DE2044225A1

DE2044225A1 - Verfahren zur Bestimmung und zur Schnellerkennung des thermischen Innenwiderstandes bei jeweils typengleichen Halbleiterbauelementen

Info

Publication number: DE2044225A1
Application number: DE19702044225
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim; Kubitzki Gerhard; 4785 Belecke. P Beizer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1970-09-07
Filing date: 1970-09-07
Publication date: 1972-03-16
Also published as: DE2044225C3; US3745460A; DE2044225B2

Description

204k225

Licentia Patent-Verwaltungs-G.m.b.H.

6 ITrankf urt/Main 70, Theodor-Stern-Kai 1.

Unger/sc I¹BE 70/18

27.8.1970 . ■

"Verfahren zur Bestimmung und zur Schnellerkennung des thermischen Innenwiderstandes bei jeweils typengleichen Halbleiterbauelementen"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung und zur Schne'llerkennung des thermischen InnenwiderStandes bei jeweils typengleichen, aus einer Halbleiterscheibe und einem damit verbundenen Gehäuseboden bestehenden Halbleitei bauelement.

Die bekannten indirekten Verfahren zur Erinitt3.ung des thermischen Innenwiderstandes H,, -j-^ sowie der Sperrschichttemperatur n/> beruhen-auf der Vorstellung, · daß zwischen der Temperaturerhöhung Δ V) , die sich bei einer bestimmten, elektrischen Belastung in der Sperrschicht einer Halbleiterscheibe gegenüber dem damit verbundenen Gehäuseboden ergibt, und den elektrischen Verlusten P ein ähnlicher Zusammenhang wie zwischen Spannung und Strom eines Stromkreises besteht:Λ ^ =» ^₃ -^ ** ^p _v * ⁿtliiG B sebodentemperatur). Veve infachend wird angenommen, daß die

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in der Halbleiterscheibe bei Belastung entstehende Yerlustwärme einer konzentrierten Wärmequelle entstammt, die den Charakter einer elektrischen Stromquelle hat. örtlich unterschiedliche Temperaturen in der Halbleiterscheibe werden durch einen einzigen virtuellen Vert (Sperrschichttemperatur

_st)) erfaßt. Die Differenz zwischen der Sperrschichttemperatur und der Gehäusebodentemperatur entspricht dann der Klemmenspannung der Wärmequelle und es ist die Größe dieser Differenz durch den Wärmeflußwiderstand bestimmt. Dieser hat den Charakter eines ohmisch-kapazitiven Widerstandes und vereinigt in sich das Wärmeleit- und Speichervermögen der im Wärmefluß liegenden Halbleiterschichten und des Kühlsystems. Es ist daher das thermische Verhalten eines impulsmäßig belasteten Halbleiterbauelementes mit dem elektrischen Verhalten einer entsprechend impulsbeaufschlagten Impedanz zu vergleichen, die man sich als einen Kettenleiter aus vielen RC-Gliedern vorzustellen hat.

Nach den.bekannten indirekten Verfahren wird der thermische Innenwiderstand bei Dauerbetrieb mit konstanter Verlustleistung ermittelt. Da sich dabei das Wärmespeichervermögen durch Erreichen des stationären Zustandes nicht auswirkt, gründen sich diese Verfahren auf die oben angegebene Beziehung. Um daraus den thermischen Innenwiderstand zu bestimmen, werden die Größen der Verlustleistung P und der Gehäusebodentemperatur λ7> .g direkt gemessen, und es wird die Sperrschichttemperatur <3s mit Hilfe des vorher bestimmbaren Zusammenhanges zwischen -v» und dem Durchlaßspan-

^SP

nungsäbfall bei geringem konstantem Durchlaßmeßstrom bestimmt, wobei die Durchlaßspannung gemessen wird, oder es wird die Temperatur V> g bei verschiedenen Durchlaßverlustleistungen gemessen und die Temperatur w daraus eliminiert.

