RU2686859C1 - Method of measuring thermal resistance between a housing of a semiconductor device and a cooling radiator - Google Patents

Method of measuring thermal resistance between a housing of a semiconductor device and a cooling radiator Download PDF

Info

Publication number
RU2686859C1
RU2686859C1 RU2018131969A RU2018131969A RU2686859C1 RU 2686859 C1 RU2686859 C1 RU 2686859C1 RU 2018131969 A RU2018131969 A RU 2018131969A RU 2018131969 A RU2018131969 A RU 2018131969A RU 2686859 C1 RU2686859 C1 RU 2686859C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
semiconductor device
cooling radiator
housing
temperature
thermal resistance
Prior art date
Application number
RU2018131969A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Иванович Солдатов
Андрей Алексеевич Солдатов
Иван Михайлович Васильев
Юлия Викторовна Шульгина
Мария Алексеевна Костина
Павел Владимирович Сорокин
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
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 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority to RU2018131969A priority Critical patent/RU2686859C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2686859C1 publication Critical patent/RU2686859C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/18—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating thermal conductivity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/14—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature
    • G01N27/18—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature caused by changes in the thermal conductivity of a surrounding material to be tested
    • 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
    • G01R31/2601—Apparatus or methods therefor
    • 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
    • G01R31/2607—Circuits therefor
    • G01R31/2608—Circuits therefor for testing bipolar transistors
    • G01R31/2619—Circuits therefor for testing bipolar transistors for measuring thermal properties thereof

Landscapes

  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to measurement equipment, namely to nondestructive testing, and can be used for measurement of thermal parameters of semiconductor devices after fabrication and mounting on cooling radiator. Disclosed is a method of measuring thermal resistance between a housing of a semiconductor device and a cooling radiator, which consists in fixing a housing of a controlled semiconductor device on a cooling radiator through a layer of heat-conducting paste. Cooling radiator is placed in heated liquid, temperature of which is not more than 75 % of maximum heating temperature of semiconductor device, wherein housing of semiconductor device is located above level of heated liquid. Measuring n values of voltages of the thermoelectric EMF between the housing of the semiconductor device and the cooling radiator, amplifying them, performing analogue-to-digital conversion, storing and determining n temperature values of the housing of the semiconductor device using the formula:
Figure 00000011
where EEEMF – measured thermoEMF at the end of i time interval, Tcr is temperature of cooling radiator placed in heated liquid, α – Seebeck coefficient, i – current index, varies from 0 to n, i and n – natural row of numbers, and then average value of thermal resistance by formula:
Figure 00000012
, where C is heat capacity of semiconductor device housing, t0 is the semiconductor device housing heating process start time, ti=(Δt⋅i) are time intervals during heating of semiconductor device housing, Δt is value of time interval, T0 – temperature of housing of semiconductor device before measurement, TSDi – temperature of the housing of the semiconductor device at the end i of the time interval.
EFFECT: high information value of the obtained measurement data, since the method enables to measure thermal resistance between the housing of any semiconductor device and the cooling radiator after installing the semiconductor device on the cooling radiator, this provides information on the presence and quality of heat-conducting paste application between the semiconductor device and the cooling radiator without removal of the cooling radiator before the semiconductor device is put into operation.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к неразрушающему контролю и может быть использовано для измерения тепловых параметров полупроводниковых приборов после изготовления и монтажа на радиатор охлаждения.The invention relates to measuring equipment, namely, non-destructive testing and can be used to measure the thermal parameters of semiconductor devices after fabrication and installation on a cooling radiator.

