Способ автоматизированного определения теплового сопротивления переход - корпус силовых полупроводниковых приборов в корпусном исполнении

Авторы патента:

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

Владельцы патента RU 2653962:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Брянский государственный технический университет" (RU)

Использование: для измерения тепловых параметров силовых полупроводниковых приборов в корпусном исполнении. Сущность изобретения заключается в том, что способ автоматизированного определения теплового сопротивления переход-корпус силовых полупроводниковых приборов в корпусном исполнении для повышения быстродействия измерений и обеспечения стопроцентного контроля теплового сопротивления у всех СПП, подключают каждый СПП под номинальные напряжение, ток и частоту коммутации кратковременно на время, равное 0,02…0,05 постоянной времени теплового процесса прибора t=0,02…0,05 τ, затем отключают, измеряют термочувствительный параметр и сравнивают его с эталонным. Технический результат - обеспечение возможности быстрого определения теплового сопротивления переход-корпус диодов, тиристоров и транзисторов, более простая реализация тестера. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к технике измерения тепловых параметров силовых полупроводниковых приборов в корпусном исполнении и может быть использовано для контроля их качества.

Технический результат: возможность быстрого определения теплового сопротивления переход-корпус диодов, тиристоров и транзисторов, более простая реализация тестера.

Сущность: испытуемый прибор подключают на определенное время (t_изм=0.02…0.05 τ) под номинальное напряжение и номинальный синусоидальный ток максимально допустимой частоты, затем подключают под постоянный измерительный ток, измеряют термочувствительный параметр - напряжение на кристалле, и сравнивают его с эталоном.

Известны два способа определения теплового сопротивления R_thjc в соответствии со стандартом ГОСТ 24461-80 [1]. В первом способе используются два токовых режима. Первый - режим нагрева силового полупроводникового прибора (СПП) постоянным греющим током до состояния теплового равновесия, второй - режим измерения термочувствительного параметра, при протекании через СПП измерительного тока, не влияющего на тепловое равновесие.

В качестве термочувствительного параметра рекомендуется использовать прямое напряжение u_F для диодов или напряжение в открытом состоянии u_T для тиристоров и симметричных тиристоров. Температура T_j определяется по градуировочной характеристике прибора. Градуируется ИП в термостате при протекании измерительного тока, не влияющего на тепловое равновесие.

Основными недостатками данных способов являются большие временные и энергетические затраты на процесс градуировки и испытания СПП. Данные обстоятельства определяют низкую производительность метода, поэтому этот метод практически не применим для определения теплового сопротивления R_thjc при автоматизированном контроле силовых полупроводниковых приборов.

Известен способ определения теплового сопротивления переход-корпус силовых полупроводниковых приборов в корпусном исполнении в соответствии с патентом №2300115 РФ, МПК7 G01R 31/26 [2]. В этом способе полупроводниковый прибор нагревают путем пропускания через него тока в состоянии высокой проводимости, на интервале нагревания измеряют и запоминают значения его термочувствительного параметра и температуру корпуса T_C(t) прибора в выбранной точке, прекращают нагрев полупроводникового прибора при достижении температурой корпуса заданного значения и в режиме естественного охлаждения пропускают измерительный ток, не влияющий на тепловое равновесие испытуемого прибора, и запоминают значение термочувствительного параметра и температуру корпуса, при этом длительность интервала охлаждения выбирают из условия безусловного выполнения t>3 τ, где τ - тепловая постоянная конструкции прибора. Повторяя подобные операции, определяют тепловое сопротивления R_thjc по формуле.

Основными недостатками данного способа также являются большие временные и энергетические затраты на процесс градуировки и испытания СПП, поэтому этот способ практически не применим для определения теплового сопротивления R_thjc при автоматизированном контроле силовых полупроводниковых приборов.

Сокращение времени определения R_thjc достигается путем допущения того предположения, что градуировочные зависимости u_F(T)(Tj) одинаковы для партии однотипных приборов. Для этого осуществляется градуировка нескольких приборов, по которым определяется усредненная характеристика, которая и применяется при определении R_thjc для всех приборов. Однако из-за технологических отклонений в процессе производства СПП, не достаточно качественной посадке кристалла в корпус прибора тепловые сопротивления различных СПП могут существенно отличаться от эталонного. Это может привести к перегреву и выходу из строя отдельных СПП при подключении их под номинальные напряжения, ток и частоту коммутаций.

Для устранения названных недостатков предлагается способ автоматизированного определения теплового сопротивления переход-корпус силовых полупроводниковых приборов в корпусном исполнении, отличающийся тем, что для повышения быстродействия измерений и обеспечения стопроцентного контроля теплового сопротивления у всех СПП подключают каждый СПП под номинальные напряжение, ток и частоту коммутации кратковременно на время, равное 0,02…0,05 постоянной времени теплового процесса прибора t=0,05 τ, затем отключают, измеряют термочувствительный параметр и сравнивают его с эталонным.