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Ein neueres Verfahren "besteht darin, daß bei inter-* inittierondem Dauerbetrieb mit jeweils konstanter Verlustleistung die Temperatur /^ und die Temperatur ^ und

Sp η t> -D . . . . ■

damit auch die Temperaturdifferenz (a^_o - VL) konstant gehalten v/erden und daß dabei der thermische lnnenv;iderstand an einem Meßinstrument, das an sich die Durchlaßverlustleistung mißt, jedoch für die R., -Messung skaliert ist, abgelesen wird. In den Pausen des intermittierenden Dauerbetriebes wird zur Erfassung und Konstantregelung der Temperatur i?> _o_ der Prüfling mit einem geringen Durch-

°P

laßstroia beaufschlagt und dabei die Durchlaßspannung gemessen. Dieses Verfahren hat älteren Verfahren gegenüber den Vorteil, daß es ein schnelleres und wesentlich zuverlässigeres Messen des thermischen Innenwiderstandes ermöglicht. Es wird dabei ein gewisser Zusatzaufwand an regeltechnischen Mitteln in Kauf genommen.

• Den vorstehend beschriebenen Verfahren ist gemeinsam, daß bei Dauerbetrieb mit konstanter Verl/ustleistung ge-

jiie^seja „wiraU^JEn ^

daher nicht das thermische Exemplarverhalten wie es bei impulsmäßiger Belastung zutage treten würde. Dieses Verhalten kann z. B. durch die Wirkung von Inhomogenitäten im Kristallgefüge der Halbleiterscheibe bestimmt sein, wodurch vorübergehend örtlicher Wärmestau sich ausbildet. Besonders bei Thyristoren, die in gepulsten Stromrichtern verwendet werden sollen, ist es wichtig, -ja oft ausschlaggebend, das thermische Verhalten bei impulsmäßiger Belastung zu erfassen. Außerdem weist bei vielen Thyristoren die Durchlaßkennlinie im unteren Stronbereich unregelmäßige Sprünge auf, so daß dort eine eindeutige Zuordnung zwischen dem Durchlaßstrora und der Durchlaßspannung nicht, möglicht ist. Es ist in solchen Fällen daher auch nicht möglich, nach den bekannten H.,γ„-Beatimiaungsverfahren die Sperrschichttemperatur zu messen und noch weniger konstant / zu regeln. .. -

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Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung des thermischen Innenwiderstandes bei jä-/eils typengleichen Halbleiterbauelementen vermittelt, das s. B. bei Thyristoren und Gleichrichterdioden anwendbar ist, durch welches das thermische Verhalten der Prüfexemplare bei impulsmäßige'r Belastung erfaßt wird, ohne daß die Sperrschichttemperatur gemessen und beeinflußt zu werden braucht, wobei das erfaßte thermische Verhalten mit dem nach einem indirekten Meßverfahren ermittelten, bei Dauerbelastung mit konstanter Verlustleistung thermischen Innenwiderstand in Korrelation steht.

Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht darin, daß ein jedes Halbleiterbauelement mit einem Durchlaßstromimpuis mit einer den Stoßstromgrenzwert des Bauelementes nahezu erreichenden Impulshöhe und einer so kurzen Impulsdauer belastet wird,.daß am Ende dieser Belastung eine Erwärmung des Gehäusebodens infolge der Belastung noch nicht meßbar ist, und daß aus dem zeitlichen Verlauf des im Gehäuseboden an einer der Verbindungsfläche zwischen Halbleiterscheibe und Gehäuseboden möglichst nahen Stelle nach dem Durchlaßstromimpuls auftretenden Temperaturimpulses die Zeit zwischen.dem Ende des Durchlaßstromimpulses und dem Maximum des Temperaturimpulses gemessen wird und als " direktes Maß für die Bewertung des thermischen Innenwiderstandes verwendet wird.

