CS242157B1 - Sposob hodnotenia kvality systémov výkonových polovodičových súčiastok - Google Patents

Description

242157

Vynález sa týká spůsobu hodnotenia kva-lity systémov výkonových polovodičovýchsúčiastok pomoeou elektrohydraulickéhopulzátora.

Na hodnoteníe kvality výkonových polo-vodičových súčiastok ako aj na hodnotenieich parametrov pri zmene konštrukcie slú-žia dnes skúšky, kedy sú súčiastky vystave-né teplotným změnám — tepelnému cyklo-vaniu (napr. teplotný interval od 50 °C do150 °C).

Teplotný cyklus představuje ohřev sú-čiastky priamym prechodom prúdu, pričomsa stratovým výkonom zvýši jej teplota nanapr. 150 °C a jej rýchle ochladenie na vý-chodziu teplotu. Tieto teplotně změny súsprevádzané vznikom přídavného mechanic-kého napátia v „bimetalovej sústave“ kře-mík — molybden. Následkom rozdielnychkoeficientov lineárnej rozťažnosti obochpartnerov systému křemík — molybden do-chádza pri teplotných změnách k vzniku pří-davných napátí vo vrstvě spájky systémukřemík — molybden a po určitom počte tep-lotných cyklov (ktorý závisí od zvolenéhoteplotného rozdielu pri cyklovaní a od dalšíchparametrov systému) dochádza k degradáciip-n priechodu v sytéme, ktorý sa nachádzav kremíkovej doske, je vytvořený napr. di-fúziou příměsí do kremíka a zabezpečujeusmerňovacie vlastnosti diody výkonovejpolovodičové] súčiastky následkom elek-trického a tepelného prierezu. Meraním cit-livého fyzikálneho parametra systému na-příklad závěrného napátia p-n priechodumožno počas teplotného cyklovania zistiťdegradáciu súčiastky. Počet teplotných cyk-lov do degradácie súčiastky bývá 106 alebovyšší, čo představuje časový úsek asi 103až 104 hodin nepretržitej prevádzky, pri vy-sokých nárokoch na spotřebu energie achladiacej vody (potrebnej pri prudkom o-chladzovaní systému) a aj na nepretržitúobsluhu.

Vyššie uvedené nedostatky sú odstránenésposobom hodnotenia kvality systémov vý-konových polovodičových súčiastok, které-ho podstatou je spósob hodnotenia kvalitysystémov výkonových polovodičových sú-čiastok, vyznačujúci sa tým, že na systémvýkonovej polovodičové]' súčiastky sa póso-bí kombinovanou silou pozostávajúcou zprítlačnej sily o velkosti 102 až 101 N a zpulzujúcej sily s volitelnou amplitúdou ++ 102 až 104 N, pričom na systém polovo-dičovej výkonovej súčiastky je připojenévysoké jednosměrné napatie 1 až 3,5 kV amería sa závěrné napatie a blokovacie na-patie systému, ktorých změna je úměrnádegradácii systému výkonovej polovodičo-vej súčiastky.

Vyšší účinok spósobu hodnotenia kvalitysystémov výkonových polovodičových sú-čiastok podlá vynálezu oproti doteraz po-užívanému postupu spočívá v znížení spo-třeby energie minimálně o 104 Kw/h oprotidoteraz používaným teplotným cyklickým skúškam, v skrátení času potřebného naskúšky 103krát v šetření pracovných sil vpočte najmenej 1 000 hodin, v ušetření chla-diacej vody v množstve cca 200 m3 a urých-lení práč vo výskume a vývoji výkonovýchpolovodičových súčiastok najmenej o 3 me-siace.

Vyznačený postup je novou diagnostickoumetodou pre hodnotenie vlastností výkono-vých polovodičových súčiastok, ktorá umož-ňuje nahradit doterajšie teplotně cyklickéskúšky výkonových polovodičových súčias-tok.

