Экспресс-метод измерения теплового сопротивления переход-корпус силовых полупроводниковых приборов в корпусном исполнении

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике измерения тепловых параметров компонентов силовой электроники, и может быть использовано для контроля качества силовых полупроводниковых приборов в корпусном исполнении. Технический результат - сокращение времени измерения, снижение аппаратурных затрат при реализации способа и повышение выхода годности изделий в технологическом процессе измерения. Для достижения данного результата полупроводниковый кристалл нагревают путем пропускания через него постоянного тока (I₀) заданной амплитуды, измеряют в процессе нагревания значение его температурочувствительного параметра, в качестве которого используют прямое падение напряжения на кристалле (U _п), и одновременно измеряют температуру основания корпуса (Т_к) прибора в выбранной точке. Запоминают эти значения, получая их зависимости от времени t. Прекращают нагрев полупроводникового кристалла при достижении температуры Т_к заданного значения и в режиме естественного охлаждения при подаче на кристалл коротких измерительных импульсов тока с амплитудой I₀ и скважностью, не влияющих на тепловое равновесие прибора, измеряют и запоминают значения температурочувствительного параметра и температуры основания корпуса, получая зависимости U_п(t) и T_к(t) на интервале охлаждения. При этом длительность интервала охлаждения выбирают из условия безусловного выполнения 1>>3τ, где τ - наибольшая тепловая постоянная конструкции прибора, определяют момент динамического равновесия t₁ на интервале нагрева и по полученным зависимостям вычисляют тепловое сопротивление переход-корпус в данной точке t₁. 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 2 ил.

Изобретение относится к технике измерения тепловых параметров компонентов силовой электроники, в частности силовых полупроводниковых приборов, включающих в себя структуры IGBT-, MOSFET-транзисторов и обратных FRD-диодов, и может быть использовано для контроля качества изделий силовой электроники и для оценки их температурных запасов.

Тепловое сопротивление (R_Тп-к) полупроводникового прибора определяется как отношение разности эффективной температуры перехода (Т_П) и температуры основания корпуса (Т _К) в контролируемой точке к рассеиваемой мощности (Р) прибора в установившемся тепловом режиме, когда измеряемая температура не изменяется по отношению к окружающей среде. Температурочувствительные электрические параметры кристалла используются как датчики температуры (термометры) для непрямого измерения его температуры.

Известен способ [1] измерения теплового сопротивления переход-корпус полупроводниковых диодов, в котором на контролируемый диод подают греющие импульсы тока постоянной амплитуды I_m, в промежутках между которыми через диод пропускают постоянный начальный ток и измеряют изменение прямого напряжения Θ диода и греющую мощность Р_m. При этом подачу на контролируемый диод греющих импульсов тока осуществляют таким образом, что величину, обратную скважности греющих импульсов тока Q^-1=τ _и· f_cл, где τ _и - длительность греющих импульсов тока, а f_сл - частота их следования, увеличивают по линейному закону с постоянной крутизной S_Q. По полученным значениям определяют тепловое сопротивление по выражению

где К_Т - температурный коэффициент прямого напряжения диода при протекании постоянного начального тока.

Недостатком способа является низкая точность, обусловленная большой погрешностью измерения импульсного напряжения из-за влияния переходных тепловых и электрических процессов при переключении диода из одного режима - режима разогрева в другой - режим измерения [2]. Другим существенным недостатком известного способа является большое время измерения, связанное с операцией калибровки.

Существующие способы измерения теплового сопротивления заключаются в предварительной калибровке и последующем измерении в состоянии теплового равновесия, что требует значительных временных затрат (несколько часов). При этом необходимо применение теплоотвода с использованием теплопроводящей пасты, что значительно увеличивает погрешность измерения, а для силовых полупроводниковых приборов с величиной теплового сопротивления, составляющей сотые доли градуса на ватт, погрешность измерения из-за применения теплопроводящей пасты может составить величину порядка 40-100%, что делает вообще невозможным получение правильного результата.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является экспресс-метод [3] измерения теплового сопротивления переход-корпус силовых полупроводниковых приборов в корпусном исполнении, заключающийся в том, что полупроводниковый кристалл нагревают путем пропускания через него постоянного тока I₀ [А] заданной амплитуды и в процессе нагревания измеряют значение его температурочувствительного параметра, в качестве которого используют прямое падение напряжения на кристалле (U_П) [В].

