的光电色参数影响显著.结温是LED工作特性的重要参数之一热阻则是反映阻止热量传递的能力的综合参数,也就是直接反映LED散热性能好坏的参数.
2.2.1LED的结温
LED的基本结构是一个半导体的P一结,当电流流过的温度将上升,严格意义上说,就把P-N结区的温度定义为LED的结温。
2.2.2LED的热阻
热阻是热流通道上的温度差与通道上耗散功率之比
3LED热特性分析
3.2结温对LED的主要参数的影响
3.2.1高结温导致的LED永久性老化
LED结温在高于正常能承受的温度125℃时,产生不可恢复的永久性的衰变通常有三种原因促使高温下LED输出性能的永久性衰减.
3.2.2结温对LED正向电压的影响
当LED结温上升时,LED正向电压值VF值下降LED在I;为常量时,LED的P一结上的正向电压V;具有负温度系数特性,即随着P一结温上升,VF成线性下降关系.但在高温情况下,由于结区缺陷和杂质的大量增殖与聚集,将造成额外复合电流的增加,而使正向电压下降,甚至出现恶性循环。
通常,恒流供电是LED工作的较好的模式,因为在恒压条件下,温升效应使正向电压下降、正向电流增加,并形成恶性循环,最终导致器件损坏.
3.2.3结温对LED发光波长的影响
对于一个LED器件,发光区材料的禁带宽度值直接决定了器件发光的波长或颜色。
当温度升高时,材料的禁带宽度将减小,导致器件发光波长变长,发生红移。
3.2.4结温对LED光效的影响
LED结温上升,发光效能随之变差在前面已描述,当结温上升,外延层之间存在晶格失配,形成位错结构缺陷、快速繁衍、降低注入效率和发光效率.随着温度上升,光通量下降,当升至最大极限结温125℃时,光通量就会急剧下降,直至损坏。
3.2.5结温对LED荧光粉效率的影响
荧光粉发射光谱的许多研究结果指出,随着温度的升高荧光粉的发射光谱发生红移和热致宽化现象。
4LED结温测量技术
由于材料,工艺和尺寸的不同,大功率LED结温的测量与传统锗硅功率三极管有很大的不同,国内目前也没有形成统一的测量标准.现有的文献中已经提出了一些结温的测量方法,比如红外热成像法,光谱法,管脚温度法,蓝白比法,脉冲电流法,电致发光,光致发光法等.这些方法中有的是需要完整地设计一套测试系统,有的则是需要用到一些昂贵的测试仪器.
5小电流K系数法装置测量精度的提高
5.1现实装置的主要问题
在采用原来装里测量时,我们发现同样的测试条件,同样的测试选项,哪怕时间隔很端的测t,每次的测量都有可能产生较大的测量不一致,有时同样进行SmA静态电流电流的测量,同一LED的正向电压都可能有400-600字约合3-4mV的偏差,哪怕时间隔很短的测量,这种测量结果的不一致性对LED结温的准确测t有很大的影响.
5.2解决方案
1)对数字采样板的电源要采用更精密的德压电源;
2)数字电位器CAT5113电源端不直接从7805获得SV电压,而改用15V稳压电源后再加TL431组成的精密SV稳压电源,而且就近独立安装在CAT5113电源端.
5.3改善效果
经过上面几方面的改进,整个小电流K系数法装里的噪声大大降低,,测量数据的噪声已经能够达到基本小于0.4mV,墓本上已经比较接近匈牙利产的热阻测试仪器的指标了.
在测量墓准一致方面,经过上面的改进,新的墓准SV电压偏差值可以控制在0.1-0.2mV以内,这样一来每次偏差也就做到可以控制在30-60字以内了.
6脉冲电流法
6.2测量过程与数据处理
6.2.1结电压与结温的关系
第一个整脉冲峰顶中偏离较小的数值并求算术平均值,结温在200C-85℃范围内VF-T关系几乎是线性的,这点也与前面理论推导以及文献中实验结论墓本吻合,这样脉冲正向电压法在具体实施中就有了比较可靠的理论和实验依据.通过软件拟合可以看出两次测量其关系式相差较小,S=-2.3265mV/0C.
