SU873167A1

SU873167A1 - Method of checking transistor thermal resistance

Info

Publication number: SU873167A1
Application number: SU802866368A
Authority: SU
Inventors: Александр Николаевич Пиорунский; Вячеслав Николаевич Горин; Владимир Семенович Дергачев
Original assignee: Предприятие П/Я Г-4149
Priority date: 1980-01-02
Filing date: 1980-01-02
Publication date: 1981-10-15

Description

Изобретение относится к электронной промышленности и может быть ис- _чпользовано для контроля- транзисторов.The invention relates to the electronics industry and can be used for _h USE kontrolya- transistors.

Известны способы контроля теплового сопротивления транзисторов, ос- * кованные на пропускании разогревающих импульсов тока через p-η-переход испытуемого полупроводникового прибора и измерении скорости изменения , прямого падения напряжения на том же ¹⁰или смежном р-п-переходе [1}[2].Known methods for controlling the thermal resistance of transistors, based on the transmission of heating current pulses through the p-η junction of the tested semiconductor device and measuring the rate of change, direct voltage drop at the same ¹⁰ or adjacent p-junction [1} [2] .

Недостатком данных способов является повышенная сложность контроля, обусловленная тем, что для задания разогревающих импульсов тока и изме- 15 рения прямого падения напряжения требуется специальная схема управления режимами задания тока и контроля, а также тем, что получение результата связано с необходимостью взятия двух 20 мгновенных отсчетов до и сразу после пропускания импульса тока через коллекторную цепь транзистора с обеспечением постоянства режимов в его базовой цепи. 25The disadvantage of these methods is the increased complexity of control, due to the fact that for setting warming current pulses and measuring direct voltage drop, a special control circuit for the current setting and control modes is required, as well as the fact that the result is connected with the need to take two 20 instantaneous readings before and immediately after passing a current pulse through the collector circuit of the transistor, ensuring constant conditions in its base circuit. 25

Наиболее близким к предлагаемому является способ, заключающийся в нагреве структуры испытуемого транзистора путем пропускания коллекторного тока и приложения коллекторного напря-30 жения и в измерении прямого падения напряжения на его р-п-переходе. В соответствии с этим способом измеряется изменение прямого падения напряжения на р-п-переходах транзистора после пропускания через него импульса тока определенной постоянной величины при заданном постоянном напряжении на коллекторном переходе транзистора. При этом длительность импульса тока выбирают много меньшей тепловой постоянной времени конструкции транзистора [3].Closest to the proposed one is a method consisting in heating the structure of the tested transistor by passing a collector current and applying a collector voltage of 30 and measuring direct voltage drop at its pn junction. In accordance with this method, the change in the direct voltage drop at the pn junctions of the transistor is measured after passing a current pulse of a certain constant value through it at a given constant voltage at the collector junction of the transistor. In this case, the duration of the current pulse is chosen to be much shorter than the thermal time constant of the transistor design [3].

Однако этот способ имеет пониженную точность контроля, обусловлейную тем, что в нем решается задача анализа достаточно медленных тепловых переходных процессов, скорость изменения которых является непрерывной функцией времени,а разность между двумя измеряемыми значениями прямого падения напряжения, которые разнесены во времени на величину, много меньшую постоянной времени, чрезвычайно мала.However, this method has a reduced accuracy of control, due to the fact that it solves the problem of analyzing sufficiently slow thermal transients, the rate of change of which is a continuous function of time, and the difference between the two measured values of the direct voltage drop, which are separated in time by an amount much smaller time constant is extremely small.

Цель изобретения - повышение точности и упрощение контроля.The purpose of the invention is improving accuracy and simplifying control.

Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля¹теплового сопротивления транзисторов, заключающемся в нагреве структуры испытуемого транзистора путем пропускания коллекторного тока и приложения коллекторного напряжения и в измерении прямого падения на его р-η-переходе, коллекторный ΊΌκ поддерживают в течение всего цикла контроля постоянным, а приложенное коллекторное напряжение непрерывно изменяют по величине без изменения знака с периодом повторения, имеющим порядок величины тепловой постоянной времени кристалла транзистора, и измеряют амплитуду пере»менной составляющей прямого падения напряжения на р-п-переходе, по вели- чине которой судят о тепловом сопротивлении.This goal is achieved by the fact that in the method of controlling ¹ thermal resistance of transistors, which consists in heating the structure of the tested transistor by passing the collector current and applying the collector voltage and in measuring the direct incidence at its p-η junction, the collector ΊΌκ is kept constant throughout the control cycle and the applied collector voltage is continuously changed in magnitude without changing sign with a repetition period having the order of magnitude of the thermal crystal time constant of the trans source, and measure the amplitude of the variable component of the direct voltage drop at the pn junction, by the value of which the thermal resistance is judged.