Bei diesem Verfahren wird entsprechend einer weiteren Ausbildung der Erfindung der Temperaturimpuls mittels eines thermoelektrischen Temperaturfühlers, v/elcher eine gegenüber der Dauer des Teinperaturimpulses !deine Zeitkonstante , einen hohen Wirkungsgrad und einen großen Wärmewiderstand aufweist, der jedoch an der Keßstelle des Gehäusebodens einen geringen Värmeübergangswiderstand hat,

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in ein analoges elektrisches Signal umgewandelt und dieses Signal differenziert und verstärkt einen Komparator zugeführt, der so lange ein Gleichspanmmgsignal gleichbleibender Polarität einem am Ende des Durchlaßstromimpulses zur Zeitmessung in Lauf gesetzten Digitalzähler zuführt, wie sich die Polarität des differenzierten Signales nicht "ändert.

Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung kann bei jeweils typengleichen Halbleiterbauelementen der thermische Iiineiiwiderstand in sehr kurser Zeit, nämlich in 50 bis 500 ms je nach Bauelernenttyp gemessen bzw. korrelativ erfaßt werden. Vegen des geringen Zeitaufwandes für diese Prüfung können daher Halbleiterbauelemente einer Serie einzeln nacheinander durchgeprüft werden. Es können aber auch mehrere Halbleiterbauelemente einer Serie jeweils gleichzeitig und somit in Gruppen oder Losen aus einer Serie von Halbleiterbauelementen nacheinander durchgeprüft werden, wenn dafür Prüfvorrichtungen und Meßfühler in entsprechender Anzahl vorgesehen sind. Eine nach einer Ausgestaltung der Erfindung aufgebaute Anordnung mit einem als Temperaturfühler verwendbaren Thermoelement zur Durchführung des Verfahrens bei Einzelprüfung der Halbleiterbauelemente wird in der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung im einzelnen dargelegt.

Zur Beschreibung der Erfindung wird nun auf die Zeichnung Bezug genommen. Es zeigt

Fig. /1 eine Anordnung zur Messung und Erfassung des R^j₁Jq. bei einem einzelnen Halbleiterbauelaaent, Fig. 2 den Aufbau eines als Temperaturfühler verwendeten Thermoelementes, welches den Erfordernissen, zur Durcbührung des Verfahrens gemäß der Erfindung genügt.

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Fig. 3 fünf Diagramme a) bis e), mit welchen der dem Verfahren zu Ginmde liegende Erfindungsgedanke erläutert wird,

Fig. M- bei einem Los aus einer Serie von Halbleiterdioden des Typs D 300 die Korrelation zwischen dem nach einem bekannten indirekten Verfahren stationär gemessenen ^RthIG ¹^ ^{der nach dem} Verfahren gemäß der Erfindung gemessenen Zeit zwischen dem Ende des DurchlaßStromimpulses und dem Maximum des Temperaturimpulses.

Der R., τλ eines Halbleiterbauelementes ist bekannttha.(j

lieh durch die Wärmeübergangsverhältnisse in der Verbindung zwischen der Halbleiterscheibe und dem Gehäuse, die in der Regel durch Lötung hergestellt ist, bedingt. Die in der Halbleiterscheibe in Wärme umgesetzte elektrische Energie fließt im wesentlichen durch die großflächige Verbindung der Scheibe mit dem Gehäuseboden. Wie oben bereits dargelegt wurde, können nach dem bekannten Bestimmungsverfahren fehlerhafte Wärmeübergänge zwischen Halbleiterscheibe und Gehäuseboden mit befriedigender Genauigkeit nur mit großem Zeitaufwand festgestellt werden, da hierbei jeweils ein thermischer Gleichgewichtszustand abgewartet werden muß. Bei der Bestimmung des Wärmeüberganges nach dem Verfahren gemäß der Erfindung ist dies nicht erforderlich. Es wird lediglich vorausgesetzt, daß dieses Verfahren jeweils bei Bauelementexemplaren des gleichen Typs unter gleichen Bedingungen angewendet wird. Diese Voraussetzung gründet sich darauf (vgl. Fig. 1), daß bei Exemplaren des gleichen Typs die Masse m^ der Halbleiterscheibe und die Masse m₂ des Gehäusebodens jeweils gleich groß ist und daß diese jeweils aus den gleichen Werkstoffen bestehen, und ferner darauf, daß jeweils praktisch allein die Masse Up des Gehäusebodens und nicht noch weitere Gehäuseteile sowie auch Kühlkörper mit der Masse m- der Halbleiterscheibe in Wärmekontakt steht. Die

