Устройство для отбраковки мощных транзисторов

 

Изобретение относится к технике измерения и контроля параметров полупроводниковых приборов. Может использоваться для отбраковки дефектных и потенциально ненадежных мощных транзисторов. Цель изобретения - упрощение устройства - достигается включением образцового транзистора с известным тепловым сопротивлением переход-корпус и испытуемого транзистора по схеме дифференциального каскада с заземленными базами и использования значений температурно-чувствительного параметра - эмиттерного тока образцового транзистора с известным тепловым сопротивлением переход - корпус при разных значениях греющей мощности в качестве критерия годности испытуемого транзистора. Устройство содержит клеммы 1, 2 и 4 для подключения испытуемого транзистора, источник 3 эмиттерного тока, резисторы 5,.6, 8, 9 и 13, образцовый транзистор 7, амперметр 10, источник 11 коллекторного напряжения , блок 12 коммутации. Рекомендации по выбору параметров элементов, входящих в состав устройства, величин тока и напряжения приводятся в описании изобретения. 3 ил. S (Л ts9 4; ;о С)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„,Я0„„1247796 А1 (51)4 G01 R31 26

ВСЕСР Н136,4%

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 3 3 сО

Фиа/

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3857910/24-21 (22) 20.02.85 (46) 30.07.86. Бюл. № 28 (71) Ульяновский политехнический институт (72) В. А. Сергеев и П. А. Голенкин (53) 621.382.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 667918, кл. G 01 R 31/26, 1976.

Авторское свидетельство СССР № 646278, кл. G 01 R 31/26, 1977. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБРАКОВКИ

МОЩНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ (57) Изобретение относится к технике измерения и контроля параметров полупроводниковых приборов. Может использоваться для отбраковки дефектных и потенциально ненадежных мощных транзисторов. Цель изобретения — упрощение устройства достигается включением образцового транзистора с известным тепловым сопротивлением переход †корп и испытуемого транзистора по схеме дифференциального каскада с заземленными базами и использования значений температурно-чувствительного параметра — эмиттерного тока образцового транзистора с известным тепловым сопротивлением переход — корпус при разных значениях греющей мощности в качестве критерия годности испытуемого транзистора.

Устройство содержит клеммы 1, 2 и 4 для подключения испытуемого транзистора, источник 3 эмиттерного тока, резисторы 5, 6, 8, 9 и 13, образцовый транзистор 7, амперметр 10, источник 11 коллекторного напряжения, блок 12 коммутации. Рекомендации по выбору параметров элементов, входящих в состав устройства, величин тока и напряжения приводятся в описании изобретения.

3 ил.

1247796 (2) (1а) РЙ! = РЙ2 = — — Rr, Io

55

Изобретение относится к технике измерения и контроля параметров полупроводниковых приборов и может быть использовано для отбраковки дефектных и потенциально ненадежных мощных транзисторов.

Цель изобретения — упрощение устройства.

Указанная цель достигается включением образцового транзистора с известным тепловым сопротивлением. переход †корп и испытуемого транзистора по схеме дифференциального каскада с заземленными базами и использования значений температурночувствительного параметра — эмиттерного тока образцового транзистора с известным тепловым сопротивлением переход †корп при разных значениях греющей мощности в качестве критерия годности испытуемого транзистора.

На фиг. 1 и 2 представлена структурная схема устройства; на фиг. 3 — графики зависимостей.

Устройство содержит клемму 1 для подключения базы испытуемого транзистора, соединенную с общей шиной; клемму 2 для подключения эмиттера испытуемого транзистора, соединенную с первым выходом источника З.эмиттерного тока; клемму 4 для под. ключения коллектора испытуемого транзистора, к которой подключены резисторы 5, 6, образцовьщ транзистор 7 с известным тепловым сопротивлением переход †корп, база которого соединена с общей шиной, коллектор с четвертым и пятым резисторами 8, 9, эмиттер — с одним из полюсов амперметра 10, второй полюс которого подключен к первому выходу источника эмиттерного тока; источник 11 коллекторного напряжения, первый выход которого соединен с одним из входов блока 12 коммутации через первый резистор 13, с другим — накоротко, а второй выход — с общей шиной.

Для выполнения условия равенства мощностей, рассеиваемых испытуемым и образцовым транзистором, с известным тепловым сопротивлением переход †корп, что необходимо для работы устройства величины резисторов нагрузки, первого резистора 13, величина тока источника Io и напряжения источника питания E. должны удовлетворять условиям

RiH = Ri« 2 =— (16)

Устройство работает следующим образом (фиг. 2) .

