RU2653962C1 - Method of automated determination of thermal resistance transition - body of packed power semiconductor devices - Google Patents
Method of automated determination of thermal resistance transition - body of packed power semiconductor devices Download PDFInfo
- Publication number
- RU2653962C1 RU2653962C1 RU2017110957A RU2017110957A RU2653962C1 RU 2653962 C1 RU2653962 C1 RU 2653962C1 RU 2017110957 A RU2017110957 A RU 2017110957A RU 2017110957 A RU2017110957 A RU 2017110957A RU 2653962 C1 RU2653962 C1 RU 2653962C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thermal resistance
- thermal
- power semiconductor
- semiconductor devices
- transition
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 230000007704 transition Effects 0.000 title 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 6
- 238000003359 percent control normalization Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
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
- G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике измерения тепловых параметров силовых полупроводниковых приборов в корпусном исполнении и может быть использовано для контроля их качества.The invention relates to techniques for measuring the thermal parameters of power semiconductor devices in a housing design and can be used to control their quality.
Технический результат: возможность быстрого определения теплового сопротивления переход-корпус диодов, тиристоров и транзисторов, более простая реализация тестера.Technical result: the ability to quickly determine the thermal resistance of the transition-case of diodes, thyristors and transistors, a simpler implementation of the tester.
Сущность: испытуемый прибор подключают на определенное время (tизм=0.02…0.05 τ) под номинальное напряжение и номинальный синусоидальный ток максимально допустимой частоты, затем подключают под постоянный измерительный ток, измеряют термочувствительный параметр - напряжение на кристалле, и сравнивают его с эталоном.Essence: the device under test is connected for a certain time (t meas = 0.02 ... 0.05 τ) under the rated voltage and the nominal sinusoidal current of the maximum permissible frequency, then connected to a constant measuring current, the temperature-sensitive parameter is measured - the voltage on the crystal, and compared with the reference.
Известны два способа определения теплового сопротивления Rthjc в соответствии со стандартом ГОСТ 24461-80 [1]. В первом способе используются два токовых режима. Первый - режим нагрева силового полупроводникового прибора (СПП) постоянным греющим током до состояния теплового равновесия, второй - режим измерения термочувствительного параметра, при протекании через СПП измерительного тока, не влияющего на тепловое равновесие.There are two methods for determining the thermal resistance R thjc in accordance with the standard GOST 24461-80 [1]. The first method uses two current modes. The first is the mode of heating the power semiconductor device (SPP) with a constant heating current to the state of thermal equilibrium, the second is the mode of measuring the thermosensitive parameter, when the measuring current flows through the SPP, which does not affect thermal equilibrium.
В качестве термочувствительного параметра рекомендуется использовать прямое напряжение u F для диодов или напряжение в открытом состоянии u T для тиристоров и симметричных тиристоров. Температура T j определяется по градуировочной характеристике прибора. Градуируется ИП в термостате при протекании измерительного тока, не влияющего на тепловое равновесие.As a temperature-sensitive parameter, it is recommended to use a forward voltage u F for diodes or an open voltage u T for thyristors and symmetric thyristors. Temperature T j is determined by the calibration characteristic of the device. The IP is calibrated in a thermostat when a measuring current flows that does not affect thermal equilibrium.
Основными недостатками данных способов являются большие временные и энергетические затраты на процесс градуировки и испытания СПП. Данные обстоятельства определяют низкую производительность метода, поэтому этот метод практически не применим для определения теплового сопротивления R thjc при автоматизированном контроле силовых полупроводниковых приборов.The main disadvantages of these methods are the large time and energy costs of the calibration process and testing of SPP. These circumstances determine the low productivity of the method; therefore, this method is practically not applicable for determining the thermal resistance R thjc in the automated control of power semiconductor devices.
