Устройство для измерения тепловогосопротивления полупроводниковыхприборов

 

Союэ Соаетснид

Социалистичеасик

Республик

ПИСАЙИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

<1>798649

-а

К АВТОР СКОМУ СВИ ИТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву

Ф (22) Заявлено 050678 (2 I ) 2624196/18-25 (51)М. Кл з с присоединением заявки М (23) Приоритет

G 01 R 31/26

Государстаенний комнтет

СССР по делам нзобретеннй н открытн й

Опубликовано 23,0181 Бюллетень 3

Дата опубликования описания 2 3.01.81 (53) УДК 621 382.2(088.8) (72) Авторы изобретения

В.A. Беляков, П.Н. Голубев и Е.А. Грицевский (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОВОГО

СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

ПРИБОРОВ

Изобретение относится к электротехнике и электронной технике и может быть использовано для измерения внутреннего ус-.ановившегося теплового сопротивления полупроводниковых приборов.

Известны устройства для измерения установившегося внутреннего теплового сопротивления полупроводниковых приборов содержащие источник силового тока, датчики температуры и измерительное устройство. При измерениях поддерживают температуру перехода испытуемого прибора постоянной при изменении температуры окружающей среды (путем изменения силового тока) f1) .

Недостатком данного устройства является трудность стабилизации температуры окружающей среды, необходимость погружения испытуемого прибо.ра в масляные ванны и т.п.

Известно также устройство для определения установившегося теплового сопротивления "структура-корпус",содержащее ис точник силового тока,радиаторы, датчики температуры, соединенные встречно-последовательно,вычисленное устройство и индикатор, а также источники постоянного стабнлизированного тока и напряжения. Температура структуры полупроводникового прибора определяется по величине прямого падения напряжения как термочувствительному параметру (23.

Недостатком устройства является низкая точность измерений иэ-эа нелинейности термочувствительной зависимости мощных полупроводниковых приборов, и, как следствие, необходимость предварительной термокалибровки испытуемого прибора. Помимо этого, при измерениях необходимо стабилизировать мощность источника

15 силового тока.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Указанная цель достигается тем, 20 что в устройство дополнительно вгедены два тепловых шунта, установленные между рабочими поверхностяьи ис" пытуемого прибора и радиаторов, причем две пары датчиков температуры установлены на торцах каждого нт тепловых шунтов, а одна пара датчиков температуры установлена на рабочих поверхностях радиаторов.

На фиг. 1 представлена конструк30 ция предлагаемого устройства, на

798649 фиг. 2 — его эквиналентная тепловая

eхема.

Устройство содержит источник 1 силового тока, тепловые шунты 2, снаб жепные термоизоляцией 3, водяные радиаторы 4, датчики 5-10 температуры, причем, датчики 7 и 8 установлены на внутренней, а 5, 6 и 9, 10 — на наружней поверхности тепловых шунтов, вычислительное устройство 11, индикатор 12, испытуемый прибор (ИП) 13.

Тепловые шунты 2 выполнены из злектропроводного материала, например меди. Боковая поверхность теплового шунта снабжена термоизоляцией 3. Оба тепловых шунта обладают одинаковым тепловым сопротивлением.

Например для испытания силовых полупроводниковых прибдрон тепловые шунты целесообразно выбирать такими, чтобы их тепловое сопротивление было порядка 1 С/Вт. Торцовые поверхности шунтов и рабочие понерхности испытуемого прибора и радиаторов отшлифованы, и их контактным тепловым сопротивлением принебрегают.

Устройство для измерения теплового сопротивления полупроводниковых приборов работает следующим образом.

ИП 13 устанавливается между двух тепловых шунтов 2. Тепловые шунты устанавливаются между охладителями так, что контактные поверхности тепловых шунтов взаимодействуют с охладителями. Всю систему — охладители, два тепловых шунта и помещенный между ними ИП зажимают зажимным устройством (на чертеже не показано), Зажим осуществляется с нормируемым усилием в результате образуется электрическая цепь, включающая источник 1 силового тока, радиаторы 4,тепловые шунты 2 и ИП 13.

