Способ контроля тепловой устойчивости однородного токораспределения в импульсных режимах работы мощных биполярных транзисторов

 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для контроля тепловой устойчивости транзисторов в импульсных режимах. Цель изобретения - повышение достоверности контроля тепловой устойчивости однородного токораспределения в импульсных режимах работы мощных биполярных транзисторов - достигается за счет контроля соответствующей исследуемому импульсному режиму работы крутизны зависимости напряжения между эмиттерным и базовым выводами от напряжения между коллекторным и базовым выводами при заданной амплитуде импульсов эмиттерного тока. По измеренным значениям этих напряжений контролируют тепловую устойчивость однородного токораспределения в различных импульсных режимах. Способ может быть также использован при произвольной форме импульсов эмиттерного тока 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для контроля устойчивости транзисторов в импульсных режимах. Цель изобретения повышение достоверности контроля тепловой устойчивости однородного токораспределения в импульсных режимах работы мощности биполярных транзисторов за счет контроля соответствующей исследуемому импульсному режиму крутизны зависимости напряжения между эмиттерным и базовым выводами U_эб от напряжения между коллекторным и базовым выводами U_кб при заданной амплитуде импульсов эмиттерного тока I_э. На фиг. 1 изображены временные зависимости тока эмиттера I_э, напряжения между коллекторным и базовым выводами U_кб и напряжения между эмиттерным и базовым выводами U_эб; на фиг.2 типовые зависимости U_эб, U_кб и для импульсного периодического режима. Измерение зависимости напряжения между эмиттерными и базовым выводами U_эб биполярных транзисторов от напряжения между коллекторным и базовым выводами U_кб позволяет контролировать тепловую устойчивость однородного токораспределения в различных импульсных режимах. Следовательно, при фиксированных амплитуде I_м, длительности t_n и периоде t_o следования импульсов эмиттерного тока I_э (фиг.1) с ростом напряжения между коллекторным и базовым выводами U_кб значение напряжения между эмиттерным и базовым выводами U_эб, достигаемое к моменту окончания импульсного эмиттерного тока (при условии, что исследуемый импульсный режим является установившимся), изменяется линейно (фиг. 1 и 2) до тех пор, пока распределение плотности тока и температуры однородно, т. е. при U_кб<U_кб. Крутизна этой зависимости dU_эб/dU_кб постоянна и пропорциональна импульсному тепловому сопротивлению R_т(t_n,Θ), зависящему от длительности t_n и сложности Θ импульсов эмиттерного тока I_э. При этом где I_э амплитуда импульсного эмиттерного тока; dU_эб/dT постоянный коэффициент при фиксированном значении I_м. Значение этого коэффициента несколько возрастает при уменьшении эмиттерного тока I_э, поэтому часто измерение напряжения между эмиттерным и базовым выводами U_эб соответствует окончанию импульса эмиттерного тока. Его измеряют после переключения транзистора в измерительный режим с малым уровнем эмиттерного тока I_э. По мере увеличения напряжения между коллекторным и базовым выводами U_кб происходит потеря тепловой устойчивости и в структуре транзистора образуется пульсирующее неоднородное распределение плотности тока и температуры. При этом переход из устойчивого импульсного режима в режим с периодически изменяющимися во времени неоднородным распределением температуры и плотности тока (при U_кб≥U^*_кб) неизбежно сопровождается увеличением модуля крутизны dU_эб/dU_кб (фиг.2), где U_эб значение напряжения, достигаемое к моменту окончания импульсов эмиттерного тока I_э. Поскольку заметное повышение напряжения между коллекторным и базовым выводами U_кб над U^*_кб может привести в структуре транзисторов к необратимым процессам, то для обеспечения неразрушающего контроля увеличение напряжения между коллекторным и базовым выводами ведут до тех пор, пока оно не достигнет значения U^*_кб, а затем уменьшают U_кб до нуля. Важнейшим требованием для повышения достоверности способа является обеспечение при каждом значении U_кб и измерении U_эб условия стационарности импульсного периодического режима, т.е. регистрируемая зависимости U_эб(U_кб) должна соответствовать стационарному периодическому импульсному режиму с заданными I_м, t_и и t_o. Только при выполнении этого условия зависимость U_эб(U_кб) линейна, а dU_эб/dU_кб есть постоянная величина при однородном распределении плотности тока и температуры в структуре транзисторов. Поэтому для измерения стационарной зависимости U_эб(U_кб) и ее крутизны напряжение между коллекторным и базовым выводами U_кб подают одновременно с подачей одного из импульсов эмиттерного тока I_э в виде импульсов со ступенчатой возрастающей амплитудой. При этом длительность t_ст каждой ступени напряжения U_кб задают равной целому числу N периодов t_o следования импульсов эмиттерного тока I_э так, чтобы время, равное разности длительности ступени t_ст и периода t_o, превышало время τ_т установления тепловых процессов в структуре транзисторов (фиг. 1), т.е. (t_ст-t₀) = (N-1)t₀>τ_т, (значение τ_т для каждого типа транзистора может быть измерено экспериментально на основе регистрации процесса установления U_эб при задании ступеньки разогревающей мощности на транзистор или определено расчетным путем на основе известных соотношений). В этом случае для каждой ступени напряжения U_кб импульсный режим достигает установившегося состояния к моменту включения последнего N-го импульса эмиттерного тока на данной ступени напряжения U_кб. При этом, регистрируя значения термочувствительного параметра напряжения U_эб в момент окончания последнего импульса эмиттерного тока (фиг. 1), для каждой ступени напряжения U_кб можно получить зависимость U_эб(U_кб), соответствующую стационарному импульсному режиму, и соответственно контролировать тепловую устойчивость (т.е. определять напряжение U^*_кб, при достижении которого начинается увеличение , свидетельствующее о начале образования неоднородного состояния). Под напряжением U_эб можно понимать и напряжение, измеряемое путем переключения транзистора после окончания последнего импульса эмиттерного тока в измерительный режим. Значение каждой ступени ΔU_кб (фиг. 1) напряжения между коллекторным и базовым выводами должно быть достаточно мало, чтобы обеспечить требуемую на практике точность измерения зависимости U_эб(U_кб) и достоверность определения U^*_кб. Например, с этой целью значение ΔU^*_кб можно ограничить сверху соотношением , где U_{кб макс} максимально допустимое напряжение между коллекторным и базовым выводами транзистора исследуемого типа. Для каждого транзистора это напряжение указано в технических условиях. С другой стороны, можно использовать и тот факт, что значение ΔU_кб<U_кб= (U_кб-U^*_кб), где ΔU^*_кб величина приращения напряжения U_кб, которая может быть подана на транзистор после U_кб=U^*_кб до возникновения необратимого пробоя, чтобы обеспечить неразрушающий контроль. Предлагаемый способ может быть использован при произвольной форме импульсов эмиттерного тока (например, в случае заполнения импульса высокочастотным сигналом и т.д.). В этом случае необходимо регистрировать зависимость минимального за период значения от напряжения U_кб за время действия последнего импульса эмиттерного тока при заданном ΔU_кб. Пример. Способ опробован на биполярных транзисторах типа КТ919. Транзисторы включаются по схеме с общей базой. Эмиттерный ток задается в виде последовательности прямоугольных импульсов с амплитудой 200 мА длительностью и скважностью Θ, значение которых варьируется в широких пределах (см. таблицу). При каждом фиксированном значении t_n, q на коллектор испытуемого транзистора подается ступенчато возрастающее напряжение U_кб. Длительность каждой ступени t_ст устанавливается t_ст= Θt_n(N-1)>τ_т, где τ_т= 2 мл·с. В момент окончания последнего импульса тока для каждой ступени напряжения U_кб регистрируется с помощью осциллографа С1-69 значение термочувствительного параметра (значение напряжения U_эб). С помощью управляющей машины Д3-2в значение напряжения U_эб, которое соответствует каждой ступени напряжения U_кб, запоминается, и зависимость U_эб от U_кб выводится на самописец Н-306. Как только на этой зависимости начинается увеличение модуля крутизны зависимости U_эб от U_кб, фиксируется значение U_кб=U^*_кб, и напряжение уменьшается до нуля. Измеренные значения U^*_{кб u} приведены в таблице. Достоверность измеренных значений подтверждается прямыми измерениями распределения тепловых полей в структуре исследуемых транзисторов с помощью ИК-микроскопа. Установлено, что как только U_кб>U^*_кб, так сразу же начинается формирование неоднородного состояния.

Формула изобретения

Способ контроля тепловой устойчивости однородного токораспределения в импульсных режимах работы мощных биполярных транзисторов, включающий задание эмиттерного тока и напряжения между коллекторным и базовым выводами контролируемого транзистора, регистрацию изменения напряжения между выводами эмиттера и базы контролируемого транзистора, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, эмиттерный ток задают в виде последовательности импульсов с заданной амплитудой, длительностью и периодом следования, а напряжение между коллекторным и базовым выводами контролируемого транзистора подают одновременно с подачей одного из импульсов эмиттерного тока в виде импульсов со ступенчато возрастающей амплитудой, причем длительность каждой ступени напряжения между коллекторным и базовым выводами контролируемого транзистора задают равной целому числу периодов следования импульсов эмиттерного тока, а время, равное разности длительности ступени напряжения и периода следования импульсов эмиттерного тока, превышает время установления тепловых процессов в структуре транзисторов, изменение напряжения между выводами эмиттера и базы контролируемого транзистора регистрируют в момент, соответствующий окончанию последнего импульса эмиттерного тока для каждой ступени напряжения между коллекторным и базовым выводами контролируемого транзистора, и фиксируют напряжение между коллекторным и базовым выводами контролируемого транзистора, при котором начинается увеличение модуля крутизны зависимости значения напряжения между выводами эмиттера и базы контролируемого транзистора от напряжения между коллекторным и базовым выводами контролируемого транзистора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3