Данный способ измерения теплового сопротивления переход-корпус производят по двум осциллограммам, так называемым осциллограммам "основание" и "модуль", температурочувствительного параметра, снятым и записанным с помощью осциллографа TDS 340 в память компьютера.

Получение осциллограммы "основание" производят при нагреве кристалла постоянным током небольшой амплитуды в течение первых ста секунд нагрева и последнего временного отсчета в установившемся состоянии теплового равновесия. Осциллограмму "основание" получают один раз для всей серии приборов и хранят в памяти компьютера.

Снятие осциллограммы "модуль" осуществляют в течение нескольких секунд при нагреве кристалла постоянным током, обеспечивающим разность температур перехода Т_П и основания корпуса Т_К не более 30-50° С в течение времени эксперимента, удовлетворяющем условию Т_П<125° С.

При получении осциллограмм в начальный и конечный моменты измерений дополнительно измеряют и запоминают температуру основания корпуса в выбранной точке.

Для осциллограммы температурочувствительного параметра U_П при постоянном греющем токе и линейной зависимости U_П от температуры можно записать [4]:

где Δ U_П(t) [В] - изменение прямого падения напряжения на кристалле относительно начального значения при t=t₀ ,

k [B/° C] - температурный коэффициент температурочувствительного параметра,

I [A] - постоянный греющий ток,

t [с] - текущий момент времени,

Z_Тп-к(t) [° С/Вт] - динамическая характеристика переходного теплового сопротивления переход-корпус полупроводникового прибора,

Z_Тк-а (t) [° С/Вт] - динамическая характеристика полного переходного теплового сопротивления корпус-среда полупроводникового прибора.

Каждая из динамических характеристик Z_Тп-к(t) и Z_Тк-а(t) может быть сведена к сумме показательных функций с параметрами эквивалентной тепловой модели, в которой тепловые сопротивления и емкости определяются постоянными времени показательных функций.

По осциллограмме Δ U_П(t) "основание" определяют тепловые составляющие параметры полного переходного теплового сопротивления корпус-среда Z_Тк-а(t) полупроводникового прибора.

Из зависимости "модуль" вычитают кривую, построенную с использованием найденных тепловых составляющих параметров полного переходного теплового сопротивления корпус-среда Z_Тк-а(t), и находят изменение Δ U_П(t), характеризующее только Z_Тп-к(t), по которому определяют установившееся тепловое сопротивление переход-корпус прибора.

Наиболее существенными недостатками указанного способа являются большое время измерения при получении осциллограммы "основание", необходимость хранения ее в базе данных компьютера и длительный процесс итерационного поиска решения с корреляцией по методу [5] наименьших квадратов.

Технический результат - уменьшение времени измерения, снижение аппаратурных затрат при реализации способа и повышение выхода годности в технологическом процессе.

Технический результат достигается тем, что в экспресс-методе измерения теплового сопротивления переход-корпус силовых полупроводниковых приборов в корпусном исполнении, заключающегося в том, что полупроводниковый кристалл нагревают путем пропускания через него постоянного тока I ₀ [А] заданной амплитуды, измеряют в процессе нагревания значение его температурочувствительного параметра, в качестве которого используют прямое падение напряжения на кристалле U _П, на интервале нагревания дополнительно измеряют температуру основания корпуса Т_К [° С] прибора в выбранной точке, запоминают эти значения, получая их зависимости от времени t, прекращают нагрев полупроводникового кристалла при достижении температуры Т_К заданного значения, и в режиме естественного охлаждения полупроводникового прибора, при подаче на кристалл коротких измерительных импульсов тока с амплитудой I₀ и скважностью, не влияющих на тепловое равновесие прибора, измеряют и запоминают значения температурочувствительного параметра U _П и температуры Т_К, получая зависимости U _П(t) и Т_К(t) уже на интервале охлаждения, при этом длительность интервала охлаждения выбирают из условия безусловного выполнения t&γτ; &γτ; 3τ , где τ [с] - наибольшая тепловая постоянная конструкции прибора, определяют момент динамического равновесия t₁ [с] на интервале нагрева и по полученным зависимостям вычисляют тепловое сопротивление переход-корпус в данной точке t₁.