Испытуемый транзистор устанавливается в соответствующие клеммы 1, 2, 4, источник 3 тока создает токи I! и I2, протекаюшие через испытуемый и образцовый транзисторы соответствено, которые включены (фиг. 2) по схеме дифференциального каскада с зазем5

1о f5

25 зо

4О

45 ленными входами, при этом 12 + I! = Io.

В исходном состоянии источник 11 коллекторного напряжения соединен с коллекторами испытуемого и образцового транзисторов через первый резистор R«и сопротивления нагрузки R4 и ЯЙ2 соответственно.

Напряжения на коллекторах испытуемого и образцового транзисторов равны соответственно Укб! = Ек — Rrlp — R«! !!, !

UK62 = Ек — R«lp R«2 2 ! причем индексом 1 обозначены величины, относящиеся к испытуемому транзистору.

Величины Е«, R«u lo выбираются такими, чтобы напряжение (Е.— R.lp) было по крайней мере в пять раз больше падения напряжения на эмиттерных переходах транзисторов Uýpi = Uýp2 =Uýp 0,7 В. В этом случае базовыми токами и мощностью, рассеиваемой на эмиттерных переходах испытуемого и образцового транзисторов, можно пренебречь и нетрудно показать с учетом условия (1а) и равенства I! + 12 = lp, что мощности рассеиваемые испытуемым и образцовым транзисторами Рй! и Р4, равны между собой

Рй! = U«6! 1! = (E« — R«lo — RJ! 1!) I! =

I.

= (Š— R lp) Х (1 — — ) Х1! = (E«R«lo) — -- = (E R«lo) (1 — — ) Х т2 т! 1а

Io 1o

Х12 = Р«2 = R« = "- (1 — б ).Io

4 (3) где б — относительная разность токов (т! т2)/т0> так что

I! = — (1+б), а 4 = (1 — б).

Покажем, что разность токов, протекающих через транзисторы, связана с разностью их тепловых сопротивлений.

Температуры эмиттерных переходов транзисторов в стационарном тепловом режиме определяются известными формулами

Т„= T«+ P P- .i; (4)

T„= Тк + Рй Ятпч2; где Т. — температура корпусов транзисторов, которую полагаем одинаковой; — тепловые сопротивления испытуемого и образцового транзисторов соответственно. Очевидно, что при равенстве рассеиваемых мощностей температура перехода больше у того транзистора, у которого больше теплового сопротивление переход— корпус Т! 2 = Ти — Тп — Рк (Ятп-чс! — Ятп-к2)

Рк Л Ятп к (5) 1247796 (6) Е»1р1, Ip

6" — 6

ARx»-» = лт = 2arth6+ ln

1 — 2 =

7 е (8) откуда

32 l — 1р

25 (13.) (9) Эмиттерные токи Т и 1р в свою очередь являются функциями температуры

1 =А1ехр(— 1 );

КТi!,=А,ехр(— );

КТ2 где Š— ширина запрещенной зоны полупроводника; 1О

q — заряд электрона;

К вЂ” постоянная Больцмана;

А,2 — слабо зависящие от температуры коэффициенты.

Относительную разность токов 6 можно выразить через разность температур переходов — 1 — ехр(.— в ЛТ| 2)

1+ф-1+-фехр (— в AT 2) где в = (Š— qU ь)/KTiT .

При подстановке выражений (8) и (3) в уравнение (5), получаем

М= — — — — - Х (Ex R»1p) 10

2агсИ6 + Ln в(1 — 6 )

Таким образом, разность тепловых сопротивлений образцового и испытуемого транзисторов связана функциональной зависимостью с разностью токов, протекающих через транзисторы. На фиг. 3 представлены графики зависимостей AR. (6) при нескольких значениях отношения А2/А i, Ум =

= 0,7 В, Е = 1,12 эВ, Тк = 300 К, R. 2 =

= 1 С/В при (Ex Rxlp) Ip = 80 и 40 Вт.