Известен способ определения теплового сопротивления переход-корпус силовых полупроводниковых приборов в корпусном исполнении в соответствии с патентом №2300115 РФ, МПК7 G01R 31/26 [2]. В этом способе полупроводниковый прибор нагревают путем пропускания через него тока в состоянии высокой проводимости, на интервале нагревания измеряют и запоминают значения его термочувствительного параметра и температуру корпуса TC(t) прибора в выбранной точке, прекращают нагрев полупроводникового прибора при достижении температурой корпуса заданного значения и в режиме естественного охлаждения пропускают измерительный ток, не влияющий на тепловое равновесие испытуемого прибора, и запоминают значение термочувствительного параметра и температуру корпуса, при этом длительность интервала охлаждения выбирают из условия безусловного выполнения t>3 τ, где τ - тепловая постоянная конструкции прибора. Повторяя подобные операции, определяют тепловое сопротивления R thjc по формуле.A known method for determining the thermal resistance of the transition-housing power semiconductor devices in the housing design in accordance with patent No. 2300115 of the Russian Federation, IPC7 G01R 31/26 [2]. In this method, a semiconductor device is heated by passing current through it in a high-conductivity state, the values of its heat-sensitive parameter and the case temperature T C (t) of the device at a selected point are measured and stored in the heating interval, the semiconductor device is stopped heating when the case temperature reaches a predetermined value and in free cooling mode, a measuring current is passed that does not affect the thermal equilibrium of the device under test, and the value of the heat-sensitive param pa and the case temperature, the duration of the cooling interval is selected from the condition unconditional execution t> 3 τ, where τ - thermal time constant of the device structure. Repeating such operations, determine the thermal resistance R thjc by the formula.
Основными недостатками данного способа также являются большие временные и энергетические затраты на процесс градуировки и испытания СПП, поэтому этот способ практически не применим для определения теплового сопротивления R thjc при автоматизированном контроле силовых полупроводниковых приборов.The main disadvantages of this method are also the large time and energy costs of the calibration and testing of the SPP, therefore this method is practically not applicable for determining the thermal resistance R thjc during the automated control of power semiconductor devices.
Сокращение времени определения R thjc достигается путем допущения того предположения, что градуировочные зависимости u F(T) (Tj) одинаковы для партии однотипных приборов. Для этого осуществляется градуировка нескольких приборов, по которым определяется усредненная характеристика, которая и применяется при определении R thjc для всех приборов. Однако из-за технологических отклонений в процессе производства СПП, не достаточно качественной посадке кристалла в корпус прибора тепловые сопротивления различных СПП могут существенно отличаться от эталонного. Это может привести к перегреву и выходу из строя отдельных СПП при подключении их под номинальные напряжения, ток и частоту коммутаций.The reduction of the determination time R thjc is achieved by assuming that the calibration dependences u F (T) (Tj) are the same for a batch of devices of the same type. For this, a calibration of several devices is carried out, according to which the average characteristic is determined, which is used to determine R thjc for all devices. However, due to technological deviations in the production process of SPPs, the crystal is not of a high enough quality to fit into the device case, the thermal resistances of various SPPs can differ significantly from the reference one. This can lead to overheating and failure of individual SPPs when they are connected under rated voltages, currents and switching frequencies.
Для устранения названных недостатков предлагается способ автоматизированного определения теплового сопротивления переход-корпус силовых полупроводниковых приборов в корпусном исполнении, отличающийся тем, что для повышения быстродействия измерений и обеспечения стопроцентного контроля теплового сопротивления у всех СПП подключают каждый СПП под номинальные напряжение, ток и частоту коммутации кратковременно на время, равное 0,02…0,05 постоянной времени теплового процесса прибора t=0,05 τ, затем отключают, измеряют термочувствительный параметр и сравнивают его с эталонным.To eliminate these shortcomings, a method is proposed for automated determination of the thermal resistance of the junction-case power semiconductor devices in a housing design, characterized in that to increase the speed of measurements and ensure absolute control of thermal resistance for all SPPs, each SPP is connected under rated voltage, current and switching frequency for a short time the time equal to 0.02 ... 0.05 the time constant of the thermal process of the device t = 0.05 τ, then turn off, measure the heat-sensitive parameter and compare it with the reference.