В силовых полупроводниковых приборах используют кристаллы, включающие в себя транзисторные и диодные структуры.

При нагреве кристалла постоянным током температура Т_П возрастает относительно растущей Т_К по экспоненциальной зависимости с постоянной времени τ до момента динамического равновесия t₁, после его наступления при t₁≥ 3τ превышение Т_П над Т_К происходит по линейной зависимости, а разность их составляет постоянную величину.

Признаками, отличающими заявляемое техническое решение от прототипа, являются следующие действия:

измеряют на интервале нагрева температуру основания корпуса прибора в выбранной точке;

получают зависимость от времени U_П(t) и Т _К(t) на интервале нагрева;

прекращают нагрев полупроводникового кристалла при достижении температуры корпуса заданного значения,

в режиме естественного охлаждения измеряют температурочувствительный параметр и температуру основания корпуса при подаче на кристалл коротких измерительных импульсов тока с амплитудой I₀ , равной амплитуде греющего тока, и скважностью, не изменяющих теплового равновесия прибора;

формируют и запоминают зависимости U_П(t) и Т_К(t) уже на интервале охлаждения;

длительность интервала охлаждения выбирают из условия безусловного выполнения t&γτ; &γτ; 3τ ;

определяют момент динамического равновесия t₁ на интервале нагрева;

вычисляют тепловое сопротивление переход-корпус в точке динамического равновесия;

в силовых полупроводниковых приборах используют кристаллы, включающие в себя транзисторные и диодные структуры.

В известных технических решениях не обнаружены признаки, сходные с признаками, отличающими заявленное решение от прототипа.

В момент времени t ₁ рассчитывают предварительное значение теплового сопротивления переход-корпус в динамике R_Тдин [° С/Вт], его используют для расчета калибровочной характеристики на интервале нагрева и температуры перехода на интервале охлаждения, что позволяет вычислить переходное тепловое сопротивление переход-корпус (Z _Tп-к) на интервале охлаждения, далее находят по нему тепловые составляющие эквивалентной тепловой модели полупроводникового прибора и вычисляют по этим составляющим установившееся тепловое сопротивление переход-корпус, которое обычно определяют в статике К_Тп-к [° С/Вт].

Положительный эффект предлагаемого технического решения заключается в совмещении процесса измерения и калибровки измеряемых зависимостей U_П(t) и Т _К(t), что позволяет провести все измерение за 2-3 минуты при отсутствии стандартных измерительных приборов.

Сущность заявляемого решения поясняется чертежами.

Фиг.1 - кривые, поясняющие метод измерения теплового сопротивления переход-корпус:

а - машинная осциллограмма тока с амплитудой I₀ на интервале t₀<t_i<t₂ нагрева и на интервале t₂<t_j<t ₄ охлаждения,

б - машинная осциллограмма температурочувствительного параметра U_П(t) на интервалах нагрева и охлаждения,

в - машинная осциллограмма измеряемой температуры основания корпуса Т_К(t) и рассчитанной температуры перехода T_П(t) на интервалах нагрева и охлаждения,

г - расчетная эпюра динамики предварительного R_Тдин(t) значения теплового сопротивления переход-корпус, поясняющая определение момента динамического равновесия t₁.

Фиг.2 - структурная схема устройства измерения.

При нагревании полупроводникового прибора постоянным током I₀ тепловой поток через полупроводниковый кристалл, слой припоя, металлизированную с двух сторон керамику, еще один слой припоя и медное основание распространяется к основанию корпуса прибора и далее в окружающую среду, создавая распределение температурного поля в соответствии с внутренними тепловыми сопротивлениями элементов конструкции. В качестве контрольной выбранной точки при измерении температуры Т_К используют точку под центром разогреваемого кристалла как самую горячую точку на основании корпуса, либо в центре основания, если неизвестны положения кристаллов.