6.3脉冲电流法测量结温分析与总结
1)微秒级脉冲宽度就可以对结温测量产生可观的影响,要达到土1℃的测量精度,脉宽应在几个林:
数量级,脉冲法和热学积分周期方法计算出的热容墓本一致就是有力的证明;
2)脉冲法可以比较便捷地测量LED管芯的热容,热学时间常数对热容测量计算很有帮助,小电流K系数法则无法测量热容参数;
3)当结温在200C-85℃范围时,即使在大电流下作用下,结电压与结温敏感系数仍然成良好的线性的关系,能保证结温测f的线性关系;
4)脉冲法由于是按LED真实工作状态进行测试的,因此能反映真实工作状态下的结温,而小电流K系数法只能反应LED在实验室测t状态的结温,而非LED在真实工作状态下的结温,在相同实验条件下它们得到的结果比较接近;
5)脉冲法测量LED的结温具有便捷简单的优点,相比之下小电流K系数法要测量实际系统中LED的结温,整个测试工作就显得比较繁琐.
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2
一种简便的测量薄透明体折射率的方法
曾勃;黄子强;孙久勋;
光电子技术与信息
2006/05/30
期刊
4
425
[1]曾勃,黄子强,孙久勋.一种简便的测量薄透明体折射率的方法[J].光电子技术与信息,2006,03:
34-37.
【摘要】提出了一种比较巧而简便的测量薄透明体的折射率的方法,即利用同一个楔形盒装入两种样品,一为待测样品,另一为易测折射率的透明液体参照物,将楔形盒置于迈克尔逊干涉仪光路中。
利用对比,可较大地简化步骤,减少烦杂计算,从而较快地得到良好结果。
用此方法测量了某聚合物分散液晶的折射率,与用其他方法得到的结果相符。
实验表明该方法有便于操作、成本低、效率高等优点,对薄透明体或其他材料的折射率测量具有一定的参考实用价值。
关键词:
折射率;楔形盒;迈克尔逊干涉仪;薄透明体;参照物
1引言
2测量原理
3实验部分
4结论
参考文献
2测量原理
如图1所示,首先要用普通平板玻璃制作楔形盒,在同一个盒内封有待测样品和透明液体,两玻璃板之间是一头接触、一头间以很小的间隔子,图1是放大的示意图以便说明原理。
如图2所示的光路中,激光垂直于楔形盒AB边入射,调节反射镜M1、M2可获得稳定、清晰的干涉条纹,当楔形盒沿AB平行方向平移时,将有干涉条纹涌出或消失.设移动的距离为L,楔形盒的倾角为a,则很显然光路的光程改变了,根据干涉原理,光程差与观察屏上干涉条纹变化数目的关系为2d(n1一n0)=k1ƛ
(1)其中n1为待测折射率,因为在空气中可取n0=1,
ƛ为He-Ne激光的波长,K1为涌出或消失的条纹数,为实数,即可有小数条条纹。
则
(1)式可化为2d(n1-1)=K1ƛ
(2)楔形盒的倾角为a式即为
(2)由图2可知d=Lsina则
(2)式即为2lsina(n1-1)=K1ƛ(3)
设想将测倾角a或sina转化为测其他较易得的参数。
于是在同一楔形盒内的另一半充入某种的液体,在其他条件相同的前提下,也平移距离l,同理可得经过该液体的光路光程差与观察屏上干涉条纹变化数目的关系为2lsina(n2一1)=K2ƛ(4),n2为该液体的折射率,K2为改变的条纹数由(3)、(4)式可得
。
3实验部分
在聚合反应引发相分离条件下,制成楔形盒的一半,然后灌入一些硅油填满另一半,将其插入光路中的平移装置。
4结论
将待测物样品与参照物封于同一个楔形盒,解决了一类用常规方法难以精确测量的某些薄透明体的折射率测量问题,原理上很简单,不需要复杂的计算而且测量的参数只有两个(易测液体折射率为已知),应用常规的光学仪器迈克尔逊干涉仪和制作一个带长度测量的平移装置,就能用于实测。
测量的参数少,减少了误差,得到了精度良好的结果。
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作者
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3
大功率白光LED的可靠性研究及失效机理分析
赵阿玲
北京工业大学
2009/11/01
硕士
9
1323
[1]赵阿玲.大功率白光LED的可靠性研究及失效机理分析[D].北京工业大学,2010.
