RU2649083C1 - Способ измерения теплового импеданса цифровых интегральных микросхем - Google Patents
Способ измерения теплового импеданса цифровых интегральных микросхем Download PDFInfo
- Publication number
- RU2649083C1 RU2649083C1 RU2016150294A RU2016150294A RU2649083C1 RU 2649083 C1 RU2649083 C1 RU 2649083C1 RU 2016150294 A RU2016150294 A RU 2016150294A RU 2016150294 A RU2016150294 A RU 2016150294A RU 2649083 C1 RU2649083 C1 RU 2649083C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- digital integrated
- thermal impedance
- integrated circuit
- amplitude
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 13
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000000113 differential scanning calorimetry Methods 0.000 description 2
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000004246 ligand exchange chromatography Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 210000004243 sweat Anatomy 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технике измерения параметров интегральных микросхем и может быть использовано для контроля качества цифровых интегральных микросхем и определения их температурных запасов. Способ измерения теплового импеданса цифровых интегральных микросхем состоит в том, что контролируемая цифровая интегральная микросхема подключается к источнику питания с напряжением Uпит, нечетное число логических элементов цифровой интегральной схемы соединяют по схеме кольцевого генератора, который периодически включают в режим генерации управляющими импульсами с периодом следования Тсл, длительность τУ которых изменяют по гармоническому закону с частотой модуляции ΩМ, глубиной модуляции m и средним значением длительности τУ0:
на частоте модуляции выделяют и измеряют амплитуду переменной составляющей тока, потребляемого цифровой интегральной схемой, амплитуду изменения частоты генерации кольцевого генератора и разность фаз Δϕ(ΩМ) между этими гармониками и модуль теплового импеданса цифровой интегральной схемы на частоте ΩM определяют по формуле
где KF - известный отрицательный температурный коэффициент частоты генерации кольцевого генератора, а фазу ϕT(ΩM) теплового импеданса рассчитывают по формуле: .
Технический результат заключается в снижении погрешности и упрощении процесса измерений. 3 ил.
Description
Изобретение относится к технике измерения параметров интегральных микросхем и может быть использовано для контроля качества цифровых интегральных микросхем и определения их температурных запасов.
Известен способ определения теплового импеданса КМОП цифровых интегральных микросхем (ЦИС), заключающийся в том, что один из логических элементов (ЛЭ) ЦИС устанавливают в состояние логической единицы, логическое состояния остальных ЛЭ ЦИС изменяют путем подачи на их входы высокочастотных греющих импульсов частотой повторения Fгр, последовательность греющих импульсов модулируют последовательностью видеоимпульсов с постоянным периодом следования Тсл, длительность τP которых изменяют по гармоническому закону: τP=τP0(1+msinΩMt) с частотой модуляции ΩM, глубиной модуляции m и средним значением длительности видеоимпульсов τP0; на частоте модуляции ΩM измеряют амплитуду переменной составляющей тока, потребляемого ЦИС, амплитуду переменной составляющей напряжения логической единицы на выходе того ЛЭ, логическое состояние которого поддерживается неизменным, и разность фаз Δϕ(ΩM) между этими гармониками и модуль теплового импеданса ЦИС на частоте ΩM определяют по формуле:
где KT - известный отрицательный температурный коэффициент напряжения логической единицы, Uпит - напряжение питания ЦИС; а фазу ϕT(ΩM) теплового импеданса ЦИС рассчитывают по формуле ϕT(ΩM)=Δϕ(ΩM)-180°.
Недостатком известного способа является большая погрешность измерения температурочувствительного параметра (ТЧП) - напряжения логической единицы - из-за наличия паразитного падения напряжения на токоведущей металлизации ЦИС и переходных электрических процессов при переключении ЦИС из режима нагрева в режим паузы (см., например, Сергеев В.А., Юдин В.В. Измерение тепловых параметров полупроводниковых изделий с применением амплитудно-импульсной модуляции греющей мощности // Измерительная техника. - 2010. - №6. - С. 32-39). К недостаткам способа относится также необходимость использования внешнего генератора высокочастотных переключающих импульсов.
Технический результат - повышение точности измерения теплового импеданса ЦИС и упрощение реализации способа.
Технический результат достигается тем, что ЦИС подключается к источнику питания с напряжением Uпит, нечетное число ЛЭ ЦИС соединяют по схеме кольцевого генератора (КГ), который периодически включают в режим генерации управляющими импульсами с периодом следования Тсл, длительность τУ которых изменяют по гармоническому закону с частотой модуляции ΩM, глубиной модуляции m и средним значением длительности τУ0:
на частоте модуляции выделяют и измеряют амплитуду переменной составляющей тока, потребляемого ЦИС, амплитуду изменения частоты генерации КГ и разность фаз Δϕ(ΩM) между этими гармониками и модуль теплового импеданса на частоте ΩM определяют по формуле
где KF - известный отрицательный температурный коэффициент частоты генерации КГ, а фазу ϕT(ΩM) теплового импеданса рассчитывают по формуле: ϕT(ΩM)=Δϕ(ΩM)-180°.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется графиками на фиг. 1.