Известен способ измерения теплового сопротивления термопаст [Измерение теплового сопротивления термопаст. Вы можете провести их сами. На страницах сайта www.electrosad.ru.], осуществляемый устройством, включающем в себя источник питания ~220 В, соединенный первым выводом с предохранителем, а вторым выводом с переключателем. Выход предохранителя соединен со входом лабораторного автотрансформатора, выход переключателя соединен со вторым входом лабораторного автотрансформатора. К выходу лабораторного автотрансформатора подключен вольтметр и, через последовательно соединенный амперметр, резистор. Резистор привинчен к радиатору охлаждения с устройством обдува через слой теплопроводящей пасты.There is a method of measuring thermal resistance of thermal grease [Measurement of thermal resistance of thermal grease. You can spend them yourself. On the pages of the site www.electrosad.ru.], Implemented by the device, which includes a ~ 220 V power supply, connected with the first output to the fuse and the second output to the switch. The output of the fuse is connected to the input of the laboratory autotransformer, the output of the switch is connected to the second input of the laboratory autotransformer. A voltmeter is connected to the output of the laboratory autotransformer and, through a series-connected ammeter, a resistor. The resistor is screwed to the cooling radiator with a device blowing through a layer of heat-conducting paste.

Измерение теплового сопротивления термопасты включает воздействие на резистор, привинченный к радиатору охлаждения через слой теплопроводящей пасты заданным напряжением, измерения тока резистора, измерения температуры корпуса резистора и температуры радиатора охлаждения вблизи контактной поверхности с помощью термопар. Далее определяют значение теплового сопротивления термопасты по формуле:Measurement of thermal resistance of thermal paste includes an effect on a resistor, screwed to the cooling radiator through a layer of heat-conducting paste with a specified voltage, measuring the current of the resistor, measuring the temperature of the resistor body and the temperature of the cooling radiator near the contact surface using thermocouples. Next, determine the value of thermal resistance of the thermal paste according to the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где tPO - температура радиатора охлаждения вблизи контактной поверхности;where t PO is the temperature of the cooling radiator near the contact surface;

tR1 - температура резистора;t R1 is the temperature of the resistor;

U - приложенное на резистор напряжение;U is the voltage applied to the resistor;

I - измеренный ток резистора.I - measured resistor current.

Этот способ не позволяет контролировать тепловое сопротивление между корпусом полупроводникового прибора и радиатором охлаждения, так как при подаче напряжения на полупроводниковый прибор температура корпуса полупроводникового прибора будет зависеть еще и от теплового сопротивления «переход-корпус».This method does not allow to control the thermal resistance between the semiconductor device case and the cooling radiator, since when the voltage is applied to the semiconductor device, the temperature of the semiconductor device case will also depend on the transition-case thermal resistance.

Известен способ измерения теплового сопротивления переход-корпус полупроводникового прибора [RU 2529761 С1, МПК G01R 31/00 (2006.01), опубл. 27.09.2014], выбранный в качестве прототипа, включающий воздействие на контролируемый полупроводниковый прибор нагретой жидкостью с заданной температурой, определение зависимости выходного напряжения контролируемого полупроводникового прибора от температуры нагрева контролируемого полупроводникового прибора, определение теплового сопротивления переход-корпус контролируемого полупроводникового прибора с учетом параметров теплоемкости контролируемого полупроводникового прибора, значений температур и времени нагрева между этими температурами контролируемого полупроводникового прибора. Причем воздействие нагретой жидкостью на контролируемый полупроводниковый прибор осуществляют посредством струи нагретой жидкости, фиксируя при этом n значений выходного напряжения контролируемого полупроводникового прибора через равные промежутки времени, фиксируя при этом время начала процесса и фиксируя время конца каждого последующего временного интервала нагрева контролируемого полупроводникового прибора. Определение зависимости выходного напряжения контролируемого полупроводникового прибора от температуры нагрева контролируемого полупроводникового прибора осуществляют по двум крайним температурам, соответствующим началу и концу процесса нагрева контролируемого полупроводникового прибора. На основе этой зависимости определяют температурный коэффициент напряжения контролируемого полупроводникового прибора, n значений выходного напряжения контролируемого полупроводникового прибора преобразуют в n значений температур в конце каждого временного интервала путем деления каждого измеренного выходного напряжения на температурный коэффициент напряжения. Определение теплового сопротивления переход-корпус контролируемого полупроводникового прибора осуществляют n раз с учетом n временных интервалов времени нагрева полупроводникового прибора, n значений температур контролируемого полупроводникового прибора, определяемых в конце каждого временного интервала. Далее определяют среднее значение теплового сопротивления переход-корпус контролируемого полупроводникового прибора по формуле:There is a method of measuring the thermal resistance of the transition-body semiconductor device [RU 2529761 C1, IPC G01R 31/00 (2006.01), publ. September 27, 2014], selected as a prototype, including the effect on a controlled semiconductor device with a heated fluid with a given temperature, determining the dependence of the output voltage of the controlled semiconductor device on the heating temperature of the controlled semiconductor device, determining the thermal resistance of the transition-case of the controlled semiconductor device taking into account the heat capacity parameters of the controlled semiconductor device semiconductor device, temperature values and heating time between these perature-controlled semiconductor device. Moreover, the effect of the heated fluid on the monitored semiconductor device is carried out by means of a jet of heated liquid, while fixing n values of the output voltage of the monitored semiconductor device at equal intervals of time, fixing the start time of the process and fixing the end time of each subsequent heating time interval of the monitored semiconductor device. The determination of the dependence of the output voltage of the monitored semiconductor device on the heating temperature of the monitored semiconductor device is carried out at two extreme temperatures corresponding to the beginning and end of the heating process of the monitored semiconductor device. Based on this dependence, the temperature coefficient of the voltage of the monitored semiconductor device is determined, n values of the output voltage of the monitored semiconductor device are converted into n temperature values at the end of each time interval by dividing each measured output voltage by the temperature coefficient of voltage. The determination of the thermal resistance of the transition-case of the monitored semiconductor device is carried out n times taking into account n time intervals of heating the semiconductor device, n temperature values of the monitored semiconductor device, determined at the end of each time interval. Next, determine the average value of thermal resistance of the transition-body controlled semiconductor device according to the formula:

