СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ НА ЦИКЛОСТОЙКОСТЬ СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ Советский патент 1970 года по МПК G01R31/26 

Изобретение может быть использовано для оценки циклостойкости контактных соединений силовых полупроводниковых приборов, например вентилей и тиристоров, от которой зависит надежность и продолжительность их работы.

Существенное различие коэффициентов линейного расширения материалов элементов конструкции прибора приводит при использовании мягких припоев к возникновению в последних радиальных деформаций, максимальных на периферии соединений, и деформаций среза. В результате в процессе эксплуатации прибора припои рекристаллизуются, образуются микротрещины, пористость и т. д. Все эти факторы постепенно увеличивают тепловое сопротивление прибора.

С увеличением перепада температур в процессе циклического воздействия цнклостойкость контактных соединений уменьшается, причем имеется ряд экспериментальных зависимостей, позволяющих оценить степень снижения циклостойкости соединений.

Известны способы испытаний силовььх полупроводниковых приборов на ЦИКЛОСТОЙКОСТЬ. При длительности одного цикла испытаний 15-45 сек и циклостойкости контактных соединений с мягкими припоями 5-(Юз-105) циклов процесс испытаний на циклостойкость занимает значительное время, что зятоудняет

оценку циклостойкости существующих и вновь разрабатываемых контактных соединений. Особенно затруднена оценка циклостойкости контактных соединений с прижимными контактами, находящих все более широкое применение в последних разработках в связи с их повыщенной циклостойкостью (около Юз-Ю« циклов). Предлагаемый способ ускоренных испытаНИИ силовых полупроводниковых приборов на ЦИКЛОСТОЙКОСТЬ одиночными импульсами тока значительной величины и относительно малой длительности обеспечивает значительно больший перегрев структуры по сравнению с ранее

принятым, составляющим 125-140°С. При этом амплитуду п длительность импульса тока выбирают из условия предельно допустимой для данного режпма испытаний температуры (350-450 С), предотвращая «стягпвание

в шнур прямого тока; «стягивание в шнур обратного тока - в случае последующего за импульсом прямого тока приложения обратного напряжения; расплавление мягких припоев. Температуру перегрева любого элемента

конструкции прибора, а также контактного соединения можно с достаточным прпближением оценить методом электротепловой аналогии (ЭТА). Как иоказывает апалпз методом ЭТА, для

Щйм фактором при оценке предельно допустимой температуры структуры является температура плавления контактного соединения кремниевой пластины с вольфрамовыми термокомиенсаторами.

Учитывая возможность существенно большего допустимого перепада температур в контактном соединений в процессе циклирования однократными импульсами тока (особенно при снятии с структуры обратного напряжения в схеме циклических испытаний), а также тот факт, что при кратковременных импульсах прямого тока в мйлЛисекундном интервале длительностей прогревается только незначительная часть элементов конструкции вблизи кремниевой пластины с малыми ностоянными времен охлаждения, частота следования импульсов может быть значительно повышена и резко сокраш,ен (в 50-100 раз) период циклирования. Благодаря этому более чем на два порядка (в 100-500 раз) сокращается длительность испытаний на циклостойкость контактного соединения кремниевой пластины с вольфрамовыми термокомпенсаторами и несколько меньше (в 15-20 раз) - длительность испытаний контактного соединения вольфрамовых термокомленсаторов с основанием.

На чертеже приведены основные показатели и параметры ускоренных испытаний на циклостойкость контактного соединения Si-Sn-W на основе олова (Гпл-232°С) для тиристора типа ВКДУ-150 при условии, что при всех длительностях импульса циклйрующего тока перепад температуры в наиболее критической точке (соединении Si-Sn-W) сохраняется

постоянным и равным 185°С (темнература охлаждающей воды -f 25°С):

AJsi - темиература перегрева структуры; и-длительность Импульса циклйрующего тока;

/п - амплитуда прямоугольного импульса тока;

Р - амплитуда прямоугольного импульса мощности, обеспечивающая необходимый перегрев структуры при дайной длительности импульса, амплитуде тока и наиболее вероятных параметрах структуры (напряжении отсечки f)l,0 в, динамическом сопротивлении / 0.7-10-ч ож);

/С - эффективный коэффициент ускорения испытаний на циклостойкость в данном режиме.

Все данные о температуре перегрева получены методом ЭТА. 0

Предмет изобретения

Способ испытаний на циклостойкость силовых полупроводниковых приборов с прижимными контактами, состоящий в том, что через прибор пропускают импульсы прямого тока, скважность которых выбирают из условия охлаждения прибора практически до начальной температуры к моменту воздействия следующего импульса при водяном охлаждении радиатора, отличающийся тем, что, с целью сокращения длительности испытаний, используют однократные импульсы прямого тока кратности около (5-12) /„, длительностью

5 10-100 мсек, амплитуду которых выбирают исходя из предельно допустимого температурного режима при условии снятия с циклируемого прибора обратного напряжения.