Во время действия управляющих импульсов UУ1 (фиг 1, а) с периодом следования Тсл, длительность τУ которых изменяют по гармоническому закону (2) с частотой ΩM и глубиной модуляции m, КГ, созданный на ЛЭ контролируемой ЦИС, включается в режим генерации и генерирует пачки высокочастотных импульсов (фиг. 1, б) частотой FКГ, которые разогревают ЦИС. Период следования управляющих импульсов UУ1 выбирают из условия
Поскольку мощность, потребляемая ЦИС, зависит от частоты греющих импульсов, то микросхема будет разогреваться последовательностью импульсов мощности амплитудой Ргр, широтно-импульсно модулированных по гармоническому закону (фиг. 1, б). Спектр этой последовательности содержит постоянную составляющую и первую гармонику на частоте ΩM модуляции амплитудой: (см., например, Торяник К.И. и др. Сигналы с широтно-импульсной модуляцией в системах связи // Материалы V Междунар. науч.-техн. школы-конференции «Молодые ученые-2008», 10-13 ноября 2008 г. - М.: МИРЭА, 2008. - Ч. 4. - С. 112-114).
При разогреве ЦИС переменной мощностью спектр температуры ее активной области может быть представлен в виде
где - тепловой импеданс ЦИС, а |ZT(Ω)| и ϕT(Ω) - его модуль и фаза соответственно, j - мнимая единица, P(Ω) - спектр греющей ЦИС мощности (см., например, Сергеев В.А. Методы и средства измерения тепловых параметров полупроводниковых приборов и интегральных схем // Электронная промышленность. - 2004. - №1. - С. 45-48).
Через некоторое время, превышающее три тепловых постоянных времени τТп-к переход-корпус ЦИС (t>3τТп-к), после начала периодического включения КГ в режим генерации в ЦИС установится регулярный тепловой режим, и температура Θ(t) активной области ЦИС будет пульсировать относительно некоторого квазистационарного значения , изменяющегося по закону, близкому к гармоническому, с частотой ΩM (фиг. 1г):
где ϕ - сдвиг фаз между первыми гармониками греющей мощности и температуры активной области ЦИС, - среднее значение температуры, Θm(ΩM) - амплитуда переменной составляющей температуры на частоте ΩM. При выполнении условия τTn-к>>Тсл величина пульсаций δΘ(t) температуры активной области ЦИС будет во много раз меньше Θm:δΘ(t)<<Θm (см., например, Давидов П.Д. Анализ и расчет тепловых режимов полупроводниковых приборов. - М.: Энергия, 1967. - С. 100-116).
Любой температурочувствительный параметр SТП ЦИС, линейно зависящий от температуры активной области ЦИС, будет отслеживать изменение температуры (фиг. 1, д) и изменяться по закону, близкому к гармоническому, с амплитудой
Откуда и получаем выражение для модуля теплового импеданса:
Таким образом, если удается выделить и измерить первые гармоники изменения греющей мощности и изменения ТЧП, обусловленного изменением температуры, то модуль теплового импеданса определяется по формуле (8), а фаза теплового импеданса равна разности фаз между первой гармоникой греющей мощности и первой гармоникой температуры.
В данном способе в качестве ТЧП используется частота FКГ колебаний КГ, которая линейно зависит от температуры с отрицательным температурным коэффициентом KT (см., например, Зельдин Е.А. Цифровые интегральные микросхемы в информационно-измерительной аппаратуре. - Л.: Энергоатомиздат, 1986, стр. 75) и никак не зависит от переходных электрических процессов и падения напряжения на токоведущей металлизации ЦИС, что и обеспечивает достижение технического эффекта. При реализации предлагаемого способа не требуется отдельный генератор высокочастотных переключающих импульсов. Кроме того, современная измерительная техника обеспечивает измерение частоты колебаний точнее, чем амплитуду импульсных напряжений.
В результате линейной температурной зависимости значение FКГ во время действия управляющих импульсов будет повторять (с обратным знаком) изменение температуры активной области ЦИС, а амплитуда первой гармоники переменной составляющей частоты FКГ будет равна:
Заметим, что частота FКГ может быть измерена только в режиме генерации КГ, причем за время действия управляющих импульсов эта частота несколько снижается из-за пульсации температуры относительно квазистационарного значения, и, строго говоря, выражение (9) справедливо для первой гармоники средней за время действия управляющих импульсов частоты КГ.
