Способ измерения теплового сопротивления лавинно-пролетных диодов Советский патент 1984 года по МПК G01R31/26 

1- 11 Изобретение относится к электронной технике, преимущественно к микро электронике, и может быть использовано для измерения и контроля составляющих теплового сопротивления лавинно-пролетных диодов (ЛПД), работающих в непрерывном режиме; По основному авт.св. № 957135 известен способ измерения теплового сопротивления лавинно-пролетного диода Л , включающий пропускание через измеряемый диод постоянного тока, соответствующего режиму генерации диодом номинальной мощности, модуляцию рабочего тока синусоидальным сигналом измерение дифференциального сопротивления измеряемого диода на -низкой и высокой час™ тотах модуляции,повторные измерения дифференциальных: сопротивлений и напряжения на диоде при варьировании температуры корпуса измеряемого диода, определение наклона зависимости напряжения на измеряемом диоде от температуры его корпуса и определение теплового сопротивления из соотношения J. gUi-ggUp) : где R. - тепловое сопротивление измеряемого диода на часто. те мопуляции. н Rjj.(i)- дифференциальное сопротивл . / . ние измеряемого диода на частоте модуляции i ц } Utf - напряжение на измеряемом диоде; . . 0 - постоянный ток через изме. ряемый диод; % -т-- наклон зависимости напряже ния на измеряемом диоде от . , температуры его корпуса; ig - верхняя частота модуляции, въше которой Rf постоянно; 1ц- нижняя частота модуляции. Однако величина R , определяемая по формуле 1, характеризует суммарное тепловое сопротивле.ние диода в целом. Отдельные составляющие тепло вого, сопротивления диода не контролируются, в то время как при изготовлении и эксплуатации ЛПД эти составляющие R могут заметно изме. няться, вызывая увеличение суммарно го теплового сопротивления диода. Причиной изменения .Я могут быть случаи производственного или конструктивно-технологического брака, вызывающие увеличение теплового сопротивления и в различных сечениях диодной структуры, либо деградационные явления, обусловленные физикохимическими процессами старения, также приводящие к росту составляющих теплового сопротивления ЛПД. В известном способе измерения Н, ЛПД остается неопределенным то сечение диода, к которому следует отнести измеренную величину суммарного теплового сопротивления, диода. В особенности это относится к тем ЛПД, У которьк в интервале низких частот 20 Гц i 600 Гц наблюдается .тное изменение низкочастотного дифференциального сопротивления диода, так. что изменение величины суммарного теплового .сопротивления диода в указанном частотном интервале составляет 1-3 С/Вт, а соответствующее изменение температуры р-п-перехода ЛПД - порядка 7-15-С. Таким образом, измерение, тешювого сопротивления ЛПД при фиксирбванном значении низкой частоты приводит к увеличению .погрешности определения теплового сопротивления диода, что не позволяет прогнозирОвать достижение максим пьных тепловых режш4ов в диоде, а также прогнозировать надежность работы ЛПД. Целью изобретения -является расширение функциональных возможностей способа.. Поставленная цель достигается тем,что согласно способу измерения теплового сопротивления лавинно-пролетного диода, включающему пропускание через измеряемый диод постоянного тока, соответствующего режиму генерации диодом номинальной мощности, модуляцию рабочего тока синусоидальным сигналом, измерение дифференщтльного сопротивления измеряемого диода на низкой и высокой частотах модуляции, повторные измерения дифференциальных сопротивлений и напряжения на диоде при варьировании температуры корпуса измеряемого диода, определение наклона зависимости напряжения на измеряемом диоде от температуры его корпуса и определение теплового сопротивления из соотношения

)

RT

гч«(1

де f - тепловое сопротивление

измеряемого диода на частоте модуляции i ц ; frfCJ)- дифференциальное српротивле ние измеряемого диода на .

частоте модуляции t f(, ; Urf - напряжение на измеряемом

диоде;

Itf.- постоянньй ток через измеряемый диод; .

.

наклон зависимости напряжеJ4. ния на измеряемом диоде от температуры его корпуса;

g - верхняя частота модуляции, выше которой-Rf постоянно} lf - нижняя частота модуляции, дополнительно измеряют тепловое сопротивление калибровочного диода, затем последовательно изменяют сопротивлекия потоку тепла в каждом заданном сечении структуры калибровочного диода, сношают завис-iMocTb теплового сопротивления калибровочного диода от частоты модуляции при каждом введении сопротивления потоку тепла и, определяют по скачку теплового сопротивления соответствующие заданньм сечениям частоты модуляции, на которых определяют тепловое сопротивление измеряемых диодов. .

На фиг. 1 показана конструкция конкретного ЛПД; на фиг. 2 - частотные зависимости теплового сопротивленияЛЩ,полученные в интервале частот ip-f, 20 Гц.

Измерения по способу производились следующим образом.

В партии однотипных ЛПД, представляющих собой п - h структуру 1 с многослойным металлическим контактом и гальванически выраженным медным слоем интегрального теплоотвода 2, который кргепится непосредственно к медному корпусу 3 диоДа с помощью термокомпрессии, выбирают капибровочный диод и помещаю т его в цангу диододержателя А. .