Для случая небольших разностей токов

6(0,05, раскладывая arth6 в ряд и пренебрегая величиной -6, получаем

6 = — — — — — ЛЯ..— pin+ (10) (Ек — carlo) Ip-е Аа

В качестве температурочувствительного параметра в предлагаемом устройстве используется эмиттерный ток образцового транзистора 1г, который совершенно одно- so значно связан с величиной 6

6 = (lp — 212) /lp (11)

Поскольку на практике величина отношения А2/А является неизвестной, то в предлагаемом устройстве предусмотрено измере- у ние тока 12 с помощью амперметра в цепи эмиттера образцового транзистора при двух значениях греющей мощности. Осуществляется это следующим образом. Величина 1р в исходном состоянии фиксируется. Затем путем переключения блока коммутации, которое может осуществляться как вручную, так и автоматически, выход источника напряжения непосредственно (накоротко) соединяется с вторым 5 и третьим 6 резисторами Ф 1 и Р4 (в простейшем случае. блок 12 коммутации представляет собой переключатель на два положения н три направления).

При этом мощности, рассеиваемые транзисторами, возрастают, но по-прежнему остаются одинаковыми

= (Е.— R»21 ) ly = — --(1 — 6 ). (12)

Екlо 2

Фиксируя ток! и 1р до и после переключения соответственно из выражения (10) с учетом равенства (11) нетрудно определить величину AR.

Для отбраковки транзисторов по величине теплового сопротивления в условиях их массового производства не требуется точно измерять величину теплового сопротивления, а достаточно лишь знать, больше она отбраковочного уровня или меньше.

Для отбраковки подбирается эталонный транзистор с тепловым сопротивлением, равным предельно допустимому.

Отбраковка транзисторов с повышенным тепловым сопротивлением осуществляется по показаниям амперметра. Если при переключении блока коммутации мощность, рассеиваемая транзистором, возрастает, а показания амперметра 10 уменьшаются (т. е. уменьшается ток через образцовый транзистор), то испытуемый транзистор необходимо отнести к браку.

Параметры элементов, входящих в состав устройства, выбираются, исходя из типа испытуемого транзистора, условий справедливости приближений, использованных при математическом испытании, а также из условия достижения наибольшей точности.

Величина lp выбирается из условия справедливости формул (6) на уровне -0,11к,„ так, чтобы можно было пренебречь ограничительным действием входного омического сопротивления транзисторов гвк (I» азах — предельно допустимый ток для данного типа транзисторов). Считаем также, что при этом можно пренебречь внутренним сопротивлением амперметра гл-урр.

С целью достижения наибольшего изменения измеряемого параметра рекомендуется выбирать Е. = 4P-./1о, но не более, чем

1247796

Формула изобретения иг.2

UK3o„re Рном — номинальная рассеиваемая транзистором мощность; U. — предельно допустимое напряжение для данного типа транзисторов. Величина R» выбирается из условия обеспечения активного режима работы транзисторов в исходном состоянии

EÄ Rã1<) 5Uì. Для определенности можно рекомендовать выбирать R. так, чтобы Ż— — Rrlo было больше 5 В. Величины Р4л и К я определяются из условия (la, 6).

1О

Устройство для отбраковки мощных транзисторов, содержащее источник коллекторного напряжения, источник эмиттерного тока, первый выход которого соединен с клеммой для подключения эмиттера испытуемого транзистора, а второй выход и клемма для подключения базы испытуемого транзистора соединены с общей шиной, клемму для под- 20 ключения коллектора испытуемого транзистора, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, в него введены образцовый транзистор с известным тепловым сопротивлением переход †корп, амперметр, пять резисторов и блок коммутации, при этом первый вывод источника коллекторного напряжения соединен с первым входом блока коммутации и первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с вторым входом блока коммутации, первый и второй выходы блока коммутации соединены с первыми выводами второго и третьего резисторов; вторые выводы которых объединены и соединены с клеммой для подключения коллектора испытуемого транзистора, третий и четвертый выходы блока коммутации соединены с первыми выводами четвертого и пятого резисторов, вторые выводы которых объединены и соединены с коллектором образцового транзистора, с известным тепловым сопротивлением переход †корп, эмиттер которого соединен с первым выводом амперметра, второй вывод которого соединен с клеммой для подключения эмиттера испытуемого транзистора и при этом база образцового транзистора с известным тепловым сопротивлением переход †корп и второй вывод источника коллекторного напряжения соединены с общей шиной.

1247796

Составитель В. Каменщиков

Редактор Н. Швыдкая Техред И. Верес Корректор Л. Пилипенко

Заказ 4120 45 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и о1крытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4