Figure 00000002
Figure 00000002

где С - теплоемкость контролируемого полупроводникового прибора,where C is the heat capacity of the monitored semiconductor device,

t0 - время начала процесса нагрева контролируемого полупроводникового прибора,t 0 - the start time of the heating process controlled semiconductor device,

ti=(Δt⋅i) - временные интервалы в процессе нагрева контролируемого полупроводникового прибора,t i = (Δt⋅i) - time intervals in the process of heating a controlled semiconductor device,

Δt - значение временного интервала,Δt is the time interval value,

Т0 - значения температуры контролируемого полупроводникового прибора перед началом измерения,T 0 - temperature values of the monitored semiconductor device before the measurement,

Ti - значения температуры контролируемого полупроводникового прибора в конце i временного интервала,T i - temperature values of the monitored semiconductor device at the end of the i time interval,

i - текущий индекс, изменяется от 0 до n,i is the current index, varies from 0 to n,

i и n - натуральный ряд чисел.i and n is a natural series of numbers.

Этот способ не позволяет контролировать тепловое сопротивление между корпусом полупроводникового прибора и радиатором охлаждения, так как выходное напряжение контролируемого полупроводникового прибора зависит не только от теплового сопротивления переход-корпус полупроводникового прибора, но и от качества нанесения теплопроводящей пасты между корпусом полупроводникового прибора и радиатором охлаждения.This method does not allow to control the thermal resistance between the semiconductor body and the cooling radiator, since the output voltage of the monitored semiconductor device depends not only on the thermal resistance of the semiconductor device, but also on the quality of thermal paste coating between the semiconductor body and the radiator.

Техническим результатом предложенного изобретения является измерение теплового сопротивления между корпусом полупроводникового прибора и радиатором охлаждения после установки полупроводникового прибора на радиатор охлаждения.The technical result of the proposed invention is the measurement of thermal resistance between the body of the semiconductor device and the cooling radiator after installing the semiconductor device on the cooling radiator.

Способ измерения теплового сопротивления между корпусом полупроводникового прибора и радиатором охлаждения, также как в прототипе, включает воздействие нагретой жидкостью с заданной температурой, измерение n значений напряжений через равные промежутки времени и фиксацию времени начала процесса и времени конца каждого последующего временного интервала нагрева, определение теплового сопротивления n раз с учетом n временных интервалов времени нагрева, определение среднего значения теплового сопротивления.The method of measuring the thermal resistance between the semiconductor case and the cooling radiator, as well as in the prototype, includes exposure to a heated fluid with a given temperature, measuring n voltage values at regular intervals and fixing the start time of the process and the end time of each subsequent heating time interval, determining thermal resistance n times taking into account n time intervals of heating time, the determination of the average value of thermal resistance.

