Способ оценки теплового параметра силовых полупроводниковых приборов и устройство для его осуществления

Авторы патента:

G01R31/26 - испытание отдельных полупроводниковых приборов (измерение содержания примесей G01N)

Владельцы патента RU 2597149:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" (RU)

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для измерения тепловых параметров силовых полупроводниковых приборов и контроля их качества. Способ оценки теплового параметра силовых полупроводниковых приборов включает измерение параметра силового полупроводникового прибора в процессе его нагрева большим током. При этом через силовой полупроводниковый прибор пропускают однократный импульс силового тока произвольной формы с амплитудой, близкой к предельно допустимому для данного силового полупроводникового прибора значению, и длительностью в единицы-десятки миллисекунд, достаточной для нагрева полупроводниковой структуры. В процессе нагрева в качестве оцениваемого параметра измеряют ширину петли теплового гистерезиса прямой вольтамперной характеристики силового полупроводникового прибора. Также предложено устройство для измерения ширины петли теплового гистерезиса прямой вольтамперной характеристики силового полупроводникового прибора. Изобретение позволяет сократить время оценки теплового параметра силового полупроводникового прибора, а также упростить техническую и расчетную реализацию измерительного устройства. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для измерения тепловых параметров силовых полупроводниковых приборов и контроля их качества, в том числе для отбраковки потенциально ненадежных образцов.

Известен способ и устройство для определения (измерения) величины теплового сопротивления силовых полупроводниковых приборов, которые предполагают наличие предварительно построенной градуировочной характеристики для каждого силового полупроводникового прибора, т.е. зависимость какого-либо параметра силового полупроводникового прибора от температуры (Бардин В.М. Аппаратура и методы контроля параметров силовых полупроводниковых вентилей / Бардин В.М., Моисеев Л.Г., Сурочан Ж.Г., Чебовский О.Г. - М.: Энергия, 1971. - С. 76-79, 84-86).

Недостатком известного способа является длительность процесса измерения, которая может достигать многих десятков минут.

Известен способ определения теплового сопротивления переход-корпус полупроводниковых диодов. Ускорение измерения теплового сопротивления достигается путем расчета итогового показателя на основе данных о скорости нарастания длительности греющих импульсов тока и скорости изменения температурочувствительного параметра. Используется усредненная для данного типа силового полупроводникового прибора градуировочная характеристика (RU 2178893, МПК G01R 31/26, опубл. 27.01.2002).

Недостатком известного способа является снижение точности измерения и возможность появления больших ошибок при измерении теплового сопротивления R_T.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является экспресс-метод измерения теплового сопротивления переход-корпус силовых полупроводниковых приборов в корпусном исполнении. Способ не требует построения градуировочных зависимостей и основан на предположении, что процесс нагрева силового полупроводникового прибора и процесс его остывания примерно одинаковы по временным параметрам и динамике. Измеряя значения термочувствительного параметра в определенных точках на графиках этих процессов, можно определить значение теплового сопротивления R_T путем вычислительных операций (RU 2240573, МПК G01R 31/26, опубл. 20.11.2004).

Недостатками известного экспресс-метода являются значительная длительность процессов нагрева и охлаждения мощных полупроводниковых приборов, подача измерительных импульсов тока с амплитудой, равной величине греющего тока, приводящая к дополнительному нагреву полупроводниковой структуры на этапе остывания прибора и дополнительному потреблению энергии, а также сложность расчетной реализации обработки результатов измерения.

Технический результат заключается в сокращении времени оценки теплового параметра силового полупроводникового прибора, уменьшении потребления энергии в процессе измерения, более простой расчетной и технической реализации.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе оценки теплового параметра силовых полупроводниковых приборов измеряют параметры силового полупроводникового прибора в процессе его нагрева большим током. Через силовой полупроводниковый прибор пропускают однократный импульс силового тока произвольной формы с амплитудой, близкой к предельно допустимому для данного силового полупроводникового прибора значению, и длительностью в единицы-десятки миллисекунд, достаточной для нагрева полупроводниковой структуры. В процессе нагрева в качестве оцениваемого параметра измеряют ширину петли теплового гистерезиса прямой вольтамперной характеристики силового полупроводникового прибора.