Мощность Ргр, потребляемую ЦИС в режиме генерации КГ, можно определить, зная напряжение питания и измерив средний за период генерации ток Iпот, потребляемый ЦИС из источника питания за время действия управляющих импульсов:
Заметим также, что амплитуда средней за период греющей мощности во время действия пачек греющих импульсов различной длительности будет различной, поскольку эта мощность определяется частотой FКГ, а эта частота изменяется с изменением температуры. Однако, этот эффект автоматически учитывается при выделении и измерении первой гармоники греющей мощности на частоте модуляции.
На фиг. 2 представлена структурная схема одного из вариантов устройства, реализующего способ, а на фиг. 3 - эпюры сигналов, поясняющие его работу. Устройство содержит контролируемую ЦИС 1, нечетное число ЛЭ которой соединено по схеме КГ, размещенную на теплоотводе и подключенную к источнику питания 2 с напряжением Uпит; устройство управления 3, выход которого подключен к одному из входов первого ЛЭ КГ; токосъемный резистор 4 с сопротивлением R; первый селективный вольтметр 5; преобразователь частоты в напряжение 6, устройство выделения огибающей последовательности видеоимпульсов 7, второй селективный вольтметр 8; измеритель разности фаз 9.
Устройство работает следующим образом. По сигналу «Пуск» устройство управления 3 вырабатывает управляющие импульсы периодом Тсл и длительностью, изменяющейся по гармоническому закону с частотой модуляции ΩM (фиг. 3, а), эти импульсы периодически включают КГ в режим генерации (фиг. 3, б). Напряжение с токосъемного резистора 4, пропорциональное току, потребляемому контролируемой ЦИС (фиг. 3, в), подается на вход первого селективного вольтметра 5, настроенного на частоту модуляции. При выполнении условий и τТn-к>>Тсл температура Θ(t) активной области ЦИС будет изменяться по закону, близкому к гармоническому, с небольшими пульсациями относительно квазистационарного значения (фиг. 3, г). Пачки импульсов частотой FКГ с выхода КГ подаются на вход преобразователя частоты в напряжение 6; импульсы напряжения амплитудой UF, пропорциональной частоте FКГ (рис. 3, д), с выхода преобразователя частоты в напряжение 6 поступают на вход устройства выделения огибающей (рис. 3, д) последовательности видеоимпульсов 7, а с выхода этого устройства переменная составляющая напряжения , пропорциональная температурному изменению частоты FКГ, поступает на вход второго селективного вольтметра 8, также настроенного на частоту модуляции. Сигналы с линейных выходов первого 5 и второго 8 селективных вольтметров поступают на первый и второй входы измерителя разности фаз 9 соответственно. Через некоторое время после сигнала «Пуск» регистрируют показание UCB1 первого селективного вольтметра 5, пропорциональное первой гармонике тока, потребляемого контролируемой ЦИС: , и показание UCB2 второго селективного вольтметра 8, пропорциональное амплитуде первой гармоники изменения частоты генерации КГ: , где Knp - известный коэффициент преобразования частоты в напряжение; по показаниям селективных вольтметров вычисляют модуль теплового импеданса:
а по показанию измерителя разности фаз Δϕ - фазу теплового импеданса:
Claims (5)
- Способ измерения теплового импеданса цифровых интегральных микросхем, состоящий в том, что контролируемая цифровая интегральная микросхема подключается к источнику питания с напряжением , нечетное число логических элементов цифровой интегральной схемы соединяют по схеме кольцевого генератора, который периодически включают в режим генерации управляющими импульсами с периодом следования Тсл, длительность τУ которых изменяют по гармоническому закону с частотой модуляции ΩМ, глубиной модуляции m и средним значением длительности τУ0:
- на частоте модуляции выделяют и измеряют амплитуду переменной составляющей тока, потребляемого цифровой интегральной схемой, амплитуду изменения частоты генерации кольцевого генератора и разность фаз Δϕ(ΩМ) между этими гармониками и модуль теплового импеданса цифровой интегральной схемы на частоте ΩМ определяют по формуле
- где KF - известный отрицательный температурный коэффициент частоты генерации кольцевого генератора, а фазу ϕТ(ΩМ) теплового импеданса рассчитывают по формуле: ϕТ(ΩМ)=Δϕ(ΩМ)-180°.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016150294A RU2649083C1 (ru) | 2016-12-20 | 2016-12-20 | Способ измерения теплового импеданса цифровых интегральных микросхем |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016150294A RU2649083C1 (ru) | 2016-12-20 | 2016-12-20 | Способ измерения теплового импеданса цифровых интегральных микросхем |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2649083C1 true RU2649083C1 (ru) | 2018-03-29 |
Family
ID=61867317