Согласно изобретению закрепляют корпус контролируемого полупроводникового прибора на радиаторе охлаждения через слой теплопроводящей пасты. Радиатор охлаждения размещают в нагретой жидкости, температура которой не более 75% от предельной температуры нагрева полупроводникового прибора, причем корпус полупроводникового прибора располагают выше уровня нагретой жидкости. Измеряют n значений напряжений термоЭДС между корпусом полупроводникового прибора и радиатором охлаждения, усиливают их, производят аналого-цифровое преобразование, сохраняют и определяют n значений температур корпуса полупроводникового прибора по формуле:According to the invention, the body of the controlled semiconductor device is fixed on the radiator of cooling through a layer of heat-conducting paste. The cooling radiator is placed in a heated liquid, the temperature of which is not more than 75% of the limiting temperature of heating of the semiconductor device, and the body of the semiconductor device is located above the level of the heated liquid. Measure n values of thermopower voltages between the case of a semiconductor device and a cooling radiator, amplify them, produce analog-digital conversion, save and determine n temperature values of the case of a semiconductor device by the formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

где ЕЕЭДСi - измеренная термоЭДС в конце i временного интервала,where Е ЕЭДСi is the measured thermopower at the end of the i time interval,

Tpo - температура радиатора охлаждения, помещенного в нагретую жидкость,T po - the temperature of the cooling radiator placed in the heated liquid

α - коэффициент Зеебека,α is the Seebeck coefficient,

i - текущий индекс, изменяется от 0 до n,i is the current index, varies from 0 to n,

i и n - натуральный ряд чисел, а затем среднее значение теплового сопротивления по формуле:i and n - a natural series of numbers, and then the average value of thermal resistance according to the formula:

Figure 00000004
Figure 00000004

где С - теплоемкость корпуса полупроводникового прибора,where C is the heat capacity of the semiconductor device,

t0 - время начала процесса нагрева корпуса полупроводникового прибора,t 0 - the start time of the heating process of the semiconductor device,

ti=(Δt⋅i) - временные интервалы в процессе нагрева корпуса полупроводникового прибора,t i = (Δt⋅i) - time intervals in the process of heating the body of a semiconductor device,

Δt - значение временного интервала,Δt is the time interval value,

Т0 - температура корпуса полупроводникового прибора перед началом измерения,T 0 - the temperature of the semiconductor device before measurement,

ТПП i - температура корпуса полупроводникового прибора в конце i временного интервала.T PP i - the temperature of the semiconductor device at the end of the i time interval.

Предложенный способ позволяет измерять тепловое сопротивление между корпусом любого полупроводникового прибора и радиатором охлаждения после установки полупроводникового прибора на радиатор охлаждения, что дает информацию о наличии и качестве нанесения теплопроводящей пасты между полупроводниковым прибором и радиатором охлаждения без снятия радиатора охлаждения до введения полупроводникового прибора в эксплуатацию.The proposed method allows to measure the thermal resistance between the body of any semiconductor device and the cooling radiator after installing the semiconductor device on the cooling radiator, which gives information about the availability and quality of applying heat-conducting paste between the semiconductor device and the cooling radiator without removing the cooling radiator before the semiconductor device is put into operation.

На фиг. 1 представлено устройство, реализующее предлагаемый способ.FIG. 1 shows a device that implements the proposed method.

