RU2003128C1 - Method of determination of thermal resistance of junction-can of semiconductor diodes - Google Patents

Abstract

Использование: контроль качества полупроводниковых диодов. Сущность изобретени : на диод подают греющие импульсы тока, амплитуда которых модулируетс  по гармоническому закону с периодом, на пор док большим тепловой посто нной времени переход-корпус данного вида диодоа 8 промежутках времени между действием греющих импульсов тока поддерживают начальный ток диода Выдел ют и измер ют переменные составл ющие огибающей напр жени  и мощности 2 ил.Usage: quality control of semiconductor diodes. SUMMARY OF THE INVENTION: heating current pulses are fed to the diode, the amplitude of which is modulated according to a harmonic law with a period of about the largest thermal constant of the transition-case of this type of diode. 8 time intervals between the action of the heating current pulses maintain the initial current of the diode. Select and measure variable envelope components of voltage and power 2 il.

Description

Изобретение относитс  к технике измерени  параметров полупроводниковых диодов и может быть использовано на входном и выходном контроле качества и дл  оценки их температурных запасов,The invention relates to a technique for measuring the parameters of semiconductor diodes and can be used for input and output quality control and for assessing their temperature reserves

Известен метод измерени  теплового сопротивлени  переход-корпус диодов с использованием зависимости пр мого напр жени  диода от температуры при разогреве его импульсами пр мого тока, заключающийс  в 7ом, что исследуемому диоду задают небольшой по величине пр мой начальный ток 1Нач, исключающий саморазогрев диода, подают на диод греющие им- пульсы пр мого тока, измер ют рассеиоаемую в диоде мощность и измер ют изменение пр мого напр жени  диода, используемого в качестве температурочув- ствительного параметра UrnA known method for measuring the thermal resistance of the transition-housing of the diodes using the dependence of the direct voltage of the diode on temperature when it is heated by direct current pulses, which consists in the 7th, that the diode under study is given a small direct initial current of 1 Nanch, excluding self-heating of the diode, diode, direct current heating pulses, measure the power dissipated in the diode and measure the change in the forward voltage of the diode used as the temperature-sensitive parameter Urn

Недостатком способа  вл етс  больша  погрешность измерени  амплитуды импульса напр жени  Urn, измен ющегос  по экс- поненциальному закону, а также погрешность, вызванна  вли нием остаточного потенциала на диоде спадающего во времени после окончани  действи  греющего импульса тока (см. например.Викулин И.М., Стафеев В.И. Физика полупроводниковых приборов. - М.; Сов.радио, 1980, с. 51). В этом случае происходит уменьшение амплитуды напр жени . Утп (см. ГОСТ 19656.18-84) Диоды полупроводниковые СВЧ. Методы измерени  теплового сопротивлени  переход-корпус и импульсного теплового сопротивлени , с. 15, 16), Дл  ус- транени  этой погрешности в известном способе необходимо увеличить начальный ток диода нач, однако такое увеличение приведет к потере чувствительности при измерении изменени  напр жени  Urn за счет резкого увеличени  крутизны ВАХ диода, и измерение амплитуды импульса Urn аппа- ра. -1ыми средствами, примен емыми в известном способе, сделаетс  невозможным.The disadvantage of this method is the large error in measuring the amplitude of the voltage pulse Urn, which varies according to the exponential law, as well as the error caused by the influence of the residual potential on the diode, which decreases in time after the end of the action of the heating current pulse (see, e.g., Vikulin I.M ., Stafeev V.I. Physics of semiconductor devices. - M .; Sov.radio, 1980, p. 51). In this case, the voltage amplitude decreases. Utp (see GOST 19656.18-84) Microwave semiconductor diodes. Methods for Measuring Transition-Housing Thermal Resistance and Pulse Thermal Resistance, p. 15, 16), To eliminate this error in the known method, it is necessary to increase the initial current of the diode nach, however, such an increase will lead to loss of sensitivity when measuring the change in the voltage Urn due to a sharp increase in the slope of the I – V characteristic of the diode, and measurement of the pulse amplitude Urn of the device . The first means used in the known method will be made impossible.