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Bestimmung des R+.-UTQ. wird'jeweils an einem Bauelementexemplar durchgei'ühi^vt, bei dem die Halbleiterscheibe mit dem Gehäuseboden sowie den erforderlichen Anschlüssen 1, 2 fertig verbunden ist und der Gehäuseboden nur an einer schmalen Randzone mit einer gelochten Stahlplatte 3, die zur Montage des Exemplars in der Prüfanordnung vorgesehen ist, in Berührung steht. Die Befestigung des zu prüfenden Exemplars erfolgt mittels eines Kupferringos 4, welcher als Stromanschluß vorgesehen ist und durch einen Druckluftzylinder 5 über ein Isolierrohr 6 an die andere Seite des Gehäusebodens angedrückt wird. Gegebenenfalls kann auch zwischen Stahlplatte 3 und dem Gehäuseboden ein Kupferring angeordnet werden, so daß bei dieser Montage de3 Prüfexemplars ein Minimum an Wärme vom Exemplar fortgeleitet wird. Eine Wärmefor,tleitung durch Strahlung und Konvektion kann dabei vernachlässigt werden. Die seitliche Randfläche des Gehäusebodens ist zur Zentrierung des Prüfexemplars durch eine Hartgewebescheibe 7 geführt. Die Anschlüsse 1, 2 sind durch eine Öffnung im Isolierrohr 6 eingeführt und in geeigneter Weise elektrisch kontaktiert. ■

Eine wesentliche Bedingung für die Anwendung des Verfahrens besteht nach der Erfindung noch darin, daß die Halbleiterscheibe in einer so kurzen Zeit mit einem Durchlaßtstromimpuls Ij₁ belastet wird, daß sie genügend hoch erwärmt ist, bevor ein merklicher Wärmeausgleich mit dem Gehäuseboden in Gang kommt. Es hat sich gezeigt, daß eine Belastungszeit von ca. 10 ms mit einem Stromimpuls,¹ der eine Impulshöhe in der Nahe der zulässigen Stoßstromstärke Ipgy aufweist, diese Bedingung vollauf erfüllt. Der dann einsetzende Wärmeausgleich zwischen Halbleiterscheibe und Gehäuseboden zeigt sich an dem zeitlichen

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Verlauf λ)¹-η(t) der Bodentemperatur, der am Ende des Durchlaßstromimpulses im Niveau der Umgebungstemperatur beginnt, dann impulsförmig bis zu einem Maximum-^ ansteigt und anschließend auf ein höher als die Umgebungstemperatur liegendes Niveau -v) ' abfällt, v/o der Wärmeausgleich beendet ist und wo Gehäuseboden und Halbleiterscheibe die gleiche Temperatur v*' haben. Der Verlauf des Temperaturimpulses während des Wärmeausgleichs ist. z. T. vom thermischen Widerstand zwischen Halbleiterscheibe und Gehäuseboden und von den thermischen Kapazitäten der am Wärmeausgleich beteiligten Massen nu und nu, z. T aber auch von der Lage des Temperaturmeßpunktes am Gehäuseboden abhängig. Im Mittelpunkt M der vorder Halbleiterscheibe abgewandten Seite des Gehäusebodens ist bei einem in der gesamten Verbindungsfläche zwischen Halbleiterscheibe und Gehäuseboden gleichmäßigen thermischen Widerstand der Temperaturimpuls am größten und am kürzesten Dieser Mittelpunkt ist daher meßtechnisch die günstigste Meßstelle. Es kann keinem Zweifel unterliegen, daß in die Lage und Höhe des Temperaturmaximums /$· des jeweils an der gleichen Meßstelle gemessenen Temperaturimpulses der thermische Übergangswiderstand Ε,,_Ι(, eingeht. Temperaturleitfähigkeit und thermische Kapazität der Massen m^ und nip gehen darin zwar gleichfalls mit ein, können jedoch bei Prüfexemplaren eines gleichen Typs nach Voraussetzung als konstant angesehen werden. Die zeitliche Lage t^% des Temperaturmaximums, die mit der Höhe des Maximums in einem umgekehrten Verhältnis symbat geht, kann sonach bei Prüfexemplaren des gleichen Typs verfahrensmäßig als die charakteristische Abhängige des thermischen Übergangswiderstandes R+-VT-Q. verwertet werden. Dabei ergibt sich der Vorteil, daß die Lage des Temperaturmaximums unabhängig ist von der Energie des Durchlaßstromimpulses, was empirisch nachgev;iesen werden konnte.

