Способ измерения теплового импеданса полупроводниковых диодов с использованием полигармонической модуляции греющей мощности



Способ измерения теплового импеданса полупроводниковых диодов с использованием полигармонической модуляции греющей мощности
Способ измерения теплового импеданса полупроводниковых диодов с использованием полигармонической модуляции греющей мощности

 


Владельцы патента RU 2507526:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к технике измерения теплофизических параметров полупроводниковых диодов. Способ измерения теплового импеданса полупроводниковых диодов, заключающийся в том, что через полупроводниковый диод пропускают последовательность импульсов греющего тока, период следования которых постоянный, в паузах между ними измеряют температурочувствительный параметр - прямое падение напряжения на полупроводниковом диоде при малом измерительном токе - и определяют изменение температуры р-n-перехода. При этом модуляцию длительности импульсов греющего тока осуществляют по полигармоническому закону с заданным набором частот модуляции, вычисляют с помощью Фурье-преобразования мнимые и вещественные трансформанты температуры, по ним вычисляют значения амплитуд и фаз всех гармоник температуры, после чего определяют модули и фазы теплового импеданса на всех заданных частотах модуляции. Технический результат заключается в сокращении времени процесса измерения зависимости теплового импеданса от частоты модуляции греющей мощности и повышении оперативности контроля теплофизических параметров полупроводниковых диодов. 2 ил.

 

Изобретение относится к технике измерения теплофизических параметров полупроводниковых диодов и может быть использовано на выходном и входном контроле качества изготовления полупроводниковых диодов.

Среди существующих способов измерения теплового сопротивления полупроводниковых диодов известен способ, заключающийся в том, что на контролируемый диод подают импульсы греющей мощности фиксированной длительности и амплитуды, а в промежутках между импульсами измеряют изменение температурочувствительного параметра UТЧП, например, прямого напряжения полупроводникового диода при пропускании через него малого измерительного тока (ГОСТ 19656, 18-84 Диоды полупроводниковые СВЧ. Методы измерения теплового сопротивления переход-корпус и импульсного теплового сопротивления).

Недостатком способа является низкая точность, обусловленная большой погрешностью измерения импульсного напряжения UТЧП(t) из-за влияния переходных тепловых и электрических процессов при переключении полупроводникового диода из режима разогрева в режим измерения (Викулин И.М., Стафеев В.И. Физика полупроводниковых приборов - М: Сов. радио, 1980. С.51).

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению (прототипом) является способ измерения теплового импеданса полупроводниковых диодов (см. патент РФ №2402783, Б.И. №30, 2010 г.), суть которого заключается в следующем. Через полупроводниковый диод в прямом направлении пропускают последовательность импульсов греющего тока, длительность tи которых изменяется по гармоническому закону

τ=τ0(1+a·sinωt)

где τ0 - средняя длительность импульсов; а - коэффициент модуляции; ω - частота модуляции. Период следования импульсов Тсл и амплитудное значение греющего тока Iгр на полупроводниковом диоде поддерживают постоянными.

Недостатком прототипа является то, что для определения отдельных компонент теплового сопротивления, соответствующих элементам конструкции полупроводникового диода, по которым распространяется тепловой поток, необходимо измерять зависимость модуля теплового импеданса от частоты модуляции греющей мощности в широком диапазоне частот, что требует продолжительного времени процесса измерения и снижает оперативность контроля теплофизических параметров полупроводниковых диодов.

Технический результат - сокращение времени процесса измерения зависимости теплового импеданса от частоты модуляции греющей мощности и повышение оперативности контроля теплофизических параметров полупроводниковых диодов.

Технический результат достигается тем, что, как и в прототипе, через полупроводниковый диод пропускают последовательность импульсов греющего тока Iгр с постоянным периодом следования, а в паузах между ними измеряют температурочувствительный параметр - прямое напряжение на полупроводниковом диоде UТЧП при малом измерительном токе Iизм. В отличие от прототипа, в котором модуляцию длительности греющих импульсов осуществляют по гармоническому закону, в заявляемом изобретении используют полигармонический закон

τ = τ 0 ( 1 + 1 N i = 1 N a sin ω i t ) ,

где N - количество гармоник в сигнале, с помощью которого осуществляют нагрев полупроводникового диода; ωi - частота i-ой гармоники.