Устройство для измерения ширины петли теплового гистерезиса прямой вольтамперной характеристики силового полупроводникового прибора содержит генератор импульсов, подключаемый к силовому полупроводниковому прибору. Силовой полупроводниковый прибор подключается к пороговому датчику тока и ключу, входящим в измерительное устройство. Измерительное устройство состоит из порогового датчика тока, подключенного к соединенным последовательно ключу и аналогово-цифровому преобразователю, выход которого подключается к входу регистра, соединенного с вычислительным устройством, к которому подключается устройство индикации. Система управления подключается к генератору импульсов, силовому полупроводниковому прибору и измерительному устройству.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для измерения ширины петли теплового гистерезиса прямой вольтамперной характеристики силового полупроводникового прибора; на фиг. 2 - характерный вид петли теплового гистерезиса прямой вольтамперной характеристики силового полупроводникового прибора.

Устройство для измерения ширины петли теплового гистерезиса прямой вольтамперной характеристики силового полупроводникового прибора (фиг. 1) содержит генератор импульсов 1, подключенный к силовому полупроводниковому прибору 2. Силовой полупроводниковый прибор 2 подключается к пороговому датчику тока 3 и ключу 4. Измерительное устройство 5 состоит из порогового датчика тока 3, подключенного к ключу 4 и аналогово-цифровому преобразователю 6. Ключ 4 соединяется с аналогово-цифровым преобразователем 6. Выход аналогово-цифрового преобразователя 6 подключается к входу регистра 7. Регистр 7 соединяется с вычислительным устройством 8, к которому подключается устройство индикации 9. Система управления 10 соединена с генератором импульсов 1, силовому полупроводниковому прибору 2 и измерительному устройству 5.

Устройство работает следующим образом. Генератор импульсов тока 1 по команде системы управления 10 формирует однократный импульс силового греющего тока, который, протекая через силовой полупроводниковый прибор 2, нагревает его, в результате чего формируется петля теплового гистерезиса прямой вольтамперной характеристики (фиг. 2). Ширина этой петли на установленном уровне Ι₀ силового греющего тока оценивается измерительным устройством 5. Оценку теплового параметра силового полупроводникового прибора 2 осуществляют следующим образом. Напряжение, пропорциональное току через силовой полупроводниковый прибор 2, поступает на пороговый датчик тока 3, который дает разрешение на считывание информации о величине падения напряжения на силовом полупроводниковом приборе 2 только при достижении греющим током заранее установленной величины I₀ (точки А и Б, фиг. 2). Импульсы с порогового датчика тока 3 на короткое время открывают ключ 4 для считывания с помощью аналогово-цифрового преобразователя 6 информации о величине падения напряжения ΔU на силовом полупроводниковом приборе 2 на восходящей и нисходящей ветвях гистерезисной петли. Информация записывается в регистр 7 и передается далее в вычислительное устройство 8 для оценки величины ΔU_А-ΔU_Б, затем на устройство индикации 9. Выводится величина разности напряжений, пропорциональная ширине петли теплового гистерезиса прямой вольтамперной характеристики. По ширине петли можно судить о величине теплового сопротивления силового полупроводникового прибора 2 и сортировать приборы по качеству.

За оцениваемый параметр силового полупроводникового прибора 2 принимается не его тепловое сопротивление, а ширина петли теплового гистерезиса прямой вольтамперной характеристики силового полупроводникового прибора 2, которая оценивается на одном импульсе греющего тока длительностью единицы-десятки миллисекунд (в зависимости от мощности силового полупроводникового прибора 2). Поскольку требуется только один импульс большого тока малой длительности, достигается сокращение времени измерения теплового параметра и уменьшение потребления энергии при измерении одного образца силового полупроводникового прибора 2. При протекании греющего тока через силовой полупроводниковый прибор 2 происходит нагревание его полупроводникового элемента, что приводит к изменению положения прямой вольтамперной характеристики, в результате чего в системе координат «ток I - падение напряжения ΔU» формируется петля теплового гистерезиса. Чем больше нагрет силовой полупроводниковый прибор 2, тем шире эта петля. Один из параметров этой петли, например ее ширина, принимается за критерий теплового состояния силового полупроводникового прибора 2, позволяющий сравнивать по степени нагрева приборы одной партии и отбраковывать потенциально ненадежные силовые полупроводниковые приборы, в том числе с дефектами контактных соединений.

