Anwendungen / LED Rth Messung

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Rafael Deliano

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Jan 3, 2020, 2:19:05 AM1/3/20
to
Messung des Wärmewiderstands für gebondete LED-Chips.
Das Prinzip ist auf andere Anwendungen übertragbar,
z.B. Transistoren auf Kühlkörpern.

http://www.embeddedFORTH.de/temp/Rth.pdf

Der Job für den Controller ist erstmal einfach,
die meisten Probleme machte da die Analogschaltung.
Im breadboard nicht ausgeführt ist der Teil in dem
Software kniffeliger wird: aus der Messkurve
gut/schlecht Entscheidung gewinnen.

MfG JRD

Ingolf Pohl

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Jan 3, 2020, 6:48:41 AM1/3/20
to
Hi Rafael,

Danke für die interessante Anwendung. Misst Du die Chiptemperatur über
die Vorwärtsspannung oder über das Delta der Vorwärtsspannungen bei
unterschiedlichen Flussströmen? Das Delta-Uf/Delta-If lässt sich besser
zur Temperaturmessung nutzen, leider finde ich die App-Note gerade
nicht. Jim Williams hatte dazu mal was erzählt, das Verfahren hat LTC
später in die LTC299x verbaut. Ich hatte den LTC2990 gerne für allen
möglichen Kram benutzt...

Grüße aus Kiel, Ing.olf

Am 03.01.20 um 08:19 schrieb Rafael Deliano:

Rafael Deliano

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Jan 3, 2020, 7:02:28 AM1/3/20
to
> Misst Du die Chiptemperatur über
> die Vorwärtsspannung oder über das Delta der Vorwärtsspannungen bei
> unterschiedlichen Flussströmen?

Gemessen wird zwei mal bei gleichem, niedrigem Strom.
Dazwischen liegt der Puls mit hohem Strom, der soll
aber nur aufheizen.
Angenehmer Vorteil, wie ja auch geschrieben: die
Bahnwiderstände der Zuleitung und des Leitklebers
sind damit kein Problem.

MfG JRD

Joerg Niggemeyer

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Jan 3, 2020, 8:47:30 AM1/3/20
to
In message <qunagj$lfc$1...@dont-email.me>
Das Umschalten von zwei Stromquellen zur Messung von Tj bei niedrigem
Referenzstrom haben verschiedene als Gegenstand laufender Pats (z.B.
Philips), wobei hier eine PWM zur Regelung der Leistung (und Wärme)
verwendet wird.

Mein Verfahren nutzt deswegen einfach den Refstrom aus einem Kondensator,
der über die LED entladen wird, wenn der Treiberstrom abgeschaltet wird.

Bei TJ Verfahren sollte man darauf achten, dass Du den Halbleiter
nicht schrottest/alterst. Dann danach ist der K-Faktor nämlich nicht
unbedingt mehr der Gleiche, oder aber der chip weist ein Loechlein auf.
Also tunlichst unterhalb der TJ von 150°C bleiben, sowie nie den max
Strom dabei überschreiten.

Üblicherweise hat man ein Delta T von Junction zum Kühlkörper von
ca. 15-30° zu erwarten, wenn man eine HP LED bei Nennlast fährt.

Die automotive Leutchen meinen deswegen auch eine T ambient von 120°C
ihren LEDs noch zumuten zu können, was ich als etwas zu hoch ansehe.


Habe ich das jetzt korrekt gelesen, dass Du ein Delta T von TJ zu ambient
anstrebst und das Delta T direkt aus einem einzelnen Powerpuls
heraus erzeugst ?

Du schreibst, dass eine Zieltemperatur erreicht werden soll, warum und wie
hoch soll die sein und wie kann ich dann sicher sein, dass mir dadurch
nicht dabei der Halbleiter verreckt, wenn ich diese erreichen will?

Ich gebe ein Delta W rein und erwarte bei einem spontanem D Tj, dass das D
TJ unterhalb eines bestimmten Wertes bleibt, um einen guten thermischen
Kontakt aufzuzeigen. Das Ziel ist also cool zu bleiben.

Um die Qualität einer thermischen Anbindung einer unbekannten LED bewerten
zu können, muss man jede LED dabei individuell kalibrieren (kann ich
automatisch per SW), bzw. das Prüfen, sowie eine Messauflösung dabei so
um die 0.1°C erreichen. Du kannst dann z.B. messen ob ein Stück Papier vor
die LED gehalten wird, die den Luftstrom/direkte Abstrahlung mindert, was
dann so ein paar Grad bewirkt. Bzw. direkt messen ob der Anpressdruck auf
das TIM reicht usw.