Зависимость тока ID через полупроводниковый диод от времени представлена на фиг.1а. Экспериментально установлено, что вариации напряжения на полупроводниковом диоде, вызванные циклическим изменением температуры активной области, существенно меньше напряжения на полупроводниковом диоде UD в момент протекания греющего тока, что позволяет принять напряжение Uгр на вершине греющих импульсов постоянным. Тогда средняя за период модуляции греющая мощность P ¯ ( t ) будет также изменяться по полигармоническому закону (фиг.1б):

P ¯ ( t ) = I г р U г р τ 0 T с л ( 1 + 1 N i = 1 N a sin ω i t ) = P 0 + P 1 i = 1 N sin ω i t ,

где P 0 = I г р U г р τ 0 T с л - постоянная составляющая греющей мощности;

P1=P0·а - амплитуда гармоник переменной составляющей греющей мощности.

Модуляция греющей мощности вызывает соответствующие изменения температуры p-n-перехода полупроводникового диода, для определения которой в паузах между греющими импульсами измеряют температурочувствительный параметр - прямое напряжение UТЧП на полупроводниковом диоде при малом измерительном токе Iизм (фиг.1в). Это позволяет при известном температурном коэффициенте напряжения КT определить изменение температуры p-n перехода полупроводникового диода Т относительно начальной (комнатной) температуры:

T = U Т Ч П К T .

Зависимость переменной составляющей температуры p-n перехода полупроводникового диода от времени представлена на фиг.1г. Далее, используя Фурье-преобразование зависимости T(t), определяют амплитуды гармоник переменной составляющей температуры p-n-перехода T(ωi) на частотах модуляции ωi:

T ( ω i ) = A 2 ( ω i ) + B 2 ( ω i ) ,

где A(ωi) и B(ωi) - вещественные и мнимые Фурье-трансформанты температуры.

Модули теплового импеданса |ZTi)| на частотах ωi определяются отношением амплитуд гармоник температуры T(ωi) и греющей мощности P1i):

| Z T ( ω i ) | = T ( ω i ) P 1 ( ω i ) .

Фазы теплового импеданса φ(ωi) на частотах ωi определяются отношением мнимых и вещественных Фурье-трансформант B(ωi) и A(ωi):

ϕ ( ω i ) = a r c t g B ( ω i ) A ( ω i ) .

Предлагаемый способ может быть реализован с помощью устройства, структурная схема которого показана на фиг.2. Устройство содержит источник 1 измерительного тока; формирователь 2 греющих импульсов, управляемый микроконтроллером 3; аналого-цифровой преобразователь 4, вход которого соединен с объектом измерения - полупроводниковым диодом 5, а выход - с микроконтроллером 3.

Способ осуществляют следующим образом. С выхода формирователя 2 греющих импульсов на полупроводниковый диод 5 поступает заданное микроконтроллером 3 количество импульсов греющего тока Iгр, период следования которых постоянный, а длительность модулируют по полигармоническому закону с набором частот, заданных микроконтроллером 3. В паузах между греющими импульсами измеряют температурочувствительный параметр - прямое падение напряжения на полупроводниковом диоде 5 UТЧП, возникающее при протекании через него малого измерительного тока Iизм, сформированного источником 1. Напряжение UТЧП с помощью аналого-цифрового преобразователя 4 преобразуют в цифровой код, поступающий в микроконтроллер 3, в результате чего в памяти микроконтроллера 3 формируют массив значений {UТЧП}, который затем преобразуют в массив температур {Т}. С помощью Фурье-преобразования вычисляют мнимые и вещественные трансформанты температуры и по ним определяют значения амплитуд Т(ωi) и фаз φ(ωi) гармоник на частотах модуляции греющей мощности ωi. Используя амплитудные значения температуры T(ωi) и греющей мощности P1i) определяют модули теплового импеданса |ZTi)| на всех заданных частотах модуляции греющей мощности.

Сокращение времени процесса измерения зависимости теплового импеданса от частоты модуляции греющей мощности и, как следствие, повышение оперативности контроля теплофизических параметров полупроводниковых диодов в заявленном способе достигается за счет того, что, в отличие от прототипа, в нем за счет использования полигармонического закона модуляции греющей мощности с заданным набором частот за одно измерение значения тепловых импедансов определяют одновременно на нескольких частотах.