Cyklické skúšky je možné vykonávat v e-lektrohydraulickom pulzátore, ktorý umož-ňuje cyklické namáhanie tah —. tlak s har-monicým sinusovým priebehom zafažovacejsily, Frevencia zatažovania je volitelná, a-však obmedzená amplitúdou — írekvenčnoucharakteristikou systému. Pre účely cyklic-kých skúšok systémov výkonových polovo-dičových súčiastok je dostatočná sila s am-plitúdou do + 10 000 N, maximálna hodno-ta statickej sily je tiež 10 000 N. Druhá al-ternativa je na vykonáváme cyklických skú-šok systémov výkonových polovodičovýchsúčiastok použitie rezonančného pulzátora,ktorý taktiež umožňuje statické a aj cyklic-ké zaťažovanie tah — tlak.

Na obrázku je znázorněná část držiakapre súčasné cyklické namáhanie 5 kusovsystémov křemík — molybden alebo křemík— wolfram s p-n priechodom s použitím za-ťažovacej čeluste a s podpěrným medzikru-žím. Horná čelusť pulzátora dosadá na pří-tlačný texgumoidový třň 1, ktorý tlačí nazaťažovaciu čelusť 2 s roznášecím krúžkom3 a čelusť prenáša silu s amplitúdou Ψ Paako aj statickú prítlačnú silu Po na vlastnýmeraný systém 4 křemík — molybden ale-bo křemík — wolfram, ktorý je uložený napodpernom medzikrúžku 5. Ďalšia zaťažo-vacia čelusť 6 s dalším měděným roznáša-cím krúžkom 7 prenáša cyklické namáha-nie na další meraný systém a posledný pod-pěrný medzikrúžok piateho meraného sy-stému leží v druhom prítlačnom texgumoido-vom tfne, ktorý dosadá na spodnú čelusťpulzátora. Příklad konkrétného spósobu hodnoteniakvality systémov výkonových polovodičovýchsúčiastok podlá vynálezu pri použití elektro-hydraulického pulzátora.

Vyrobené systémy křemík —- molybden opriemere 28 mm s hrubkou molybdenu 1,2 mma kremíka 0,3 mm bolí uložené v držiaku po-dlá obrázku a mechanicky cyklované silou samplitúdou + 1 θθΟ N a přítlačnou silou2 000 N. Súčasne sa meralo závěrné napa-tie jednotlivých systémov a zaznamenávalsa tvar VA charakteristiky po určitom poč-te cyklov (napr. po každých 500 až 1000cykloch). U meraných systémov došlo kprudkému zníženiu závěrného napatia a zá-roveň k rapídnej zmene tvaru VA charakte-ristik. Tieto změny meraných parametrov

Claims (1)

1. 242 5 odpovedajú změnám, které sa pozorujú pridegradácii systémov pri teplotných skúš-kach. U sledovaných systémov dochádzalok uvedeným změnám pri počte cyklov 1,2až 1,5, IQ5, čo představuje 10 až 50 hodinpódia zvolených parametrov skúšky. Novýpostup mechanického namáhania sústavySi — Mo sa dá použit: • na periodická kontrolu kvality technolo-gických operácií pri výrobě polovodičových 57 6 výkonových súčiastok pomocou cyklovacíchskúšok na vybraných súboroch systémov sosúčasným meraním ich parametrov, na kontrolu parametrov novovyvinutýchsúčiastok pri dlhodobom mechanickom na-máhaní, na hodnotenie vplyvu změny konštrukciealebo technologickej operácie na paramet-re súčiastok pri mechanickom cyklovaní. PREDMET Sposob hodnotenia kvality systémov vý-konových polovodičových súčiastok vyzna-čujúci sa tým, že na systém výkonovej po-lovodičové] súčiastky sa pósobí kombinova-nou silou pozostávajúcou z prítlačnej sily ovelkosti 10" až 104 N a z pulzujúcej sily s YNALEZU volitelnou amplitúdou + 102 až 104 N, pri-čom na systém polovodičovej výkonovej sú-čiastky je připojené vysoké jednosměrné na-patie 1 až 3,5 kV a meria sa závěrné napa-tie a blokovacie napatie systému, ktoré jeúměrné degradácii systému. 1 list výkresov