--
mit freundlichen Gruessen/ best regards Joerg Niggemeyer Dipl.Physiker
WEB: http://www.nucon.de https://www.led-temperature-protection.com
Nucon GbR Steinbecker Muehlenweg 95, 21244 Buchholz idN, Germany
UST-IDNR.: DE 231373311, phone: +49 4181 290913, fax: +49 4181 350504
WEEE-Reg.-Nr.:DE 31372201

Rafael Deliano

unread,
Jan 3, 2020, 10:28:51 AM1/3/20
to
> Du schreibst, dass eine Zieltemperatur erreicht werden soll, warum und wie
> hoch soll die sein und wie kann ich dann sicher sein, dass mir dadurch
> nicht dabei der Halbleiter verreckt, wenn ich diese erreichen will?

Hier wurden Chips als gesägte Wafer gekauft und in einem
Gehäuse eigener Konstruktion montiert. Anwendung war Miniatursensor,
Ziel eher einfache Fertigbarkeit als optimaler Rth.
Die Frage war welcher Strom möglich war ohne die Lebensdauer zu
beeinträchtigen. Die Chips selbst waren per Datenblatt charakterisiert.
Aber Rth zu bestimmen ist in diesem Fall Job des Anwenders.
Die Chiptemperatur am Ende des Heizpulses kann man grob anhand des
Tempcos des Chipmaterials abschätzen. Und dann auf Literaturwerte
zurückgreifen was gesund/industrieüblich ist.
Andererseits zeigten Messungen bald irreversible Änderungen
im Leitkleber. Offensichtliche auch eine Grenze.

Ziel des Verfahrens war nondestructive testing für Serienteile.
Aber begrenzter stress test nicht unerwünscht. Fängt Teile ab die
dann bald beim Anwender hätten ausfallen können.

MfG JRD

Joerg Niggemeyer

unread,
Jan 4, 2020, 4:22:01 AM1/4/20
to
In message <qunmji$skk$1...@dont-email.me>
Rafael Deliano <rafael_...@arcor.de> wrote:



> Ziel des Verfahrens war nondestructive testing für Serienteile.
> Aber begrenzter stress test nicht unerwünscht. Fängt Teile ab die
> dann bald beim Anwender hätten ausfallen können.

Ich bin da sehr skeptisch, ob deine zeitliche Auflösung und
Rechenauflösung, das bringen kann. Auch die Idee oder Gefahr eines
"Stresstests" halte ich für nicht unbedingt geeignet. Ein burn in für eine
bestimmte Zeit plus genaue Vermessung ohne jegliche Alterung der Teile zu
provozieren, die eben den Test noch bestehen, sollte das Ziel sein.

Das System, was bislang dafür angeboten wird, ist fuer kleine Firmen
jedenfalls unbezahlbar:

https://www.mentor.com/products/mechanical/micred/t3ster/



--
Joerg Niggemeyer on RISCOS 5.24 Raspberry Pi3+
http://www.led-temperature-protection.com
http://www.nucon.de

Rafael Deliano

unread,
Jan 4, 2020, 5:07:32 AM1/4/20
to
> Das System, was bislang dafür angeboten wird, ist fuer kleine Firmen
> jedenfalls unbezahlbar:
> https://www.mentor.com/products/mechanical/micred/t3ster/

Es wird vermutlich eine Voodoo-verbesserte Variante
des von mir beschriebenen Grundverfahrens sein. Das wiederum
geht wohl bis in 60er Jahre zurück.

> Ich bin da sehr skeptisch, ob deine zeitliche Auflösung und
> Rechenauflösung, das bringen kann.

"Zeitliche Auflösung" ist mit Controller kein Thema, thermische
Zeitkonstanten liegen nicht im Mikrosekunden-Bereich. Die
Umschaltung der Stromquellen ist über Diode simpel. Der A/D-
Wandler mit 16 Bit üppig genug ausgelegt.

Für meine Anwendung war diese Schaltung praktikabel.
Es kann für andere Anwendung andere Schaltung erfordern oder
sich schlicht nicht eignen. Um sich relevante Meinung zu bilden
muß man eben Tests machen.

MfG JRD

Hans-Peter Diettrich

unread,
Jan 4, 2020, 6:36:57 AM1/4/20
to
Am 04.01.2020 um 10:21 schrieb Joerg Niggemeyer:

> Das System, was bislang dafür angeboten wird, ist fuer kleine Firmen
> jedenfalls unbezahlbar:
>
> https://www.mentor.com/products/mechanical/micred/t3ster/

Kleine Firmen bauen keine Chips, sie verwenden nur die vorgefertigten
Bauteile. Sie brauchen allenfalls einen go/nogo Test, um die
Brauchbarkeit von bestimmten Typen oder Chargen zu prüfen, keine Analyse
von Fehlerursachen im Chip Design.

