Устройство для отбраковки мощных транзисторов Советский патент 1986 года по МПК G01R31/26 

Изобретение относится к технике измерения и контроля параметров полупроводниковых приборов и может быть использовано для отбраковки дефектных и потенциально ненадежных мощных транзисторов.

Цель изобретения - упрощение устройства.

Указанная це.ль достигается включением образцового транзистора с известным тепловым сопротивлением.переход-корпус и испытуемого транзистора по схеме дифференциального каскада с заземленными базами и использования значений температурно- чувствительного параметра - эмиттерного тока образцового транзистора с известным тепловым сопротивлением переход-к&рпус при разных значениях греющей мощности в качестве критерия годности испытуемого транзистора.

На фиг. 1 и 2 представлена структурная схема устройства; на фиг. 3 - графики зависимостей.

Устройство содержит клемму 1 для подключения базы испытуемого транзистора, соедине.нную с общей щиной; клемму 2 для подключения эмиттера испытуемого транзистора, соединенную с первым выходом источника 3.эмиттерного тока; клемму 4 для под- . ключения коллектора испытуемого транзистора, к которой подключены резисторы 5, 6, образцовый транзистор 7 с известным тепловым сопротивлением переход-корпус, база которого соединена с общей щиной, коллектор с четвертым и пятым резисторами 8, 9, эмиттер с одним из полюсов амперметра 10, второй полюс которого подключен к первому выходу источника эмиттерного тока; источник 11 коллекторного напряжения, первый выход которого соединен с одним из входов блока 12 коммутации через первый резистор 13, с другим - накоротко, а второй выход - с общей шиной.

Для выполнения условия равенства мощностей, рассеиваемых испытуемым и образцовым транзистором, с известным тепловым сопротивлением переход-корпус, что необходимо для работы устройства величины резисторов нагрузки, первого резистора 13, величина тока источника /о и напряжения источника питания « должны удовлетворять условиям

- R,/о

J-

10

(1а)

(16)

Устройство работает следующим образом (фиг. 2).

Испытуемый транзистор устанавливается в соответствующие клеммы 1, 2, 4, источник 3 тока создает токи 1 и /2, протекающие через испытуемый и образцовый транзисторы соот- ветствено, которые включены (фиг. 2) по схеме дифференциального каскада с заземленными входами, при этом /2 + /i /о- В исходном состоянии источник II коллекторного напряжения соединен с коллекторами испытуемого и образцового транзисторов через первый резистор г и сопротивления нагрузки и соответственно.

Напряжения на коллекторах испытуемого и образцового транзисторов равны соответственно

{Укб, к-/ г/о-/ i, /i;

(2) (/кб2 Ек-RrlQ-Rk /2;

причем индексом 1 обозначены величины, относящиеся к испытуемому транзистору.

Величины Ек, и /о выбираются такими, чтобы напряжение () было по крайней мере в пять раз больще падения напряжения на эмиттерных переходах транзисторов (Уэб1 f/362 t/эб 0,7 В. В этом случае базовыми токами и мощностью, рассеиваемой на эмиттерных переходах испытуемого и образцового транзисторов, можно пренебречь и нетрудно показать с учетом условия (1а) и равенства /i + /2 /о, что мощности рассеиваемые испытуемым и образцовым транзисторами Рк и , равны между собой

Pi, (/Кб, /1 (Ек -Pil /l) /1

()X(l-f)X/l io

() - (E.R.Jo) (1 - f) X

/0«

чх /nl X2./

X 2 KK j( О )0

где б - относительная разность

(/l-/2)//0,

так что

(3) токов

/| -(1+б), а /2 (1-6).

Покажем, что разность токов, протекающих через транзисторы, связана с разностью их тепловых сопротивлений.

Температуры эмиттерных переходов транзисторов в стационарном тепловом режиме определяются известными формулами Тщ Тк pi Prn-Ki;

(4)

Т„ Гк + Pl-R-,,

где 7к - температура корпусов транзисторов, которую полагаем одинаковой; .-к1, тп-к2 - тепловые сопротивления испытуемого и образцового транзисторов соответственно. Очевидно, что при равенстве рассеиваемых мощностей температура перехода больще у того транзистора, у которого боль- ще теплового сопротивление переход- корпус

Тщ- лг / к(/ тп-к1 тп-к2)

Р -Д/ тп-к(5)

Эмиттерные токи Ti и /2 в свою очередь являются функциями температуры

/,Л,ехр(); /, 2exp();

где Eg - ширина запрещенной зоны полупроводника;q -заряд электрона; К - постоянная Больцмана; Л1.2-слабо зависящие от температуры

коэффициенты.

Относительную разность токов б можно выразить через разность температур переходов

Izfr- I-fc ejiPJ;-еД1.) 1+f (-6 Л7-,-2)

6

ft(5lA7:,2 + ;„

(8)

(8) и (3)

(9)

.j. 2arth8 + ln откуда

6

где е (Eg-qUэб).

При подстановке выражений в уравнение (5), получаем 4

-гъ ()/о

.. 2агс/Лб J- Iti

- 8(1-6

Таким образом, разность тепловых сопротивлений образцового и испытуемого транзисторов связана функциональной зависимостью с разностью токов, протекающих через транзисторы. На фиг. 3 представлены графики зависимостей ((б) при нескольких значениях отношения A2/Ai, Uae 0,7 В, Eg,2 эВ, Гк 300 К, 1°С/В при ()-/о 80 и 40 Вт.

Для случая небольших разностей токов ,05, раскладывая arth8 в ряд и пренебрегая величиной б.