По сравнению с известным решением предлагаемое сокращает время оценки теплового параметра силового полупроводникового прибора путем измерения ширины петли теплового гистерезиса прямой вольтамперной характеристики силового полупроводникового прибора при пропускании одного импульса греющего тока длительностью единицы-десятки миллисекунд и позволяет упростить техническую и расчетную реализацию измерительного устройства, поскольку требуется только измерение прямой вольтамперной характеристики, и уменьшает потребление энергии в процессе измерения.

1. Способ оценки теплового параметра силовых полупроводниковых приборов, заключающийся в измерении параметров силового полупроводникового прибора в процессе его нагрева большим током, отличающийся тем, что через силовой полупроводниковый прибор пропускают однократный импульс силового тока произвольной формы с амплитудой, близкой к предельно допустимому для данного силового полупроводникового прибора значению, и длительностью в единицы - десятки миллисекунд, достаточной для нагрева полупроводниковой структуры, и в процессе нагрева в качестве оцениваемого параметра измеряют ширину петли теплового гистерезиса прямой вольтамперной характеристики силового полупроводникового прибора

2. Устройство для измерения ширины петли теплового гистерезиса прямой вольтамперной характеристики силового полупроводникового прибора, содержащее генератор импульсов, подключенный к силовому полупроводниковому прибору, отличающееся тем, что силовой полупроводниковый прибор подключен к пороговому датчику тока и ключу, входящим в измерительное устройство, состоящее из порогового датчика тока, подключенного к соединенным последовательно ключу и аналогово-цифровому преобразователю, выход которого подключен к входу регистра, соединенного с вычислительным устройством, подключенным к устройству индикации, а система управления соединена с генератором импульсов, силовым полупроводниковым прибором и измерительным устройством.

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 выявления потенциально ненадежных плат для гибридных интегральных микросхем с помощью термостабилизации // 2577823

Изобретение относится к области радиоэлектронной техники и микроэлектроники. Использование: для термотренировки тонких пленок, нанесенных на диэлектрическую основу.

Диэлектрический метод диагностики электронных состояний в кристаллах силленитов // 2575134

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.

Способ измерения теплового сопротивления переход-корпус мощных мдп-транзисторов // 2572794

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.

Способ измерения теплового сопротивления компонентов наноэлектроники с использованием широтно-импульсной модуляции греющей мощности // 2565859

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.

Способ измерения последовательного сопротивления базы полупроводникового диода // 2548925

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

Способ сравнительных испытаний по надежности партий интегральных схем // 2546998

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.

Способ отбраковки мощных светодиодов на основе ingan/gan // 2541098

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.

Способ бесконтактного определения неравномерности температурного поля в полупроводниковых источниках света // 2538070

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.

Способ сравнительной оценки надежности партий полупроводниковых изделий // 2538032

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 измерения переходной тепловой характеристики светоизлучающего диода // 2609815

Изобретение относится к оптоэлектронной измерительной технике и может быть использовано для измерения тепловых параметров полупроводниковых светоизлучающих диодов на различных этапах их разработки и производства, на входном контроле предприятий-производителей светотехнических изделий с использованием светодиодов, а также при выборе режимов эксплуатации указанных изделий. Технический результат - сокращение времени измерения переходной тепловой характеристики светоизлучающего диода. Согласно изобретению через светодиод пропускают греющий ток заданной величины, излучение светодиода направляют на входную щель монохроматора, в заданные моменты времени определяют положение максимума спектра излучения светодиода на фотоприемном устройстве, расположенном перед выходной щелью монохроматора, при этом в качестве фотоприемного устройства используется фотоприемная матрица, строки которой расположены перпендикулярно выходной щели монохроматора, в заданные моменты времени поочередно фиксируются и считываются сигналы фоточувствительных элементов строк фотоприемной матрицы, определяют номер элемента строки фотоприемной матрицы, значение сигнала которого максимально, по изменению этого номера в процессе нагрева светодиода определяют изменение длины волны в максимуме спектра излучения светодиода, по которому и определяют изменение температуры активной области светодиода в заданные моменты времени, то есть переходную тепловую характеристику светодиода. 3 ил.

