RU2240573C1 - Express method for measuring body transfer heat resistance of power semiconductor devices - Google Patents

Express method for measuring body transfer heat resistance of power semiconductor devices Download PDF

Info

Publication number
RU2240573C1
RU2240573C1 RU2003111424/28A RU2003111424A RU2240573C1 RU 2240573 C1 RU2240573 C1 RU 2240573C1 RU 2003111424/28 A RU2003111424/28 A RU 2003111424/28A RU 2003111424 A RU2003111424 A RU 2003111424A RU 2240573 C1 RU2240573 C1 RU 2240573C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
heating
interval
crystal
measuring
Prior art date
Application number
RU2003111424/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003111424A (en
Inventor
С.Н. Флоренцев (RU)
С.Н. Флоренцев
Валерий Михайлович Гарцбейн (DE)
Валерий Михайлович Гарцбейн
С.В. Иванов (RU)
С.В. Иванов
Н.Ф. Марамыгин (RU)
Н.Ф. Марамыгин
Л.В. Романовска (RU)
Л.В. Романовская
Original Assignee
Флоренцев Станислав Николаевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Флоренцев Станислав Николаевич filed Critical Флоренцев Станислав Николаевич
Priority to RU2003111424/28A priority Critical patent/RU2240573C1/en
Publication of RU2003111424A publication Critical patent/RU2003111424A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2240573C1 publication Critical patent/RU2240573C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment engineering.
SUBSTANCE: method includes heating semiconductor crystal by letting constant current I0 having given amplitude through it, during heating, measuring value of its heat-sensitive parameter, as which straight fall of voltage on crystal Uf is used, and concurrently temperature Tb of device body is measured in selected point. These values are recorded, by receiving them dependent on time t. Heating of semiconductor crystal is stopped after reaching temperature Tc having given value and in mode of natural cooling when feeding to crystal short measuring impulses of current having amplitude I0 and off-duty ratio not affecting heat balance of device, values of temperature-sensitive parameter and body base temperature are recorded, receiving dependencies Uf(t) and Tb(t) on cooling interval. Length of cooling interval is selected on basis of unconditional realization of t>>3τ, where τ - maximum heat constant of device construction, moment of dynamic balance t1 is determined at heating interval and on basis of received dependencies heat resistance of body transfer is calculated in current point t1.
EFFECT: shorter measurement time, lower device resources cost, higher percent of accepted products during measurement.
2 cl, 3 tbl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике измерения тепловых параметров компонентов силовой электроники, в частности силовых полупроводниковых приборов, включающих в себя структуры IGBT-, MOSFET-транзисторов и обратных FRD-диодов, и может быть использовано для контроля качества изделий силовой электроники и для оценки их температурных запасов.The invention relates to a technique for measuring the thermal parameters of components of power electronics, in particular power semiconductor devices, including the structures of IGBT, MOSFET transistors and inverse FRD diodes, and can be used to control the quality of power electronics products and to evaluate their temperature reserves.

Тепловое сопротивление (RТп-к) полупроводникового прибора определяется как отношение разности эффективной температуры перехода (ТП) и температуры основания корпуса (ТК) в контролируемой точке к рассеиваемой мощности (Р) прибора в установившемся тепловом режиме, когда измеряемая температура не изменяется по отношению к окружающей среде. Температурочувствительные электрические параметры кристалла используются как датчики температуры (термометры) для непрямого измерения его температуры.Thermal resistance (R Тп-к ) of a semiconductor device is defined as the ratio of the difference between the effective transition temperature (Т П ) and the base temperature of the case (Т К ) at a controlled point to the power dissipation (Р) of the device in steady-state thermal mode, when the measured temperature does not change relation to the environment. Temperature-sensitive electrical parameters of the crystal are used as temperature sensors (thermometers) for indirect measurement of its temperature.

Известен способ [1] измерения теплового сопротивления переход-корпус полупроводниковых диодов, в котором на контролируемый диод подают греющие импульсы тока постоянной амплитуды Im, в промежутках между которыми через диод пропускают постоянный начальный ток и измеряют изменение прямого напряжения θ диода и греющую мощность Рm. При этом подачу на контролируемый диод греющих импульсов тока осуществляют таким образом, что величину, обратную скважности греющих импульсов тока Q-1и· f, где τ и - длительность греющих импульсов тока, а fсл - частота их следования, увеличивают по линейному закону с постоянной крутизной SQ. По полученным значениям определяют тепловое сопротивление по выражениюThere is a method [1] for measuring the thermal resistance of the junction-case of semiconductor diodes, in which heating pulses of constant amplitude current I m are supplied to the controlled diode, between which a constant initial current is passed through the diode and the change in the forward voltage θ of the diode and heating power P m are measured . In this case, the supply of heating current pulses to the controlled diode is carried out in such a way that the reciprocal of the duty cycle of the heating current pulses Q -1 = τ and · f sl , where τ and is the duration of the heating current pulses, and f sl - their repetition rate, increase linear law with constant slope S Q. The values obtained determine the thermal resistance by the expression

Figure 00000002
Figure 00000002

где КТ - температурный коэффициент прямого напряжения диода при протекании постоянного начального тока.where K T is the temperature coefficient of the direct voltage of the diode during the flow of a constant initial current.

Недостатком способа является низкая точность, обусловленная большой погрешностью измерения импульсного напряжения из-за влияния переходных тепловых и электрических процессов при переключении диода из одного режима - режима разогрева в другой - режим измерения [2]. Другим существенным недостатком известного способа является большое время измерения, связанное с операцией калибровки.The disadvantage of this method is the low accuracy due to the large measurement error of the pulse voltage due to the influence of transient thermal and electrical processes when the diode switches from one mode - heating mode to another - measurement mode [2]. Another significant disadvantage of this method is the long measurement time associated with the calibration operation.

Существующие способы измерения теплового сопротивления заключаются в предварительной калибровке и последующем измерении в состоянии теплового равновесия, что требует значительных временных затрат (несколько часов). При этом необходимо применение теплоотвода с использованием теплопроводящей пасты, что значительно увеличивает погрешность измерения, а для силовых полупроводниковых приборов с величиной теплового сопротивления, составляющей сотые доли градуса на ватт, погрешность измерения из-за применения теплопроводящей пасты может составить величину порядка 40-100%, что делает вообще невозможным получение правильного результата.Existing methods for measuring thermal resistance consist in preliminary calibration and subsequent measurement in a state of thermal equilibrium, which requires significant time (several hours). In this case, it is necessary to use a heat sink using heat-conducting paste, which significantly increases the measurement error, and for power semiconductor devices with a thermal resistance of hundredths of a degree per watt, the measurement error due to the use of heat-conducting paste can be about 40-100%, which makes it generally impossible to get the right result.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является экспресс-метод [3] измерения теплового сопротивления переход-корпус силовых полупроводниковых приборов в корпусном исполнении, заключающийся в том, что полупроводниковый кристалл нагревают путем пропускания через него постоянного тока I0 [А] заданной амплитуды и в процессе нагревания измеряют значение его температурочувствительного параметра, в качестве которого используют прямое падение напряжения на кристалле (UП) [В].The closest in technical essence to the claimed method is the express method [3] for measuring the thermal resistance of the junction-case power semiconductor devices in a housing design, which consists in the fact that the semiconductor crystal is heated by passing a constant current I 0 [A] of a given amplitude through it and during heating, the value of its temperature-sensitive parameter is measured, for which a direct voltage drop on the crystal (U P ) [V] is used.