Кроме того, с целью дальнейшего повышения точности контроля, период изменения коллекторного напряжения устанавливают на один й более порядков меньшим тепловой постоянной времени кристалла, а полученную в результате измерения амплитуду переменной составляющей прямого падения напряжения на р-п-переходе вычитают из результата предыдущего измерения.In addition, in order to further improve the accuracy of control, the period of change in the collector voltage is set one more orders of magnitude smaller than the thermal time constant of the crystal, and the amplitude of the variable component of the direct voltage drop at the pn junction obtained by measurement is subtracted from the result of the previous measurement.

На фиг. 1 изображено устройство, которое может быть использовано для осуществления этого способа и состоит из генератора 1 постоянного тока, измерителя 2 переменного напряжения, испытуемого транзистора 3, источника 4 коллекторного напряжения, величина которого изменяется периодически во времени без изменения знака; на фиг. 2 - эпюры изменения во времени г тока, задаваемого в эмиттер транзистора (а), прямого падения напряжения на переходе эмиттер-база ((5) и коллекторного напряжения (-S) .In FIG. 1 shows a device that can be used to implement this method and consists of a direct current generator 1, an alternating voltage meter 2, a tested transistor 3, a collector voltage source 4, the value of which varies periodically in time without changing sign; in FIG. 2 - diagrams of the time variation of the current r specified in the emitter of the transistor (a), the direct voltage drop at the emitter-base junction ((5) and the collector voltage (-S).

Контроль величины теплового сопротивления транзистора по предлагаемому 40 способу основан на аналогии прохождения переменного напряжения через RC цепочку и передачи периодически изменяющегося потока тепла (температурных изменений) через эквивалентную интегрирующую цепочку с параметрами R_T (тепловое сопротивление), С_т(теплоемкость кристалла). В рамках предлагаемого способа используется тот факт, что величины параметров jQ R_TC_Tueno4KH можно установить частотным способом, т.е. путем измерения амплитуды или фазы сигнала на ее выходе. Действительно, периодическое изменение коллекторного напряжения, например по закону ϋθ+U^sinftt ³⁵(см. эпюру в, фиг. 2) будет вызывать при постоянном токе коллектора 1_омгновенное изменение мощности, подводимой к 1транзистору по законуThe control of the thermal resistance of the transistor according to the proposed method 40 is based on the analogy of the passage of an alternating voltage through an RC circuit and the transmission of a periodically changing heat flux (temperature changes) through an equivalent integrating circuit with parameters R _T (thermal resistance), C _t (heat capacity of the crystal). In the framework of the proposed method, the fact that the parameter values jQ R _T C _T ueno4KH can be set in a frequency manner, i.e. by measuring the amplitude or phase of the signal at its output. Indeed, a periodic change in collector voltage, for example, according to the law ϋθ + U ^ sinftt ³⁵ (see diagram in, Fig. 2) will cause a constant current of collector 1 _{о to} instantly change the power supplied to the 1 transistor according to the law

P(t) = l₀ (U_o+U_m'sinftt). Среднее 60 значение этой мощности обеспечивает нагрев кристалла транзистора до некоторой температуры, а часть мгновен-, ной мощности трансформируется в периодические изменения температуры с 65 частотой ft и амплитудой, которая будет определяться коэффициентом передачи (j ft ) = _±__, При _этом с той же частотой происходят изменения напряжения эмиттер-база транзистора с амплитудой, зависящей от периодических изменений температуры. Амплитуда изменения температуры кристалла зависит от постоянной времени \С и частоты (периода) изменения переменной составляющей мгновенной подводимой к транзистору мощности Р(t). Граничная частота имеет порядок у-gy г так как * Е7с” ^и' ^сл?Д°~ вательно, период изменения мгновенной мощности, при котором амплитуда изменения температуры составляет 4/Vz от изменений на постоянном токе (на очень низкой частоте), равна T=R_rC_T. Исходя из этих соображений и выбирается период изменения коллекторного напряжения. Таким образом, измеренные значения амплитуды переменной составляющей напряжения эмиттер-база, которое имеет температурный коэффициент около - 2,5 мв/град С, при постоянной теплоемкости С^. конструкции транзистора определяются величиной теплового сопротивления R_T.P (t) = l ₀ (U _o + U _m 'sinftt). 60 Mean value of this power transistor chip heats to a certain temperature, and instantaneous portion, hydrochloric power is transformed into a periodic temperature change from 65 ft and the frequency amplitude, which will be determined by the transmission ratio (j ft) = _ ± __ , _Thus with the at the same frequency, changes in the voltage of the emitter-base of the transistor occur with an amplitude that depends on periodic changes in temperature. The amplitude of the crystal temperature change depends on the time constant \ C and the frequency (period) of the change in the variable component of the instantaneous power P (t) supplied to the transistor. The cutoff frequency is of the order in-gy g because * E7s ^'and' ^slab? D ° ~ sequently, period change of the instantaneous power at which the amplitude of temperature change of 4 / Vz to changes in the constant current (at a very low frequency), equal to T = R _r C _T. Based on these considerations, the period of change in the collector voltage is selected. Thus, the measured values of the amplitude of the variable component of the voltage emitter-base, which has a temperature coefficient of about - 2.5 mV / deg C, with constant heat capacity C ^. the design of the transistor is determined by the value of thermal resistance R _T.