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016150294A RU2649083C1 (ru) | 2016-12-20 | 2016-12-20 | Способ измерения теплового импеданса цифровых интегральных микросхем |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2649083C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7257511B1 (en) * | 2002-12-04 | 2007-08-14 | Xilinx, Inc. | Methods and circuits for measuring the thermal resistance of a packaged IC |
US7408369B2 (en) * | 2004-05-05 | 2008-08-05 | Texas Instruments Incorporated | System and method for determining thermal shutdown characteristics |
RU2392631C1 (ru) * | 2009-06-09 | 2010-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева | Устройство для измерения теплового сопротивления переход-корпус полупроводникового прибора |
RU2463618C1 (ru) * | 2011-04-08 | 2012-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ определения теплового импеданса кмоп цифровых интегральных микросхем |
RU2521789C2 (ru) * | 2012-10-02 | 2014-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ определения теплового импеданса сверхбольших интегральных схем - микропроцессоров и микроконтроллеров |
RU2624406C1 (ru) * | 2016-03-29 | 2017-07-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Способ измерения теплового импеданса светодиодов |
-
2016
- 2016-12-20 RU RU2016150294A patent/RU2649083C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7257511B1 (en) * | 2002-12-04 | 2007-08-14 | Xilinx, Inc. | Methods and circuits for measuring the thermal resistance of a packaged IC |
US7408369B2 (en) * | 2004-05-05 | 2008-08-05 | Texas Instruments Incorporated | System and method for determining thermal shutdown characteristics |
RU2392631C1 (ru) * | 2009-06-09 | 2010-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева | Устройство для измерения теплового сопротивления переход-корпус полупроводникового прибора |
RU2463618C1 (ru) * | 2011-04-08 | 2012-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ определения теплового импеданса кмоп цифровых интегральных микросхем |
RU2521789C2 (ru) * | 2012-10-02 | 2014-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ определения теплового импеданса сверхбольших интегральных схем - микропроцессоров и микроконтроллеров |
RU2624406C1 (ru) * | 2016-03-29 | 2017-07-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Способ измерения теплового импеданса светодиодов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2402783C1 (ru) | Способ измерения теплового импеданса полупроводниковых диодов | |
RU2640089C2 (ru) | Система и способ контроля рабочего состояния igbt-устройства в реальном времени | |
TWI648942B (zh) | 用於檢測開關模式電源的電流檢測電路及其檢測方法 | |
RU2463618C1 (ru) | Способ определения теплового импеданса кмоп цифровых интегральных микросхем | |
RU2017137627A (ru) | Полевое устройство, питаемое от токовой петли, с последовательно соединенными регулятором напряжения и источником тока | |
RU2649083C1 (ru) | Способ измерения теплового импеданса цифровых интегральных микросхем | |
RU2613481C1 (ru) | Способ измерения переходной тепловой характеристики цифровых интегральных схем | |
TW201021423A (en) | Delay circuit, timing generator using the delay circuit, and test device | |
RU2504793C1 (ru) | Способ определения теплового импеданса цифровых кмоп интегральных микросхем | |
RU2507526C1 (ru) | Способ измерения теплового импеданса полупроводниковых диодов с использованием полигармонической модуляции греющей мощности | |
RU2639989C2 (ru) | Способ измерения переходной тепловой характеристики полупроводниковых изделий | |
RU2327177C1 (ru) | Способ определения теплового сопротивления цифровых интегральных микросхем | |
RU2624406C1 (ru) | Способ измерения теплового импеданса светодиодов | |
JP2015137989A (ja) | 信号切替回路およびインピーダンス測定装置 | |
RU2007122863A (ru) | Способ измерения расхода жидких сред и ультразвуковой расходомер | |
RU2556315C2 (ru) | Способ измерения теплового импеданса светодиодов | |
RU2572794C1 (ru) | Способ измерения теплового сопротивления переход-корпус мощных мдп-транзисторов | |
RU2569922C1 (ru) | Способ определения теплового сопротивления переход-корпус цифровых интегральных микросхем | |
RU2697028C2 (ru) | Способ измерения переходной тепловой характеристики цифровых интегральных схем | |
RU149143U1 (ru) | Генератор частотно-модулированных импульсов | |
RU2545322C1 (ru) | Устройство для измерения температуры | |
EP3594669B1 (en) | Thermal analysis of semiconductor devices | |
Ren et al. | CMOS implementation of wide frequency bandwidth Resonator's Q-factor measurement circuit | |
CN106291116B (zh) | 一种电阻测量仪 | |
RU2561337C1 (ru) | Способ измерения теплового сопротивления кмоп цифровых интегральных микросхем |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181221 |