Величины постоянного тока I₀, мощности потерь Р и температуры основания корпуса Т_К удовлетворяют условию ограничения температуры перехода Т_П≤ 125° С, которая не превышает предельной температуры с запасом 20-30° С, где Т_П=Т_К+Р• 2· R_Тп-кТУ, P=I₀• U_П [Вт], 2· R_Тп-кТУ -предполагаемое или известное из технических условий (ТУ) или справочных данных значение теплового сопротивления с гарантией от перегрева перехода по мощности потерь с коэффициентом "2". Отключение постоянного греющего тока производят при температуре основания корпуса Т_К0≈ 80-90° С.

Полупроводниковый кристалл нагревают постоянным током I₀ (фиг.1а) до достижения температуры корпуса заданного значения Т_К0 в момент времени t ₂. На интервале времени t₀<t<t₂ измеряют температурочувствительный параметр U_П(t) (фиг.1б), в качестве которого используют прямое падение напряжения на кристалле, и температуру Т_К(t) (фиг.1в) основания корпуса в выбранной точке. Значения измеряемых параметров запоминают. Прекращают нагрев полупроводникового кристалла и в режиме естественного охлаждения прибора при подаче на кристалл коротких измерительных импульсов тока той же амплитуды I₀ со скважностью, не влияющих на тепловое равновесие прибора, измеряют и записывают значения U_П(t) и T_К(t) уже на интервале t₂<t<t₄ охлаждения.

Анализ эквивалентной тепловой модели полупроводникового прибора при постоянном токе позволяет описать установление температуры перехода T_П(t) по выражению

Приближенная трехэлементная тепловая модель из R_i С_i-цепочек, где R_i - тепловое сопротивление [° С/Вт], С_i - теплоемкость [Дж/° С], τ _i=R_i· С_i - тепловая постоянная времени соответствующей i-цепочки связана с внутренней структурой конструкции прибора. Условно можно принять, что цепочка с тепловой постоянной времени τ ₀=R₀· C₀ описывает структуру элементов первого паяного слоя (кристалл-припой-металлизация), соответственно τ ₁=R₁· C₁ - второго паяного слоя (металлизированная керамика-припой-основание) и τ ₂=R₂· C₂ - условия теплоотдачи на границе основание-окружающая среда. В условиях статики, когда на поверхности основания температура остается неизменной по отношению к окружающей среде, R₂=0.

Наиболее быстро тепловое равновесие устанавливается в элементах, более близких к кристаллу (ранее других будет задействована (заряжена) теплоемкость С₀, затем C₁), и гораздо дольше тепловое равновесие устанавливается на границе основания корпуса со средой. Это означает, что для конструкции прибора выполняется условие

Полное переходное тепловое сопротивление из эквивалентной тепловой модели на интервале t₀<t<t₂ нагрева определяется выражением

при t→ ∞ процесс установления теплового равновесия приведет к установившемуся равновесию в статике, при котором температура Т_к на границе с окружающей средой остается постоянной, величина Z _Тп-к стремится к установившемуся значению теплового сопротивления R_Тп-к=R₀+R₁ (в статике R ₂=0). Разность температур при этом будет определяться постоянной величиной

Для интервала t₂<t<t₄ охлаждения динамическая характеристика Z_Тп-к имеет более простое выражение

при t→ ∞ Z_Тп-к стремится к нулю и Т_П→ Т_К.

Так как условие (4) обеспечивается конструкцией прибора, то для экспоненциальных выражений Z _Тп-к можно принять, что процесс установления теплового равновесия в соответствии с полным переходным тепловым сопротивлением практически заканчивается при t≥ 3τ ₂. При этом экспоненциальные члены выражения становятся пренебрежимо малы. Дальнейший подвод мощности приводит к пропорциональному возрастанию температуры относительно температуры окружающей среды в соответствии с внутренними R_i-элементами структуры конструкции. В этом случае можно принять, что состояние динамического теплового равновесия прибора наступает в момент достижения разности температур между любыми точками прибора постоянного значения (например, Т_П-Т_К≈ const).