Данный способ измерения теплового сопротивления переход-корпус производят по двум осциллограммам, так называемым осциллограммам "основание" и "модуль", температурочувствительного параметра, снятым и записанным с помощью осциллографа TDS 340 в память компьютера.This method of measuring the thermal resistance of the junction-case is carried out according to two waveforms, the so-called "base" and "module" waveforms, of a temperature-sensitive parameter recorded and recorded using a TDS 340 oscilloscope in the computer's memory.

Получение осциллограммы "основание" производят при нагреве кристалла постоянным током небольшой амплитуды в течение первых ста секунд нагрева и последнего временного отсчета в установившемся состоянии теплового равновесия. Осциллограмму "основание" получают один раз для всей серии приборов и хранят в памяти компьютера.Obtaining waveforms "base" is produced by heating the crystal with direct current of small amplitude for the first hundred seconds of heating and the last time count in the steady state of thermal equilibrium. The waveform "base" is obtained once for the entire series of devices and stored in the computer's memory.

Снятие осциллограммы "модуль" осуществляют в течение нескольких секунд при нагреве кристалла постоянным током, обеспечивающим разность температур перехода ТП и основания корпуса ТК не более 30-50° С в течение времени эксперимента, удовлетворяющем условию ТП<125° С.The waveform "module" is removed within a few seconds when the crystal is heated by direct current, providing a temperature difference between the transition Т П and the base of the case Т К not more than 30-50 ° С during the experiment, satisfying the condition Т П <125 ° С.

При получении осциллограмм в начальный и конечный моменты измерений дополнительно измеряют и запоминают температуру основания корпуса в выбранной точке.Upon receipt of the oscillograms at the initial and final moments of measurement, the temperature of the base of the housing at the selected point is additionally measured and stored.

Для осциллограммы температурочувствительного параметра UП при постоянном греющем токе и линейной зависимости UП от температуры можно записать [4]:For the oscillogram of the temperature-sensitive parameter U P at a constant heating current and a linear dependence of U P on temperature, one can write [4]:

Figure 00000003
Figure 00000003

где Δ UП(t) [В] - изменение прямого падения напряжения на кристалле относительно начального значения при t=t0,where Δ U P (t) [V] is the change in the direct voltage drop across the crystal relative to the initial value at t = t 0 ,

k [B/° C] - температурный коэффициент температурочувствительного параметра,k [B / ° C] - temperature coefficient of the temperature-sensitive parameter,

I [A] - постоянный греющий ток,I [A] - constant heating current,

t [с] - текущий момент времени,t [s] - current time,

ZТп-к(t) [° С/Вт] - динамическая характеристика переходного теплового сопротивления переход-корпус полупроводникового прибора,Z Тп-к (t) [° С / W] - dynamic characteristic of transitional thermal resistance transition-case of a semiconductor device,

ZТк-а(t) [° С/Вт] - динамическая характеристика полного переходного теплового сопротивления корпус-среда полупроводникового прибора.Z Tk-a (t) [° C / W] - dynamic characteristic of the total transient thermal resistance of the housing-medium of a semiconductor device.

Каждая из динамических характеристик ZТп-к(t) и ZТк-а(t) может быть сведена к сумме показательных функций с параметрами эквивалентной тепловой модели, в которой тепловые сопротивления и емкости определяются постоянными времени показательных функций.Each of the dynamic characteristics Z Тп-к (t) and Z Тк-а (t) can be reduced to the sum of exponential functions with parameters of an equivalent thermal model, in which thermal resistances and capacities are determined by the time constants of exponential functions.

По осциллограмме Δ UП(t) "основание" определяют тепловые составляющие параметры полного переходного теплового сопротивления корпус-среда ZТк-а(t) полупроводникового прибора.The waveform Δ U P (t) "base" determines the thermal components of the parameters of the transient thermal resistance of the housing-medium Z Tk-a (t) of the semiconductor device.

Из зависимости "модуль" вычитают кривую, построенную с использованием найденных тепловых составляющих параметров полного переходного теплового сопротивления корпус-среда ZТк-а(t), и находят изменение Δ UП(t), характеризующее только ZТп-к(t), по которому определяют установившееся тепловое сопротивление переход-корпус прибора.From the dependence “module”, the curve constructed using the found thermal components of the parameters of the total transient thermal resistance of the housing-medium Z Tk-a (t) is subtracted, and the change Δ U P (t) characterizing only Z Tn-k (t) is found by which the steady-state thermal resistance of the junction-case of the device is determined.

Наиболее существенными недостатками указанного способа являются большое время измерения при получении осциллограммы "основание", необходимость хранения ее в базе данных компьютера и длительный процесс итерационного поиска решения с корреляцией по методу [5] наименьших квадратов.The most significant drawbacks of this method are the long measurement time upon receipt of the “base” waveform, the need to store it in a computer database, and the lengthy process of iteratively searching for a solution with least squares correlation according to the [5] method.

Технический результат - уменьшение времени измерения, снижение аппаратурных затрат при реализации способа и повышение выхода годности в технологическом процессе.The technical result is a reduction in measurement time, a decrease in hardware costs during the implementation of the method and an increase in shelf life in the process.

Технический результат достигается тем, что в экспресс-методе измерения теплового сопротивления переход-корпус силовых полупроводниковых приборов в корпусном исполнении, заключающегося в том, что полупроводниковый кристалл нагревают путем пропускания через него постоянного тока I0 [А] заданной амплитуды, измеряют в процессе нагревания значение его температурочувствительного параметра, в качестве которого используют прямое падение напряжения на кристалле UП, на интервале нагревания дополнительно измеряют температуру основания корпуса ТК [° С] прибора в выбранной точке, запоминают эти значения, получая их зависимости от времени t, прекращают нагрев полупроводникового кристалла при достижении температуры ТК заданного значения, и в режиме естественного охлаждения полупроводникового прибора, при подаче на кристалл коротких измерительных импульсов тока с амплитудой I0 и скважностью, не влияющих на тепловое равновесие прибора, измеряют и запоминают значения температурочувствительного параметра UП и температуры ТК, получая зависимости UП(t) и ТК(t) уже на интервале охлаждения, при этом длительность интервала охлаждения выбирают из условия безусловного выполнения t&γτ; &γτ; 3τ , где τ [с] - наибольшая тепловая постоянная конструкции прибора, определяют момент динамического равновесия t1 [с] на интервале нагрева и по полученным зависимостям вычисляют тепловое сопротивление переход-корпус в данной точке t1.The technical result is achieved by the fact that in the rapid method for measuring the thermal resistance of the junction-case power semiconductor devices in a housing design, namely, that the semiconductor crystal is heated by passing a constant current I 0 [A] of a given amplitude through it, the value is measured during heating its temperature-setting, which is used as forward voltage drop U crystal n, the interval heating temperature is additionally measured base Corp. ca T K [° C] of the device at the selected point, storing these values, receiving them depending on the t time, stop heating of the semiconductor chip when the temperature T to a predetermined value, and a cooling mode of the semiconductor device, when applied to the crystal of short measuring pulses a current amplitude I 0 and the duty ratio does not affect the thermal equilibrium of the device is measured and stored temperature-parameter values U and the temperature t P K U P depending yield (t) and K t (t) over the interval already oh azhdeniya, wherein the duration of the cooling interval is selected from the unconditional execution conditions t &γτ;&γτ; 3τ, where τ [s] is the largest thermal constant of the device design, the moment of dynamic equilibrium t 1 [s] is determined on the heating interval and the transition-case thermal resistance at a given point t 1 is calculated from the obtained dependences.