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Eine zusätzliche wesentliche Bedingung für die Anwendung des beschriebenen Verfahrens besteht nach der Erfindung ferner darin, daß bei der Temperaturmessung an der Meßstelle M dem„ Gehäuseboden keine meßbar merkliche Wärme entzogen wird, daß ferner der Uäriaeubergangswiderstand zwischen Meßstelle und Temperaturfühler Th konstant und ausreichend klein gehalten wird. Diese Bedingung ist hinsichtlich der Erzielung reproduzierbarer. Meßergebnisse entscheidend. Sie wird befriedigend erfüllt bei Verwendung eines aus zwei gegeneinandergeschalteten Thermoelementen Th1, Tb2 mit insgesamt drei Schenkeln bestehenden Temperaturfühlers Th, bei dem nach Jig. 2 der erste Schenkel durch einen Siliziumstift 8, der gemeinsamen Schenkel der beiden Thermoelemente ThI, Th2 durch den Gehäusefboden des Halbleiterbauelement-Prüfexemplars und der dritte Schenkel durch drei Stahlstifte 9, 10, 11 gebildet wird, die elektrisch miteinander verbunden sind. Der· Siliziumstift 8 ist an einem Ende kegelförmig angeschliffen und an der Kegelspitze abgeflacht, damit das spröde Siliziummaterial nicht bricht. Mit dieser Spitze steht der Siliziumstift 8 an der Meßstelle M in Berührung mit dem Gehäuseboden, wodurch die Thermoverbindung des Th1 gebildet wird. Die drei Stahlstifte sind in sehr geringem Abstand symmetrisch um den Siliziumstift 8 herum angeordnet und berühren an der Meßstelle M ebenfalls den Gehäuseboden, wodurch die Thermoverbindung des Th2 gebildet wird. Bei dieser Anordnung haben die so gebildeten Thermoverbindungen die gleiche Temperatur (Meßtemperatur ^), so daß die sich aus der Differenz der Thermospannungen von ThI und Th2 ergebende Thermofühlerspannung Uw₁ unabhängig ist von Temperaturschwankungen sowie von der Temperaturverteilung im Gehäuseboden. Bei dieser Anordnung wird ferner erreicht, daß zwischen Thermofühler und Meßstelle M

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keine undefinierbare Temperaturdifferenz auftreten kann und daß die Spitze des Siliziumstiftes 8 in vorzüglichem Wärmekontakt mit dem Gehäuseboden steht, daß aber wegen der schlechten Wärmeleitung des Siliziumstiftes 8 praktisch keine Wärme der Meßstelle M entzogen wird. Diese Eigenschaften sichern eine gute Reproduzierbarkeit der Temperaturmessung. Für die thermoelektrische Temperaturmessung günstig wirkt sich das relativ hohe Thermopotential des Siliziums aus, wodurch der Temperaturfühler einen vergleichsweise großen Wirkungsgrad erhält. Des weiteren werden durch die Anordnung der drei Stahlstifte in Bezug auf den Silizium- * stift 8 Störeinflüsse auf die Thermofühlerspannung U^, die von außen eingestreut werden, weitgehend ausgeschaltet.

