Способ измерения температурных коэффициентов температурочувствительных параметров силовых полупроводниковых приборов в корпусном исполнении

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к технике измерения параметров полупроводниковых приборов. Технический результат: сокращение времени измерения, снижение аппаратных затрат. Сущность: полупроводниковый прибор в корпусном исполнении нагружают постоянной мощностью. Через время, достаточное для установления постоянной разности температур между корпусом прибора и полупроводниковым кристаллом, измеряют и запоминают значения температурочувствительного параметра и температуры корпуса прибора в выбранной точке. Через время, необходимое для достаточного увеличения температуры корпуса прибора, вновь измеряют и запоминают значения температурочувствительного параметра и температуры корпуса прибора. Коэффициент температурочувствительного параметра прибора определяют по формуле: TK=(D₂-D₁)/(T_c2-T_c1), где ТК - температурный коэффициент, D₁, D₂ - измеренные значения температурочувствительного параметра, T_c1, Т_c2 [°С] - измеренные значения температуры корпуса, соответствующие значениям D₁ и D₂. 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к технике измерения параметров полупроводниковых приборов, и может быть использовано при производстве и испытаниях силовых полупроводниковых приборов.

Известен способ [1-3] измерения температурных коэффициентов (ТК) температурочувствительных параметров полупроводниковых приборов, в котором контролируемый прибор помещается в термостат, в котором устанавливается начальная температура T₁ [°C], после выравнивания температуры в приборе и термостате производится измерение температурочувствительного параметра прибора (прямое напряжение, емкость и т.д.), затем в термостате устанавливается температура Т₂>T₁, после выравнивания температуры в приборе и термостате производится второе измерение температурочувствительного параметра прибора и по измеренным значениям температурочувствительного параметра и температурам термостата определяют температурный коэффициент температурочувствительного параметра прибора по формуле

где D₁, D₂ - значения температурочувствительного параметра полупроводникового прибора, измеренные при температурах термостата T₁ и Т₂ [°С] соответственно.

Наиболее существенными недостатками данного способов являются длительное время измерения, обусловленное необходимостью достижения теплового баланса в системе прибор-термостат, и использование дополнительного оборудования - термостата.

Задача, на решение которой направлен предлагаемый способ, - сокращение времени измерения, снижение аппаратных затрат при реализации способа.

Это достигается тем, что в способе измерения температурных коэффициентов, в отличии от прототипа, используют полупроводниковый прибор в корпусном исполнении, который нагружают постоянной мощностью, через время, достаточное для установления постоянной разности температур между корпусом прибора и полупроводниковым кристаллом, измеряют и запоминают значения температурочувствительного параметра и температуры корпуса прибора в выбранной точке, через время, необходимое для достаточного увеличения температуры корпуса прибора, вновь измеряют и запоминают значения температурочувствительного параметра и температуры корпуса прибора, а коэффициент температурочувствительного параметра прибора определяют по отношению разностей измеренных величин по формуле:

где ТК - температурный коэффициент,

D₁, D₂ - измеренные значения температурочувствительного параметра;

T_c1, Т_с2 [°С] - измеренные значения температуры корпуса прибора, соответствующие значениям D₁ и D₂.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем.

Температурный коэффициент полупроводникового прибора определяется как

где D₁, D₂ - значения температурочувствительного параметра полупроводникового прибора, измеренные при температурах кристалла T_j1 и T_j2 [°C] соответственно.

В общем случае разность температур между полупроводниковым кристаллом T_j(t) и корпусом прибора T_c(t) при постоянной рассеиваемой мощности Р [Вт] описывается выражением

где R_i, τ_i - соответственно статическое тепловое сопротивление и тепловая постоянная времени i-го слоя конструкции прибора.

Данное выражение практически достигает постоянного значения через время t>3τ_max, где τ_max [с] - максимальная тепловая постоянная времени между корпусом прибора и полупроводниковым кристаллом, а следовательно, через время t>3τ_max изменение (прирост) температуры кристалла становится практически равным изменению температуры корпуса.

Данный факт позволяет использовать разность температур корпуса прибора вместо разности температур кристалла в формуле (3) при условии, что измерения производятся через время t>3τ_max:

Следовательно, температурный коэффициент температурочувствительного параметра прибора может быть определен по формуле

ТК=(D₂-D₁)/(Т_c2-T_c1),

где D₁, D₂ - измеренные значения температурочувствительного параметра;

T_c1, Т_с2 [°С] - значения температуры корпуса, соответствующие значениям D₁ и D₂, измеренные после достижения постоянной разности температур между корпусом и полупроводниковым кристаллом прибора.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлены зависимости температуры полупроводникового кристалла Т_j, корпуса прибора Т_с и их разность T_j-T_c от времени. В начальный момент времени температура корпуса прибора и полупроводникового кристалла равны температуре окружающей среды Т_а. После подведения к прибору постоянной мощности в начальный момент времени температуры Т_j и Т_с возрастают, однако через время t>3τ_max, где τ_max [с] - максимальная тепловая постоянная времени между корпусом прибора и полупроводниковым кристаллом, их разность достигает постоянного значения. Произведя измерения температурочувствительного параметра и температуры корпуса прибора в моменты времени t₂>t₁>3τ_max, можно определить температурный коэффициент температурочувствительного параметра по формуле (2).

Предлагаемый способ был реализован при измерении температурных коэффициентов (ТКН) тиристоров 40TPS (International Rectifier), используемых в твердотельных реле (ТТР) типа 19.10ТМ1-60-12 производства ЗАО «Протон-импульс» (г.Орел). Измерение осуществлялось следующим образом. Контролируемое ТТР устанавливалось на контактную пластину с полупроводниковыми датчиками температуры, предварительно откалиброванными с точностью ±0,2°С, измеряющими температуру корпуса ТТР непосредственно под тиристорами. Реле включалось и нагружалось переменным током амплитудой 30 А, что приводило к рассеиванию на каждом тиристоре реле мощности порядка 20 Вт, которую можно считать постоянной, ввиду большой частоты греющего тока. Через 4 минуты после включения реле (по предварительным оценкам максимальная тепловая постоянная времени реле между тиристорами и корпусом реле не превышает одной минуты) производилось измерение температуры корпуса реле и прямого падения напряжения (ППН) на тиристорах при токе 8 А. Измерение ППН осуществлялось путем построения вольтамперной характеристики тиристора за три периода греющего тока с помощью компьютерной платы сбора информации PCI-1202L. Через 10 минут после включения реле производилось второе измерение температуры корпуса реле и прямого падения напряжения (ППН) на тиристорах. Затем по формуле (2) вычислялся ТКН тиристоров. Для каждого тиристора было произведено 4 измерения.

Предварительно температурные коэффициенты напряжения тиристоров были с достаточно высокой точностью измерены в термостате. Эти значения ТКН будут условно называться «точными». Результаты измерений приведены в таблице 1.

Таблица 1
№ тиристора	Точный ТКН, мВ/К	Измеренные ТКН, мВ/К	Средний измеренный ТКН, мВ/К	Отклонение от точного, %
1	-1,64	-1,64	-1,66	-1,66	-1,65	-1,66	0,8
2	-1,66	-1,66	-1,68	-1,66	-1,67	-1,66	0,5
3	-1,21	-1,22	-1,21	-1,22	-1,21	-1,215	0,4
4	-1,17	-1,17	-1,17	-1,18	-1,16	-1,17	0
5	-1,21	-1,21	-1,21	-1,20	-1,22	-1,21	0
6	-1,19	-1,20	-1,21	-1,21	-1,21	-1,2075	1,3

Технический результат - сокращение времени измерения, снижение аппаратных затрат при реализации способа достигается тем, что по сравнению с известным способом искомая величина определяется по результатам измерения температуры корпуса и температурочувствительного параметра прибора при саморазогреве прибора постоянной мощностью.

Источники информации

1. ГОСТ 18986.18-76 Варикапы. Метод измерения температурного коэффициента емкости.

2. ГОСТ 19656.15-84 Диоды полупроводниковые СВЧ. Методы измерения теплового сопротивления переход-корпус и импульсного теплового сопротивления.

3. ГОСТ 18986.17-73 Стабилитроны полупроводниковые. Метод измерения температурного коэффициента напряжения стабилизации.

Способ измерения температурных коэффициентов температурочувствительных параметров силовых полупроводниковых приборов, отличающийся тем, что используют полупроводниковый прибор в корпусном исполнении, который нагружают постоянной мощностью, через время, достаточное для установления постоянной разности температур между корпусом прибора и полупроводниковым кристаллом, измеряют и запоминают значения температурочувствительного параметра и температуры корпуса прибора в выбранной точке, через время, необходимое для достаточного увеличения температуры корпуса прибора вновь измеряют и запоминают значения температурочувствительного параметра и температуры корпуса прибора, а коэффициент температурочувствительного параметра прибора определяют по отношению разностей измеренных величин по формуле

ТК-(D₂-D₁)/(T_с2-T_с1),

где ТК - температурный коэффициент;

D₁, D₂ - измеренные значения температурочувствительного параметра полупроводникового прибора;

T_c1, Т_с2 [°С] - измеренные значения температуры корпуса прибора, соответствующие значениям D₁ и D₂ температурочувствительного параметра.