Способ измерения теплового сопротивления переход-корпус мощных мдп-транзисторов



Способ измерения теплового сопротивления переход-корпус мощных мдп-транзисторов
Способ измерения теплового сопротивления переход-корпус мощных мдп-транзисторов
Способ измерения теплового сопротивления переход-корпус мощных мдп-транзисторов
Способ измерения теплового сопротивления переход-корпус мощных мдп-транзисторов

 


Владельцы патента RU 2572794:

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

Изобретение относится к технике измерения теплофизических параметров компонентов силовой электроники и может быть использовано для контроля их качества. Способ заключается в том, что нагрев мощного МДП-транзистора осуществляют греющей мощностью, модулированной по гармоническому закону, для чего через транзистор пропускают последовательность импульсов греющего тока постоянной амплитуды, постоянным периодом следования и изменяющейся по гармоническому закону длительностью. Импульсы пропускают через встроенный в мощный МДП-транзистор антипараллельный диод при закрытом канале транзистора, измеряют и запоминают для каждого греющего импульса напряжение на диоде и вычисляют временную зависимость средней за период следования греющей мощности. В паузах между импульсами греющего тока измеряют и запоминают значения температурочувствительного параметра - прямого напряжения на диоде при малом постоянном измерительном токе и вычисляют временную зависимость температуры кристалла в процессе нагрева транзистора, после чего с помощью Фурье-преобразования вычисляют амплитуду основной гармоники температуры кристалла и амплитуду основной гармоники греющей мощности, отношение которых равно модулю теплового импеданса транзистора на частоте модуляции греющей мощности. Затем процесс измерения повторяют на других частотах модуляции, получают частотную зависимость модуля теплового импеданса транзистора, содержащую участок с постоянным значением модуля теплового импеданса, которое принимают равным тепловому сопротивлению переход-корпус мощного МДП-транзистора. 4 ил.

 

Изобретение относится к технике измерения теплофизических параметров компонентов силовой электроники и может быть использовано для контроля их качества.

Среди существующих способов измерения теплового сопротивления полупроводниковых приборов известен способ измерения теплового сопротивления переход-корпус силовых полупроводниковых приборов в корпусном исполнении (RU 2240573, МПК G01R 31/26, опубл. 20.11.2004), заключающийся в том, что полупроводниковый кристалл нагревают путем пропускания через него постоянного тока Ι0 заданной амплитуды и в процессе нагревания измеряют значение его температурочувствительного параметра, в качестве которого используют прямое падение напряжения на кристалле Uп и одновременно измеряют температуру основания корпуса Тк прибора в выбранной точке. Запоминают эти значения, получая их зависимости от времени. Прекращают нагрев полупроводникового кристалла при достижении температуры Тк заданного значения и в режиме естественного охлаждения при подаче на кристалл коротких измерительных импульсов тока с амплитудой, равной значению постоянного греющего тока Ι0, и скважностью, не влияющими на тепловое равновесие прибора, измеряют и запоминают значения температурочувствительного параметра и температуры основания корпуса, получая зависимости Uп(t) и Тк(t) на интервале охлаждения. При этом длительность интервала охлаждения выбирают из условия безусловного выполнения t>>3τ, где τ - наибольшая тепловая постоянная конструкция прибора, определяют момент динамического равновесия на интервале нагрева и по полученным зависимостям вычисляют тепловое сопротивление переход-корпус.

Недостатком способа является большая погрешность измерения, обусловленная тем, что зависимость температурочувствительного параметра от температуры кристалла, измеряемая при большом греющем токе, имеет нелинейный характер.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению (прототипом) является способ измерения теплового сопротивления переход-корпус транзисторов с полевым управлением (RU 2516609, МПК G01R 31/26, опубл. 27.08.2013), суть которого заключается в следующем. Прибор нагревают путем пропускания через него импульсов тока произвольной формы в открытом состоянии. В паузах между импульсами греющего тока, пропуская через прибор измерительный ток, измеряют и запоминают значения температурочувствительного параметра, в качестве которого используют падение напряжения между стоком и истоком открытого прибора, и температуры корпуса. Периодически измеряют и запоминают значения греющего тока и вызываемого им падения напряжения на приборе. Вычисляют среднюю мощность, рассеиваемую в приборе при пропускании через него импульса греющего тока. 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 РМАХ, соответственно увеличивают, оставляют неизменным или уменьшают среднее значение греющего тока. По достижении температурой корпуса прибора заданного максимума полностью прерывают протекание греющего тока. Через прибор пропускают измерительный ток и измеряют и запоминают значение температурочувствительного параметра. В режиме естественного охлаждения по достижении термодинамического равновесия периодически измеряют и запоминают значения термочувствительного параметра и температуры корпуса прибора, после чего рассчитывают тепловое сопротивление переход-корпус.