В силовых полупроводниковых приборах используют кристаллы, включающие в себя транзисторные и диодные структуры.Power semiconductor devices use crystals, including transistor and diode structures.

При нагреве кристалла постоянным током температура ТП возрастает относительно растущей ТК по экспоненциальной зависимости с постоянной времени τ до момента динамического равновесия t1, после его наступления при t1≥ 3τ превышение ТП над ТК происходит по линейной зависимости, а разность их составляет постоянную величину.When the crystal is heated by direct current temperature T P increases with respect to increasing T K of the exponential dependence with τ until dynamic equilibrium constant time t 1 after its occurrence at t 1 ≥ 3τ excess TP over T K occurs a linear relationship, and their difference is constant value.

Признаками, отличающими заявляемое техническое решение от прототипа, являются следующие действия:The signs that distinguish the claimed technical solution from the prototype are the following actions:

измеряют на интервале нагрева температуру основания корпуса прибора в выбранной точке;measure on the heating interval the temperature of the base of the device at a selected point;

получают зависимость от времени UП(t) и ТК(t) на интервале нагрева;get the time dependence of U P (t) and T To (t) on the heating interval;

прекращают нагрев полупроводникового кристалла при достижении температуры корпуса заданного значения,stop heating the semiconductor crystal when the case temperature reaches a predetermined value,

в режиме естественного охлаждения измеряют температурочувствительный параметр и температуру основания корпуса при подаче на кристалл коротких измерительных импульсов тока с амплитудой I0, равной амплитуде греющего тока, и скважностью, не изменяющих теплового равновесия прибора;in free cooling mode, a temperature-sensitive parameter and the temperature of the base of the case are measured when short measuring current pulses with an amplitude of I 0 equal to the amplitude of the heating current and a duty cycle that do not change the thermal equilibrium of the device are applied to the crystal;

формируют и запоминают зависимости UП(t) и ТК(t) уже на интервале охлаждения;form and remember the dependencies U P (t) and T K (t) already on the cooling interval;

длительность интервала охлаждения выбирают из условия безусловного выполнения t&γτ; &γτ; 3τ ;the duration of the cooling interval is selected from the condition that t &γτ; &γτ;3τ;

определяют момент динамического равновесия t1 на интервале нагрева;determine the moment of dynamic equilibrium t 1 on the heating interval;

вычисляют тепловое сопротивление переход-корпус в точке динамического равновесия;calculate the thermal resistance of the transition-case at the point of dynamic equilibrium;

в силовых полупроводниковых приборах используют кристаллы, включающие в себя транзисторные и диодные структуры.In power semiconductor devices, crystals are used, including transistor and diode structures.

В известных технических решениях не обнаружены признаки, сходные с признаками, отличающими заявленное решение от прототипа.In the known technical solutions, no signs are found that are similar to those that distinguish the claimed solution from the prototype.

В момент времени t1 рассчитывают предварительное значение теплового сопротивления переход-корпус в динамике RТдин [° С/Вт], его используют для расчета калибровочной характеристики на интервале нагрева и температуры перехода на интервале охлаждения, что позволяет вычислить переходное тепловое сопротивление переход-корпус (ZTп-к) на интервале охлаждения, далее находят по нему тепловые составляющие эквивалентной тепловой модели полупроводникового прибора и вычисляют по этим составляющим установившееся тепловое сопротивление переход-корпус, которое обычно определяют в статике КТп-к [° С/Вт].At time t 1, the preliminary value of the transition-case thermal resistance is calculated in the dynamics R Tdin [° C / W], it is used to calculate the calibration characteristic for the heating interval and transition temperature in the cooling interval, which allows us to calculate the transitional thermal resistance of the transition-case ( Z-Ts k) for cooling interval, then it is found by thermal components equivalent thermal model of the semiconductor device and is calculated by the thermal resistance of these components, the transition to the steady- rpus, which is usually determined statically K-T to [° C / W].

Положительный эффект предлагаемого технического решения заключается в совмещении процесса измерения и калибровки измеряемых зависимостей UП(t) и ТК(t), что позволяет провести все измерение за 2-3 минуты при отсутствии стандартных измерительных приборов.A positive effect of the proposed technical solution consists in combining the process of measuring and calibrating the measured dependencies U P (t) and T K (t), which allows the entire measurement to be carried out in 2-3 minutes in the absence of standard measuring instruments.

Сущность заявляемого решения поясняется чертежами.The essence of the proposed solution is illustrated by drawings.

Фиг.1 - кривые, поясняющие метод измерения теплового сопротивления переход-корпус:Figure 1 - curves illustrating the method of measuring thermal resistance transition-case:

а - машинная осциллограмма тока с амплитудой I0 на интервале t0<ti<t2 нагрева и на интервале t2<tj<t4 охлаждения,and - machine waveform of the current with an amplitude of I 0 in the interval t 0 <t i <t 2 heating and in the interval t 2 <t j <t 4 cooling,

б - машинная осциллограмма температурочувствительного параметра UП(t) на интервалах нагрева и охлаждения,b - machine waveform temperature-sensitive parameter U P (t) on the intervals of heating and cooling,

в - машинная осциллограмма измеряемой температуры основания корпуса ТК(t) и рассчитанной температуры перехода TП(t) на интервалах нагрева и охлаждения,in - a machine waveform of the measured temperature of the base of the housing T K (t) and the calculated transition temperature T P (t) on the heating and cooling intervals,

г - расчетная эпюра динамики предварительного RТдин(t) значения теплового сопротивления переход-корпус, поясняющая определение момента динамического равновесия t1.g - calculated diagram of the dynamics of the preliminary R Tdin (t) values of the thermal resistance of the transition-case, explaining the determination of the moment of dynamic equilibrium t 1 .

Фиг.2 - структурная схема устройства измерения.Figure 2 is a structural diagram of a measuring device.