Этот способ использует свойство экспоненты быстро изменять почти по линейному закону свою величину на начальном участке. Так за время, равное 0,05 постоянной времени процесса t=0,05 τ, произойдет изменение начального значения любой величины, характеризующей этот процесс, примерно на 5%. Такое изменение любой величины вполне можно измерить в автоматизированной установке. Кроме того, поскольку постоянная времени тепловых процессов у большинства СПП измеряется несколькими минутами, то время измерений при контроле СПП этим способом оказывается невелико - измеряется несколькими секундами. Это также существенно для автоматизированного контроля СПП.

Для реализации способа и определения эталонного значения термочувствительного параметра определяют для одного или нескольких СПП конкретной партии величину теплового сопротивления R_thjc известными трудоемкими методами [1, 2 и др.]. Затем эталонный СПП подключают под номинальные напряжение, ток и частоту переменного сигнала. Через заданное время, например, равное t=0,05 τ - тепловой постоянной конструкции прибора, СПП отключают и измеряют термочувствительный параметр, в качестве которого используют прямое напряжение для диодов при заданном измерительном токе или напряжение в открытом состоянии для тиристоров и симметричных тиристоров. Числовое значение этого напряжения используют в качестве эталона при автоматизированном испытании остальных СПП данной партии. Если у испытуемого СПП величина термочувствительного параметра оказывается больше эталонной, то этот СПП уходит в брак - при дальнейшей эксплуатации при номинальных режимах он будет перегреваться и выйдет из строя. Чтобы исключить при проведении испытаний выход из строя дорогостоящих СПП, выполненных, например, на карбиде кремния, целесообразно проводить испытания сначала при 80% и затем 100% номинального тока.

Литература

1. ГОСТ 24461-80. Приборы полупроводниковые силовые. Методы измерений и испытаний.

2. ПАТЕНТ №2300115 РФ, МПК7 G01R 31/26. Способ определения теплового сопротивления переход-корпус силовых полупроводниковых приборов в корпусном исполнении / Н.Н. Беспалов (RU), М.В. Ильин (RU). - №200610336; заявл. 02.02.2006; опубл. 27.05.2007, бюл. №15. - 642 с.

1. Способ автоматизированного определения теплового сопротивления переход-корпус силовых полупроводниковых приборов в корпусном исполнении, отличающийся тем, что для повышения быстродействия измерений и обеспечения стопроцентного контроля теплового сопротивления у всех СПП каждый СПП подключают под номинальные напряжение, ток и частоту коммутации кратковременно на время, равное 0,02…0,05 постоянной времени теплового процесса прибора t=0,02…0,05 τ, затем отключают, измеряют термочувствительный параметр и сравнивают его с эталонным.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что с целью исключения возможного выхода их строя некоторых СПП повторяют контроль при 80 и 100% номинального тока.

Изобретение относится к физике полупроводников. Его применение при определении параметров каскадно возбуждаемых ловушек носителей зарядов в полупроводнике позволяет исследовать каскадно возбуждаемый тип ловушек в более широком классе полупроводниковых материалов, начиная с кристаллических и заканчивая органическими полупроводниками и нанокристаллами, и обеспечивает расширенные функциональные возможности за счет определения не только характеристик ловушек, но и энергетической плотности их состояний.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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 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.

Способ оценки теплового параметра силовых полупроводниковых приборов и устройство для его осуществления // 2597149

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для измерения тепловых параметров силовых полупроводниковых приборов и контроля их качества.

Способ измерения компонент теплового сопротивления мощных полупроводниковых приборов // 2654353

Изобретение относится к технике измерения теплофизических параметров полупроводниковых приборов и может быть использовано для контроля их качества. Технический результат – повышение точности. Для этого способ заключается в том, что через мощный полупроводниковый прибор пропускают последовательность из N импульсов греющего тока заданной амплитуды Iгр, длительность которых увеличивают по логарифмическому закону. Для каждого i-го импульса тока на основе измерения температурочувствительного параметра UТЧП определяют температуры p-n-перехода Tj(ti) и Tj(ti+1) до и после формирования i-го импульса тока соответственно, а также измеряют падение напряжения Uгр на объекте во время пропускания через него импульса тока. Затем вычисляют кумулятивную структурную функцию CТΣ(RТΣ) по формулам: После этого с помощью дифференцирования кумулятивной структурной функции CТΣ(RТΣ) выявляют участки ее резкого роста и определяют компоненты теплового сопротивления мощных полупроводниковых приборов. 4 ил.