Отсюда очевидно, что одним из моментов сокращения времени измерения теплового сопротивления может быть применение метода, при котором температура основания не достигает состояния теплового равновесия с окружающей средой, но разность температур становится уже постоянной (когда T_П≠ const, T_К≠ const, но Т_П-Т_К=const).

Это означает, что на интервале нагревания t₁<t<t ₂ при t>3τ ₂ температура основания Т_К отличается от температуры кристалла Т_П на постоянную величину

а на интервале охлаждения t₃<t<t ₄ при t>3τ ₂ получаем

следовательно, при t>3τ ₂ Т_К на интервале охлаждения выполняет функцию температуры перехода Т_П в калибровочной характеристике

Определяют момент времени t₁ на интервале нагрева для расчета теплового сопротивления в динамике. Предполагая, что выражение (9) выполняется на всем интервале t₂ <t<t₄ охлаждения, а не только при t>3τ ₂, допускают, что калибровочная характеристика действует на всем интервале охлаждения. Используя ее и значения температурочувствительного параметра U_П(t) на интервале t₀<t<t ₂ нагрева, определяют предварительные значения температуры перехода T_П(t)_I (кривая с индексом I на фиг.1в) по алгоритму, приведенному ниже, и рассчитывают тепловое сопротивление R_Тдин(t) (фиг.1г) в динамике на этом интервале по выражению

Максимальное значение R_Тmax этой зависимости R_Тдин(t) соответствует моменту динамического равновесия t₁.

Предварительные значения T_П(t) _I находят в моменты времени t=t_i на интервале t₀<t_i<t₂ нагрева по значениям температуры перехода из калибровочной характеристики (10), которые соответствуют отсчетам измерения t_j на интервале t ₂<t_j<t₄ охлаждения, при соответственно равных значениях в этих временных точках t _i и t_j значений прямого падения напряжения, как Т_П(t_i)=Т_К(t_j) при U_П(t_i)=U_П(t_j).

Построение предварительных значений Т_П(t) _I поясняется (фиг.1б и 1в) для точки динамического равновесия t₁. Допустим, что момент времени t₃ (фиг.1в) удовлетворяет условию t₃>3τ ₂, тогда значение температуры перехода в этой точке принимают равным температуре на основании корпуса Т_П (t₃)=Т_К(t₃) или Т_П3 =Т_К3. Температуре перехода Т_П3 соответствует значение температурочувствительного параметра U_П3 (фиг.1б). Находят момент времени t₁ на интервале нагрева, в котором U_П1=U_П3 (фиг.1б), и определяют T_П(t₁)_I по уровню температуры Т_П3, т.е. T_П(t₁)_I =Т_П1=Т_П3. Такие построения выполняют для всех временных отсчетов интервала охлаждения, начиная с конечного отсчета измерения до первого после прекращения нагрева.

Далее определяют температуру перехода T_П(t)_II (кривая с индексом II на фиг.1в) уже на участке интервала нагрева t₁<t<t₂ по выражению

Рассчитанная зависимость T_П(t)_II составляет с зависимостью U_П(t) вторую калибровочную характеристику U_П(t)=f(T_П(t)_II ) на отрезке времени t₁<t<t₂. Ее используют для определения температуры перехода T_П (t)_III (кривая с индексом III на фиг.1в) на интервале охлаждения по алгоритму, аналогичному при построении предварительных значений T_П(t)_I. Далее вычисляют зависимость переходного теплового сопротивления на интервале t₂ <t<t₄ охлаждения по выражению

аппроксимируют ее суммой экспоненциальных зависимостей по выражению (7) и определяют по методике, разработанной авторами, тепловые составляющие параметры R₀, R₁, R₂, τ ₀, τ ₁, τ ₂ и установившееся тепловое сопротивление переход-корпус как

Сравнительные характеристики методов измерения теплового сопротивления переход-корпус по способу прототипа и предлагаемого экспресс-метода представлены в таблицах 1-3.