В .силу того, что коэффициент передачи по напряжению с выхода транзистора на его вход имеет конечную величину , переменная составляющая напряжения эмиттер-база, которую измеряют вольтметром 2 (фиг. 1), содержит аддитивную компонента, вызываемую прямым прохождением коллекторного напряжения, в эмиттерную цепь транзистора. Поэтому для дальнейшего повышения точности контроля период изменения коллекторного напряжения устанавливают на один и более порядок величины меньшим, чем тепловая постоянная времени R_TC_T. При этом практически исключаются температурные колебания и измеренное значение переменной составляющей напряжения эмиттер-база определяется только электрическим прохождением сигнала из коллекторной цепи· транзистора в его эмиттерную цепь. Поэтому, вычитая из результата измерения амплитуду переменной составляющей, которая соответствует периоду изменения коллекторного напряжения порядка постоянной времени R_TC _т, результат измерения при периоде изменения коллекторного напряжения много меньшем этой постоянной времени, можно получить точное значение амплитуды переменной составляющей, вызванной только периодическими изменениями температуры кристалла.Due to the fact that the voltage transfer coefficient from the output of the transistor to its input has a finite value, the alternating voltage component of the emitter-base, which is measured with voltmeter 2 (Fig. 1), contains an additive component caused by the direct passage of the collector voltage to the emitter circuit transistor. Therefore, to further improve the accuracy of control, the period of change in the collector voltage is set to one or more orders of magnitude less than the thermal time constant R _T C _T. In this case, temperature fluctuations are practically eliminated and the measured value of the alternating voltage component of the emitter-base is determined only by the electrical transmission of the signal from the collector circuit of the transistor to its emitter circuit. Therefore, by subtracting from the measurement result the amplitude of the variable component, which corresponds to the period of change in the collector voltage of the order of the time constant R _T C _t , the measurement result when the period of change of the collector voltage is much less than this time constant, we can obtain the exact value of the amplitude of the variable component caused only by periodic changes in temperature a crystal.

Предлагаемой способ позволяет повысить точность контроля и упростить его осуществление, так как не требует для реализации никаких устройств коммутации режимов нагрева и контроля..The proposed method allows to increase the accuracy of control and simplify its implementation, since it does not require any switching devices for heating and control ..

