Способ контроля качества соединений элементов конструкции теплозащищенных полупроводниковых приборов

 

О П И С А Н И Е (ц(9ЗЯ219

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскин

Социалистическик

Республик

* (1 (6l) Дополнительное к авт:свид-ву (22)Заявлено 17.12.80(21) 3221483/18-21 (5))Я Кд с присоединением заявки ¹

3Ъаударстеенный каинтет

СССР

& 01 R 31/26 (23)приоритет

Опубликовано 23.06.82, Бюллетень № 23

Дата опубликования описания 25 . 06. 82 на делам нзааретеннй н атерытнй (5З) ДК621 ° 382.

3(088.8) (» «

В. А. Беляков, П. H. Голубев, Е.. A. Грицевский- : и В. И. Груздев ( (72) Авторы изобретения (( с (71) Заявитель (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СОЕДИНЕНИЙ

ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ТЕПЛОЗАЩИЩЕННЫХ

ПОЛУПРОВОДНИКОBblX ПРИБОРОВ

Изобретение относится к электротехнике и электронной технике и может быть использовано для контроля ка-:. чества сборки теплозащищенных проборов.

Известны способ тепловой защиты и конструкция теплозащищенного полупроводникового прибора, заключающие, ся в том, что, с целью исключения черезмерного перегрева рабочей структу; ры полупроводникового прибора в тепловом контакте с ней устанавливают термочувствительные элементы 1,термисторы, имеющие положительный или отрицательный температурные коэФФициенты сопротивления, в сочетании с полупроводниковыми диодами, транзисторами и тиристорами), представляющие собой терморегулятор, который уменьшает величину тока через рабочую структу- 2о ру, когда ее температура достигает заданного значения 71).

Наиболее часто терморегуляторами снабжаются такие мощные полупровод2 никовые приборы, как силовые тиристоры.

Известен также способ включающий нагрев испытуемого прибора заданной постоянной электрической мощностью до установившегося теплового состояния, измерение температуры структуры нагретого прибора с помощью предвари" тельно калиброванного термочувствительного параметра,в качестве которого используют коэффициент усилия по току, определение теплового сопротивления и сравнение его с эталонным значением, позволяет косвенным путем оценить качество соединений в конструкции транзистора $2).

Однако он неприменим для контроля соединений в конструкциях тиристоров.

Другой из известных способов, не отличающийся по последовательности операций от предыдущего, но использующий в качестве термочувствительного параметра прямое падение напря. жения на одном из р-и переходов ис3 93821 пытуемого прибора при малом измерительном токе, позволяет измерять тепловое сопротивление, а по немукачество соединений практически всех типов полупроводниковых приборов, 5 содержащих р-и переходы (3).

Этот способ ха рак те ризуется высокой точностью, но для осуществления требует специальных устройств, в которых должна быть обеспечена коммута- 0 ция рабочих и измерительных режимов испытуемого прибора, что усложняет его использование в процессе изготов ления приборов, особенно теплозащищенных.

Наиболее близким техническим решением к данному является способ конт-, роля качества соединений элементов конструкции полупроводниковых приборов, включающий разогрев полупроводниковой структуры путем подачи греющего тока, измерение параметра, характеризующегося качества соединений и сравнение его с эталонным значением.

В качестве параметра, характеризующе- го качество соединений, в этом способе принята скорость изменения во времени температурно-чувствительного параметра, например, прямого падения напряжения, а импульсы греющего тока устанавливают с длительностью большей, чем постоянная времени кристалла, но меньший,чем постоянная времени прибора. Способ является универсальным, применим практически для всех типов полупроводниковых приборов (4).

Недостатком известного способа

RBflReTcR сложность его использования для теплозащищенных полупроводнико40 вых приборов, поскольку в условиях работы терморегулятора изменения температуры прибора, а соответственнои изменения температурно;чувствительного параметра - невелики, поэтому . трудно оценить скорость изменения его во времени, а тем более измерить ее с высокой точностью.

Цель изобретения - упрощение и по вышение точности контроля приборов в процессе их изготовления.

Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля качества соединений элементов конструкции тепло.защищенных полупроводниковых приборов, снабженных терморегулятором, заключающемся в подаче греющего тока, измерении параметра, характеризующего качество соединений, и сравнение его с эталонным значением, подачу греющего тока прекращают и возобновляют при критической температуре перегрева терморегулятора, регулируют амплитуду греющего тока до установления максимальной частоты коле-. баний температуры испытуемого прибора и используют ее как параметр, характеризующий .качество соединений.

На фиг. 1. изображена термоэквива-. лентная схема замещения теплозащищенного прибора; на фиг. 2 - пример зависимости периода колебаний температуры теплозащищенного полупроводникового, прибора от температуры перегрева терморегулятора при настройке его на критический перегрев S> „=80оС.

Схема содержит резисторы t и 2, величина сопротивления каждого из которых равна (1/2 Йп) — половине co6-. ственного теплового сопротивления терморегулятора, резистор 3 (й„)— контактное сопротивление терморегулятор-полупроводниковая структура, R — тепловое сопротивление, равное

R, = 1/2R + R, емкость 4, Слтеплоемкость терморегуляТора, резистор 5 и емкость 6 RT и Ст - тепловое сопротивление и теплоемкость полупроводниковой структуры, соответственно, V> — мгновенный перегрев терморегулятора, V — мгновенный перегрев полупроводниковой структуры.