Der Thermofühler besteht aus einem Stahlrohr 11, das an .einem Ende bis auf eine Leitungsdurchführung für die Fühlerspannung U™, geschlossen ist, in dem ein Isolierrohr 12 steckt, mit einer am anderen Ende befindlichen Messinghülle 13, in. die der Siliziumstift 8 eingepaßt ist. Die durchgeführte Leitung 14 ist mit der Messinghülse 13 elektrisch verbunden und ist mit einer mit dem Stahlrohr 11 verbundenen Abschirmung versehen. ) Aus dem offenen Ende des Stahlrohres 11 ragen die drei Stahlstifte über den Siliziumstift 8 hinaus, die in achsialer Richtung nachgiebig gelagert sind. Eine gelochte Scheibe 14 verhindert, daß diese Stifte herausfallen und drückt über eine Isolierscheibe 15 das Isolierrohr 12 gegen eine harte Gummiplatte 16, so daß der Siliziumstift 8 unverrückbar festliegt. Der Thermofühler Th steht senkrecht zum Gehäuseboden und ist achsial, von einer weiteren Messinghülse 15'geführt, mittels eines

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Druckzylinders 16 verschiebbar, wobei der Anpreßdruck gegen den Gehäuseboden eingestellt werden kann. Die Fühiningshülse 15 ist an einem Träger 17 befestigt, mit dem der Thermofühler Th auf einer beliebigen Stelle des Gehäusebodens innerhalb des Loches der Scheibe 14 aufgesetzt werden kann.

Zur Beschreibung des VerfahrensVorganges gemäß der Erfindung bei der rein qualitativen Darstellung und bei der quantitativen Bestimmung des thermischen Innenwiderstandes bei einem einzelnen Exemplar einer Serie gleicher Halbleiterbauelemente wird nun.auf die Diagramme der Fig. 5 Bezug genommen. Nachdem das zu prüfende Exemplar in die obeia beschriebene Prüfanordnung eingesetzt und der Thermofühler Th auf die günstigste Meßstelle M im Mittelpunkt der Gehäusebodenfläche ausgerichtet worden ist, wird das Prüfexemplar mit einem Durchlaßstromimpuls I™(t) von etwa 10 ms Dauer und mit einer Impulshöhe nicht größer als der zulässige Stoßstromwert des Prüfexemplars belastet. Der zeitliche Verlauf dieses Impulses ist im Diagramm a) dargestellt. Ein solcher Stromimpuls kann z. B. durch Entladen eines Kondensators 18 über eine Drossel 19 und einen Dämpfungswiderstand 20 erzeugt werden. Nach dem Zeitpunkt t , in dem der Stromimpuls beendet ist, teilt sich nach Voraussetzung die infolge der Durchlaßbelastung in der Halbleiterscheibe entstandene Wärmemenge über den in der Verbindung zwischen Scheibe und Gehäuseboden bestehenden thermischen Übergangswiderstand auf die Meßstelle M .des Gehäusebodens verzögert mit, wo nun ein Temperaturimpuls 'V\(t) mit dem im Diagramm b) gezeigten Verlauf entsteht. Dieser je nach Typ des Prüflings eine Impulsamplitude von 1 bis 2 Grad erreichende Impuls wird durch den Thermofühler Th erfaßt und in eine analoge impulsförmige Spannung U., (t), dargestellt im Diagramm c), umgewandelt. Da

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der zeitliche Abstand t-0- des Temperaturmaximums Λ"

Minax * max

vom Zeitpunkt t als die charakteristische Ersatzgröße für den thermischen Innenwiderstand Rj-V₁T(J verwendbar ist, wird die impulsförmige Thermospannung U,, (t) über eine Differenzierstufe 21 einem Verstärker 22 zugeführt. Am Ausgang des Verstärkers 22 ergibt sich ein im Diagramm d) dargestelltes Schwingsignal "V U^(t), bei dem der Zeitpunkt des Polaritätswechsels (NuIldurchgang) mit dem Zeitpunkt ti zusammenfällt. Durch Vergleichen des Schwingsignals mit einem Gleichspannungssignal eines Komparators 23, das im Diagramm e) dargestellt ist und das die gleiche Polarität hat wie bis zum Polaritätswechssl das Schwing- * signal, wird bei diesem Polaritätswechsel im Zeitpunkt ti' ein Stoppsignal an einen im Zeitpunkt t in Lauf gesetzten Digitalzähler 24 gegeben, mit dem dei- Zeitabstand (*/$, _max ~ ^₀) "¹¹²¹C¹- damit R^j₁IG gemessen v/erden kann. Der Zeitabstand kann je nach Typ des geprüften Halbleiterbauelementes zwischen 50 und 500 ms groß sein, so daß der gesamte Verfahrensvorgang einmalig höchstens eine halbe Sekunde dauert. Die Zählschritte des Digitalzählers 24 sind genügend klein, z. B. 100 /us lang, so daß der ^RthIG ^sehr genau gemessen werden kann. Im Diagramm f) sind die Zählimpulse des Digitalzählers 24 durch eine gebrochene Linie dargestellt.