Способ определения напряжения локализации тока в мощных вч и свч биполярных транзисторах // 2616871

Изобретение относится к технике измерения предельных параметров мощных биполярных транзисторов и может использоваться на входном и выходном контроле их качества. Способ согласно изобретению основан на использовании эффекта увеличения крутизны зависимости напряжения на эмиттерном переходе мощного биполярного транзистора при постоянном эмиттерном токе от коллекторного напряжения при приближении коллекторного напряжения к значению напряжения локализации тока. Контролируемый транзистор включают по схеме с общей базой, задают постоянный эмиттерный ток, на коллектор контролируемого транзистора подают напряжение, представляющее собой сумму линейно нарастающего напряжения, не превышающего предельно допустимое значение для данного типа транзисторов при заданном токе, и малого синусоидального напряжения, при напряжении на коллекторе, близком к нулю, определяют амплитуду переменной составляющей напряжения на эмиттере контролируемого транзистора и затем определяют значения напряжения на коллекторе контролируемого транзистора, при которых амплитуда переменной составляющей напряжения на эмиттере контролируемого транзистора становится равной и соответственно, где k1 и k2 - заданные коэффициенты превышения начальной амплитуды , причем k2>k1, и искомое напряжение локализации тока вычисляют по предложенной расчетной формуле. Изобретение обеспечивает повышение точности определения напряжения локализации тока в мощных ВЧ и СВЧ биполярных транзисторах при однократном измерении. 3 ил.

Способ тестирования светодиода // 2617148

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для тестирования качества полупроводниковых приборов, в частности светодиодов, с целью выявления в них дефектов, обусловленных дефектностью структуры, качеством монтажа, неравномерностью растекания тока и другими факторами. В способе тестирования светодиода, включающем пропускание через светодиод ступенчато изменяющегося электрического тока, измерение температурочувствительного параметра, характеризующего изменение температуры светодиода под действием ступенчато изменяющегося электрического тока, определение теплового сопротивления светодиода путем обработки измеренных значений температурочувствительного параметра, при этом на основе значения теплового сопротивления светодиода судят о наличии дефекта в светодиоде, согласно изобретению определяют первое и второе значения теплового сопротивления светодиода при двух значениях пропускаемого через светодиод ступенчато изменяющегося электрического тока, имеющего соответственно относительно малую и относительно большую величину, о наличии дефекта в светодиоде судят по величине разности значений первого и второго тепловых сопротивлений, при этом в случае, когда величина указанной разности превышает заданное значение, делают вывод о наличии дефекта в светодиоде. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности способа тестирования и снижение временных затрат на проведение тестирования. 1 ил.

Способ определения степени релаксации барьерного слоя нитридной гетероструктуры // 2624604

Изобретение относится к электрофизическим способам определения степени релаксации барьерного слоя нитридной гетероструктуры и применяется для оценки качества кристаллической структуры, в которой наблюдается пьезоэлектрическая поляризация. Техническим результатом данного изобретения является возможность использовать способ измерения вольт-фарадных характеристик для определения степени релаксации и, таким образом, неразрушающим способом определить степень релаксации в тонком (меньше 50 нм) барьерном слое нитридной гетероструктуры. Степень релаксации определяется из отношения значений пьезоэлектрических составляющих поляризации, определенных из эксперимента через измерение вольт-фарадных характеристик и из модифицированной модели Амбахера. 3 ил., 1 пр.

Способ измерения теплового импеданса полупроводниковых диодов с использованием амплитудно-импульсной модуляции греющей мощности // 2630191

Использование: для измерения теплофизических параметров полупроводниковых диодов. Сущность изобретения заключается в том, что способ заключается в предварительном определении ватт-амперной характеристики объекта измерения - полупроводникового диода, пропускании через диод последовательности импульсов греющего тока с постоянным периодом следования и изменяющейся амплитудой, обеспечивающей гармонический закон модуляции греющей мощности, измерении в паузах между импульсами прямого напряжения на диоде при малом измерительном токе и определении изменения температуры p-n перехода, вычислении с помощью Фурье-преобразования амплитуды и фазы основной гармоники переменной составляющей температуры перехода и определении модуля и фазы теплового импеданса полупроводникового диода. Технический результат: обеспечение возможности повышения точности измерения теплового сопротивления. 1 ил.