При нагревании полупроводникового прибора постоянным током I0 тепловой поток через полупроводниковый кристалл, слой припоя, металлизированную с двух сторон керамику, еще один слой припоя и медное основание распространяется к основанию корпуса прибора и далее в окружающую среду, создавая распределение температурного поля в соответствии с внутренними тепловыми сопротивлениями элементов конструкции. В качестве контрольной выбранной точки при измерении температуры ТК используют точку под центром разогреваемого кристалла как самую горячую точку на основании корпуса, либо в центре основания, если неизвестны положения кристаллов.When a semiconductor device is heated with direct current I 0, the heat flux through the semiconductor crystal, a solder layer, ceramic metallized on both sides, another solder layer and a copper base propagate to the base of the device body and further into the environment, creating a temperature field distribution in accordance with internal thermal resistances of structural elements. As a control selected point when measuring temperature T To use a point under the center of the heated crystal as the hottest point on the base of the body, or in the center of the base, if the positions of the crystals are unknown.

Величины постоянного тока I0, мощности потерь Р и температуры основания корпуса ТК удовлетворяют условию ограничения температуры перехода ТП≤ 125° С, которая не превышает предельной температуры с запасом 20-30° С, где ТПК+Р• 2· RТп-кТУ, P=I0• UП [Вт], 2· RТп-кТУ -предполагаемое или известное из технических условий (ТУ) или справочных данных значение теплового сопротивления с гарантией от перегрева перехода по мощности потерь с коэффициентом "2". Отключение постоянного греющего тока производят при температуре основания корпуса ТК0≈ 80-90° С.The values of direct current I 0 , power losses P and the temperature of the base of the housing Т К satisfy the condition of limiting the transition temperature Т П ≤ 125 ° С, which does not exceed the limit temperature with a margin of 20-30 ° С, where Т П = Т К + Р • 2 · R Тп-кТУ , P = I 0 • U П [W], 2 · R Тп-кТУ - assumed or known from the technical specifications (TU) or reference data value of thermal resistance with a guarantee against overheating of the transition in terms of power loss with coefficient " 2 ". Switching off the constant heating current is carried out at a temperature of the base of the housing Т К0 ≈ 80-90 ° С.

Полупроводниковый кристалл нагревают постоянным током I0 (фиг.1а) до достижения температуры корпуса заданного значения ТК0 в момент времени t2. На интервале времени t0<t<t2 измеряют температурочувствительный параметр UП(t) (фиг.1б), в качестве которого используют прямое падение напряжения на кристалле, и температуру ТК(t) (фиг.1в) основания корпуса в выбранной точке. Значения измеряемых параметров запоминают. Прекращают нагрев полупроводникового кристалла и в режиме естественного охлаждения прибора при подаче на кристалл коротких измерительных импульсов тока той же амплитуды I0 со скважностью, не влияющих на тепловое равновесие прибора, измеряют и записывают значения UП(t) и TК(t) уже на интервале t2<t<t4 охлаждения.The semiconductor crystal is heated with direct current I 0 (figa) until the case temperature reaches the set value T K0 at time t 2 . On the time interval t 0 <t <t 2 measure the temperature-sensitive parameter U P (t) (Fig.1B), which is used as a direct voltage drop on the crystal, and the temperature T To (t) (Fig.1B) of the base of the body in the selected point. The values of the measured parameters are remembered. They stop heating the semiconductor crystal in the mode of natural cooling of the device when a short measuring current pulse of the same amplitude I 0 with a duty cycle that does not affect the thermal equilibrium of the device is supplied to the crystal, the values of U P (t) and T K (t) are already measured the interval t 2 <t <t 4 cooling.

Анализ эквивалентной тепловой модели полупроводникового прибора при постоянном токе позволяет описать установление температуры перехода TП(t) по выражениюAnalysis of the equivalent thermal model of a semiconductor device at constant current allows us to describe the establishment of the transition temperature T P (t) by the expression

Figure 00000004
Figure 00000004

Приближенная трехэлементная тепловая модель из RiСi-цепочек, где Ri - тепловое сопротивление [° С/Вт], Сi - теплоемкость [Дж/° С], τ i=Ri· Сi - тепловая постоянная времени соответствующей i-цепочки связана с внутренней структурой конструкции прибора. Условно можно принять, что цепочка с тепловой постоянной времени τ 0=R0· C0 описывает структуру элементов первого паяного слоя (кристалл-припой-металлизация), соответственно τ 1=R1· C1 - второго паяного слоя (металлизированная керамика-припой-основание) и τ 2=R2· C2 - условия теплоотдачи на границе основание-окружающая среда. В условиях статики, когда на поверхности основания температура остается неизменной по отношению к окружающей среде, R2=0.An approximate three-element thermal model of R i C i chains, where R i is the thermal resistance [° C / W], C i is the heat capacity [J / ° C], τ i = R i · C i is the thermal time constant of the corresponding i -chains associated with the internal structure of the design of the device. It can be conditionally accepted that a chain with a thermal time constant τ 0 = R 0 · C 0 describes the structure of the elements of the first soldered layer (crystal-solder-metallization), respectively, τ 1 = R 1 · C 1 - the second soldered layer (metallized ceramic-solder -base) and τ 2 = R 2 · C 2 are the heat transfer conditions at the base-environment interface. Under static conditions, when the temperature on the surface of the base remains unchanged with respect to the environment, R 2 = 0.

Наиболее быстро тепловое равновесие устанавливается в элементах, более близких к кристаллу (ранее других будет задействована (заряжена) теплоемкость С0, затем C1), и гораздо дольше тепловое равновесие устанавливается на границе основания корпуса со средой. Это означает, что для конструкции прибора выполняется условиеThe fastest thermal equilibrium is established in the elements closer to the crystal (the heat capacity C 0 , then C 1 will be used (charged) earlier than the others), and much longer the thermal equilibrium is established at the border of the housing base with the medium. This means that for the design of the device the condition

Figure 00000005
Figure 00000005

Полное переходное тепловое сопротивление из эквивалентной тепловой модели на интервале t0<t<t2 нагрева определяется выражениемThe total transitional thermal resistance from the equivalent thermal model in the interval t 0 <t <t 2 heating is determined by the expression

Figure 00000006
Figure 00000006

при t→ ∞ процесс установления теплового равновесия приведет к установившемуся равновесию в статике, при котором температура Тк на границе с окружающей средой остается постоянной, величина ZТп-к стремится к установившемуся значению теплового сопротивления RТп-к=R0+R1 (в статике R2=0). Разность температур при этом будет определяться постоянной величинойas t → ∞, the process of establishing thermal equilibrium will lead to a steady-state equilibrium in statics at which the temperature T k at the boundary with the environment remains constant, the value of Z Tp-k tends to the steady-state value of thermal resistance R Tp-k = R 0 + R 1 ( in static R 2 = 0). The temperature difference will be determined by a constant

Figure 00000007
Figure 00000007

Для интервала t2<t<t4 охлаждения динамическая характеристика ZТп-к имеет более простое выражениеFor the interval t 2 <t <t 4 cooling, the dynamic characteristic Z Tn-k has a simpler expression

Figure 00000008
Figure 00000008

при t→ ∞ ZТп-к стремится к нулю и ТП→ ТК.as t → ∞ Z, Tn-k tends to zero and T P → T K.