【摘要】半导体发光二极管(lightemittingdiode,LED)是新型固态冷光源,其能效高、寿命长、电压低、结构简单、体积小、重量轻、响应速度快、抗震性能好以及光谱全彩等特点,使得它在各种场合得到了广泛的应用。
尤其是在节能和环保方面,LED灯比起普通白炽灯和荧光灯具有明显的优势,极有可能通过技术突破成为未来主流照明光源,是目前学术界、产业界和政府部门关注的研究热点。
在LED的众多应用中,作为普通照明光源是最具发展前景的一项应用。
LED光源高能效的特点,能够在照明节电上发挥巨大作用。
半导体照明是目前国家重点扶持的新兴产业,大功率LED是半导体照明的关键器件。
而最终能否实现半导体照明,有赖于大功率LED光效和可靠性问题的解决。
对LED可靠性的研究是提高其可靠性的前提与基础。
基于以上原因,本论文主要进行了以下几方面的研究工作:
1.从半导体材料的发光原理开始,介绍了LED的特点;白光LED的实现方法和主要应用领域,介绍了国内外LED的研究现状及发展趋势,阐述了论文的选题意义和主要工作内容。
2.介绍了可靠性的基本概念和可靠性研究的重要意义;论述了可靠性研究的基本方法、加速寿命试验方法,并详细论述了以电流为加速应力的加速寿命试验的原理。
3.采用1W和3WGaN基白光LED为实验样品,以电流为加速应力,对白光LED进行电流应力加速寿命试验,对试验数据进行整理,主要包括光通量、发光效率、相关色温、峰值波长、正向电压等光电参数随老化时间的变化,分析了试验中影响白光LED寿命的主要因素;分别对1W和3W的试验样品进行了寿命推算,得出1WLED在正常使用条件下的寿命为25565小时,3WLED在正常使用条件下的寿命为37371小时。
并简要分析了试验过程中以及寿命推算中引入的误差。
4.结合试验情况,分析了试验中大功率白光LED的失效机理主要包括封装材料的退化、荧光粉效率的降低、散热不良、静电产生的突变失效等,除此之外LED的其他失效机理还包括金属电迁移、芯片材料中的缺陷引起的光衰。
针对这些问题提出一些可能的改善措施。
【关键词】大功率LED;可靠性;寿命试验;失效机理;
第1章绪论
1.1LED的结构及发光原理
1.2LED的特点和优点
1.3白光LED的实现方法
1.4白光LED的主要应用
1.5国内外研究现状及发展趋势
1.6本论文的选题意义
1.7论文的工作内容
第2章LED的可靠性研究
2.1可靠性的基本概念
2.2可靠性研究的重要意义
2.3可靠性研究方
2.4电流加速寿命试验
2.5本章小结
第3章大功率白光LED可靠性试验
3.1可靠性测试系统
3.1.1LED老化试验台
3.1.2测试系统
3.2试验方案
3.2.1试验样品的选取
3.2.2加速应力的选取.