DoDi

Rafael Deliano

unread,
Jan 4, 2020, 7:04:52 AM1/4/20
to

/ Hier wurden Chips als gesägte Wafer gekauft und in einem
/ Gehäuse eigener Konstruktion montiert. Anwendung war Miniatursensor,

>> Das System, was bislang dafür angeboten wird, ist fuer kleine Firmen
>> jedenfalls unbezahlbar

> Kleine Firmen bauen keine Chips, sie verwenden nur die vorgefertigten
> Bauteile.

Wer nur das kann, was ohnehin alle können, überlebt am Markt oft nicht.
Das gilt auch für kleine Firmen. Zum KnowHow gehört dann eben
Prüfsysteme selber bauen.

MfG JRD

Joerg Niggemeyer

unread,
Jan 6, 2020, 6:15:40 AM1/6/20
to
In message <qupo52$9ql$1...@dont-email.me>
Rafael Deliano <rafael_...@arcor.de> wrote:



> "Zeitliche Auflösung" ist mit Controller kein Thema, thermische
> Zeitkonstanten liegen nicht im Mikrosekunden-Bereich. Die
> Umschaltung der Stromquellen ist über Diode simpel. Der A/D-
> Wandler mit 16 Bit üppig genug ausgelegt.

Ein Chip alleine hat allerdings auch nicht eine allzu große
Wärmekapazität im Vergleich zum Package.

Zitat aus Thermal Management for LED Applications K 11.2 S 427
nicht wörtlich übersetzt:
"Ein korrekt angebundener LED chip heizt sich gegenüber case innerhalb
von 20-50us auf oder kühlt ab." Die Vodoo Jungs vermessen das mit einem
Data Intervall von 100ns

Falls Du also bewerten wolltest, ob Du einen Chip korrekt im case
angebunden hast, müsstest du sehr schnell auf den Refstrom zur Messaung
umschalten können.

Zumindest wundere ich mich oder bin eben skeptisch, über das Ziel was
Du damit verfolgt hast, weil Du auch schreibst "Die Umschaltung der
Stromquellen über Diode (Bild7) ist zwar schnell, aber es ergab sich bei
Test mit 0.7 Ohm Widerstand statt LED trotzdem eine kurze 100usec
Zeitkonstante"

Diese 100usec - falls es denn kein Schreibfehler/Messfehler ist - das ist
doch dafür eher grotten langsam und 20mV Versatz (Bild 7) ebenso
unakzeptabel (wohlgemerkt für das Ziel Rth chip zu case messen zu wollen)
?!

Rafael Deliano

unread,
Jan 6, 2020, 8:43:21 AM1/6/20
to
> "Ein korrekt angebundener LED chip heizt sich gegenüber case innerhalb
> von 20-50us auf oder kühlt ab." Die Vodoo Jungs vermessen das mit einem
> Data Intervall von 100ns

Dürfen sie. Jeder darf glauben was er will.
Die von mir zitierte Optek Application Note ( die auch im www
zu finden ist, genau wie der MIL-STD ) liegt eher im Bereich des
Üblichen für Chips in Gehäusen: "Typical values for heating period
may range from 1 millisecond to over 100 milliseconds."
Meine LEDs ( Bild 11 ) hatten etwa 10x ungünstigere thermische Anbindung
als das vergleichbare kommerzielle IC ( Bild 9 ).
Dauert also sie heiß zu bekommen, habens nicht eilig abzukühlen.

Literatur nicht im www aber eventuell nützlich:
http://www.embeddedFORTH.de/temp/poppe-Mentor.pdf
http://www.embeddedFORTH.de/temp/Fukuda.pdf

> Diese 100usec - falls es denn kein Schreibfehler/Messfehler ist - das ist
> doch dafür eher grotten langsam und 20mV Versatz (Bild 7) ebenso
> unakzeptabel (wohlgemerkt für das Ziel Rth chip zu case messen zu wollen)
> ?!

Bei Umschalten ergeben sich Effekte wie überlagerte Zeitkonstanten
die entweder durch DUT oder die Messvorrichtung verursacht sind.
Ich habe das dokumentiert, aber nicht weiter untersucht weil es
für meine Anwendung nicht relevant war.

Und an dem Punkt beende ich die ermüdende Diskussion.

Ich habe das Verfahren aufgebaut, war damit für meine Zwecke
zufrieden, habe es dokumentiert für Leute für die es auch nützlich sein
kann. Die Darstellung bezieht sich als praktisches Beispiel auf eine
konkrete Anwendung die andere Anwender mit Sicherheit so nicht
haben werden.