Для определения теплового сопротивления ИП проводят два цикла измерений. В первом цикле измерений в первый из охладителей подают охлаждающую жидкость, например воду с температурой 20 С, а во второй из охлао дителей — с температурой 80 С и производят измерения. Во втором цикле измерений в первый из охладителей подают охлаждающую жидкость (воду) с температурой 80 С, а но второй

20 С.

Измерения производят следующим образом.

От источника силового тока через радиаторы 4, тепловые шунты 2 и ИП

13 пропускают постоянный ток. Этот ток нагревает ИП до температуры установившегося теплового состояния.

В момент его фиксации напряжение ,трех пар датчиков температуры фиксируется вычислительным устройством

11. С датчиков 6-8 и 10 температуры на вычислительное устройство поступает сигнал, пропорциональный пере реву тепловых шунтов 2, а с датчиков 5 и 9 температуры поступает сигнал, пропорциональный перегреву всей тепловой системы. Окончание каждого цикла измерений определяется по моменту наступления установившегося режима °

На основе законов теплоэлектрической аналогии можно проанализировать тепловое состояние всей системы. При этом мощность, выделяемая на полупроводниковой структуре ИП, представлена электрическим-аналогом, генератором тока P с внутренним сопротивлением г „ „ = m (см. фиг.2)

Температура окружающей среды представлена электрическим генератором

15 электродвижущей силы,(ЭДС) Тор с внутренним сопротивлением re> О.

Тепловые сопротивления представлены соответствующими электрическими сопротивлениями.

20 R и R „ — сопротивления, соответственно, анодной и катодной сторон ИП;

R - сопротивление тепловот го шунта", Ярд и йр„ — сопротивления радиаторов, соответственно, анодной и катодной сторон ИП.

Температура анодного и катодного (первого и второго) радиаторов представлена электрическим генератором

ЭДС Тд и Т„ с внутренним сопротивлением, соответственно, Крди Врх, Рс, и P — соответственно, мощность выделяемая н анЬдном и катодном направлениях.

Установившийся перегрев полупроводниковой структуры ИП определяется выражением

О= Р +я р +т T

+aa та а со

e Р+яР ° т т

1кк т к к. ср

Тепловые потоки выражаются урав45 нениями т -16

P— т т -т.

50 где Т ° Тт, Т, Т„„- температура измеренная соот ветстнующими датчиками темО пературы.

Т, = Т„, Тц= Т„, где Т и Т - темпеРатУра, соответственно, анодного и катодного радиаторов, d0 измеренная термодатчи. ками 5 и 9.

Для первого цикла испытаний

Qea ьк

Р ф 5 Qт 9 10 В N 9 (т-т)+(т -т)+т = — p -т ) (т -т )+т (1) 798649 (Т -т )(т -т ) (тв-т )(т9-т5) Ф ие./

Та (при температуре воды через первый охладитель 200C).

Для второго цикла испытаний

T + » (t -t )+(t - т ). " (т -т )+(т -т )+t (я)

S (при температуре воды через первыф охладитель 80оС).

Решая совместно уравнения (1) и (2), получаем (Т -тб)(т -т )+(т -Т6).(Т9-т ) к т )- "

Таким образом, предлагаемое уст" ройство позволяет измерить тепловые 30 сопротивления полупроводниковых приборов беэ измерения температуры структуры испытуемых приборов и мощности источника постоянного тока, что позволяет повысить точность из-. мерений.

Формула изобретений

Устройство для измерения теплового сопротивления полупроводниковых приборов, содержащее источник силового тока, радиаторы, датчики температуры, соединенные встречно-последовательно, вычислительное устройство и индикатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены два тепловых шунта, установленные между рабочими поверхностями испытуемого прибора и радиаторов, причем две пары датчиков температуры установлены на торцах каждого из тепловых шунтов,а одна пара да чиков температуры установлена на рабочих поверхностях радиаторов.

Ф

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторск е свидетельство СССР

9 421955, кл..G 01 R 31/26, 08.09.702. РТМ 16.688.027-74, с.39, чертеж 15 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 10020/57

Тираж 743 Подписное

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная,