Способ контроля качества соединений элементов конструкции теплозащищенных полупроводниковых приборов Советский патент 1982 года по МПК G01R31/26 

.1 Изобретение относится к электроте нике и электронной технике и может быть использовано для контроля ка- . чества сборки теплозащищенных проборов. Известны способ тепловой защиты и конструкция теплозащищенного полу.проводникового прибора, заключающиеся в том, что, с целью исключения чрезмерного перегрева рабочей структ ры полупроводникового прибора в тепловом контакте с ней устанавливают термочувствительные элементы (термис торы, имеющие положительный или отри цательный температурные коэффициенты сопротивления, в сочетании с полупро водниковыми диодами, транзисторами и тиристорами), представляющие собой терморегулятор, который уменьшает величину тока через рабочую структуру, когда ее температура достигает заданного значения tl. Наиболее часто терморегуляторами снабжаются такие мощные полупроводниковые приборы, как силовые тиристоры. Известен также способ вк/ж)чающий нагрев испытуемого прибора заданной постоянной электрической мощностью до установившегося теплового состояния , измерение температуры структуры нагретого прибора с помощью предвари- . тельно калиброванного термочувствительного параметра,в качестве которого используют коэффициент усилия по току определение теплового сопротивления и сравнение его с эталонным значением, позволяет косвенньм путем оценить качество соединений в конструкции транзистора t2. Однако он неприменим для контроля соединений в конструкциях тиристоров. Другой из известных способов, не отличающийся по последовательности операций от предыдущего, но использующий в качестве термочувствительного параметра прямое падение напряжения на одном из р-п переходов не393пытуемого прибора при малом измерительном токе, позволяет измерять тепловое сопротивление, а по нему качество соединений практически всех типов полупроводниковых приборов, содержащих р-п переходы 31 Этот способ характеризуется высокой точностью, но для осуществления требует специальных устройств, в которых должна быть обеспечена коммутация рабочих и измерительных режимов испытуемого прибора, что усложняет его использование в процессе изготовления приборов, особенно теплозащищенных. Наиболее близким техническим решеИием к данному является способ контт роля качества соединений элементов конструкции полупроводниковых приборов, включающий разогрев полупроводниковой структуры путем подачи греюще го тока, измерение параметра, характе ризующегося качества соединений и сравнение его с эталонным значением. В качестве параметра, характеризующего качество соединении, в этом способе принята скорость изменения во времени температурно-чувствительного параметра, например, прямого падения напряжения, а импульсы греющего тока устанавливают с длительностью большей, чем постоянная времени Кристалла, но меньший,чем- постоянная времени прибора. Способ является универсальным, применим практически для всех типов полупроводниковых прибо- ров it. Недостатком известного способа является сложность его использования для 1;еплозащищенных полупроводниковых приборов, поскольку в условиях работы терморегулятора изме 1ения температуры прибора, а соответственно и изменения температурно-чувствительного параметра - невелик, поэтому трудно оценить скорость изменения его во времени, а тем более измерить ее с высокой, точностью. «Цель изобретения - упрощение и по вышение точности контроля приборов в процессе их изготовления. Поставленная цель достигается тем что в способе контроля качества соединений элементов конструкции теплозащищенных полупроводниковых приборов, снабженных терморегулятором, заключающемся в подаче греющего тока, измерении параметра, характеризующего качество соединений, и сравнение его с эталонным значением, подачу греющего тока прекращают и возобновляют при критической температуре перегрева терморегулятора, регулируют амплитуду греющего тока до установления максимальной частоты колебаний температуры испытуемого прибора и используют ее как параметр, характеризующий .качество соединений. На фиг. 1 изображена термоэквивалентная схема замещения теплозащищенного прибора; на фиг. 2 - пример зависимости периода колебаний температуры теплозащищенного полупроводникового, прибора от температуры перегрева терморегулятора при настройке его на критический перегрев в р 80°С. Схема содержит резисторы1 и 2, величина сопротивления каждого из которых равна (1/2 Rp) - половине собственного теплового сопротивления терморегулятора, резистор 3 (Кц-) контактное сопротивление терморегулятор-полупроводниковая структура. пк тепловое сопротивление, равное Rq 1/2R + R, емкость 4, Cn теплоемкость терморегулятора, резистор 5 и емкость 6 R и С-г тепловое сопротивление и теплоемкость полупроводниковой структуры, соответственно, V-J- - мгновенный перегрев терморегулятора, УП - мгновенный перегрев полупроводниковой структуры. (В реальном теплозащищенном приборе выполняются следующие соотношения:1Гп«С-, Сп «С, Rnt Ci Пусть в произвольный момент времени t t полупроводниковая структур ра имеет температуру перегрева а терморегулятор - . В режиме нагрева структуры постоянной мощностью Р мгновенные перегревы полупроводниковой структуры и.