Предложенный способ измерения теплового сопротивления между корпусом полупроводникового прибора и радиатором охлаждения осуществлен с помощью устройства, содержащего микроконтроллер 1, микроконтроллер 1, соединенный с оптическим излучателем 2 и оптическим приемником 3. Персональный компьютер 4 соединен с микроконтроллером 1. К корпусу полупроводникового прибора 5 подключен первый вход усилителя 6, выход которого связан с входом аналого-цифрового преобразователя 7 (АЦП), который соединен с микроконтроллером 1. К радиатору охлаждения 8 через слой теплопроводящей пасты 9 привинчен корпус полупроводникового прибора 5. Радиатор охлаждения 8 размещен в емкости 10, наполненной диэлектрической жидкостью 11, так, что нижняя часть радиатораThe proposed method of measuring thermal resistance between the semiconductor device case and the cooling radiator is carried out using a device containing a microcontroller 1, a microcontroller 1 connected to the optical emitter 2 and an optical receiver 3. The personal computer 4 is connected to the microcontroller 1. The first input is connected to the case of the semiconductor device 5 amplifier 6, the output of which is connected to the input of analog-to-digital converter 7 (ADC), which is connected to the microcontroller 1. To the cooling radiator 8 black a layer of thermal grease 9 is screwed onto the housing 5. The semiconductor device cooling radiator 8 arranged in the container 10 filled with dielectric liquid 11 such that the lower part of the radiator

охлаждения 8 погружена в диэлектрическую жидкость 11, а корпус полупроводникового прибора 5 расположен выше ее уровня. Радиатор охлаждения 8 соединен со вторым входом усилителя 6. Емкость 10 установлена на нагреватель 12. Оптический излучатель 2 и оптический приемник 3 прикреплены изнутри на противоположных стенках емкости 10 так, что они расположены выше уровня диэлектрической жидкости 11, а их оптические оси совпадают и направлены навстречу друг другу.cooling 8 is immersed in the dielectric fluid 11, and the housing of the semiconductor device 5 is located above its level. The cooling radiator 8 is connected to the second input of the amplifier 6. A container 10 is installed on the heater 12. The optical emitter 2 and the optical receiver 3 are attached inside on the opposite walls of the tank 10 so that they are located above the level of the dielectric liquid 11, and their optical axes coincide and are directed towards each other.

В качестве полупроводникового прибора 9 использовали транзистор КТ805. В качестве радиатора охлаждения 6 использовали радиатор SK29-25S. В качестве микроконтроллера 1 использовали микросхему Atmega 16 производства фирмы «ATMEL». Микроконтроллер 1 соединен с персональным компьютером 5 интерфейсом RS232 для передачи данных. В качестве оптического излучателя 2 был использован инфракрасный светодиод АЛ107Б. Оптический приемник 3 - фотодиод марки ФД265-01. В качестве диэлектрической жидкости 10 использована полиметилсилоксановая жидкость марки ПМС-5 по ГОСТ 13032-77 с изм. 1-3 [«Кремнийорганические продукты, выпускаемые в СССР», Каталог-справочник. М.: Химия, 1970. - С. 52). Использован усилитель 11 с малым напряжением смещения нуля и дрейфом нуля, например, ОР177, аналого-цифровой преобразователь 4 (АЦП) - с временем преобразования не более 1 мс и разрядностью не менее 12 бит, например, МАХ1270. Нагревателем 12 была лабораторная плитка ПЛ-01 с функцией стабилизации температуры, позволяющая вести нагрев до 300°С.As a semiconductor device 9 used the transistor KT805. As radiator cooling 6 used radiator SK29-25S. As a microcontroller 1, an Atmega 16 chip manufactured by ATMEL was used. The microcontroller 1 is connected to a personal computer 5 with an RS232 interface for data transmission. As the optical emitter 2 was used infrared LED AL107B. Optical receiver 3 is a photodiode of the FD265-01 brand. As the dielectric liquid 10 used polymethylsiloxane liquid brand PMS-5 according to GOST 13032-77 with ame. 1-3 ["Silicon products manufactured in the USSR", Directory-directory. M .: Chemistry, 1970. - p. 52). Amplifier 11 with low zero bias voltage and zero drift is used, for example, OP177, analog-to-digital converter 4 (ADC) - with a conversion time of not more than 1 ms and a bit depth of at least 12 bits, for example, MAX1270. The heater 12 was a laboratory tile PL-01 with a temperature stabilization function, which allows heating up to 300 ° C.