Так как условие (4) обеспечивается конструкцией прибора, то для экспоненциальных выражений ZТп-к можно принять, что процесс установления теплового равновесия в соответствии с полным переходным тепловым сопротивлением практически заканчивается при t≥ 3τ 2. При этом экспоненциальные члены выражения становятся пренебрежимо малы. Дальнейший подвод мощности приводит к пропорциональному возрастанию температуры относительно температуры окружающей среды в соответствии с внутренними Ri-элементами структуры конструкции. В этом случае можно принять, что состояние динамического теплового равновесия прибора наступает в момент достижения разности температур между любыми точками прибора постоянного значения (например, ТПК≈ const).Since condition (4) is ensured by the design of the device, for exponential expressions Z Tn-k it can be accepted that the process of establishing thermal equilibrium in accordance with the total transient thermal resistance practically ends at t≥ 3τ 2 . In this case, the exponential terms of the expression become negligible. Further supply of power leads to a proportional increase in temperature relative to the ambient temperature in accordance with the internal R i -elements of the structure. In this case, we can assume that the state of dynamic thermal equilibrium of the device occurs at the moment the temperature difference between any points of the device reaches a constant value (for example, T P -T K ≈ const).

Отсюда очевидно, что одним из моментов сокращения времени измерения теплового сопротивления может быть применение метода, при котором температура основания не достигает состояния теплового равновесия с окружающей средой, но разность температур становится уже постоянной (когда TП≠ const, TК≠ const, но ТПК=const).From this it is obvious that one of the moments of reducing the time for measuring thermal resistance can be the application of a method in which the base temperature does not reach the state of thermal equilibrium with the environment, but the temperature difference becomes already constant (when T P П const, T K ≠ const, but T P -T K = const).

Это означает, что на интервале нагревания t1<t<t2 при t>3τ 2 температура основания ТК отличается от температуры кристалла ТП на постоянную величинуThis means that in the heating interval t 1 <t <t 2 at t> 3τ 2 the temperature of the base T K differs from the crystal temperature T P by a constant

Figure 00000009
Figure 00000009

а на интервале охлаждения t3<t<t4 при t>3τ 2 получаемand on the cooling interval t 3 <t <t 4 for t> 3τ 2 we obtain

Figure 00000010
Figure 00000010

следовательно, при t>3τ 2 ТК на интервале охлаждения выполняет функцию температуры перехода ТП в калибровочной характеристикеtherefore, at t> 3τ 2 T K on the cooling interval it performs the function of the transition temperature T P in the calibration characteristic

Figure 00000011
Figure 00000011

Определяют момент времени t1 на интервале нагрева для расчета теплового сопротивления в динамике. Предполагая, что выражение (9) выполняется на всем интервале t2<t<t4 охлаждения, а не только при t>3τ 2, допускают, что калибровочная характеристика действует на всем интервале охлаждения. Используя ее и значения температурочувствительного параметра UП(t) на интервале t0<t<t2 нагрева, определяют предварительные значения температуры перехода TП(t)I (кривая с индексом I на фиг.1в) по алгоритму, приведенному ниже, и рассчитывают тепловое сопротивление RТдин(t) (фиг.1г) в динамике на этом интервале по выражениюDetermine the time t 1 on the heating interval to calculate the thermal resistance in the dynamics. Assuming that expression (9) is satisfied over the entire cooling interval t 2 <t <t 4 , and not only at t> 3τ 2 , it is assumed that the calibration characteristic is valid over the entire cooling interval. Using it and the values of the temperature-sensitive parameter U P (t) in the interval t 0 <t <t 2 of heating, determine the preliminary values of the transition temperature T P (t) I (curve with index I in Fig.1c) according to the algorithm below, and calculate the thermal resistance R Tdin (t) (Fig.1d) in dynamics over this interval by the expression

Figure 00000012
Figure 00000012

Максимальное значение RТmax этой зависимости RТдин(t) соответствует моменту динамического равновесия t1.The maximum value of R Tmax of this dependence R Tdin (t) corresponds to the moment of dynamic equilibrium t 1 .

Предварительные значения TП(t)I находят в моменты времени t=ti на интервале t0<ti<t2 нагрева по значениям температуры перехода из калибровочной характеристики (10), которые соответствуют отсчетам измерения tj на интервале t2<tj<t4 охлаждения, при соответственно равных значениях в этих временных точках ti и tj значений прямого падения напряжения, как ТП(ti)=ТК(tj) при UП(ti)=UП(tj).The preliminary values of T P (t) I are found at time t = t i in the interval t 0 <t i <t 2 of heating from the values of the transition temperature from the calibration characteristic (10), which correspond to the readings of the measurement t j in the interval t 2 <t j <t 4 of cooling, with correspondingly equal values at these time points t i and t j of the values of the direct voltage drop, as T P (t i ) = T K (t j ) at U P (t i ) = U P (t j ).

Построение предварительных значений ТП(t)I поясняется (фиг.1б и 1в) для точки динамического равновесия t1. Допустим, что момент времени t3 (фиг.1в) удовлетворяет условию t3>3τ 2, тогда значение температуры перехода в этой точке принимают равным температуре на основании корпуса ТП(t3)=ТК(t3) или ТП3К3. Температуре перехода ТП3 соответствует значение температурочувствительного параметра UП3 (фиг.1б). Находят момент времени t1 на интервале нагрева, в котором UП1=UП3 (фиг.1б), и определяют TП(t1)I по уровню температуры ТП3, т.е. TП(t1)IП1П3. Такие построения выполняют для всех временных отсчетов интервала охлаждения, начиная с конечного отсчета измерения до первого после прекращения нагрева.The construction of preliminary values of T P (t) I is illustrated (fig.1b and 1c) for the point of dynamic equilibrium t 1 . Assume that the time t 3 (Fig.1c) satisfies the condition t 3 > 3τ 2 , then the transition temperature at this point is taken equal to the temperature on the basis of the housing T P (t 3 ) = T K (t 3 ) or T P3 = T K3 . The transition temperature T P3 corresponds to the temperature-sensitive parameter U P3 (figb). Find the time t 1 in the heating interval in which U P1 = U P3 (figb), and determine T P (t 1 ) I according to the temperature level T P3 , i.e. T P (t 1 ) I = T P1 = T P3 . Such constructions are performed for all time samples of the cooling interval, starting from the final measurement sample until the first after the cessation of heating.

Далее определяют температуру перехода TП(t)II (кривая с индексом II на фиг.1в) уже на участке интервала нагрева t1<t<t2 по выражениюNext, determine the transition temperature T P (t) II (curve with index II in Fig. 1c) already at the site of the heating interval t 1 <t <t 2 according to the expression

Figure 00000013
Figure 00000013

Рассчитанная зависимость TП(t)II составляет с зависимостью UП(t) вторую калибровочную характеристику UП(t)=f(TП(t)II) на отрезке времени t1<t<t2. Ее используют для определения температуры перехода TП(t)III (кривая с индексом III на фиг.1в) на интервале охлаждения по алгоритму, аналогичному при построении предварительных значений TП(t)I. Далее вычисляют зависимость переходного теплового сопротивления на интервале t2<t<t4 охлаждения по выражениюThe calculated dependence T P (t) II makes up with the dependence U P (t) the second calibration characteristic U P (t) = f (T P (t) II ) on the time interval t 1 <t <t 2 . It is used to determine the transition temperature T P (t) III (curve with index III in Fig. 1c) in the cooling interval according to an algorithm similar to the construction of preliminary values of T P (t) I. Next, calculate the dependence of the transitional thermal resistance in the interval t 2 <t <t 4 cooling according to the expression

Figure 00000014
Figure 00000014

аппроксимируют ее суммой экспоненциальных зависимостей по выражению (7) и определяют по методике, разработанной авторами, тепловые составляющие параметры R0, R1, R2, τ 0, τ 1, τ 2 и установившееся тепловое сопротивление переход-корпус какapproximate it by the sum of the exponential dependencies according to expression (7) and determine by the method developed by the authors, the thermal component parameters R 0 , R 1 , R 2 , τ 0 , τ 1 , τ 2 and the steady-state transition-case thermal resistance as

Figure 00000015
Figure 00000015

Сравнительные характеристики методов измерения теплового сопротивления переход-корпус по способу прототипа и предлагаемого экспресс-метода представлены в таблицах 1-3.Comparative characteristics of the methods for measuring the thermal resistance of the transition-housing according to the method of the prototype and the proposed express method are presented in tables 1-3.

В таблице 1 приводятся условия измерения и результаты расчета эксперимента "основание".Table 1 shows the measurement conditions and the results of the calculation of the experiment "base".

В таблице 2 приводятся условия и результаты эксперимента "модуль".Table 2 summarizes the conditions and results of the “module” experiment.

В таблице 3 приводятся исходные данные предлагаемого экспресс-метода измерения, результаты расчета параметра теплового сопротивления в динамике в момент динамического равновесия RТmax и результаты расчета тепловых параметров, по которым определяют значение установившегося теплового сопротивления переход-корпус RТп-к.Table 3 shows the initial data of the proposed express measurement method, the results of calculating the thermal resistance parameter in dynamics at the moment of dynamic equilibrium R Тmax and the calculation results of thermal parameters, which determine the value of the established thermal resistance of the junction-case R Тп-к .

Метод прототипа и предлагаемый экспресс-метод используют эквивалентную тепловую модель полупроводникового прибора, но они отличаются по способу ее анализа. По методу прототипа анализ проводят только по процедуре нагрева. В предлагаемом экспресс-методе анализ строят по процедуре нагрева и последующей процедуре охлаждения, что позволяет совместить процесс измерения с процедурой калибровки. Из-за различного подхода при анализе тепловых процессов в приборе нельзя сравнивать исходные данные процесса измерения. Сравнение допустимо проводить по конечному результату - измеренному значению параметра теплового сопротивления и удобству их эксплуатации - длительности процедуры измерения до получения конечного результата и количества необходимых процедур измерения.The prototype method and the proposed express method use an equivalent thermal model of a semiconductor device, but they differ in the way it is analyzed. According to the prototype method, analysis is carried out only according to the heating procedure. In the proposed express method, the analysis is built according to the heating procedure and the subsequent cooling procedure, which allows you to combine the measurement process with the calibration procedure. Due to the different approach in the analysis of thermal processes in the device, it is impossible to compare the initial data of the measurement process. Comparison is permissible for the final result - the measured value of the thermal resistance parameter and the convenience of their operation - the duration of the measurement procedure to obtain the final result and the number of necessary measurement procedures.

Предлагаемый экспресс-метод не требует применения теплоотвода, исключает проведение длительной процедуры калибровки и позволяет проводить измерение установившегося теплового сопротивления в течение нескольких минут. Этот метод можно применять для оценки качества полупроводниковых приборов в технологическом цикле, что позволяет снизить выход брака и повысить выход годности приборов в процессе производства.The proposed express method does not require the use of a heat sink, excludes a lengthy calibration procedure and allows the measurement of steady-state thermal resistance for several minutes. This method can be used to assess the quality of semiconductor devices in the technological cycle, which allows to reduce the reject yield and increase the shelf life of devices in the production process.

Предлагаемый метод реализован с помощью устройства, структурная схема которого показана на фиг.2, а машинные осциллограммы измеряемых параметров, полученные с его помощью, - на фиг.1.The proposed method is implemented using the device, the structural diagram of which is shown in figure 2, and the machine waveforms of the measured parameters obtained with it, in figure 1.

Устройство содержит зажимное устройство 1, источник 2 питания, замыкатель 3, программируемый контроллер 4, ПЭВМ 5 с процессором Pentium IV.The device comprises a clamping device 1, a power supply 2, a contactor 3, a programmable controller 4, a PC 5 with a Pentium IV processor.

Контролируемый прибор подключают в зажимное устройство в соответствии с требованиями измеряемой полупроводниковой структуры - "транзисторный ключ" 6 или диод 7. Под структурой полупроводникового "ключа" подразумевается структура IGBT- или MOSFET-транзистора.The controlled device is connected to the clamping device in accordance with the requirements of the measured semiconductor structure - "transistor switch" 6 or diode 7. The structure of the semiconductor "key" refers to the structure of an IGBT or MOSFET transistor.

Измерение температурочувствительного параметра UП на транзисторной структуре производят на клеммах коллектор-эмиттер при короткозамкнутых выводах затвора и коллектора.The temperature-sensitive parameter U P is measured on the transistor structure at the collector-emitter terminals with short-circuited gate and collector outputs.

Элементы блок-схемы выполняют следующие функции.Elements of the flowchart perform the following functions.

Источник 2 питания представляет собой источник постоянного тока I0 с регулируемой амплитудой от 10 до 600 А. Ток устанавливается под управлением контроллера 4 по типу измеряемого прибора.The power source 2 is a constant current source I 0 with an adjustable amplitude of 10 to 600 A. The current is set under the control of the controller 4 according to the type of the measured device.

Замыкатель 3 в исходном состоянии замкнут, и при включенном источнике 2 питания через него течет ток. При размыкании 3 ток от источника питания протекает через измеряемый прибор.The switch 3 in the initial state is closed, and when the power source 2 is turned on, current flows through it. When opening 3, the current from the power source flows through the measured device.

Процесс измерения происходит в автоматизированном режиме под управлением контроллера 4. Контроллер формирует сигнал задания уставки амплитуды тока I0 и передает его в источник 2 питания, который обеспечивает выходной ток заданной амплитуды; управляет замыкателем 3, обеспечивая режим прохождения коротких измерительных импульсов тока, не нагревающих прибор, в начальном состоянии системы измерения (при t<t0) и на заданном временном интервале (t2<t<t4) охлаждения, или режим нагревающего постоянного тока (t0<t<t2); а также контролирует температуру на основании корпуса; считывает и записывает в собственную память измеряемые зависимости - машинные осциллограммы I0(t), UП(t) и TК(t) на интервалах нагревания и охлаждения и передает записанную информацию и управление в ПЭВМ.The measurement process takes place in an automated mode under the control of controller 4. The controller generates a signal for setting the current amplitude setting I 0 and transfers it to a power source 2, which provides an output current of a given amplitude; controls the contactor 3, providing the mode of passage of short measuring current pulses that do not heat the device, in the initial state of the measurement system (at t <t 0 ) and at a predetermined time interval (t 2 <t <t 4 ) cooling, or heating direct current ( t 0 <t <t 2 ); and also controls the temperature on the basis of the housing; reads and writes into the own memory the measured dependences — machine oscillograms I 0 (t), U P (t) and T K (t) at the heating and cooling intervals and transfers the recorded information and control to the PC.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Подключают в сеть источник 2 питания, включают ПЭВМ 5 и загружают программу измерения. С помощью экранного меню задают условия измерения: указывают тип прибора и структуру полупроводникового элемента - "ключ" или диод.Connect the power source 2 to the network, turn on the PC 5 and download the measurement program. Using the on-screen menu, the measurement conditions are set: indicate the type of device and the structure of the semiconductor element - "key" or diode.