Этот способ использует свойство экспоненты быстро изменять почти по линейному закону свою величину на начальном участке. Так за время, равное 0,05 постоянной времени процесса t=0,05 τ, произойдет изменение начального значения любой величины, характеризующей этот процесс, примерно на 5%. Такое изменение любой величины вполне можно измерить в автоматизированной установке. Кроме того, поскольку постоянная времени тепловых процессов у большинства СПП измеряется несколькими минутами, то время измерений при контроле СПП этим способом оказывается невелико - измеряется несколькими секундами. Это также существенно для автоматизированного контроля СПП.This method uses the property of the exponent to quickly change almost linearly its value in the initial section. So for a time equal to 0.05 process time constant t = 0.05 τ, the initial value of any value characterizing this process will change by about 5%. Such a change of any magnitude can be measured in an automated installation. In addition, since the time constant of thermal processes in most SPPs is measured in several minutes, the measurement time when monitoring SPPs in this way is small - it is measured in several seconds. It is also essential for automated control of NGN.
Для реализации способа и определения эталонного значения термочувствительного параметра определяют для одного или нескольких СПП конкретной партии величину теплового сопротивления R thjc известными трудоемкими методами [1, 2 и др.]. Затем эталонный СПП подключают под номинальные напряжение, ток и частоту переменного сигнала. Через заданное время, например, равное t=0,05 τ - тепловой постоянной конструкции прибора, СПП отключают и измеряют термочувствительный параметр, в качестве которого используют прямое напряжение для диодов при заданном измерительном токе или напряжение в открытом состоянии для тиристоров и симметричных тиристоров. Числовое значение этого напряжения используют в качестве эталона при автоматизированном испытании остальных СПП данной партии. Если у испытуемого СПП величина термочувствительного параметра оказывается больше эталонной, то этот СПП уходит в брак - при дальнейшей эксплуатации при номинальных режимах он будет перегреваться и выйдет из строя. Чтобы исключить при проведении испытаний выход из строя дорогостоящих СПП, выполненных, например, на карбиде кремния, целесообразно проводить испытания сначала при 80% и затем 100% номинального тока.To implement the method and determine the reference value of the heat-sensitive parameter, the thermal resistance R thjc is determined for one or several SPPs of a particular batch by known labor-intensive methods [1, 2, etc.]. Then, the reference SPP is connected under the rated voltage, current and frequency of the alternating signal. After a predetermined time, for example, equal to t = 0.05 τ - the thermal constant design of the device, the SPP is turned off and the temperature-sensitive parameter is measured, which is used as a direct voltage for diodes at a given measuring current or open voltage for thyristors and symmetric thyristors. The numerical value of this voltage is used as a reference for the automated testing of the remaining SPPs of a given batch. If the tested SPP has a temperature-sensitive parameter that is higher than the reference value, then this SPP goes into marriage - during further operation at nominal conditions, it will overheat and fail. In order to exclude the failure of expensive SPPs made, for example, on silicon carbide during testing, it is advisable to test first at 80% and then 100% of the rated current.
ЛитератураLiterature
1. ГОСТ 24461-80. Приборы полупроводниковые силовые. Методы измерений и испытаний.1. GOST 24461-80. Semiconductor power devices. Methods of measurement and testing.
2. ПАТЕНТ №2300115 РФ, МПК7 G01R 31/26. Способ определения теплового сопротивления переход-корпус силовых полупроводниковых приборов в корпусном исполнении / Н.Н. Беспалов (RU), М.В. Ильин (RU). - №200610336; заявл. 02.02.2006; опубл. 27.05.2007, бюл. №15. - 642 с.2. PATENT No. 2300115 of the Russian Federation, IPC7 G01R 31/26. The method for determining the thermal resistance of the transition-housing power semiconductor devices in the housing design / N.N. Bespalov (RU), M.V. Ilyin (RU). - No. 200610336; declared 02.02.2006; publ. 05/27/2007, bull. No. 15. - 642 p.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017110957A RU2653962C1 (en) | 2017-03-31 | 2017-03-31 | Method of automated determination of thermal resistance transition - body of packed power semiconductor devices |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017110957A RU2653962C1 (en) | 2017-03-31 | 2017-03-31 | Method of automated determination of thermal resistance transition - body of packed power semiconductor devices |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2653962C1 true RU2653962C1 (en) | 2018-05-15 |
Family
ID=62153060