Значение низкой частоты « для ШЩ данной конструкции находят следую щим образом. Варьируя частоту модулирую щего сигнала в диапазоне 20 Гц - . 1 кГц, определяют частотную зависи-.

мость теплового сопротивления R (i) диода в указанном диапазоне частот для трех положений диода в цанге диододержателя: исходного, когда основание корпуса 3 диода полностью погружено в цангу; основание корпуса 3 выдвинуто из цанги на 1/2 своей высоты; основание корпуса.3 выдвинуто из цанги на 3/4 своей высоты.

В двух последних случаях площадь контакта между диодом и цангой уменьшается соответственно в 2 и 4 раза при небольшом увеличении пути суммарного теплового потока, вследствие чего возрастает тепловое сопротивление между корпусом и цангой диододержателя. Соответственно на частотных зависимостях R (1) диода наблюдается возрастание (скачок) теплового сопротивления в конечном диапазоне частот й1ц . Среднюю частоту этого диапазона частот принимаем равной низкой частоте f ц. диода.

Операция измерения R при калибровке и при измерениях составляющих .теплового сопротивления произвольног диода идентична. Различие состоит в том, что при калибровке, сопровождаемой внесением нарушений в диодную структуру калибровочного диода, снимают частотную зависимость теплового сопротивления R (1) полном интервале частот 20 Гц-4МГц, а измерение составляющих й. измеряемого диода производят без внесения нарушений в диодную структуру на фиксированных характерных частотах ; (, , f , ...,fg , соответствующих х рактерным сечениям диода,

Значение частоты , можно получит путем подрыва интегрального теплоотвода 2 от корпуса 3 диода. Типичные зависимости R при различных сопротивлениях потоку тепла в сечении между корпусом 3 и теплоотводом 2 представлены кривыми 5-7.

На фиг. 2 приведено также значение характерной частоты i соответсвующей сечениюна границе структуры 1 с теплоотводом 2. Величина ig. 1,1 МГц получена путем последовательного трехкратного травления площади сечения слоя никеля на 10, 20,и 30% от ее первоначального значения.

На измеряемом диоде пьрядок проведения операций следующий. .

Подают на. диод постоянный рабочий ток питания J , соответствующий ра511282046

бочему режиму диода в СВЧ устройст-частотах Ь; внутри интервала частот

вах, модулированный малым синусо- . тепловое сопротивление

идальным током с частотой 20 Гц -характеризует тепловое сопротивление

6 МГц. Измеряют постоянный ток Otf диода на участке от его p-h-перехода

питания диода и соответствующее ему 5До заданного характерного сечения

полное падение напряжения на дио-диьда. де (Itf ,Разброс значений характерных часизмеряют дифференциальное сопротив-тот для заданной конфигурации диода

ление диода (как отношение переменно-определяется разбросом толщин диодной

го напряжения к переменному току) Юструктуры при ее изготовлении. Для

при верхней частоте Ig 4 МГц, моду-исследуемых ЛПД разброс величин ц,

лирующего сигнала.. 2 различных диодов не превьшал

Варьируют температуру корпуса дио-5%. Зато разброс в величине теплода и измеряют крутизну наклона темпе-вого сопротивления различных составратурной зависимости полного падения 15ляющих R-r, достигал 15-20%. Этот

напряжения на диоде 3 Ол / ВТ.факт свидетельствует о том, что для

Варьируют частоту модулирующегокаждой партии однотипных ШЗД, изгосигнала- от верхней частоты i до ниж-товливаемой в серийном производстве,

ней частоты i), и измеряют дифференци-необходимо производить разбраковку

альное сопротивление диода на фикси - 20ЛЛД по величинам составляющих

рованных характерных частотах ; ,теплового сопротивления диода, определенных ранее при калибровке Измерение величины составляющих

на аналогичных диодах данной конструк-теплового сопротивления RT; на хации..рактерных частотах f как в процессе

Подсчитывают величины составляющих25испытаний диодов, так и при их экстеплового сопротивления диода поплуатации в СВЧ устройствах, позвоформулеляет oпpeдeляJгь деградационные измеVU -PtfUe {сопротивления ЛПД и сечения в диодной

R -----:1 30структуре, ответственные за их изме/ l Ux-O{rR,rUi)l нения. ,.

(}Т ь 6 & IСпособ контроля величины Rj ЛЦД

При i н тепловое сопротивлениеиспользован применительно к диодам,

равно суммарному,RТЕ тепловому j работающим непосредственно в СВЧ

сопротивлению диода. На фиксированныхустройствах. нения этих составляющих тепловогб .

является неразрушающим и может быть

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ЛАВИННО-ПРОЛЕТНЫХ ДОО- ДОВ по авт.св. № 957135, о т ли ч аю щ и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей. дополнительно измеряют тепловое сопротивление калибровочного диода, затем последовательно изменяют сопротивления потоку тепла в каждом задан-ном.сечении структуры калибровочного диода, снимают зависимость теплового сопротивления калибровочного диода от частоты модуляции прикаждом введении сопротивления потоку тепла, и определяют по скачку теплового сопротивления соответствующие заданным сечениям частоты модуляции, на которых определяют тепловое сопротивление измеряемых диодов.