Недостатком прототипа является большая погрешность определения средней мощности, рассеиваемой в приборе при пропускании через него импульса греющего тока произвольной формы, и, как следствие, большая погрешность вычисления теплового сопротивления переход-корпус прибора.

Технический результат - повышение точности измерения теплового сопротивления переход-корпус мощных МДП-транзисторов.

Технический результат достигается тем, что, как и в прототипе, через мощный МДП-транзистор пропускают последовательность импульсов греющего тока, в паузах между ними измеряют и запоминают значения температурочувствительного параметра UТЧП при измерительном токе Iизм, вычисляют среднюю рассеиваемую мощность при каждом импульсе греющего тока и соответствующие изменения температурочувствительного параметра. В отличие от прототипа, в котором нагрев мощного МДП-транзистора осуществляют импульсами греющего тока произвольной формы, пропуская их через открытый канал мощного МДП-транзистора, а в качестве температурочувствительного параметра UТЧП используют напряжение между стоком и истоком мощного МДП-транзистора при открытом канале и измерительном токе Iизм, в заявляемом изобретении нагрев мощного МДП-транзистора осуществляют греющей мощностью, модулированной по гармоническому закону, для чего через мощный МДП-транзистор пропускают последовательность импульсов греющего тока постоянной амплитуды Ιгр, постоянным периодом следования Тсл и изменяющейся по гармоническому закону длительностью τ, импульсы пропускают через встроенный в мощный МДП-транзистор антипараллельный диод при закрытом канале мощного МДП-транзистора, измеряют и запоминают для каждого греющего импульса напряжение на антипараллельном диоде и вычисляют временную зависимость средней за период следования Тсл греющей мощности , в паузах между импульсами греющего тока измеряют и запоминают значения температурочувствительного параметра UТЧП - прямого напряжения на антипараллельном диоде при измерительном токе Iизм и вычисляют временную зависимость температуры T(t) кристалла в процессе нагрева мощного МДП-транзистора, с помощью Фурье-преобразования временных зависимостей T(t) и вычисляют амплитуду T1 основной гармоники температуры кристалла и амплитуду P1 основной гармоники греющей мощности, отношение которых равно модулю теплового импеданса ΖT мощного МДП-транзистора на частоте модуляции ω греющей мощности, после чего процесс измерения повторяют на других частотах модуляции ω греющей мощности, получают частотную зависимость модуля теплового импеданса ΖT(ω) мощного МДП-транзистора, содержащую участок с постоянным значением модуля теплового импеданса, которое принимают равным тепловому сопротивлению переход-корпус RТп-к мощного МДП-транзистора.

Сущность способа поясняют фиг. 1-3. На фиг. 1а показана структура мощного n-канального МДП-транзистора, на фиг. 1б - его условное графическое изображение. Особенностью структуры транзистора является наличие антипараллельного диода, образованного p-областью истока и n-областью стока. При замкнутых между собой затворе и истоке мощного МДП-транзистора напряжение UЗИ между ними равно нулю, проводящий канал между истоком и стоком отсутствует и ток между истоком и стоком протекает через антипараллельный диод по пути, показанному на фиг. 1а стрелками.

На фиг. 2а показана временная зависимость тока I через антипараллельный диод мощного МДП-транзистора, представляющая собой последовательность греющих импульсов с постоянным периодом следования Тсл и изменяющейся по гармоническому закону длительностью. Широтно-импульсная модуляция греющего тока Iгр, осуществляемая по гармоническому закону, вызывает соответствующие изменения рассеиваемой в мощном МДП-транзисторе мощности , график которой показан на фиг. 2б. Модуляция греющей мощности вызывает соответствующие изменения температуры T(t) кристалла мощного МДП-транзистора, сдвинутые по фазе относительно мощности (фиг. 2в). Изменение температуры вызывает соответствующие изменения температурочувствительного параметра UТЧП(t) (фиг. 2г), в качестве которого используют прямое напряжение на антипараллельном диоде, измеряемое в паузах между греющими импульсами при измерительном токе Iизм. Прямое напряжение на диоде линейно зависит от температуры, что позволяет на основе измерения UТЧП(t) определить T(t). Отношение основной гармоники Τ1 температуры кристалла и основной гармоники P1 рассеиваемой в мощном МДП-транзисторе мощности определяет модуль теплового импеданса ΖT мощного МДП-транзистора на частоте модуляции греющей мощности ω.