Способ измерения переходной тепловой характеристики полупроводниковых изделий // 2639989

Использование: для контроля тепловых характеристик полупроводниковых приборов и интегральных схем. Сущность изобретения заключается в том, что разогревают полупроводниковое изделие путем подачи на вход (на определенные выводы) полупроводникового изделия, подключенного к источнику питания, последовательности прямоугольных импульсов напряжения заданной амплитуды и длительности с частотой следования , измеряют среднюю за период следования прямоугольных импульсов напряжения мощность Pпот, потребляемую полупроводниковым изделием, разность фаз между входным импульсным напряжением и импульсным напряжением на выходе (на выходных выводах) полупроводникового изделия преобразуют в напряжение Uτ(t), в заданные моменты времени ti значения напряжения Uτ(t) запоминают и значения переходной тепловой характеристики полупроводникового изделия в моменты времени ti определяют по формуле ,где Kτ - относительный температурный коэффициент времени задержки сигнала в полупроводниковом изделии, а Uτ(0) - значение напряжения Uτ(t) в начале нагрева полупроводникового изделия, то есть при t0≈0. Технический результат: обеспечение возможности повышения точности измерения переходной тепловой характеристики полупроводниковых изделий. 2 ил.

Система и способ контроля рабочего состояния igbt-устройства в реальном времени // 2640089

Предложенная группа изобретений относится к системе для контроля рабочего состояния IGBT-устройства в реальном времени. Система для определения температуры полупроводникового перехода IGBT-устройства содержит дифференцирующий блок (21) для приема характеристики напряжения (VGE) затвор-эмиттер IGBT-устройства (12), которая должна быть измерена, и для дифференцирования характеристики напряжения (VGE) затвор-эмиттер, чтобы получать импульсы, коррелирующие с фронтами, сформированными фазой участка заряда емкости Миллера во время фазы выключения IGBT-устройства (12); блок (23) таймера для измерения временной задержки (tdelay) между полученными импульсами, указывающими начало и конец фазы участка заряда емкости Миллера во время фазы выключения IGBT-устройства (12); блок (25) вычисления температуры полупроводникового перехода для определения температуры полупроводникового перехода IGBT-устройства (12) на основе измеренной временной задержки (tdelay). Указанная система реализует соответствующий способ определения температуры. Указанные изобретения позволяют обеспечить индикацию температуры с высокой точностью и с высоким временным разрешением. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

Компоновка smu, обеспечивающая стабильность rf транзистора // 2645129

Изобретение относится к метрологии. Способ тестирования испытуемого устройства характеризуется тем, что соединяют первый модуль источника/измерителя с первым набором по меньшей мере из трех триаксиальных кабелей и выводом заземления. Каждый триаксиальный кабель содержит центральный сигнальный проводник, внешний экран и средний проводник, внешние экраны первого набора триаксиальных кабелей электрически соединяют вместе с выводом заземления. Затем соединяют второй конец каждого кабеля из первого набора триаксиальных кабелей с набором узлов испытуемого устройства. Соединяют второй измеритель со вторым набором по меньшей мере из трех триаксиальных кабелей и имеющих центральный сигнальный проводник, внешний экран, средний проводник и вывод заземления, при этом каждую из трех точек тестирования соединяют с первым концом центрального сигнального проводника каждого кабеля из второго набора трех триаксиальных кабелей, соответственно, а внешние экраны второго набора триаксиальных кабелей электрически соединяют вместе с выводом заземления. Соединяют второй конец каждого кабеля из второго набора триаксиальных кабелей с указанным набором узлов испытуемого устройства. Внешние экраны кабелей как первого, так и второго наборов триаксиальных кабелей соединяют вместе и заземляют. Технический результат – повышение стабильности измерений. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 2 ил.