Устройство для регулирования температуры полупроводниковых приборов Советский патент 1984 года по МПК G05D23/19 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для регулирования температуры при измерении параметров ((с&о

2t и т.д.) структур полупроводниковых приборов, транзисторов, тиристоров, диодов при повьшенной тем1гературе. .

Известно устройство для упрощенного измерения параметров полупроводниковьпс приборов при повьшенной температуре, содержащее ключи, источник напряжения сравнения, устройство сравнения, генератор импульсов нагрева Cl3,

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения допустимой мощности полупроводниковых приборов, содержащее источник напряжения сравнения, регулирующий нуль-орган, генератор греющего тока, блок синхронизации 2

Недостатками известных устройст являются низкий КГЩ и точность последующих измерений параметров полупроводниковых приборов. Время нагрева , определяемое тепловой переходной характеристикой структуры, является величиной переменной, так как оба устройства реализуют выход на заданное, значение температуры транзисторной структуры в соответствии с функцией ТЗ«А ; .rp ) при PKo, ,

где Т

заданная температура рехода ;

мощность нагревающих

иагр импульсов;

время воздействия нанагргрева.

Величина теплового сопротивления полупроводниковых приборов в одной партии имеет большой разброс, что приводит к большой вариации сцдур , а это, кроме снижения про-, изводительности нагрева (КПД) снижает точность последующего измерения параметров при повышенной температуре, так как при разном времени нагрева остьшание за время измерения тоже носит случайный характер и не может быть сведено к учитываемой систематической погрешности.

Цель изобретения - повышение КПД и точности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для регулирования температуры полупроводниковых приборов, содержащее источник опорiHoro напряжения, элемент сравнения,

компаратор, генератор импульсов нагрева, генератор измерительного тока, блок синхронизации, полупроводниковый прибор, причем выход блока синхронизации подключен к входам синхронизации элемента сравнения, компаратора и генератора импульсов нагрева, один из электродов полупроводникового прибора подключен к выходу генератора импульсов нагрева, а другой - к корпусу, введен формирователь эталонного сигнала, первый вход которого соединен с первым выходом источника опорного напряжения, а второй вход - с вторым выходом источника опорного напряжения, соединенного с первым входом компаратора выход формирователя эталонного сигнала подключен к первому входу элемента сравнения, второй вход которого соединен с вторым входом компаратора и с выходами генератора импульсов нагрева и генератора измерительного тока, а выход - с входом управления генератора импульсов нагрева,, вход пуска устройства регулирования соединен с входами запуска формирователя эталонного сигнала и блока синхронизации, вход остановки которого подключен к выходу компаратора.

Кроме того, генератор импульсов нагрева снабжен дополнительным выходом, к которому подключен третий электрод полупроводникового прибора

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит формирователь 1 эталонного сигнала, элемент 2 сравнения, источник 3 опорного напряжения, компаратор 4, генератор 5 импульсов нагрева, блок 6 синхронизации, генератор 7 измерительного тока, выход 8 генератора импульсов нагрева, дополнительный выход 9, Корпус 10, полупроводниковый прибор 11..

Устройство работает следующим образом (работа устройства рассмотрена для случая, когда нагреваемым полупроводниковьм прибором является транзистор).