На фиг. 3 представлена частотная зависимость модуля теплового импеданса ΖT(ω) мощного МДП-транзистора, полученная в результате измерений модуля теплового импеданса ΖT при различных частотах ω модуляции греющей мощности. Значение ΖT на пологом участке частотной зависимости определяет тепловое сопротивление переход-корпус RТп-к мощного МДП-транзистора.

Предлагаемый способ может быть реализован с помощью устройства, структурная схема которого показана на фиг. 4. Устройство содержит источник 1 измерительного тока; формирователь 2 греющих импульсов, управляемый микроконтроллером 3; аналого-цифровой преобразователь 4, вход которого соединен с объектом измерения - мощным МДП-транзистором 5, а выход - с микроконтроллером 3. Затвор и исток мощного МДП-транзистора 5 соединены между собой.

Способ осуществляют следующим образом. С выхода формирователя 2 греющих импульсов через объект измерения - мощный МДП-транзистор 5 - пропускают заданное микроконтроллером 3 количество импульсов греющего тока Iгр, период следования Тсл которых поддерживают постоянным, а длительность модулируют по гармоническому закону. Частота модуляции задается микроконтроллером. В паузах между греющими импульсами измеряют температурочувствительный параметр - прямое напряжение UТЧП на антипараллельном диоде мощного МДП-транзистора 5, возникающее при протекании через него 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} кристалла. С помощью Фурье-преобразования вычисляют амплитуду Τ1 основной гармоники температуры кристалла и амплитуду P1 основной гармоники греющей мощности, отношение которых равно модулю теплового импеданса ΖT мощного МДП-транзистора на частоте модуляции греющей мощности ω. Затем процесс измерения повторяют при других частотах модуляции греющей мощности ω, получают частотную зависимость модуля теплового импеданса ΖT(ω) мощного МДП-транзистора, содержащую участок с постоянным значением модуля теплового импеданса, которое равно тепловому сопротивлению переход-корпус RТп-к мощного МДП-транзистора.

Повышение точности измерения теплового сопротивления переход-корпус мощных МДП-транзисторов в заявляемом способе достигается за счет того, что, в отличие от прототипа, в нем с более высокой точностью определяются средняя мощность, рассеиваемая в объекте измерения при прохождении через него каждого импульса греющего тока, а также амплитуда основной гармоники температуры кристалла, вычисление которой производится с помощью Фурье-преобразования достаточно большого по объему массива данных.

Способ измерения теплового сопротивления переход-корпус мощных МДП-транзисторов, заключающийся в том, что через мощный МДП-транзистор пропускают последовательность импульсов греющего тока, в паузах между ними измеряют и запоминают значения температурочувствительного параметра UТЧП при измерительном токе Iизм, вычисляют среднюю рассеиваемую мощность при каждом импульсе греющего тока и соответствующие изменения температурочувствительного параметра, отличающийся тем, что нагрев мощного МДП-транзистора осуществляют греющей мощностью, модулированной по гармоническому закону, для чего через мощный МДП-транзистор пропускают последовательность импульсов греющего тока постоянной амплитуды Iгр, постоянным периодом следования Тсл и изменяющейся по гармоническому закону длительностью τ, импульсы пропускают через встроенный в мощный МДП-транзистор антипараллельный диод при закрытом канале мощного МДП-транзистора, измеряют и запоминают для каждого греющего импульса напряжение на антипараллельном диоде и вычисляют временную зависимость средней за период следования Тсл греющей мощности P ¯ ( t ) , в паузах между импульсами греющего тока измеряют и запоминают значения температурочувствительного параметра UТЧП - прямого напряжения на антипараллельном диоде при измерительном токе Iизм и вычисляют временную зависимость температуры T(t) кристалла в процессе нагрева мощного МДП-транзистора, с помощью Фурье-преобразования временных зависимостей T(t) и P ¯ ( t ) вычисляют амплитуду Τ1 основной гармоники температуры кристалла и амплитуду P1 основной гармоники греющей мощности, отношение которых равно модулю теплового импеданса ZT мощного МДП-транзистора на частоте модуляции ω греющей мощности, после чего процесс измерения повторяют на других частотах модуляции ω греющей мощности, получают частотную зависимость модуля теплового импеданса ΖT(ω) мощного МДП-транзистора, содержащую участок с постоянным значением модуля теплового импеданса, которое принимают равным тепловому сопротивлению переход-корпус RTп-к мощного МДП-транзистора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике измерения теплофизических параметров компонентов наноэлектроники, таких как нанотранзисторы, нанорезисторы и др.. Сущность: способ заключается в пропускании через объект измерения последовательности импульсов греющего тока с постоянным периодом следования и длительностью, изменяющейся по гармоническому закону, измерении в паузах температурочувствительного параметра - напряжения на объекте при пропускании через него измерительного тока и определении изменения температуры объекта, вызванной модуляцией греющей мощности.

