[发明专利]一种LED多芯片模块中芯片间热耦合及结温分布的测量方法

摘要

一种LED多芯片模块中芯片间热耦合及结温分布的测量方法，涉及发光二极管热阻及结温测试。针对阵列排布的多芯片模块中结温分布，提出一种芯片间热耦合矩阵用于快速测量模块中的结温分布。利用模块中阵列排布的对称性减少需要测试芯片的数量，获得热耦合矩阵，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。不仅描述了多芯片之间的耦合情况，而且可计算出每个芯片温升，即模块中的温度分布。根据热耦合矩阵和模块中芯片的排列，可根据简化模型测量少数芯片的温升情况来获得热耦合矩阵，根据热耦合矩阵可精确预测出其他芯片的温升。对于多芯片的模块，测量各个芯片之间的耦合现象和温升时，可减少工作量。

主权项

1.一种LED多芯片模块中芯片间热耦合及结温分布的测量方法，其特征在于包括以下步骤：1)利用LED多芯片模块中阵列排布构建热耦合矩阵模型，所述构建热耦合矩阵模型的具体步骤如下：对于单芯片的LED器件，芯片、铝基板与热沉通过导热的粘结层连接，当芯片到热沉间散热通道上的热阻为R，散热通道上消耗掉的热功率为P时，则LED芯片相对于热沉的温升ΔT,即结温为：ΔT＝R·P而热通道上的热阻为：R＝ΔT/P对于多芯片的LED模块，芯片数量增加到N时，每个芯片的温升不仅由自身产生的热量引起，还受到附近的芯片对其热耦合传递的热量引起；由热阻R＝ΔT/P的定义可知，模块中的第i个芯片，当自身的热阻为R_i，消耗掉的热功率为P_i时，其自身的温升为ΔT_i＝R_i·P_i；但由于模块中热耦合的存在，设第i芯片和第j芯片之间横向热阻为R_ij，第j芯片将一部分热量χ_ijR_j通过热通道传递到第i芯片而引起第i芯片的温升为ΔT_ij：ΔT_ij＝R_ij·χ_ijP_j其中，第j芯片是指除第i芯片以外的其他N‑1个芯片，那么第i芯片的总的温升由两部分组成，一是，芯片自身的温升ΔT_i＝R_i·P_i，二是，由第j芯片对其的热耦合引起的温升ΔT_ij＝R_ij·χ_ijP_j，那么第i芯片的总的温升ΔT_i表示为：其中，i,j＝1,2,3,…,N；引入参数μ_ij＝R_ij·χ_ij,μ_ii＝1，上式简化如下：其中，i,j＝1,2,3,…,N；引入多芯片热耦合矩阵模型，进一步用矩阵形式表示如下：其中，ΔT₁,ΔT₂,ΔT₃,…,ΔT_N表示第1芯片，第2芯片，第3芯片到第N芯片的温升，P₁,P₂,P₃,…,P_N表示第1芯片，第2芯片，第3芯片到第N芯片的热功率；2)利用阵列排布的对称性减少需要测试芯片的数量，简化构建热耦合矩阵所需要测量的芯片个数，获得构建热耦合矩阵的简化方法：对于阵列排布的LED多芯片模块，设有m×n个芯片，其简化方法如下：(1)m≠n时，芯片的排布有三种情况，即(a)m和n中有一个是奇数一个是偶数；(b)m和n均为奇数；(c)m和n均为偶数；这三种排布中有且仅有两条对称轴，一条横对称轴，一条纵对称轴；如果m是奇数，n是偶数，经过两次对称后，需要测试的芯片个数为如果m和n均为偶数，经过两次对称后需要测试的芯片个数为如果m和n均为奇数，经过两次对称后需要测试的芯片个数为鉴于此，计算出m≠n时需要测量的芯片个数n_i为：(2)当m＝n时，芯片的排布有两种情况，即(a)m和n均为奇数；(b)m和n均为偶数；这两种排布中有且仅有三条对称轴，一条对称轴在横轴上，一条对称轴在纵轴上，一条对称轴在对角线上；若m和n均为偶数，则经过横纵轴对称后需要测试的芯片个数为再经过对角线对称后需要测试的芯片个数为若m和n均为奇数，则经过横纵轴对称后需要测试的芯片个数为再经过对角线对称后需要测试的芯片个数为鉴于此，计算出m＝n时需要测量的芯片个数n_i为：3)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。