Автоматизированный процесс измерения начинают при нажатии кнопки ПУСК в экранном меню. Из базы данных автоматически формируются параметры измерения для передачи их в контроллер -значение амплитуды постоянного тока I0, величина ограничения температуры на корпусе, время измерения на интервале охлаждения, шаг измерения. При этом из ПЭВМ в контроллер 4 поступает соответствующая команда, которая запускает программу измерения контроллера.The automated measurement process starts when you press the START button in the on-screen menu. The measurement parameters are automatically generated from the database for transferring them to the controller — constant current amplitude value I 0 , temperature limit value on the case, measurement time on the cooling interval, measurement step. In this case, a corresponding command is received from the PC to the controller 4, which starts the controller measurement program.

Значение уставки для тока I0 из контроллера поступает в источник питания, начинается формирование тока I0, замыкатель 3 работает в режиме коротких измерительных импульсов тока, пока не сформируется ток амплитуды I0 в момент времени t=t0. Измеряют исходные значения I0(t0), UП(t0) и ТК(t0) и запоминают их в памяти контроллера. В момент времени t=t0 размыкают 3 и на кристалл подают постоянный греющий ток I0. В процессе нагревания производят отсчеты измеряемых значений I0(t), UП(t), TК(t) и запоминают их в памяти контроллера. При достижении TК заданного значения замыкатель переходит в режим подачи на кристалл коротких измерительных импульсов тока I0 со скважностью, не нагревающих кристалл. Производят отсчеты измеряемых значений I0(t), UП(t), TК(t), которые также запоминают в памяти контроллера. По истечении заданного времени измерения на интервале охлаждения контроллер прекращает процесс измерения. Происходит считывание информации из него в ПЭВМ, где она обрабатывается по специальной программе до выдачи на экран монитора значения RТп-к с возможностью получения на экране и в виде твердых копий-распечаток параметров процесса измерения, тепловых параметров R0, R1, R2, τ 0, τ 1, τ 2 и машинных осциллограмм UП(t) и ТК(t).The setting value for the current I 0 from the controller enters the power source, the formation of current I 0 begins, the contactor 3 operates in the mode of short measuring current pulses, until the amplitude current I 0 is generated at time t = t 0 . The initial values of I 0 (t 0 ), U P (t 0 ) and T K (t 0 ) are measured and stored in the controller memory. At time t = t 0, 3 is opened and a constant heating current I 0 is applied to the crystal. In the process of heating, the measured values of I 0 (t), U P (t), T K (t) are measured and stored in the controller memory. When T K reaches the specified value, the contactor switches to the mode of supplying to the crystal of short measuring current pulses I 0 with a duty cycle that does not heat the crystal. Counting the measured values of I 0 (t), U P (t), T K (t), which are also stored in the memory of the controller. After the set measurement time has elapsed in the cooling interval, the controller stops the measurement process. The information is read from it to the PC, where it is processed according to a special program until the value R Tp-k is displayed on the monitor screen with the possibility of receiving on the screen and in the form of hard copies of the measurement process parameters, thermal parameters R 0 , R 1 , R 2 , τ 0 , τ 1 , τ 2 and machine waveforms U П (t) and Т К (t).

Преимущество измерительного устройства заключается в отсутствии стандартного оборудования, сложного в эксплуатации, и безинерционного процесса коммутации постоянного тока через контролируемый прибор в режиме измерительных импульсов.The advantage of the measuring device is the lack of standard equipment, difficult to operate, and the inertialess process of switching DC through a controlled device in the mode of measuring pulses.

ЛитератураLiterature

1. Патент РФ №2178893 G 01 R 31/26, опубл. 27.01.2002 г. Бюл. №3, 2002 г.1. RF patent No. 2178893 G 01 R 31/26, publ. January 27, 2002 Bull. No 3, 2002

2. Викулин И.М., Стафеев В.И. Физика полупроводниковых приборов. – М.: Сов. Радио, 1980, с.51.2. Vikulin I.M., Stafeev V.I. Physics of semiconductor devices. - M .: Owls. Radio, 1980, p. 51.

3. Экспресс-метод определения теплового сопротивления силовых модулей. Гарцбейн В.М., Иванов С.В., Романовская Л.В., Флоренцев С.Н. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА, №12, 2000, с.14-20 (прототип).3. Express method for determining the thermal resistance of power modules. Harzbein V.M., Ivanov S.V., Romanovskaya L.V., Florentsev S.N. ELECTRICAL ENGINEERING, No. 12, 2000, pp. 14-20 (prototype).

4. Siemens "Силовые IGBT модули". Материалы по применению. М.: "ДОДЭКА", 1997, с.101-107.4. Siemens "Power IGBT modules". Materials for use. M .: "DODEKA", 1997, pp. 101-107.

5. Вильям Дж. Орвис. "EXCEL для ученых, инженеров и студентов". Киев: "Юниор", 1999, с.270-275.5. William J. Orvis. "EXCEL for scientists, engineers and students." Kiev: "Junior", 1999, p.270-275.

Figure 00000016
Figure 00000016

Figure 00000017
Figure 00000017

Figure 00000018
Figure 00000018

Claims (2)