В начале с помощью нагревателя 12 нагрели диэлектрическую жидкость 11 до температуры 70°С, которая определялась как не более 75% от максимально допустимой температуры, обозначенной в технических условия полупроводникового прибора - транзистора КТ805. Затем, включив микроконтроллер 1, подавали импульсные сигналы на оптический излучатель 2. Сигналы с оптического излучателя 2 поступали на оптический приемник 3, что сигнализировало об отсутствии радиатора охлаждения 8 в жидкости 11 и неготовности устройства к работе.At the beginning, with the help of heater 12, the dielectric fluid 11 was heated to a temperature of 70 ° C, which was defined as no more than 75% of the maximum allowable temperature indicated in the technical conditions of the semiconductor device - KT805 transistor. Then, turning on the microcontroller 1, the pulsed signals were fed to the optical emitter 2. The signals from the optical emitter 2 arrived at the optical receiver 3, which signaled the absence of a cooling radiator 8 in the liquid 11 and the device was not ready for operation.

Затем поместили радиатор охлаждения 8 с прикрепленным к нему через слой теплопроводящей пасты 9 корпусом полупроводникового прибора 5 в нагретую диэлектрическую жидкость 11. Сигналы с оптического излучателя 2 перестали поступать на оптический приемник 3, что сигнализировало о начале процесса измерения. Микроконтроллер 1 начал отсчет времени измерения. В результате нагрева радиатора охлаждения 8 между ним и корпусом полупроводникового прибора 5 возникла термоЭДС, которая поступала на усилитель 6, а затем на аналого-цифровой преобразователь 7 (АЦП). С выхода аналого-цифрового преобразователя 7 (АЦП) данные в цифровой форме поступали в микроконтроллер 1, который через заданные промежутки времени, передавал их в персональный компьютер 5. По мере передачи тепловой энергии от радиатора охлаждения 8 к корпусу полупроводникового прибора 5 происходило изменение термоЭДС. Микроконтроллер 1 фиксировал время окончания измерения, которое составило, 700 секунд, и с помощью программы определил температуру корпуса полупроводникового прибора 5 по формуле (1).Then they placed the cooling radiator 8 with the body of the semiconductor device 5 attached to it through the layer of heat-conducting paste 9 into the heated dielectric fluid 11. The signals from the optical emitter 2 stopped flowing to the optical receiver 3, which signaled the beginning of the measurement process. The microcontroller 1 started counting the measurement time. As a result of the heating of the cooling radiator 8 between it and the case of the semiconductor device 5, thermoEMF arose, which was fed to the amplifier 6, and then to the analog-to-digital converter 7 (ADC). From the output of the analog-to-digital converter 7 (ADC), the data in digital form came to the microcontroller 1, which, at specified intervals, transferred them to the personal computer 5. With the transfer of thermal energy from the cooling radiator 8 to the body of the semiconductor device 5, the thermoelectric power changed. The microcontroller 1 fixed the end time of the measurement, which was 700 seconds, and using the program determined the temperature of the semiconductor device case 5 by the formula (1).

После расчета температуры корпуса полупроводникового прибора 5 в каждом временном интервале получили массив температур TППi, в котором каждому члену массива соответствует значение температуры корпуса полупроводникового прибора 5 в момент времени ti, причем время определялось по номеру члена массива. После преобразования полученный массив ТППi передавался из микроконтроллера 1 в компьютер 4 с помощью интерфейса RS232 и использовался для расчета теплового сопротивления между корпусом полупроводникового прибора 5 и радиатором охлаждения 8. Расчет теплового сопротивления производился в компьютере 4 в программе Microsoft Excel n раз с последующим вычислением средней величины по формуле (2).After calculating the temperature of the semiconductor device case 5 in each time interval, an array of temperatures T ППi was obtained , in which each member of the array corresponds to the temperature value of the case of the semiconductor device 5 at the time ti, and the time was determined by the number of the array member. After the conversion, the received TpPi array was transferred from the microcontroller 1 to the computer 4 using the RS232 interface and was used to calculate the thermal resistance between the semiconductor body 5 and the cooling radiator 8. The thermal resistance was calculated in computer 4 using Microsoft Excel n times with subsequent calculation values by the formula (2).