Es ist hinsichtlich der beschriebenen Mittel zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung zu bemerken, daß trotz der hohen Empfindlichkeit des verwendeten Temperaturfühlers Th, der immerhin nur zwei Thex'moübergänge aufweist, die Thermospaiumng noch gering ist. Dies erfordert bei dem Verstärker 22 und dem Komparator 23 einen hohen Verstärkungsgrad. Es können daher Nullpunktschvmkungen auftreten, die bei dem Verstärker zu SignalVerzerrungen und beim Komparator zum Driften des Stoppsignals führen.

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Auch das Verstärkerrauschen kann die GemJtiigkeit der Zeitmessung beeinträchtigen. Das Driften ist jedoch leicht zu kontrollieren. Ferner ermöglicht der geringe Zeitaufwand des Verfahrens genug Raum für ein mehrmaliges Wiederholen des Verfahrensvorganges, woraus dann' doch ein exaktes gemitteltes Bestimmungsergebnis zu erzielen ist. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, daß hierbei stets von einem beliebig gegebenen Temperaturzustand des Gehäusebodens ausgegangen werden kann. Die so gemessene Zeitdauer ^- t gibt zunächst eine qualitative Aussage über den thermischen Innem^iderstand. Zur quantitativen Bestimmung desselben kann, von typenspezifischen empirisch gesicherten Korrelationen, zwischen den nach bekannten Verfahren bestimmten Werten R-KUTQ. und der nach dem vorliegenden Verfahren gemessenen Zei.tdifferenz t„<v „ - t Gebrauch gemacht werden. Als

ι w max ο ■

Beispiel hierfür ist in Fig. 4 die Korrelation bei einer Anzahl Halbleiterdioden des Typs D 300 dargestellt. Sie ist in einem weiten Wertebereich, der über den höchstzulässigen, mit G bezeichneten R^, jη-Wert hinausgeht, in dieser Darstellung als linear anzusehen. Auf Grund dieser Linearität kann die am Impulszähler 25 abzulesende Zeitdifferenz direkt als R+-_niG~^Wer'k angegeben werden.

Das Verfahren nach der Erfindung bringt noch weitere Vorteile mit' sich. Da die einzelnen Bestimmungen schnell durchführbar sind, können diese ohne Schwierigkeit automatisiert werden. Der apparative Aufwand ist verhältnismäßig gering. Das Verfahren eröffnet die Möglichkeit, die Homogenität des thermischen Innenwiderstandes über der Verbindungsfläche zwischen Halbleiterscheibe und Gehäuseboden mittels des Thermbfühlers Th abzutasten und

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zu prüfen. Derartige Prüfungen sind besonders bei Großflächenbauelementen, etwa um sogenannte Lunkerstellen zu erkennen, von Bedeutung- Es kann ferner die Sperrspan nung eines Prüfexemplars unmittelbar vor-und nach einem Durchlaßstromimpuls kontrolliert werden. Durchlaßkennlinien mit Sprüngen können in das Meßergebnis nicht eingehen.