Ich habe keine Lust auf unergiebige Streitereien mit Leuten die
das Verfahren absehbar nicht verstanden haben. Die es auch nicht
aufgebaut und praktisch überprüft haben.

MfG JRD

Joerg Niggemeyer

unread,
Jan 6, 2020, 1:48:51 PM1/6/20
to
In message <quvdhn$9of$1...@dont-email.me>
Rafael Deliano <rafael_...@arcor.de> wrote:

>> "Ein korrekt angebundener LED chip heizt sich gegenüber case innerhalb
>> von 20-50us auf oder kühlt ab." Die Vodoo Jungs vermessen das mit einem
>> Data Intervall von 100ns

Danke für die PDFs, schaue doch einfach bei Fukuda Seite 5 auf die Bilder
und dann siehts du doch genau, was ich sage. Chip liegt DeltaVf figure
(a) im micro s Bereich

td das time delay zur ADC Wandlung nach dem Umschalten auf 1mA ist dort
einmal 1us und 3us


Falls du mit time delay von 100us arbeiten musstest (weils eben ein
Frickelaufbau ist), dann wundert mich es, wie du das Kleben oder Anbinden
eines eigenen chips im eigenen IC damit vermessen wolltest, das oder diese
Frage ist doch nicht so ganz unberechtigt oder? insbesondere, wenn Du auch
noch selbst so ein schönes Paper hier präsentierst wo td 1-3us verwendet
wird.


> Ich habe keine Lust auf unergiebige Streitereien mit Leuten die
> das Verfahren absehbar nicht verstanden haben. Die es auch nicht
> aufgebaut und praktisch überprüft haben.

Ja man kann sich nur wundern, da stellst Du Dinge in das Netz zur
Diskussion und wenn man dann mal nachfragt, dann soll man es nicht
verstanden haben..........

Zur Bewertung der Case T sind td 100us natürlich in Ordnung

Joerg Niggemeyer

unread,
Jan 7, 2020, 6:26:44 AM1/7/20
to
In message <qumpt8$jl$1...@dont-email.me>
Rafael Deliano <rafael_...@arcor.de> wrote:

> Messung des Wärmewiderstands für gebondete LED-Chips.
> Das Prinzip ist auf andere Anwendungen übertragbar,
> z.B. Transistoren auf Kühlkörpern.

> http://www.embeddedFORTH.de/temp/Rth.pdf


Kleiner Tip noch zu Bild 2 Parameter Temperatur:

Die Temperatur ist eine stetige Größe und sollte so auch passend
zu Bild 1 Verlauf Vf gezeichnet werden!

D.h. die Junction heizt sich verzögert auf und kühlt sich immer nur auch
verzögert ab. Fällt also nicht von 100° auf 25° unstetig innerhalb 0 s
zurück beim Umschalten oder Abschalten des Heizstromes.

Soviel noch zu Verständnisfragen und Grüße ;-)

Ingolf Pohl

unread,
Jan 8, 2020, 9:17:14 AM1/8/20
to
Hi Rafael und alle anderen natürlich auch ;-)

Am 03.01.20 um 13:02 schrieb Rafael Deliano:
Ich dachte bei der Methode der Temperaturbestimmung an folgende
Application-Note:

https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/an137f.pdf

Da wird beschrieben, warum es praktisch ist die Differenz zweier Uf
Messungen bei zwei unterschiedlichen If zur Temperaturmessung zu
benutzen - das gibt's irgendwo noch einfacher beschrieben.

Rafael Deliano

unread,
Jan 8, 2020, 11:46:42 AM1/8/20
to
> das gibt's irgendwo noch einfacher beschrieben.

Linear Technology Application Note 45
"Measurement and Control Circuit Collection"

Da schaltet Jim Williams zwischen 10uA und
100uA um, damit nur die Steigung der
Kennlinie gemessen wird. Der Transistor wird
damit nicht aufgeheizt. Die Anwendung ist
ja Temperaturmessung.

Der Tempco bei LEDs ist keine Konstante
sondern etwas abhängig vom Strom. Soweit
Kennlinien veröffentlicht wurden, ist es aber
ca. eine Gerade. Wenn man bei dem Rth-Verfahren
die Temperatur genauer bestimmen wollte,
müsste man das LED mit dem niederigen
Strom speisen. Und in Wasserbad 2-3 Punkte
messen.

MfG JRD



Ingolf Pohl

unread,
Jan 8, 2020, 11:59:17 AM1/8/20
to
Jaaa! Die hatte ich gesucht, super!

Am 08.01.20 um 17:46 schrieb Rafael Deliano:
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