Способ измерения теплового импеданса полупроводниковых диодов, заключающийся в том, что через полупроводниковый диод пропускают последовательность импульсов греющего тока, период следования которых постоянный, в паузах между ними измеряют температурочувствительный параметр - прямое падение напряжения на полупроводниковом диоде при малом измерительном токе и определяют изменение температуры р-n перехода, отличающийся тем, что модуляцию длительности импульсов греющего тока осуществляют по полигармоническому закону с заданным набором частот модуляции, вычисляют с помощью Фурье-преобразования мнимые и вещественные трансформанты температуры, по ним вычисляют значения амплитуд и фаз всех гармоник температуры, после чего определяют модули и фазы теплового импеданса на всех заданных частотах модуляции.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к обеспечению качества и надежности полупроводниковых изделий (ПЛИ), в частности транзисторов, и может быть использовано как на этапе производства, так и на этапе применения.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам тестирования параметров планарных полупроводниковых светодиодных гетероструктур (ППСГ) на основе GaN.

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: устройство содержит измерительную интегральную схему с перестраиваемыми параметрами, вход которой соединен с генератором шума посредством центрального проводника в виде отрезка линии передачи, выход которого соединен с входом измеряемого четырехполюсника, измеритель коэффициента шума.

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: устройство содержит измерительную интегральную схему с элементами с перестраиваемыми параметрами, вход которой соединен с генератором шума отрезка линии передачи, выход которого соединен с входом измеряемого четырехполюсника, измеритель коэффициента шума.

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к способам обеспечения качества и надежности интегральных схем (ИС), и может быть использовано для сравнительной оценки надежности партий ИС как на этапе производства, так и на входном контроле на предприятиях-изготовителях радиоэлектронной аппаратуры.

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к способам обеспечения надежности транзисторов, и может быть использовано для разделения транзисторов по надежности в процессе производства, а также на входном контроле на предприятиях-изготовителях радиоэлектронной аппаратуры.

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к способам обеспечения качества и надежности полупроводниковых изделий (ПИИ), и может быть использовано для сравнительной оценки надежности партий НИИ как на этапе производства, так и на входном контроле на предприятиях - изготовителях радиоэлектронной аппаратуры.

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к способам обеспечения надежности полупроводниковых изделий (ППИ) (транзисторов и интегральных схем), и может быть использовано для обеспечения повышенной надежности партий изделий как на этапе производства, так и на входном контроле на предприятиях-изготовителях радиоэлектронной аппаратуры.

Изобретение относится к контрольно-испытательному оборудованию изделий электронной техники. .

Изобретение относится к радиационной испытательной технике и предназначено для использования в системах испытаний на радиационную стойкость радиоэлектронной аппаратуры.

Изобретение относится к измерительной технике на СВЧ. Устройство для измерения полного сопротивления и шумовых параметров двухполюсника на СВЧ, содержащее измеритель частотных характеристик и интегральную схему в составе центральной линии передачи, отрезка линии передачи, соединенного с центральной линией передачи, электрических ключей - полупроводниковых приборов, управляемых постоянными напряжениями, измеритель частотных характеристик соединен с одним концом центральной линии передачи, другой ее конец - с измеряемым двухполюсником. В котором в качестве измерителя частотных характеристик используют измеритель спектральной плотности мощности шума, интегральная схема выполнена в виде монолитной интегральной схемы на полупроводниковой подложке, при этом отрезок линии передачи выполнен равным одной восьмой длины волны в линии передачи, в качестве электрических ключей используют полевые транзисторы с барьером Шотки и, по меньшей мере, в виде одной пары, при этом в каждой упомянутой паре исток одного полевого транзистора с барьером Шотки соединен с центральной линией передачи на расстоянии одной восьмой длины волны в линии передачи от места соединения измеряемого двухполюсника и между парами, его сток с одним концом отрезка линии передачи, другой конец которого соединен со стоком другого полевого транзистора с барьером Шотки, его исток заземлен, постоянные управляющие напряжения подают на затворы каждого полевого транзистора с барьером Шотки от соответствующего источника постоянного управляющего напряжения. Технический результат заключается в расширении рабочей полосы частот, в повышении точности измерения путем снижения погрешности измерения и в упрощении устройства при сохранении возможности автоматизации. 4 ил.