3.2.3试验过程
3.3试验结果与讨论
3.3.11WLED电流加速寿命试验结果
3.3.23WLED电流加速寿命试验结果
3.4寿命推算
3.4.1推算样品在加速应力下的寿命
3.4.2推算样品在正常电流下的寿命
3.5试验中的误差分析
3.6本章小结
第4章大功率白光LED的失效机理分析及改善措施
4.1大功率白光LED的失效机理分析
4.1.1荧光粉退化
4.1.2封装材料的热退化
4.1.3散热不良引起的失效
4.1.4P型欧姆接触退化
4.1.5静电引起的灾变性失效
4.2提高大功率白光LED可靠性的措施
4.2.1降低结温
4.2.2改进封装设计
4.2.3采用新型封装材料
4.2.4开发新的荧光粉和涂敷工艺
4.2.5静电防护技术
4.3本章小结
结论
参考文献
攻读硕士期间发表的学术论文
致谢
大功率白光LED的可靠性研究及失效机理分析
第2章LED的可靠性研究
2.1可靠性的基本概念
按照定义,可靠性是指产品在规定条件下和规定的时间内完成要求功能的能力。
失效率是指产品工作到某个时刻,在该时刻后单位时间内发生失效的概率。
其单位常用菲特。
平均寿命是指产品发生失效前的工作时间;平均寿命是指寿命的平均值,即产品在丧失规定功能前的平均工作时间。
2.3可靠性研究方法
寿命试验分为长期寿命试验和加速寿命试验。
按照试验时施加应力的方式,加速寿命试验可分为恒定应力加速寿命试验、步进应力加速寿命试验和序进应力加速寿命试验。
2.4电流加速寿命试验
将样品放在特定的试验条件下,测量其失效(损坏)随时间的分布情况。
对寿命试验数据进行分析,可以确定产品的寿命特征、失效分布规律,计算产品的失效率和平均寿命等可靠
性指标。
此外,还可以从中确定产品合理的可靠性筛选工艺及条件,进一步改进保证产品质量的依据。
3.1可靠性测试系统
电流加速应力试验测试系统主要包括恒流源、LED老化试验台及测量LED
光学和电学参数的测试系统。
3.2.3试验过程
1)测量LED的初始参数:
测量LED额定条件下的初始常规光色电参数,主要有主波长、辐射通量、色品坐标、显色指数、相关色温、光通量、峰值波长、发光效率、电压、电流、功率、I-V特性等。
2)将试验样品按不同加速电流分组,安装在老化试验台上,接通电源,设定加速老化电流。
记录口期和时间。
3)每间隔一段时间测量一次数据。
先将所有样品从老化试验台上取下,在室温下冷却1小时后进行测量。
每次测量LED参数均在正常工作电流下进行。
测量所有LED样品约耗时1.5小时。
为了保证系统的长期复现性,在每次测量之前用标准光源对测试系统进行校正。
4)最后对试验数据进行整理,比较和分析。
3.3试验结果与讨论
3.3.11WLED电流加速寿命试验结果
在老化初期,光通量和发光效率先出现升高,随后缓慢下降。
由于在老化前期,Mg-H络合物的分解产生激活的Mg,使受主浓度增加,复合几率增大,从而光输出增加。
而后施主空位N的形成增多,制约受主浓度的增加,另外随着深能级和非辐射复合中心的增加,光输出又会下降。
有人则认为Mg-H络合物分解后形成了亚稳态的Mg-H:
络合物,构成了新的能级,使发光效率降低。
随着老化时间的增加,样品的相关色温基本呈缓慢上升趋势。
说明白光LED的颜色逐渐向蓝光方向偏移,是荧光粉所激发的黄光成分减少所致,荧光粉转换效率降低是白光LED光色退化的原因。
1WLED的峰值波长随时间增加略有下降,但变化不大。
说明蓝光芯片的光输出较为稳定。
因而光通量的衰减是由于封装材料退化和荧光粉转换效率降低所致。
在老化后正向电压有所增加,表明LED的串联电阻增加。
串联电阻产生于有源区和欧姆接触层之间,在老化过程中,串联电阻会随着老化时间的增加而增加串联电阻的增加导致正向电压的增加。
引起串联电阻的增加有许多因素,例如弓线键合的退化、欧姆接触的退化、Mg掺杂剂的钝化或者半导体缺陷等等。
但总体上来说其I-V特性变化不大,说明结区性能退化并不严重。
寿命偏短应为封装材料的透射率下降所导致。
第4章大功率白光LED的失效机理分析及改善措施
4.1大功率白光LED的失效机理分析
GaN基大功率LED的潜在失效机理大致可分为以下五种:
1)芯片失效:
指芯片本身失效或其他的原因造成芯片失效,从而引发LED失效。
2)热应力失效:
指由于发生周期性热量变化或LED内部温度超过最大额定值而引发的LED失效。
3)电应力失效:
指由于承受了超过额度的电参数条件或过高的瞬态电流而引发的LED失效。
4)封装失效:
指封装设计或生产工艺不当而引发的LED失效。
5)装配实效:
指实际的使用过程中,由于装配不当而引发的LED失效。
4.2提高大功率白光LED可靠性的措施
LED芯片不良会导致LED直接失效。
环境温度的变化和LED发热在封装结构中产生的机械应力会破坏芯片、金线和电极引脚之间的连接,造成裂痕、机械性脱落或金线断裂,导致LED失效。
热过应力产生的高温还会导致芯片发光效率降低,光衰加快、色移等严重后果,是LED可靠性中需重点关注的问题。
电过应力产生的冲击有可能直接损坏芯片,或造成金线熔断等现象,致使LED失效。
由此可见,影响LED可靠性的因素主要有:
芯片的可靠性、机械应力、热应力和电应力等。
要提高LED的可靠性,就必须采取相应的可靠性技术,使LED的封装结构尽可能消除或减少这些因素的影响,或提高抵御这些因素影响的能力。
2.图书
图书(参考文献的格式——作者.书名[M].版本(第版).出版地:
出版者,出版年)
序号
题名
作者
出版社
出版地
出版时间
版次
1
LED照明的质量可靠性研究分析
杨林
电子工业出版社
北京
2015/10
1
杨林著.LED照明的质量可靠性研究分析[M].北京:
电子工业出版社.2015.
2
LED照明工程实用技术:
驱动电路设计·PCB设计·可靠性设计
周志敏 (作者), 纪爱华 (作者)
电子工业出版社
北京
2016/01
1
周志敏纪爱华著.LED照明工程实用技术:
驱动电路设计·PCB设计·可靠性设计[M].北京:
电子工业出版社.2016.
3
LED制造技术与应用(第3版)
陈宇
电子工业出版社
北京
2013/06
1
陈宇著.LED制造技术与应用(第3版) [M].北京:
电子工业出版社.2013.
3.专利
专利(参考文献的格式——专利申请者.专利题名[P].专利国别.专利文献种类,专利出版日期)
序号
专利名称
发明人
来源数据库
申请人
申请日
公开日
1
一种发光二极管的结温测量方法及应用
招瑜;庞洲骏;魏爱香;刘俊;肖志明
中国专利
广东工业大学
2015/11/05
2016/02/24
[1]招瑜,庞洲骏,魏爱香,刘俊,肖志明.一种发光二极管的结温测量方法及应用[P].广东:
CN105352620A,2016-02-24.
2
测量LED器件的结温的方法及系统
叶怀宇;吝凯;陈显平;樊学军;张国旗
中国专利
常州市武进区半导体照明应用技术研究院
201/09/28
2016/01/03
[1]叶怀宇,吝凯,陈显平,樊学军,张国旗.测量LED器件的结温的方法及系统[P].江苏:
CN105242188A,2016-01-13.
4.标准
标准(参考文献的格式——标准号.标准名称[S])
序号
标准名称
标准号
更新日期
来源
1
Miniaturelamps
IEC60983-2005
2009/09/04
国外标准
[1]IEC60983-2005,小型灯[S].
2
LEDmodulesforgenerallighting-Safetyspecifications
BSEN62031-2008
2013/08/07
国外标准
[1]BSEN62031-2008,一般照明用发光二极管(LED)模块.安全规范[S].
5.法律法规
序号
法律法规
1
广州市科技和信息化局关于举办“第八届中国国际半导体照明展览会暨论坛”的通知
各区/县级市科技和信息化主管部门:
经科技部批准,由国家半导体照明工程协调领导小组办公室、国家半导体照明工程研发及产业联盟、中国照明学会、中国照明电器协会、广东省科学技术厅和广州市人民政府等单位主办的“第八届中国国际半导体照明展览会暨论坛”现定于11月8日至10日在广州市白云国际会议中心举办。
中国国际半导体照明展览会暨论坛每年举办一届,是我国最具规模的半导体照明行业年度盛会,全面覆盖了半导体照明行业工艺装备、原材料,技术、产品与应用的创新发展。
此论坛已成功举办七届,吸引了上万名政府官员、行业公司高管及行业精英莅临现
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