Измеренное тепловое сопротивление между корпусом транзистора К805 и радиатором охлаждения SK29-25S с нанесенной тонким равномерным слоем теплопроводящей пастой КПТ-8 составило 0,061°С/Вт, с а без нанесения теплопроводящей пасты - 0,112°С/Вт.The measured thermal resistance between the K805 transistor case and the SK29-25S radiator with a thin uniformly applied thermally conductive paste KPT-8 was 0.061 ° C / W, and without applying a thermal paste - 0.112 ° C / W.

Claims (15)

Способ измерения теплового сопротивления между корпусом полупроводникового прибора и радиатором охлаждения, включающий воздействие нагретой жидкостью с заданной температурой, измерение n значений напряжений через равные промежутки времени и фиксацию времени начала процесса и времени конца каждого последующего временного интервала нагрева, определение теплового сопротивления n раз с учетом n временных интервалов времени нагрева, определение среднего значения теплового сопротивления, отличающийся тем, что закрепляют корпус контролируемого полупроводникового прибора на радиаторе охлаждения через слой теплопроводящей пасты, радиатор охлаждения размещают в нагретой жидкости, температура которой не более 75% от предельной температуры нагрева полупроводникового прибора, причем корпус полупроводникового прибора располагают выше уровня нагретой жидкости, измеряют n значений напряжений термоЭДС между корпусом полупроводникового прибора и радиатором охлаждения, усиливают их, производят аналого-цифровое преобразование, сохраняют и определяют n значений температур корпуса полупроводникового прибора по формуле:A method of measuring thermal resistance between a semiconductor case and a cooling radiator, including the effect of a heated fluid with a given temperature, measuring n voltage values at regular intervals and fixing the start time of the process and the end time of each subsequent heating time interval, determining the thermal resistance n times taking n into account heating time intervals, determining the average value of thermal resistance, characterized in that they fix the case A semiconductor device on a cooling radiator through a layer of thermally conductive paste, a cooling radiator is placed in a heated liquid whose temperature is not more than 75% of the maximum heating temperature of the semiconductor device, the semiconductor device case being located above the level of the heated liquid, the thermoelectric device voltage is measured between the semiconductor device case and a cooling radiator, amplify them, produce analog-to-digital conversion, save and determine n values of core temperatures Pusa semiconductor device according to the formula:
Figure 00000005
Figure 00000005
 где ЕЕЭДСi - измеренная термоЭДС в конце i временного интервала,where Е ЕЭДСi is the measured thermopower at the end of the i time interval, Тро - температура радиатора охлаждения, помещенного в нагретую жидкость,T po - the temperature of the cooling radiator placed in the heated liquid, α - коэффициент Зеебека,α is the Seebeck coefficient, i - текущий индекс, изменяется от 0 до n,i is the current index, varies from 0 to n, i и n - натуральный ряд чисел,i and n - a natural series of numbers а затем среднее значение теплового сопротивления по формуле:and then the average value of thermal resistance according to the formula:
Figure 00000006
,
Figure 00000006
, где С - теплоемкость корпуса полупроводникового прибора,where C is the heat capacity of the semiconductor device, t0 - время начала процесса нагрева корпуса полупроводникового прибора,t 0 - the start time of the heating process of the semiconductor device, ti=(Δt⋅i) - временные интервалы в процессе нагрева корпуса полупроводникового прибора,t i = (Δt⋅i) - time intervals in the process of heating the body of a semiconductor device, Δt - значение временного интервала,Δt is the time interval value, Т0 - температура корпуса полупроводникового прибора перед началом измерения,T 0 - the temperature of the semiconductor device before measurement, ТППi - температура корпуса полупроводникового прибора в конце i временного интервала.T PPi - the temperature of the semiconductor device case at the end of the i time interval.
RU2018131969A 2018-09-05 2018-09-05 Method of measuring thermal resistance between a housing of a semiconductor device and a cooling radiator RU2686859C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018131969A RU2686859C1 (en) 2018-09-05 2018-09-05 Method of measuring thermal resistance between a housing of a semiconductor device and a cooling radiator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018131969A RU2686859C1 (en) 2018-09-05 2018-09-05 Method of measuring thermal resistance between a housing of a semiconductor device and a cooling radiator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2686859C1 true RU2686859C1 (en) 2019-05-06

