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


 


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 RT.

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 RT 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 ΔUА-ΔUБ, 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.



 

Похожие патенты:

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.

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

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.

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.

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.
Наверх