о (к-Rrlo) -/о-е

и -jg

получаем

(10)

В качестве температурочувствительного параметра в предлагаемом устройстве используется эмиттерный ток образцового транзистора /2, который совершенно однозначно связан с величиной б

6 (/0-2/2)7/0(11)

Поскольку на практике величина отношения является неизвестной, то в предлагаемом устройстве предусмотрено измерение тока /2 с помощью амперметра в цепи эмиттера образцового транзистора при двух значениях греющей мощности. Осуществля

10

ется это следующим образом. Величина /2 в исходном состоянии фиксируется. Затем путем переключения блока коммутации, которое может осуществляться как вручную, так и автоматически, выход источника напряжения непосредственно (накоротко) соединяется с вторым 5 и третьим б резисторами и (в простейшем случае-блок 12 коммутации представляет собой переключатель на два положения и три направления). При этом мощности, рассеиваемые транзисторами, возрастают, но по-прежнему остаются одинаковыми

Р// /17 D f f f l к/ 2/ I к (LKKHI /l) 1

/0 )/2 °-(l-6 ).

(K

(12)

20

30

35

40

45

50

55

Фиксируя ток /2 И /2 ДО И после переключения соответственно из выражения (10) с учетом равенства (11) нетрудно определить величину

ДгчТГШ

ЕяЛЬ-1ггД

16

25

(13.)

32(/j-/ r/g е

Для отбраковки транзисторов по величине теплового сопротивления в условиях их массового производства не требуется точно измерять величину теплового сопротивления, а достаточно лишь знать, больше она отбраковочного уровня или меньше.

Для отбраковки подбирается эталонный транзистор с тепловым сопротивлением, равным предельно допустимому.

Отбраковка транзисторов с повышенным тепловым сопротивлением осуществляется по показаниям амперметра. Если при переключении блока коммутации мощность, рассеиваемая транзистором, возрастает, а показания амперметра 10 уменьшаются (т. е. уменьшается ток через образцовый транзистор), то испытуемый транзистор необходимо отнести к браку.

Параметры элементов, входящих в состав устройства, выбираются, исходя из типа испытуемого транзистора, условий справедливости приближений, использованных при математическом испытании, а также из условия достижения наибольшей точности.

Величина /о выбирается из условия справедливости формул (6) на уровне 0,1/к«пах так, чтобы можно было пренебречь ограничительным действием входного омического сопротивления транзисторов гвх (/к предельно допустимый ток для данного типа транзисторов). Считаем также, что при этом можно пренебречь внутренним сопротивлением амперметра ГА внутр.

С целью достижения наибольшего изменения измеряемого параметра рекомендуется выбирать Ек 4Рном//о, но не более, чем

, где Рном - номинальная рассеиваемая транзистором мощность; - предельно допустимое напряжение для данного типа транзисторов. Величина выбирается из условия обеспечения активного режима работы транзисторов в исходном состоянии Як - (/эб. Для определенности можно рекомендовать выбирать так, чтобы Ек- -Rrlo было больше 5 В. Величины .2 и .2 определяются из условия (la, б).

Формула изобретения

Устройство для отбраковки мощных транзисторов, содержащее источник коллектор- ного напряжения, источник эмиттерного тока, первый выход которого соединен с клеммой для подключения эмиттера испытуемого транзистора, а второй выход и клемма для подключения базы испытуемого транзистора соединены с общей щиной, клемму для под- ключения коллектора испытуемого транзистора, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, в него введены образцовый транзистор с известным тепловым со0

0

противлением переход-корпус, амперметр, пять резисторов и блок коммутации, при этом первый вывод источника коллекторного напряжения соединен с первым входом блока коммутации и первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с вторым входом блока коммутации, первый и второй выходы блока коммутации соединены с первыми выводами второго и третьего резисторов; вторые выводы которых объединены и соединены с клеммой для подключения коллектора испытуемого транзистора, третий и четвертый выходы блока коммутации соединены с первыми выводами четвертого и пятого резисторов, вторые выводы которых объединены и соединены с коллектором образцового транзистора, с известным тепловым сопротивлением переход-корпус, эмиттер которого соединен с первым выводом амперметра, второй вывод которого соединен с клеммой для подключения эмиттера испытуемого транзистора и при этом база образцового транзистора с известным тепловым сопротивлением переход-корпус и второй вывод источника коллекторного напряжения соединены с общей щиной.

Изобретение относится к технике измерения и контроля параметров полупроводниковых приборов. Может использоваться для отбраковки дефектных и потенциально ненадежных мощных транзисторов. Цель изобретения - упрощение устройства - достигается включением образцового транзистора с известным тепловым сопротивлением переход-корпус и испытуемого транзистора по схеме дифференциального каскада с заземленными базами и использования значений температурно-чувствительного параметра - эмиттерного тока образцового транзистора с известным тепловым сопротивлением переход - корпус при разных значениях греющей мощности в качестве критерия годности испытуемого транзистора. Устройство содержит клеммы 1, 2 и 4 для подключения испытуемого транзистора, источник 3 эмиттерного тока, резисторы 5,.6, 8, 9 и 13, образцовый транзистор 7, амперметр 10, источник 11 коллекторного напряжения, блок 12 коммутации. Рекомендации по выбору параметров элементов, входящих в состав устройства, величин тока и напряжения приводятся в описании изобретения. 3 ил. S (Л ts9 4; ;о С)

К .

HI

Фиг. 2

0,5

0. 0.3 0,2

0.1 О

0.1 0.2 0,3 Й4

Вт Rrn-K

-0,5

-0,6-0,5-0.-0,3-0.2-0.1 О и/ 0,2 0.3 0. 0.5 0,6

Фиг.З