т ерморегулятора описываются экспоненциальными функциями / .tr±i.V Если в момент времени t tj вы чить мощность нагрева Р, температу перегрева в режиме охлаждения буду изменяться следующим образом: ох--вт е При первоначальном включении те защищенного прибора в момент времен t t| О перегревы отсутствуют, т.е. Sji 9п 0. После подачи на структуру мощности нагрева Р в моме времени t t/, мгновенный перегрев терморегулятора Vpj -9по становитс равным критическому 9р, , при котором терморегулятор прекращает дальн шее выделение мощности в полупровод ксгвой структуре. В этот момент врем ни согласно выражениям (1) и (2).пе регревы полупроводниковой структуры и терморегулятора будут иметь значе ния соответственно: -t тУ1-9то-Р-«т-t/ r ,-ioM V6nKp-P-«TH-1 Начиная с момента времени tg будет происходить периодический процесс выключения и включения теплозащищенного полупроводникового прибора с периодом, равным: Т utox +At где AtQX - длительность выключенного состояния прибора, а котором он .охлаждается; длительность включенного состояния прибора и его нагрева пос тоянной мощностью Р, В момент- выключения теплоизоляционного ПП перегрев терморегулятора будет равен (по условиям ра боты схемы тепловой защиты), а перегрев полупроводниковой структуры 196 будет равен 0: , определяемому по в.ыражению (8) . В момент включения прибора перегрев терморегулятора также будет равен Q , а перегрев по-ч лупроводниковой структуры составит согласно (б)бтоехр (.). Таким образом, после включения в работу прибора терморегулятора его перегрев в любой момент времени будет равен критическому Из анализа приведенных выше выражений с учетом того, что Тр . , когда , можно получить выражения для длительностей интервалов охлаждения и нагрева теплозащищенного полупроводникавого прибора и периода колебаний его температуры около устано-i вившегося значения: At Д ЬОУ 0пкР Р- RT PRr-SnKP (РКт) 9пкР-СР-Кт-0пкр) Из выражения (13) видно, что при постоянных значениях Р, R и вр,р период Т пропорционален тепловой посг тоянной времени терморегулятора Тц Rfjx -П Р практически постоянном значении С - пропорционален тепловому сопротивлению терморегуляторполупроводниковая структура ROK- Исследование выражения на экстремум показывает, что его минимум имеет место при условии P-R.r 29nKP(1Ю когда AtQ At. При этом частоты колебаний температуры Испытуемого теплозащищенного прибора максимальна. В области минимума Т зависимость (13) наименее критична к изменению параметров Р, R поэтому контроль соединений элементов конструкции прибора (контроль Rj) целесообразно производить путем изменения мощности нагоева до получения Максимальной частоты колебаний температуры прибора (включений иливыключений терморегулятора), когда выполняется условие (15). Блa -oдapя тому, что в качестве параметра, характеризующего качество сборки элементов теплозащищенного полупроводникового прибора, в предложенном способе использована частота релаксаций терморегулятора, существенно упрощается процесс контроля, сборки и повышается точность контроп я, так как о качестве сборки судят

только по степени приближения измерений максимальной частоты колебаний температурыу испытуемого прибора к значению, установленному для эталонного образца.

Формула изобретения

Способ контроля качеству соединеНИИ элементов конструкции теплозащищенных полупроводниковых приборов, снабженных терморегулятором, заключающийся в подаче греющего тока, измерении параметра, характеризующего .качество соединений, и сравнении его с эталонным значением, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения точности контроля, подачу греющего тока переключают и возобновляют при критической температуре перегрева терморегулятора, регулируют амплитуду греющего тока до усf

тановления максимальной частоты колебаний температуры испытуемого прибора и используют ее как параметр, характеризующий -качество соединений.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3-708.720. кл. 317-13.С, 1973.

2.ZatzSaul. Determine transistor thermal resistance guickly and easily. EDNIEEE, 1973, V 18, № 21, p. 62-6A..

3. Oettinger Frank F. et al. Theimal response measurements for semiconductor device due attachment evaluation, In,t. Electron. DeviceMeet ing Г-Washington, D.C., 1973, Teclm. Dig., New York, N.Y. p. kl 50.

f. Авторское свидетельство СССР № , кл. G 01 R 31/26, 197 (прототип).