1В реальном теплозащищенном приборе выполняются следующие соотношения:

Rq„)y йт; С„ «С,; „« „ где i„= Rz<- Сп а Тт = RT- Cz

Пусть в произвольный момент времени t = t; полупроводниковая структур ра имеет температуру перегрева НТ а терморегулятор - 8 q

В режиме нагрева структуры постоянной мощностью P мгновенные перегревы полупроводниковой структуры и,терморегулятора описываются экспоненциальными функциями

И1 т "и (дяТП р

Чвн=Р Rт

9„,;е

9382 r ( Т "n

-е Ф

ЧТОА=ЕТ. Е

ЧпО„=Ет. W e

t -1

<и П я = - е . р.я . (4)

5

Если в момент времени С = t> выключить мощность нагрева Р, температуры перегрева в режиме охлаждения будут изменяться следующим образом: о

При первоначальном вклочении тепло защищенного прибора в момент времени

= t = О перегревы отсутствуют, т.е. ОТ, = ОП; = О. После подачи на структуру мощности нагрева Р в момент 25 времени t = tp мгновенный перегрев терморегулятора V>< Qpp становится равным критическому Оп„Р, при котором терморегулятор прекращает дальнейшее выделение мощности в полупроводни-5о ковой структуре. В этот момент вреМени согласно выражениям (l) и (2).перегревы полупроводниковой структуры и и терморегулятора будут иметь значения соответственно: 35

О! Т

V = Е, =P Rr- <- e; (е>

- /

v =в =Р4 <-1с e - — e (ч)

П О1П

ПИ ПКР Т ао

Начиная с момента времени tp будет происходить периодический процесс выключения и включения тепло45 защищенного полупроводникового прибора с периодом, равным:

Т = ь Сох + ьС„, (10) где аСох - длительность выключенного состояния прибора, в котором он

50 .охлаждается;

Ь1И- длительность включенного состояния прибора и его нагрева постоянной мощностью Р.

В момент выключения теплоизоляционного ПП перегрев терморегулято55 ра будет равен 6 „(по условиям работы схемы тепловой защиты), а перегрев полупроводниковой структуры

19 6 будет равен Gap, определяемому по выражению (8). В момент включения прибора перегрев терморегулятора также будет равен 8>кР а перегрев по- i лупроводниковой структуры составит согласно (6) ВТО-Ехр (-дСpyI "7).

Таким образом, после включения в работу прибора терморегулятора его перегрев в любой момент времени будет равен критическому 8 и,. -=8>кР

Из анализа приведенных выше выра- . жений с учетом того, что 7п сс т, когда К = 1, можно получить выражения для длительностей интервалов охлаждения и нагрева теплозащищенного полупроводникавого прибора и периода колебаний его температуры около устано. вившегося значения: (11)

РК -а„„

Т—

- ° (13) и

КР О К

Из выражения (13) видно, что при постоянных значениях P, R и 8>« период Т пропорционален тепловой пос", тоянной времени терморегулятора ТП

R> . С,а при практически постоянПх ном значейии С и — пропорционален тепловому сопротивлению терморегуляторполупроводниковая структура Кп„. Исследование выражения на экстремум показывает, что его минимум имеет место при условии

" Rò = 28пкР (14) когда дСох = ЙСИ

При этом частоты колебаний температуры испытуемого теплозащищенного прибора максимальна. В области минимума

Т зависимость (13) наименее критична к изменению паРаметРов Р, Кт и ОпккР1 поэтому контроль соединений элементов конст рук ции прибора (конт роль ВП ) целесообразно производить путем йзменения мощности нагоева ао получения максимальной частоты колебаний температуры прибора (включений или выключений терморегулятора), когда выполняется условие (15).

Благодаря тому, что в качестве параметра, характеризующего качество сборки элементов теплозащищенного полупроводникового прибора, в предложенном способе использована частота релаксаций терморегулятора, существенно упрощается процесс контроля, сборки и повышается точность контрол ля, так как о качестве сборки судят

Формула изобретения

ВНИИПИ Заказ 4455/70 Тираж 717 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 93821 .îëüêî по степени приближения измерений максимальной частоты колебаний темпе ра туры у испытуемо го прибора к значению, установленному для эталонного образца ° S

Способ контроля качества соедине- 10 ний элементов конструкции теплозащищенных полупроводниковых приборов, снабженных терморегулятором, заключающийся в подаче rреющего .тока, измерении параметра, характеризующего .ка- 15 чество соединений, и сравнении его с эталонным значением, о т л и ч а ю -. шийся тем, что, с целью упрощения и повышения точности контроля, по- дачу греющего тока переключают и во- щ зобновляют при критической температуре перегрева терморегулятора, регулируют амплитуду греющего тока до yc-.

9 8 тановления максимальной частоты колебаний температуры испытуемого прибора и используют ее как параметр, характеризующий качество соединений.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США N 3.708.720, кл. 317.-13 С, 1973.

2. Zatz Saul. Determine transistor thermal resistance guickly and

easily. EDNIEEE, 1973, Ч 18, 1г 21, р. 62-64., „

3. Oettinger Frank F. et al.

Thermal response measurements for

semiconductor device clue attachnent

evaluation. Int. Electron. Devrcel4eeting. Washington, D.Ñ., 1973, Tecum. Dig. New York, ИЛ. р. 4750.

4. Авторское свидетельстeo СССР

11 446854, кл. G 01 R 31/26, 1974 (прототип}.