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к способам обеспечения качества и надежности полупроводниковых изделий ППИ (транзисторов, интегральных схем (ИС) и т.д.) и может быть использовано для сравнительной оценки надежности партий ППИ как в процессе производства, так и при входном контроле на предприятии-изготовителе радиоэлектронной аппаратуры. Сущность изобретения заключается в том, что на произвольных одинаковых выборках из партий полупроводниковых изделий (не менее 25 штук от каждой партии) проводят измерение электрического информативного параметра до и после воздействия пятью импульсами ЭСР обеих полярностей, потенциалом, допустимым по техническим условиям, затем для последнего измерения вычисляют коэффициент конструктивно-технологического запаса для верхней и нижней норм параметра, далее находят среднее значение изменения величины информативного параметра. По значениям коэффициентов запаса и средних значений величин изменения информативного параметра оценивают сравнительную надежность двух партий. Технический результат: повышение функциональных возможностей способа.

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к способам обеспечения надежности полупроводниковых изделий (ППИ) (транзисторов и интегральных схем), и может быть использовано для обеспечения повышенной надежности партий изделий как на этапе производства, так и на входном контроле на предприятиях-изготовителях радиоэлектронной аппаратуры. Сущность изобретения заключается в том, что проводят измерения информативного электрического параметра или параметров при нормальной температуре, после 100 ч электротермотренировки в режиме проведения испытаний на безотказность по техническим условиям, после проведения воздействия электростатическим разрядом допустимым напряжением, указанным в технических условиях, по пяти разрядам в обоих направлениях и затем проведение температурного отжига при максимально допустимой температуре по ТУ в течение 2-4 ч. По результатам испытаний и измерений определяют для каждого изделия коэффициент К, по которому определяется изделие пониженной надежности. Технический результат: повышение достоверности и расширение функциональных возможностей способа отбраковки полупроводниковых изделий пониженного уровня надежности качества из партии изделий повышенной надежности.

Способ разделения полупроводниковых изделий по надежности заключается в том, что на партии полупроводниковых изделий измеряют интенсивность шума на двух частотах 200 Гц и 1000 Гц. Вычисляют показатель формы спектра шума γ по формуле: , где и - квадрат эффективного значения шума соответственно на частотах f1 и f2, проводят воздействие рентгеновским облучением дозой, допустимой по техническим условиям, вновь измеряют интенсивность шума и вычисляют показатель формы спектра γ2. По величине коэффициента M, равного M=γ2/γ1, партию изделий разделяют на надежные и потенциально ненадежные изделия. Технический результат - повышение достоверности способа. 1 табл.

Изобретение относится к измерению тепловых параметров компонентов силовой электроники. Сущность: прибор нагревают путем пропускания через него тока произвольной формы в открытом состоянии. В процессе нагрева в моменты времени прерывают протекание греющего тока и, пропуская через прибор измерительный ток, измеряют и запоминают значения термочувствительного параметра и температуры корпуса. Периодически измеряют и запоминают значения греющего тока и вызываемого им падения напряжения на приборе. Вычисляют среднюю мощность, выделяемую прибором в интервале времени. С момента времени до момента времени сравнивают вычисленную среднюю мощность потерь на n-м интервале измерения с предварительно установленной максимально допустимой для прибора рассеиваемой мощностью. Когда значение меньше, равно или больше PMAX, соответственно, увеличивают, оставляют неизменным или уменьшают среднее значение греющего тока. По достижении температурой корпуса прибора заданного максимума в момент полностью прерывают протекание греющего тока. Через прибор пропускают измерительный ток и измеряют и запоминают значение термочувствительного параметра. В режиме естественного охлаждения по достижении термодинамического равновесия в момент времени измеряют и запоминают значения термочувствительного параметра и температуры корпуса прибора. Рассчитывают тепловое и переходное тепловое сопротивления переход-корпус. Технический результат: повышение точности, снижение временных затрат. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: способ измерения шума узлов фотоприемного устройства (ФПУ) включает измерение напряжения шума U ш1 с выключенным напряжением питания ФПУ, измерение напряжения шума U ш2 с включенным напряжением питания ФПУ и заданным временем накопления ФПУ, расчет напряжения шума ФПУ U ш по формуле: U ш = U ш 2 2 − U ш 1 2 . Дополнительно измеряют напряжение шума Uш3 с включенным напряжением питания и нулевым временем накопления ФПУ и рассчитывают уровень шума матрицы фоточувствительных элементов (МФЧЭ) U шМФЧЭ и большой интегральной схемы (БИС) U шБИС по формулам: U ш   М Ф Ч Э = U ш 2 2 − U ш 3 2 , U ш   Б И С = U ш 3 2 − U ш 1 2 . Технический результат - раздельное измерение шума МФЧЭ и БИС. 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к контролю качества и надежности интегральных схем (ИС), как логических, так и аналоговых, и может быть использовано как в процессе производства, так и при входном контроле на предприятиях-изготовителях радиоэлектронной аппаратуры. Сущность: на представительной выборке ИС проводят измерения электрического информативного параметра при трех напряжениях питания: критическом, номинальном и максимально допустимом по ТУ. Находят коэффициент, характеризующий надежность ИС: , где A U м а к с , A U н о м , A U К Н П - значения электрических информативных параметров соответственно при допустимом, номинальном и критическом напряжениях питания. Технический результат: расширение функциональных возможностей. 1 табл.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам обеспечения качества и надежности интегральных схем (ИС) как логических, так и аналоговых. Сущность изобретения заключается в том, что на представительной выборке проводят измерение критического напряжения питания (КНП) до и после электротермотренировки (ЭТТ) продолжительностью до 100 ч и после термического отжига продолжительностью 4-10 ч при температуре, максимально допустимой для данного типа ИС, затем находят коэффициент М и по его значению разделяют ИС по надежности. M = Е К Р Э Т Т − Е К Р Н А Ч Е К Р Э Т Т − Е К Р о т ж , где Е К Р Н А Ч ,   Е К Р Э Т Т ,     Е К Р о т ж - значения КНП до ЭТТ, после ЭТТ и после отжига соответственно. Предложенный способ позволяет снизить риск повреждения испытуемых схем при воздействии на них внешних испытательных факторов.

Изобретение относится к технике измерения предельных параметров мощных биполярных транзисторов и может использоваться на входном и выходном контроле их качества. Способ основан на использовании известного эффекта резкого изменения крутизны зависимости напряжения на эмиттерном переходе при постоянном эмиттерном токе от коллекторного напряжения UЭБ(UK). Контролируемый транзистор включается по схеме с общей базой, задается постоянный эмиттерный ток, на коллектор контролируемого транзистора подается сумма линейно нарастающего напряжения, не превышающего предельно допустимого значения для данного типа транзисторов при заданном токе, и низкочастотного синусоидального напряжения с малой амплитудой, измеряют амплитуду U ˜ Э Б ( U К 0 ) , U ˜ Э Б ( U К 1 ) , U ˜ Э Б ( U К 2 ) переменной составляющей напряжения на эмиттере контролируемого транзистора при трех значениях напряжения UK0, UКЛ1, UК2 на коллекторе контролируемого транзистора соответственно и искомое напряжение локализации вычисляют по формуле U К Л = U К 2 − m U К 1 1 − m ,   где , , . При этом для измерения крутизны зависимости UЭБ(UK) используется малый переменный сигнал, позволяющий повысить точность измерения крутизны указанной зависимости. Технический результат заключается в исключении опасных запредельных воздействий на контролируемый прибор и определении напряжения локализации тока мощных ВЧ и СВЧ биполярных транзисторов без введения контролируемого транзистора в режим «горячего пятна». 3 ил.

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к способам обеспечения качества и надежности полупроводниковых изделий ППИ (транзисторов и интегральных схем), и может быть использовано для сравнительной оценки надежности партий ППИ как на этапе производства, так и на входном контроле на предприятии - изготовителе радиоаппаратуры. Способ заключается в том, что на произвольных одинаковых выборках из партий производят измерение квадрата напряжения шума U ш 2 ¯ на частоте до 200 Гц до и после воздействия не менее чем пятью импульсами электростатического разряда обеих полярностей потенциалом, предельно допустимым по техническим условиям. Измерения проводят по выводам «эмиттер - база» транзисторов и «вход - общая точка» интегральных схем. Затем вычисляют значение коэффициента K = U ш э с р 2 ¯ / U ш н 2 ¯ , где U ш н 2 ¯ и U ¯ ш э с р 2 - значения квадрата напряжения шума до и после воздействия ЭСР, и по средним значениям коэффициента K для выборки сравнивают партии изделий. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей.
Наверх