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Claims

2QU225 - 15 - FBE 70/18 Patentansprüche :

1. Verfahren zur Bestimmung und zur Schnellerkennung des thermischen Innenwiderstandes bei Jeweils typengleichen, aus einer Halbleiterscheibe und einem damit verbundenen Gehäuseboden bestehenden Halbleiterbauelemente , dadurch gekennzeichnet, daß ein jedes Halbleiterbauelement (P) mit einem Durchlaßstromimpuls (Ip(t) mit einer den Stoßstromgrenzwert des Bauelementes nahezu erreichenden Impulshöhe und einer so kurzen Impulsdauer belastet wird, daß am Ende dieser Belastung eine Erwärmung des Gehäusebodens infolge der Belastung noch nicht meßbar ist, und daß aus dem zeitlichen Verlauf des im Gehäuseboden an einer der Verbindungsfläche zwischen Halbleiterscheibe und Gehäuseboden möglichst nahen Stelle (M) nach dem Durchlaßstromimpuls auftretenden Temperaturimpulses ($ (t) ) die Zeit (*,$_max - *_o) zwischen dem Ende (t_Q) des Durchlaßstromimpulses und dem Maximum des Temperaturimpulses gemessen wird und als direktes MaßrTür die Bewertung des thermischen Innenwiderstandes (H^vtq) verwendet wird. -

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturimpuls (vV(t) ) mittels eines thermoelektrisehen Temperaturfühlers (Th), welcher eine gegenüber der Dauer des Temperaturimpulses kleine Zeitkonstante, einen hohen Wirkungsgrad und einen großen Wärniewiderstand aufweist, der jedoch an der Meßstelle (M) des Gehäusebqdens einen geringen Wärmeübergangswiderstand hat j in ein analoges elektrisches

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Signal (U_tll(t) ) umgewandelt v/ird und "daß dieses Signal differenziert und verstärkt einem Komparator zugeführt wird, der so lange ein Gleichspannungssignal (L) gleichbleibender Polarität einem am Ende (t ) des Durchlaßstromimpulses (I™(t) ) zur Zeitmessung in Lauf gesetzten Digitalzähler zuführt wie sich die Polarität des differenzierten Signales (t) ) nicht ändert.

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Anordnung zur Erfassung des Tempe-

raturimpulses (^(t) ), bei der das Halbleiterbauelement (P) mit dem Gehäuseboden längs eines etwa 1 mm schmalen Randes auf einer gelochten Stahlplatte montiert und mittels einer zugleich als Stromzuführung dienenden, durch einen Druckluftzylinder über ein Isolierrohr an den Gehäuseboden angedrückten Cu-ßinges befestigt ist, wobei das Halbleiterbauelement mittels einer an der gelochten Stahlplatte koaxial anliegenden Isolierscheibe zentriert und die zweite Stromzuführung sowie die Steuerleitung des ilalbleiterbaueleraentes durch eine im Isolierrohr befindliche öffnung hin-. durchgeführt sind, und daß in dem von der gelochten

Stahlplatte nicht bedeckten Teil des Gehäusebodens im Zentrum die Meßstelle (M) liegt und der Temperaturfühler (Th) senkrecht zur Bodenfläche aufgesetzt ist.

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4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, gekennzeichnet durch die' Verwendung eines Temperaturfühlers (Th), bestehend aus zwei gegeneinandergeschalteten Thermoelementen (Th1, Th2) mit insgesamt drei Schenkeln, bei denen der gemeinsame Schenkel durch den Gehäuseboden des Halbleiterbauelementes (P) und der erste der beiden anderen Schenkel durch einen am einen Ende kegelförmig angeschliffenen und an der Kegelspitze abgeflachten Siliziumstab (8), der zweite Schenkel durch mindestens drei Stahlstifte (9, 10, 11) gebildet wird, die zusammen mit der Spitze des Siliziumstabes (8), in sehr geringem Abstand und symmetrisch um diese herum angeordnet, an den Ge-;.' häuseboden angedrückt sind und die mit einem den Siliziumstab (8) unter Zwischenlage eines Isolier-■ rohres umgebenden Stahlrohr elektrisch verbunden sind, wobei die Thermospannung OXm,) zwischen dem Siliziumstab und dem Stahlrohr abgenommen wird.

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