В таблице 1 приводятся условия измерения и результаты расчета эксперимента "основание".

В таблице 2 приводятся условия и результаты эксперимента "модуль".

В таблице 3 приводятся исходные данные предлагаемого экспресс-метода измерения, результаты расчета параметра теплового сопротивления в динамике в момент динамического равновесия R_Тmax и результаты расчета тепловых параметров, по которым определяют значение установившегося теплового сопротивления переход-корпус R_Тп-к.

Метод прототипа и предлагаемый экспресс-метод используют эквивалентную тепловую модель полупроводникового прибора, но они отличаются по способу ее анализа. По методу прототипа анализ проводят только по процедуре нагрева. В предлагаемом экспресс-методе анализ строят по процедуре нагрева и последующей процедуре охлаждения, что позволяет совместить процесс измерения с процедурой калибровки. Из-за различного подхода при анализе тепловых процессов в приборе нельзя сравнивать исходные данные процесса измерения. Сравнение допустимо проводить по конечному результату - измеренному значению параметра теплового сопротивления и удобству их эксплуатации - длительности процедуры измерения до получения конечного результата и количества необходимых процедур измерения.

Предлагаемый экспресс-метод не требует применения теплоотвода, исключает проведение длительной процедуры калибровки и позволяет проводить измерение установившегося теплового сопротивления в течение нескольких минут. Этот метод можно применять для оценки качества полупроводниковых приборов в технологическом цикле, что позволяет снизить выход брака и повысить выход годности приборов в процессе производства.

Предлагаемый метод реализован с помощью устройства, структурная схема которого показана на фиг.2, а машинные осциллограммы измеряемых параметров, полученные с его помощью, - на фиг.1.

Устройство содержит зажимное устройство 1, источник 2 питания, замыкатель 3, программируемый контроллер 4, ПЭВМ 5 с процессором Pentium IV.

Контролируемый прибор подключают в зажимное устройство в соответствии с требованиями измеряемой полупроводниковой структуры - "транзисторный ключ" 6 или диод 7. Под структурой полупроводникового "ключа" подразумевается структура IGBT- или MOSFET-транзистора.

Измерение температурочувствительного параметра U_П на транзисторной структуре производят на клеммах коллектор-эмиттер при короткозамкнутых выводах затвора и коллектора.

Элементы блок-схемы выполняют следующие функции.

Источник 2 питания представляет собой источник постоянного тока I₀ с регулируемой амплитудой от 10 до 600 А. Ток устанавливается под управлением контроллера 4 по типу измеряемого прибора.

Замыкатель 3 в исходном состоянии замкнут, и при включенном источнике 2 питания через него течет ток. При размыкании 3 ток от источника питания протекает через измеряемый прибор.

Процесс измерения происходит в автоматизированном режиме под управлением контроллера 4. Контроллер формирует сигнал задания уставки амплитуды тока I₀ и передает его в источник 2 питания, который обеспечивает выходной ток заданной амплитуды; управляет замыкателем 3, обеспечивая режим прохождения коротких измерительных импульсов тока, не нагревающих прибор, в начальном состоянии системы измерения (при t<t₀) и на заданном временном интервале (t₂<t<t₄) охлаждения, или режим нагревающего постоянного тока (t₀<t<t ₂); а также контролирует температуру на основании корпуса; считывает и записывает в собственную память измеряемые зависимости - машинные осциллограммы I₀(t), U _П(t) и T_К(t) на интервалах нагревания и охлаждения и передает записанную информацию и управление в ПЭВМ.

Устройство работает следующим образом.

Подключают в сеть источник 2 питания, включают ПЭВМ 5 и загружают программу измерения. С помощью экранного меню задают условия измерения: указывают тип прибора и структуру полупроводникового элемента - "ключ" или диод.

Автоматизированный процесс измерения начинают при нажатии кнопки ПУСК в экранном меню. Из базы данных автоматически формируются параметры измерения для передачи их в контроллер -значение амплитуды постоянного тока I₀, величина ограничения температуры на корпусе, время измерения на интервале охлаждения, шаг измерения. При этом из ПЭВМ в контроллер 4 поступает соответствующая команда, которая запускает программу измерения контроллера.