С генератора 7 измерительного тока устанавливают начальное напряжение на полупроводниковом приборе змч равное, например, 0,5 В. Затем на первом выходе источника 3 опорного напряжения устанавливается напряжение нагрева нaгp з о) i где Т, - заданная температура перехода, при которой необходимо измерить параметры полупроводниково.го прибора; ig - начальная температура полупроводниковой структуры; К - температурный коэффициент температурозависимого параметра бэ (Tj-tg) - заданный градиент температуры. На втором выходе источника 3 опорного напряжения устанавливается напряжение сравнения Ug цач (гр 6энс«ч-( Напряжения нагр ср поступают соответственно на первый и второй входы фор- мироватедя 1 эталонного сигнала. На пряжение UCP с второго выхода источника опорного напряжения подается также на первый вход компаратора. Н выходе формирователя 1 эталонного сигнала формируется сигнал 3r-tJcp-UH..f(t) . где (t) - заданная функция времени При использовании в качестве f (t) экспоненты с постоянной времени необходимо добавить еще (0,02... )JHoirpi так как иначе (t Бэ но(ч язже при времени нагрева t- Таким образом, сигнал на выходе формирователя 1 равен jt jt Чо. )ин«гр ( При этом перед подачей сигнала Пуск (t 0) ,, , . что обеспечивает плавность нагрева. По сигналу Пуск блок 6 синхронизации включает формирователь 1 эталонного сигнала, при этом .Ujr изменяется во времени по закону, оп тимальному для конкретного вида полупроводниковых приборов (в данном случае по экспоненте). Одновременно блок 6 синхронизаци начинает периодически включать гене ратор 5 импульсов нагрева, выключая на это время компаратор Аи элемент 2 сравнения. Время работы генератора 5 импульсов нагрева значительно больше времени работы компаратора 4 и элемента 2 сравнения. - время измерительной паузы. При этом импульсы с выхода блока 6 синхронизации обеспечивают реакцию элемента 2 сравнения и компаратора 4 только на измерительные импульсы. В течение всего времени нагрева выходной сигнал элемента 2 сравнения осуществляет изменение мощности импульсов нагрева, вырабатываемых генератором 5 импульсов нагрева в зависимости от отклонения текущего значения напряжения Uy g, .поступающего на второй вход элемента сравнения с выхода генератора 8 импульсов нагрева, от напряжения Uj, поступающего на первый вход элемента 2 сравнения от формирователя 1 эталонного сигнала.В ре- зультате такого управления подводимой, мощностью обеспечивается изменение Ug , а следовательно, и температуры во времени по требуемому закону и достижение заданной температуры нагрева в течение определенного времени, т.е. реализуется выход на заданное значение температуры транг исторной структуры в CQOTветствии с функцией ConSi. Тзад (Р) при V При достижении заданной темпера- туры 5этек ср выходе компаратора 4 появляется сигнал, ..который выключает блок 6 синхронизации и выдает сигнал на включение измерителя параметров полупроводникового прибора при заданной температуре. Подставляя Uj Uj.p в формулу (1) и решая уравнение относительно вреени нагрева t, получаем Сп11. Таким образом, время нагрева поупроводникового прибора с помощью предлагаемого, устройства с использованием введенного формирователя . не зависит от градиента температуы нагрева и определяется только параметрами формирующей цепи. Это повышает производительность нагрева и точность последующих измерений пааметров полупроводниковых приборов а счет сведения погрешности от осывания к учитываемой систематиеской погрешности.

Форми15ователь 1 эталонного сигнала реализован в виде сумматора на операционном усилителе с зарядноразрядной R§-цепью на входе, формирующей экспоненциальную зависимость выходнрго сигнала от времени,

Генехзатор 5 импульсов нагрева представляет из себя генератор тока, выход которого соединен с выходом 8 генератора, управляемый выходным сигналом элемента сравнения, и источник напряжения, соединенный с дополнительным выходом 9, И генератор тока и источник напряжения синхронизи- ; руются сигналом с блока 6 синхронизации. При этом в случае нагрева полупроводникового прибора с двумя питающими электродами (диод,

тиристор и т.д.) используется только выход 8, а при нагреве полупроводникового прибора с тремя электродами (транзистора) - используются оба выхода генератора импульсов нагрева

Использование предлагаемого устройства для нагрева структур полупроводниковых приборов до заданной температуры с целью последующего измерения их параметров при повышенной температуре позволяет уменьшить время нагрева примерно в 2 раза, соответственно повысив КОД, снизить погрешность нагрева до ±2°( и значительно повысить точность последз ющих измерений параметров полупроводниковых приборов.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ, содержащее источник опорного напряжения, эле.мент сравнения, компаратор, генератор импульсов нагрева, генератор измерительного тока, блок синхронизации, полупроводниковый прибор, причем выход блока синхронизации подключен к входам синхронизации элемента сравнения, компаратора и генератора импульсов нагрева , один из электродов полупровод-никового прибора подключен к выходу генератора импульсов гагрева, а другой - к корпусу, отличающееся тем, что, с целью повышения кпди точности устройства, в него введен формирователь эталонного сигнала, первый вход которого соединен с первым выходом источника опорного напряжения, а второй вход - с вторьм выходом источника опорного напряжения, соединенного с первым входом компаратора, выход формирователя эталонного сигнала подключен к первому входу элемента сравнения, второй вход которого соединен с вторьм входом компаратора и с выходами генератора импульсов нагрева и генератора измерительного тока, а выход - с входом управления генератора импульсов нагрева, вход пуск устройства регулирования соединен с входами запуска формирователя эталонного сигнала и блока синхронизации, вход остановки которого подключен к выходу компаратора. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что генератор .импульсов нагрева снабжен дополнительным выходом, к которому подключен третий электрод полупроводникового прибора.