Claims

The invention relates to electronic industry and can be used to control transistors. There are known methods for controlling the thermal resistance of transistors, based on passing heating current pulses through a pn junction of the tested semiconductor device and measuring the rate of change of direct voltage drop on the same or adjacent iJC p-junction l The disadvantage of these methods is the increased complexity of control, due to the fact that to set the heating current pulses and measure the direct pad and the voltage requires a special scheme for controlling the current setting and control modes, as well as the fact that obtaining the result is related to the need to take the DEACH of instantaneous readings before and immediately after passing a current pulse through the collector circuit of the transistor ensuring the stability of the modes in its base circuit . Closest to the present invention is a method consisting in heating the structure of a transistor under test by passing a collector current and applying a collector voltage and measuring the direct voltage drop across its pn-junction. In accordance with this method, the change in the direct voltage drop at the pn-junctions of the transistor after passing through it a current pulse of a certain constant value at a given constant voltage at the collector junction of the transistor is measured. In this case, the duration of the current pulse is chosen to be much shorter than the thermal time constant of the design of the transistor h. However, this method has a reduced control accuracy, due to the fact that it solves the problem of analyzing rather slow thermal transients, the rate of change of which is a continuous function of time, and the difference between two measured values of forward voltage drop, which are spaced apart a time much shorter than the time constant is extremely small. The purpose of the invention is to improve the accuracy and simplify the control. The goal is achieved by the fact that in the method of controlling the thermal resistance of transistors, which consists in heating the structure of the tested transistor by passing a collector current and applying a collector voltage and measuring the right could fall on its pn junction, the collector current is maintained throughout the cycle the control is constant, and the applied collector voltage is continuously changing in magnitude without changing sign with a repetition period having the order of magnitude of the thermal constant time stories and measured amplitude inflection mennoy component forward voltage drop across the p-n junction, the magnitude of which is judged on the heat-resistivity is accompanied. In addition, in order to further improve the control accuracy, the period of change of the collector voltage is set by one And more orders less than the thermal constant of the crystal time, and the resulting amplitude of the variable component of the direct voltage drop at the pn junction is subtracted From the result of the previous measurement. In FIG. 1 shows a device that can be used to implement this method and consists of a direct current generator 1 of the meter 2 of the alternating voltage of the test transistor 3, the source 4 of the collector voltage, the magnitude of which varies periodically in time without changing the sign / per fng, 2 - diagrams of the time variation of the current specified in the emitter of the transistor (a), the direct voltage drop across the emitter-base junction ((5) and the collector voltage (-B). Control of the thermal resistance of the transistor according to the This method is based on the analogy of passing an alternating voltage through an RC chain and transmitting a periodically varying heat flux (temperature changes) through an equivalent integrating chain with parameters R (thermal resistance), C (crystal heat capacity). The values of the parameters of the chain can be set by the frequency method, i.e. by measuring the amplitude or phase of the signal at its output. Indeed, a periodic change in the collector voltage, for example, according to the law i t ft t (see plot in, fig. 2) will cause, at a constant collector current 1, an instantaneous change in the power supplied to the transistor according to the law P (t) to 1 Uo + and i n SI t). The average value of this power provides heating of the transistor crystal to a certain temperature, and a part of the instantaneous power is transformed into periodic temperature changes with the frequency SL and amplitude, which will be determined by the transfer coefficient k (Gg) .i. at the same time, the emitter-base voltage of the transistor with an amplitude depending on the periodic temperature changes occurs with the same frequency. The amplitude of the crystal temperature change depends on the constant time and frequency (period) of the variable component instantaneous power applied to the transistor P (t). The cut-off frequency has a pore of 1T-AND SL In addition, the period of variation of the instantaneous power, at which the amplitude of the change in temperature is -f / Vz from changes in direct current (at a very low frequency), is. The outcome of these considerations is the period of change of the collector voltage. Thus, the measured values of the amplitude of the variable component of the emitter-base voltage, which has a temperature coefficient of about –2.5 mV / deg C, with a constant heat capacity C of the transistor design, are determined by the thermal resistance R. transmission voltage from the output of the transistor to its input has a finite value, the variable component of the voltage of the emitter-base voltage, which is measured by a voltmeter 2 (Fig. 1), contains an additive component caused by the direct passage of the collector voltage at the emitter of the transistor circuit. Therefore, to further improve the control accuracy, the period of change of the collector voltage is set by one or more orders of magnitude smaller than the thermal time constant. This practically eliminates temperature fluctuations and the measured value of the variable component of the emitter-base voltage is determined only by electrical signal passage from collector circuit, the transistor in its zmitterny chain. Therefore, by subtracting from the measurement result the amplitude of the variable component, which corresponds to the period of change of the collector voltage of the order of time constant RC, the result of measurement when the period of change of the collector voltage is much less than this constant time, you can get the exact value of the amplitude of the variable component caused by only periodic changes in crystal temperature. Offered by the 1st method makes it possible to increase the control accuracy and simplify its implementation, since it does not require any switching devices for heating and control modes to be implemented. Invention 1. Method for controlling the thermal resistance of transistors, which consists in heating the structure of the tested transistor by passing the collector current and applying a collector voltage and in measuring the direct voltage drop across its p-junction, characterized in that, in order to increase accuracy and simplify control, the collector The current is maintained constant throughout the monitoring cycle, and the applied collector voltage is continuously changed in magnitude without changing sign with a repetition period having an order of magnitude of the thermal time constant of the t-ranger crystal, and the amplitude of the variable component of the forward component is measured. the voltage drop at the pn junction, the largest of which is judged on thermal resistance. 2. Method POP.1, characterized in that the period of change of the collector voltage is set by one or more orders less than the thermal constant of the time of the crystal, and the resulting amplitude of the variable component of the direct incidence at the pn junction subtracted from the previous measurement result. Sources of information taken into account in the examination 1. USSR author's certificate number 446854, class, G 01 R 31/26, 1974.

2. US patent 3.745.460, cl. 324-158, pub. 1973.

3.Patent UK No. 1.468.161 cl. H 4 D, pub. 1977 (prototype).