Цел изобретени  - повышение точности измерени  теплового сопротивлени  переход-корпус диодов.The purpose of the invention is to improve the accuracy of measuring the thermal resistance of the junction-diode housing.

Цель достигаетс  тем, что на контролируемый диод подают греющие импульсы тока , а в промежутке времени между ними пропускают посто нный начальный ток нач в пр мом направлении от источника тока, создающим падение напр жени  на диоде, используемого в качестве электрического температурочувствительного параметра, при этом амплитуда греющих импульсов тока измен ют(модулируют) по гармоническому закону с известным периодом Тм, превышающем на пор док тепловую посто нную времени гт.п-к переход-корпус данного типа диодов, а начальный ток диода 1нач поддерживаетс  посто нным, выдел ют огибающую напр жени  температурочувствительного параметра и измер ют ее амплитуду на частоте модул ции QM (2л:Тм)1.The goal is achieved by supplying heating current pulses to a controlled diode, and in the interval between them a constant initial current is passed, starting in the forward direction from the current source, creating a voltage drop across the diode used as an electric temperature-sensitive parameter, while the amplitude heating current pulses change (modulate) according to a harmonic law with a known period Tm exceeding by an order of magnitude the thermal time constant gtp-to-junction of this type of diodes, and the initial current diode and 1nach kept constant, isolated envelope voltage temperature-measured parameter and its amplitude at the modulation frequency QM (2n: Tm) 1.

Дл  повышени  точности измерени  амплитуду напр жени  измер ют с помощью селективного вольтметра.To increase the accuracy of the measurement, the amplitude of the voltage is measured with a selective voltmeter.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем, Амплитуда пр моугольных греющих импульсов тока (см. фиг. 2а), протекающих через диод в пр мом направлении , модулируетс  по гармоническому закону . Напр жение на диоде в момент действи  греющих импульсов тока будет измен тьс  по периодическому законуThe essence of the proposed method is as follows. The amplitude of the rectangular heating current pulses (see Fig. 2a) flowing through the diode in the forward direction is modulated according to harmonic law. The voltage on the diode at the time of action of the heating current pulses will vary according to the periodic law

20twenty

U(t) уп1п(дм-Но)/to,U (t) ynp (dm-No) / to,

О)ABOUT)

где рт- температурный потенциал; to - обратный ток диода; IAM - ток разогрева диода. В результате можно показать, что греюща  мощность будет измен тьс  по гармоническому закону видаwhere rt is the temperature potential; to is the reverse current of the diode; IAM - diode heating current. As a result, it can be shown that the heating power will change according to a harmonic law of the form

P(t) Pcp + APcosQMt,(2)P (t) Pcp + APcosQMt, (2)

где ДР - амплитуда модул ции греющей мощности, котора  определ етс  произведением действующего значени  огибающей тока I на действующее значение огибающей напр жени  U:where DR is the amplitude of the modulation of the heating power, which is determined by the product of the effective value of the current envelope I by the effective value of the voltage envelope U:

ДР -U.(3)DR -U. (3)

Начальный ток диода Нач, протекающийThe initial current of the diode Nach, flowing

в промежутках времени между действи ми греющих импульсов тока, поддерживаетс  посто нным и под действием переменной греющей мощности за период модул ции Тм создает переменное падение напр жени  Urn на диоде.in the time intervals between the effects of heating current pulses, it is maintained constant and under the influence of variable heating power during the modulation period Tm creates a variable voltage drop Urn on the diode.

Выбира  период модул ции Тм из услови  гг.к-с Тм тт.п-к, где т т.к-с - теплова  посто нна  времени корпус-среда диода, а также период следовани  греющихChoosing the modulation period Tm from the condition g.k.s.