Значение уставки для тока I₀ из контроллера поступает в источник питания, начинается формирование тока I₀, замыкатель 3 работает в режиме коротких измерительных импульсов тока, пока не сформируется ток амплитуды I₀ в момент времени t=t₀. Измеряют исходные значения I₀(t₀), U_П(t₀) и Т_К(t₀) и запоминают их в памяти контроллера. В момент времени t=t₀ размыкают 3 и на кристалл подают постоянный греющий ток I₀. В процессе нагревания производят отсчеты измеряемых значений I₀(t), U_П(t), T_К(t) и запоминают их в памяти контроллера. При достижении T_К заданного значения замыкатель переходит в режим подачи на кристалл коротких измерительных импульсов тока I ₀ со скважностью, не нагревающих кристалл. Производят отсчеты измеряемых значений I₀(t), U_П(t), T _К(t), которые также запоминают в памяти контроллера. По истечении заданного времени измерения на интервале охлаждения контроллер прекращает процесс измерения. Происходит считывание информации из него в ПЭВМ, где она обрабатывается по специальной программе до выдачи на экран монитора значения R_Тп-к с возможностью получения на экране и в виде твердых копий-распечаток параметров процесса измерения, тепловых параметров R₀ , R₁, R₂, τ ₀, τ ₁, τ ₂ и машинных осциллограмм U_П(t) и Т _К(t).

Преимущество измерительного устройства заключается в отсутствии стандартного оборудования, сложного в эксплуатации, и безинерционного процесса коммутации постоянного тока через контролируемый прибор в режиме измерительных импульсов.

Литература

1. Патент РФ №2178893 G 01 R 31/26, опубл. 27.01.2002 г. Бюл. №3, 2002 г.

2. Викулин И.М., Стафеев В.И. Физика полупроводниковых приборов. – М.: Сов. Радио, 1980, с.51.

3. Экспресс-метод определения теплового сопротивления силовых модулей. Гарцбейн В.М., Иванов С.В., Романовская Л.В., Флоренцев С.Н. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА, №12, 2000, с.14-20 (прототип).

4. Siemens "Силовые IGBT модули". Материалы по применению. М.: "ДОДЭКА", 1997, с.101-107.

5. Вильям Дж. Орвис. "EXCEL для ученых, инженеров и студентов". Киев: "Юниор", 1999, с.270-275.

Формула изобретения

1. Экспресс-метод измерения теплового сопротивления переход-корпус силовых полупроводниковых приборов в корпусном исполнении, заключающийся в том, что полупроводниковый кристалл нагревают путем пропускания через него постоянного тока I₀, А, заданной амплитуды, измеряют в процессе нагревания значение его температурочувствительного параметра, в качестве которого используют прямое падение напряжения на кристалле U_п, В, отличающийся тем, что на интервале нагревания дополнительно измеряют температуру основания корпуса Т_к, °С, прибора в выбранной точке, запоминают эти значения, получая их зависимости от времени t, с, прекращают нагрев полупроводникового кристалла при достижении температуры Т_к заданного значения и в режиме естественного охлаждения при подаче на кристалл коротких измерительных импульсов тока с амплитудой I₀ и скважностью, не влияющих на тепловое равновесие прибора, измеряют и запоминают значения температурочувствительного параметра и температуры основания корпуса, получая зависимости U_п(t) и Т_к(t) уже на интервале охлаждения, при этом длительность интервала охлаждения выбирают из условия безусловного выполнения t>>3τ, где τ - наибольшая тепловая постоянная конструкции прибора с, определяют момент динамического равновесия t₁, с, на интервале нагрева и по полученным зависимостям вычисляют тепловое сопротивление переход-корпус в данной точке t₁.

2. Экспресс-метод измерения теплового сопротивления переход-корпус полупроводниковых приборов в корпусном исполнении по п.1, отличающийся тем, что в силовых полупроводниковых приборах используют кристаллы, включающие в себя транзисторные и диодные структуры.

РИСУНКИ