Family

ID=66430689

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018131969A RU2686859C1 (en) 2018-09-05 2018-09-05 Method of measuring thermal resistance between a housing of a semiconductor device and a cooling radiator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2686859C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4713612A (en) * 1986-07-14 1987-12-15 Hughes Aircraft Company Method and apparatus for determination of junction-to-case thermal resistance for a hybrid circuit element
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
RU2392631C1 (en) * 2009-06-09 2010-06-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева Device for measurement of heat resistance transition-housing of semi-conductor device
DE102012009746A1 (en) * 2012-05-16 2013-11-21 Schneider Electric Motion Deutschland Gmbh Method for checking thermal coupling between semiconductor component and heat-conductive associated cooling element, involves passing measurement current through semiconductor material heated by load current during measuring phase
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

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4713612A (en) * 1986-07-14 1987-12-15 Hughes Aircraft Company Method and apparatus for determination of junction-to-case thermal resistance for a hybrid circuit element
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
RU2392631C1 (en) * 2009-06-09 2010-06-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева Device for measurement of heat resistance transition-housing of semi-conductor device
DE102012009746A1 (en) * 2012-05-16 2013-11-21 Schneider Electric Motion Deutschland Gmbh Method for checking thermal coupling between semiconductor component and heat-conductive associated cooling element, involves passing measurement current through semiconductor material heated by load current during measuring phase
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

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Manjhi et al. Performance assessment of K-type, E-type and J-type coaxial thermocouples on the solar light beam for short duration transient measurements
HU186066B (en) Method and apparatus for measuring coefficient of heat transfer
US7377687B2 (en) Fluid temperature measurement
RU2686859C1 (en) Method of measuring thermal resistance between a housing of a semiconductor device and a cooling radiator
RU2374631C2 (en) Method of determining system of thermophysical properties of solid materials
RU2502989C1 (en) Method to determine temperature conductivity of solid body under transient thermal mode
RU2529761C1 (en) Method to measure thermal junction-to-case resistance of semiconductor instrument and device for its realisation
CN104076265A (en) Method and device for rapidly measuring electrical parameter temperature variation coefficient of semiconductor device
RU2687300C1 (en) Apparatus for measuring thermal resistance between a semiconductor device housing and a cooling radiator
Matvienko et al. Increasing accuracy of measuring thermal conductivity of liquids by using the direct heating thermistor method
Shojaeefard et al. Inverse heat transfer problem of thermal contact conductance estimation in periodically contacting surfaces
WO1991014161A1 (en) Thermal sensing
CN114964562A (en) Online calibration method for thin film thermal resistor and coaxial thermocouple
US11313819B2 (en) Thermal analysis of semiconductor devices
Castellini et al. Dynamic characterization of temperature sensors by laser excitation
Pearce Quantitative determination of the uncertainty arising from the inhomogeneity of thermocouples
RU136160U1 (en) DEVICE FOR MEASURING PHASE TRANSITION TEMPERATURES
Longo A steady-state apparatus to measure the thermal conductivity of solids
CN113176013B (en) Thin film thermal resistance heat flow meter for heat flow test and calibration method of coaxial thermocouple
Budwig et al. A new method for in situ dynamic calibration of temperature sensors
Pawłowski Single sensor hot-wire anemometer based on thermal time constant estimation
RU2324164C1 (en) Method of identifying system of thermo-physical properties of hard materials
RU2722088C1 (en) Method of measuring specific thermal resistance and device for implementation thereof
RU2494383C1 (en) Method for pulsed thermal express inspection of process liquids
RU2149389C1 (en) Method of nondestructive test of thermophysical characteristics of materials

Legal Events

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

Effective date: 20200906