1. Экспресс-метод измерения теплового сопротивления переход-корпус силовых полупроводниковых приборов в корпусном исполнении, заключающийся в том, что полупроводниковый кристалл нагревают путем пропускания через него постоянного тока I0, А, заданной амплитуды, измеряют в процессе нагревания значение его температурочувствительного параметра, в качестве которого используют прямое падение напряжения на кристалле Uп, В, отличающийся тем, что на интервале нагревания дополнительно измеряют температуру основания корпуса Тк, °С, прибора в выбранной точке, запоминают эти значения, получая их зависимости от времени t, с, прекращают нагрев полупроводникового кристалла при достижении температуры Тк заданного значения и в режиме естественного охлаждения при подаче на кристалл коротких измерительных импульсов тока с амплитудой I0 и скважностью, не влияющих на тепловое равновесие прибора, измеряют и запоминают значения температурочувствительного параметра и температуры основания корпуса, получая зависимости Uп(t) и Тк(t) уже на интервале охлаждения, при этом длительность интервала охлаждения выбирают из условия безусловного выполнения t>>3τ, где τ - наибольшая тепловая постоянная конструкции прибора с, определяют момент динамического равновесия t1, с, на интервале нагрева и по полученным зависимостям вычисляют тепловое сопротивление переход-корпус в данной точке t1.1. The express method of measuring the thermal resistance of the junction-case power semiconductor devices in the housing design, namely, that the semiconductor crystal is heated by passing through it a direct current I 0 , A, of a given amplitude, the value of its temperature-sensitive parameter is measured during heating, in being used as the forward voltage drop across the crystal is U n, V, characterized in that additionally to the heating interval measured temperature T of the base body to, ° C, in the device The selected point is stored these values, receiving them depending on the t time, with, stop heating of the semiconductor chip when the temperature T to a predetermined value and a cooling mode when applied to the crystal of short measuring current pulses with amplitude I 0 and the duty ratio does not affect thermal equilibrium of the device is measured and stored parameter values and temperature-housing base temperature, yielding, depending U n (t) and t c (t) is already in the cooling interval, the duration of the inte Shaft cooling conditions selected from the unconditional execution t >> 3τ, where τ - maximum thermal time constant of the device structure to determine the time t 1 of dynamic equilibrium, with, in the interval of heating and the obtained dependencies calculated thermal resistance junction housing at the point t 1. 2. Экспресс-метод измерения теплового сопротивления переход-корпус полупроводниковых приборов в корпусном исполнении по п.1, отличающийся тем, что в силовых полупроводниковых приборах используют кристаллы, включающие в себя транзисторные и диодные структуры.2. The express method for measuring the thermal resistance of the junction-case semiconductor devices in a housing design according to claim 1, characterized in that crystals are used in power semiconductor devices, including transistor and diode structures.
RU2003111424/28A 2003-04-22 2003-04-22 Express method for measuring body transfer heat resistance of power semiconductor devices RU2240573C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003111424/28A RU2240573C1 (en) 2003-04-22 2003-04-22 Express method for measuring body transfer heat resistance of power semiconductor devices

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003111424/28A RU2240573C1 (en) 2003-04-22 2003-04-22 Express method for measuring body transfer heat resistance of power semiconductor devices

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003111424A RU2003111424A (en) 2004-10-20
RU2240573C1 true RU2240573C1 (en) 2004-11-20

Family

ID=34310751

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003111424/28A RU2240573C1 (en) 2003-04-22 2003-04-22 Express method for measuring body transfer heat resistance of power semiconductor devices

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2240573C1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2516609C2 (en) * 2012-09-10 2014-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Method for determination of thermal resistance for junction field-effect transistors
RU2529761C1 (en) * 2013-04-22 2014-09-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Method to measure thermal junction-to-case resistance of semiconductor instrument and device for its realisation
RU2572794C1 (en) * 2014-11-05 2016-01-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Method to measure thermal junction-to-case resistance of high-capacity mis transistors
RU2597149C1 (en) * 2015-06-15 2016-09-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Method for evaluating thermal parameter of power semiconductor instruments and device for its implementation
RU2685769C1 (en) * 2018-07-03 2019-04-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Method of determination of transient thermal resistance of crystal-housing and thermal resistance of crystal-housing in the state of heat equilibrium of transistors with field control
RU2724148C1 (en) * 2019-10-28 2020-06-22 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" Method of measuring thermal resistance of transition-case of power semiconductor devices
CN117517918A (en) * 2024-01-04 2024-02-06 华中科技大学 Method and device for testing transient near-limit operation condition of pulse thyristor type high-current switch

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DE 1231815 A (TESLA), 01.05.1967. *
Siemens. Силовые IGBT модули. Материалы по применению. - М.: ДОДЭКА, 1997, с.101-107. *
Экспресс-метод определения теплового сопротивления силовых модулей. Гарцбейн В.М., Иванов С.В., Романовская Л.В., Флоренцев С.Н. ж. "Электротехника". №12, 2000, с.14-20. *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2516609C2 (en) * 2012-09-10 2014-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Method for determination of thermal resistance for junction field-effect transistors
RU2529761C1 (en) * 2013-04-22 2014-09-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Method to measure thermal junction-to-case resistance of semiconductor instrument and device for its realisation
RU2572794C1 (en) * 2014-11-05 2016-01-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Method to measure thermal junction-to-case resistance of high-capacity mis transistors
RU2597149C1 (en) * 2015-06-15 2016-09-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Method for evaluating thermal parameter of power semiconductor instruments and device for its implementation
RU2685769C1 (en) * 2018-07-03 2019-04-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Method of determination of transient thermal resistance of crystal-housing and thermal resistance of crystal-housing in the state of heat equilibrium of transistors with field control
RU2724148C1 (en) * 2019-10-28 2020-06-22 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" Method of measuring thermal resistance of transition-case of power semiconductor devices
CN117517918A (en) * 2024-01-04 2024-02-06 华中科技大学 Method and device for testing transient near-limit operation condition of pulse thyristor type high-current switch
CN117517918B (en) * 2024-01-04 2024-03-26 华中科技大学 Method and device for testing transient near-limit operation condition of pulse thyristor type high-current switch

Similar Documents

Publication Publication Date Title
van der Broeck et al. IGBT junction temperature estimation via gate voltage plateau sensing
CN106443401B (en) Device and method for testing temperature rise and thermal resistance composition of power MOS device
RU2640089C2 (en) System and method of monitoring working condition of igbt device in real time
Baker et al. Online junction temperature measurement via internal gate resistance during turn-on
RU2516609C2 (en) Method for determination of thermal resistance for junction field-effect transistors
RU2240573C1 (en) Express method for measuring body transfer heat resistance of power semiconductor devices
JP6203415B2 (en) Semiconductor test apparatus and semiconductor test method
CN116699352B (en) Test temperature determining method for high-temperature reverse bias test of power semiconductor module
CN108287300B (en) Method and device for measuring junction temperature of insulated gate field effect transistor in working state
CN110446910A (en) The method of multi-wafer temperature control equipment and the temperature for controlling multi-wafer power module
US6590405B2 (en) CMOS integrated circuit and timing signal generator using same
CN116754915A (en) Working junction temperature monitoring system and method of semiconductor switching device
CN115993514A (en) SiC Mosfet threshold voltage monitoring system and method
RU2639989C2 (en) Method of measuring transient thermal characteristics of semiconductor products
Weimer et al. Thermal Impedance Calibration for Rapid and Non-Invasive Calorimetric Soft-Switching Loss Characterization
Ma et al. Fast thermal resistance measurement of high brightness LED
Lopez et al. Measurement technique for the static output characterization of high-current power MOSFETs
Boyle et al. A CMOS circuit for real-time chip temperature measurement
RU2685769C1 (en) Method of determination of transient thermal resistance of crystal-housing and thermal resistance of crystal-housing in the state of heat equilibrium of transistors with field control
US4751455A (en) Low frequency noise measurement system using sliding pole for fast settling
RU2698512C1 (en) Method for automated monitoring of thermal resistances of semiconductor devices
RU2787328C1 (en) Method for measuring transition-case thermal resistance and transition-case thermal time constant of a semiconductor product
Bespalov et al. About Thermal Resistance Measurement of a Power Mis-Transistor
WO2019107094A1 (en) System and method for allowing restoration of interconnection of die of power module
Stahl et al. Automatic measurement of the reverse recovery behavior of ultra-fast diodes

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060423