импульсов тока Т«гт.п-к, напр жение Urn будет отслеживать изменение греющей мощности АР. Измерение греющей мощности ДР можно осуществить ограничива  ток и напр жение на уровне lorp и Uorp (см. фиг.current pulses T gtc, voltage Urn will track the change in heating power AR. Measurement of the heating power of the DR can be performed by limiting the current and voltage at the level of lorp and Uorp (see Fig.

2а и 26). Тогда измер   выделанную амплитуду переменной составл ющей температурочувствительного параметра 11тп на частоте модул ции Ом и измер   изменение греющей мощности диода, нетрудно определить величину теплового сопротивлени  переход-корпус RTD-K:2a and 26). Then, measuring the extracted amplitude of the variable component of the temperature-sensitive parameter 11mp at the modulation frequency Ohm and measuring the change in the heating power of the diode, it is easy to determine the value of the thermal resistance transition-case RTD-K:

RT .n-к итп/Кт -АР, , где АР - изменение греющей мощности;RT .n-k itp / Kt -AR, where AR is the change in heating power;

Кт - известный температурный коэффициент напр жени  температурочувстви- тельного параметра.Kt is the known temperature coefficient of voltage of the temperature-sensitive parameter.

Дл  увеличени  полезного сигнала, а следовательно и точности измерени , необходимо длительность греющих импульсов тока выбирать из услови  Т ГиЗ: Т/2 и(или) увеличивать глубину модул ции тока.In order to increase the useful signal and, consequently, the measurement accuracy, it is necessary to choose the duration of the heating current pulses from the condition Т ГиЗ: Т / 2 and (or) increase the depth of current modulation.

Предлагаемый способ может быть реализован с помощью устройства, структурна  схема которого показана на фиг. 1, а эпюры, по сн ющие работу устройства, на фиг. 2.The proposed method can be implemented using a device whose structural diagram is shown in FIG. 1, and diagrams explaining the operation of the device in FIG. 2.

Устройство содержит исследуемый диод ИД, источник начального тока 1, источник греющего тока 2, генератор управл ющих импульсов 3, усилитель-ограничитель 4. вольтметр действующего значени  5, осциллограф б, инвертирующий усилитель-ограничитель 7, детектор 8, селективный вольтметр 9, токосъемный низкоомный резистор R, электронный коммутатор тока Kt и коммутатор К2.The device contains an ID diode under study, an initial current source 1, a heating current source 2, a control pulse generator 3, a limiter amplifier 4. an active value voltmeter 5, an oscilloscope b, an inverting limiter amplifier 7, a detector 8, a selective voltmeter 9, and a low-resistance collector resistor R, electronic current switch Kt and switch K2.

Способ осуществл ют на примере этого устройства следующим образом.The method is carried out as an example of this device as follows.

На один вход электронного коммутатора К1 поступает начальный ток нач диода с источника тока 1, на второй вход поступает греющий ток диода с источника 2, измен ющийс  по гармоническому закону с частотой Ои и имеющий положительное посто нное смещение. Коммутатор К1 переключаетс  с частотой следовани  греющих импульсов тока генератором управл ющих импульсов 3. С выхода коммутатора К1 греющие импульсы тока, модулированные по амплитуде (см, фиг. 2а) поступают на последовательноThe initial current of the diode from current source 1 is supplied to one input of the electronic switch K1, the heating current of the diode from source 2 is supplied to the second input, which varies in harmonic law with the frequency Oi and has a positive constant bias. The switch K1 is switched with the repetition rate of the heating current pulses by the control pulse generator 3. From the output of the switch K1, the heating current pulses modulated in amplitude (see, Fig. 2a) are fed sequentially

соединенные исследуемый диод ИД и токосъемный резистор R. Импульсы тока на то- косъемном резисторе R преобразуютс  в импульсы напр жени , которые через контакты коммутатора К2.1 подаютс  на усилитель-ограничитель 4 и вольтметр действующего значени  5. Резистор R закорачиваетс  контактами коммутатора К2.2 при измерении падени  напр жени -Уид вconnected by the investigated diode ID and current collector resistor R. The current pulses at the current collector resistor R are converted into voltage pulses, which are fed through the contacts of the switch K2.1 to the amplifier-limiter 4 and the current value voltmeter 5. The resistor R is short-circuited by the contacts of the switch K2.2 when measuring the voltage drop

момент протекани  греющих импульсов тока, которое также через контакты коммутатора К2,1 поступает на усилитель-ограничитель 4 и вольтметр 5. Усилитель-ограничитель 4 ограничиваетthe moment of flow of heating current pulses, which also passes through the contacts of the switch K2,1 to the amplifier-limiter 4 and the voltmeter 5. The amplifier-limiter 4 limits

снизу измер емый сигнал на величину наименьшей амплитуды огибающей греющего тока lorp (см. фиг. 2а)и напр жени  на диоде Uorp (см. фиг. 26). Тогда, прин в коэффициент усилени  усилител  4 равным единице,from below, the measured signal by the value of the smallest amplitude of the envelope of the heating current lorp (see Fig. 2a) and the voltage on the diode Uorp (see Fig. 26). Then, taking the gain of amplifier 4 equal to unity,

значение изменени  греющей мощности АР будет равно произведению показаний вольтметра 5 при измерении действующего значени  тока и напр жени  ДР IU. Осциллограф 6 предназначен дл  контрол the value of the change in the heating power AP will be equal to the product of the readings of the voltmeter 5 when measuring the effective value of the current and the voltage of the PD IU. Oscilloscope 6 is designed to control

смещени  тока и напр жени  греющей мощности. Инвертирующий усилитель-ограничитель 7 выдел ет напр жение темпера- турочувствительного параметра Утл при законченном резисторе R (см. фиг. 2в). Этоcurrent displacements and heating power voltages. The inverting amplifier-limiter 7 detects the voltage of the temperature-sensitive parameter UTL with the completed resistor R (see Fig. 2c). it

напр жение детектируетс  детектором 8 и измер етс  селективным вольтметром 9 нэ частоте модул ции.The voltage is detected by the detector 8 and measured by a selective voltmeter 9 ne modulation frequency.

(56) ГОСТ 19656.15-84. Диоды полупровод- пиковые СВЧ. Методы измерени  теплового сопротивлени  переход-корпус и импульсного теплового сопротивлени , с. 4,(56) GOST 19656.15-84. Semiconductor-peak microwave diodes. Methods for Measuring Transition-Housing Thermal Resistance and Pulse Thermal Resistance, p. 4,

Claims (1)

Формула изобретени The claims СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПЕРЕХОД - КОРПУС ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ, включающий подачу на контролируемый диод j греющих импульсов тока, в промежутках , между которыми через диод пропускают посто нный начальный ток и измер ют падение напр жени  на диоде, а также определение греющей мощности и тепловогоMETHOD FOR DETERMINING THERMAL RESISTANCE TRANSITION - SEMICONDUCTOR DIODES HOUSING, including supplying j controlled current pulses to a controlled diode, in the intervals between which a constant initial current is passed through the diode and measuring the voltage drop across the diode, as well as determining the heating power and thermal сопротивлени  по полученным значени м, отличающийс  тем, что амплитуду греющих импульсов тока модулируют по гармоническому закону с периодом, на пор док большим тепловой посто нной времениresistance according to the obtained values, characterized in that the amplitude of the heating current pulses is modulated according to a harmonic law with a period of the order of magnitude greater than the thermal constant of time переход - корпус дл  данного типа диодов, а при измерении падени  напр жени  на диоде и определении греющей мощности измер ют и определ ют амплитуду переменной составл ющей с частотой модул ции соответствующих величин.the junction is a case for this type of diode, and when measuring the voltage drop across the diode and determining the heating power, the amplitude of the variable component with the modulation frequency of the corresponding values is measured and determined. ФигЛ,Figl