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

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к способам обеспечения качества и надежности полупроводниковых интегральных схем (ИС). Сущность: из партий ИС методом случайной выборки отбирают одинаковое количество изделий (не менее 10 от каждой партии) и измеряют значение информативного параметра.
Изобретение относится к полупроводниковой технике, а именно к способам отбраковки мощных светодиодов на основе InGaN/GaN, излучающих в видимом диапазоне длин волн. Способ отбраковки мощных светодиодов на основе InGaN/GaN включает проведение измерений при комнатной температуре в любой последовательности падений напряжения в прямом и обратном направлениях и плотностей тока на светодиодах, отбраковку по определенным критериям, последующее проведение старения светодиодов при определенных условиях, повторное проведение упомянутых измерений при первоначальных условиях, кроме одного, с окончательной отбраковкой ненадежных светодиодов.

Изобретение относится к полупроводниковой электронике, а именно к методам измерения эксплуатационных параметров полупроводниковых источников света, и может быть использовано в их производстве, как для отбраковки потенциально ненадежных источников света, так и для контроля соблюдения режимов выполнения сборочных операций.

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.

Изобретение относится к технике измерения предельных параметров мощных биполярных транзисторов и может использоваться на входном и выходном контроле их качества.

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.

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.

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 .

Изобретение относится к области инновационных технологий и может быть использовано для определения параметров кристаллов силленитов, определяющих эффективность перспективных технических систем, и их экспресс-характеризации методами диэлектрической спектроскопии. При соответствующей стартовой подготовке образцов и выборе частоты регистрации, основанном на информации о частотных спектрах, могут быть определены ключевые параметры примесных центров в кристаллах силленитов. Изобретение обеспечивает возможность оценки параметров, характеризующих оптоэлектронные свойства силленитов, по результатам измерений частотных зависимостей проводимости, комплексной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь при разных температурах. 4 ил.

Изобретение относится к области радиоэлектронной техники и микроэлектроники. Использование: для термотренировки тонких пленок, нанесенных на диэлектрическую основу. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает очистку поверхности плат методом протирки спиртом или ацетоном для обезжиривания поверхности, помещают изделия в камеру конвекционной печи так, чтобы у атмосферы был доступ к проводниковому слою платы, производят термотренировку изделий в атмосфере воздуха при температуре процесса 100-170°С в течение 85-340 ч, по окончании термотренировки проверяют платы на адгезию липкой лентой с клеевым слоем, производят очистку поверхности плат методом протирки спиртом или ацетоном от остатков клеевого слоя на платах, проводят внешний осмотр изделий с помощью микроскопа на предмет отслоения проводникового слоя. Технический результат: обеспечение возможности выявления потенциально ненадежных металлизированных тонкопленочных структур и скрытых дефектов микрополосковых плат по параметру межслоевой адгезии проводников методом термотренировки. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области нанотехнологий, а именно к способам измерения параметров наноструктур, и может быть использовано при определении электрофизических параметров конденсаторной структуры мемристора, характеризующих процесс формовки. Способ определения электрофизических параметров конденсаторной структуры мемристора, характеризующих процесс формовки, включает измерение вольт-амперных и импедансных характеристик. Новым является то, что выбирают мемристоры в виде конденсаторов металл - диэлектрик - полупроводник с соизмеримыми емкостями диэлектрика и области пространственного заряда полупроводника, и с отсутствием фиксации (пиннинга) уровня Ферми на этой границе раздела; для этих структур дополнительно измеряют спектральную характеристику конденсаторной фотоЭДС; из измеренных характеристик определяют электрофизические параметры структур, которые характеризуют происходящие при формовке изменения как в диэлектрике, так и на границе раздела диэлектрик/полупроводник и в полупроводнике: захват носителей заряда поверхностными состояниями на границе раздела диэлектрик/полупроводник, перемещение ионов, электрохимические реакции, дефектообразование. Изобретение обеспечивает расширение диагностических возможностей измерения характеристик и повышение степени прогнозирования электрофизических параметров мемристоров в виде МДП-конденсаторов для оптимизации технологии их изготовления при их разработке, кроме того, изобретение расширяет арсенал методов измерительной технологии в актуальной области изготовления мемристоров, являющихся основой нового поколения устройств энергонезависимой памяти. 1 з.п. ф-лы, , 4 ил.
Наверх