Способ контроля теплового сопротивления транзисторов Советский патент 1981 года по МПК G01R31/26 

Изобретение относится к электронной промьшшенности и может быть ис.пользовано для контроля-транзисторов Известныспособы.контроля теплового сопротивления транзисторов, основанные на пропускании разогревающи импульсов тока через р-п- переход испытуемого полупроводникового прибора и измерении скорости изменения прямого падения напряжения на том же или смежном р-п-переходе iJC lНедостатком данных способов является повыиеннаш сложность контроля, обусловленная тем, что для задания разогревающих импульсов тока и измерения прямого падения напряжения тре буется специальная схема управления режимами задания тока и контроля, а также тем, что получение результата связано с необходимостью взятия ДЭУХ мгновенных отсчетов до и сразу после пропускания импульса тока через коллекторную цепь транзистора с обеспечением постоянства режимов в его базовой цепи. Наиболее близким к предлагаемому является способ, заключающийся в нагреве структуры испытуемого транзистора путем пропускания коллекторного тока и приложения коллекторного напр жения и в измерении прямого падения напряжения на его р-п-переходе. В соответствии с зтим 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 з. 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 разнос ь между двумя измеряемыми значениями прямого падения напряжения, которые разнесены во времени на величину, много меньшую постоянной времени, чрезвычайно мала. Цель изобретения - повышение точности и упрощение контроля. Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля теплового сопротивления транзисторов, заключающемся в нагреве структуры испытуемого транзистора путем пропускания коллек торного тока и приложения коллекторного напряжения и в измерении прямог падения на его р-п-переходе, коллекторный тгок поддерживаютг в течение всего цикла контроля постоянным, а приложенное коллекторное напряжение непрерывно изменяют по величине без изменения знака с периодом повторени имеющим порядок величины тепловой постоянной времени кристгшла транзистора, и измеряют амплитуду переГ менной составляющей прямого падения напряжения на р-п-переходе, по величине которой судят о тепловом сопро-тивлении. Кроме того, с целью дальнейшего повышения точности контроля, период изменения коллекторного напряжения устанавливают на один И 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 предьщущего измерения 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, источник 4 коллекторного напряжения, величина которого изменяется периодически во времени без изменения знака/ на фнг, 2 - эпюры изменения во времени тока, задаваемого в эмиттер транзис тора (а), прямого падения напряжения на переходе эмиттер-база ((5) и коллекторного напряжения (-в). Контроль величины теплового сопро тивления транзистора по предлагаемом 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 (тепловое сопротивление), С (теплоемкость кристалла). В рамках предлагаемого способа используется тот факт, что величины параметров .цепочки можно установить частот ным способом, т.е. путем измерения амплитуды или фазы сигнала на ее выходе. Действительно, периодичес кое изменение коллекторного напряже ния, например по закону i п ft t (см. эпюру в, фиг. 2) будет вызыват при постоянном токе коллектора 1, мгновенное изменение мощности, подво димой к транзистору по закону Р (t) to 1 Uo+ и i п SI t). Среднее значение этой.мощности обеспечивает нагрев кристалла транзистора до некоторой температуры, а часть мгнове ной мощности трансформируется в пер одические изменения температуры с частотой SL и амплитудой, которая будет определяться коэффициентом передачи к(Гг.) .i . 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 и частоты (периода) изменения переменной составляющей мгновенной подводимой к транзистору мощности P(t). Граничная частота имеет поря 1ТЬ- И сл ДОвательно, период изменения мгновенной мощности, при котором амплитуда изменения температуры составляет-f/Vz от изменений на постоянном токе (на очень низкой частоте), равна . 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. В .силу того, что коэффициент передачи по напряжению с выхода транзистора на его вход имеет конечную величину, переменная составлякицая 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 Р этом практически исключаются температурные колебания и измеренное значение переменной составляющей напряжения эмиттер-база определяется только электрическим прохождением сигнала из коллекторной цепи, транзистора в его змиттерную цепь. Поэтому, вычитая из результата измерения амплитуду переменной составляющей, которая соответствует периоду изменения коллекторного напряжения порядка постоянной времени R.C , 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. ПредлагаелФ)1й способ позволяет повысить точность контроля и упростить его осуществление, так как не требует для реализации Никаких устройств коммутации режимов нагрева и контроля.. Формула изобретения 1. Способ контроля теплового сопротивления транзисторов, заключающийся в нагреве структуры испытуемого транзистора путем пропускания коллекторного тока и приложения коллекторного напряжения и в измерении прямого падения напряжения на его р-ппереходе, отличающийся тем, что,с целью .повышения точности и упрощения контроля, коллекторный ток 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 т-ранзйстора, и измеряют амплитуду переменной составля щей прямого падения напряжения на р-п-переходе, по величине которой судят о тепловом сопротивлении. 2. Способ ПОП.1, отличающий тем, что, период изменения коллекторного напряжения устанавливают на один и более порядков меньшим тепловой постоянной времени, кристалла, а полученную в результате измерения амплитуду переменной составляющей прямого падения на р-п-переходе вычитают из результата предыдущего измерения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 446854, кл, G 01 R 31/26, 1974. 2.Патент США 3.745.460, кл. 324-158, опублик. 1973. 3.Патент Великобритании №1.468.161 кл. Н 4 D, опублик. 1977 (прототип).