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017110957A RU2653962C1 (en) | 2017-03-31 | 2017-03-31 | Method of automated determination of thermal resistance transition - body of packed power semiconductor devices |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2653962C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04359169A (en) * | 1991-06-05 | 1992-12-11 | Mitsubishi Electric Corp | Thermal resistance detecting method for field effect transistor |
| RU2087919C1 (en) * | 1994-08-15 | 1997-08-20 | Ульяновский государственный технический университет | Device for measuring junction-to-case thermal resistance of semiconductor diodes |
| RU2178893C1 (en) * | 2001-03-13 | 2002-01-27 | Ульяновский государственный технический университет | Process determining thermal resistance of junction-package of semiconductor diodes |
| RU2300115C1 (en) * | 2006-02-02 | 2007-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева" | Mode of definition of thermal resistance transition-body of power of semi-conductive devices fulfilled in a body |
| JP4359169B2 (en) * | 2004-03-24 | 2009-11-04 | Ｈｏｙａ株式会社 | Press molding preform manufacturing method, manufacturing apparatus, and optical element manufacturing method |
| 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 |
-
2017
- 2017-03-31 RU RU2017110957A patent/RU2653962C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04359169A (en) * | 1991-06-05 | 1992-12-11 | Mitsubishi Electric Corp | Thermal resistance detecting method for field effect transistor |
| RU2087919C1 (en) * | 1994-08-15 | 1997-08-20 | Ульяновский государственный технический университет | Device for measuring junction-to-case thermal resistance of semiconductor diodes |
| RU2178893C1 (en) * | 2001-03-13 | 2002-01-27 | Ульяновский государственный технический университет | Process determining thermal resistance of junction-package of semiconductor diodes |
| JP4359169B2 (en) * | 2004-03-24 | 2009-11-04 | Ｈｏｙａ株式会社 | Press molding preform manufacturing method, manufacturing apparatus, and optical element manufacturing method |
| RU2300115C1 (en) * | 2006-02-02 | 2007-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева" | Mode of definition of thermal resistance transition-body of power of semi-conductive devices fulfilled in a body |
| 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 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105510793B (en) | A self-calibration method for junction temperature measurement of converter IGBT power modules | |
| CN105987774B (en) | Thermocouple wire tests circuit | |
| RU2012138818A (en) | METHOD FOR DETERMINING THERMAL RESISTANCE TRANSITION - FIELD-CONTROLLED TRANSISTOR HOUSING | |
| JP5045325B2 (en) | Transistor inspection method and inspection apparatus | |
| RU2653962C1 (en) | Method of automated determination of thermal resistance transition - body of packed power semiconductor devices | |
| Denk et al. | Case sensitive condition monitoring of an IGBT inverter in a hybrid car | |
| Hantos et al. | K-factor calibration issues of high power LEDs | |
| 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 | |
| CN106197721B (en) | The method and apparatus of wafer temperature detection and the processing of IGBT module temperature detection | |
| Yuan et al. | Self-calibration for IGBT junction temperature measurement in power converter | |
| CN116699352B (en) | Test temperature determining method for high-temperature reverse bias test of power semiconductor module | |
| RU2707757C1 (en) | Method of reducing measurement error of temperature with electric bridge | |
| Kulothungan et al. | Novel method for accelerated thermal cycling of gallium nitride power devices to perform reliability assessment | |
| JP6348755B2 (en) | Method for testing semiconductor transistors | |
| RU2716852C1 (en) | Method of measuring temperature | |
| RU2698512C1 (en) | Method for automated monitoring of thermal resistances of semiconductor devices | |
| RU2635385C1 (en) | Determination method of protection operating time of conductive contact joints of switching devices from overheat | |
| RU121374U1 (en) | DEVICE FOR ACCELERATED CONTROL OF HEAT RESISTANCE OF POWER SEMICONDUCTOR TABLET CONSTRUCTION DEVICES | |
| US2953748A (en) | Transistor testing | |
| RU189683U1 (en) | A device for conducting current annealing of microwires with remote temperature control | |
| RU2617148C1 (en) | Led testing method | |
| RU2743902C1 (en) | Method for determination of dry transformer heating time constant | |
| RU2787328C1 (en) | Method for measuring transition-case thermal resistance and transition-case thermal time constant of a semiconductor product | |
| Joung et al. | Uncertainty assessment of resistance thermometry bridges | |
| RU2655736C1 (en) | Method of estimation of thermal constant power semiconductor apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190401 |