CC BY
15Научная статья УДК 681.518.3
doi:10.24151/1561-5405-2023-28-5-600-611 EDN: TQEMOG
Исследование теплоэлектрических свойств мощных MOSFET-транзисторов
12 2 В. И. Смирнов ' , А. А. Гавриков
1 Ульяновский государственный технический университет,
г. Ульяновск, Россия
2
Ульяновский филиал Института радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова Российской академии наук, г. Ульяновск, Россия
Аннотация. MOSFET-траюисторы характеризуются способностью коммутировать большие электрические токи (десятки и сотни ампер) с высокой частотой. При этом рассеиваемая мощность достигает 1 кВт, поэтому требуется обеспечить эффективный отвод тепла от активной области кристалла и разработать соответствующие средства контроля теплового сопротивления переход - корпус. В работе представлены результаты исследований теплоэлектрических свойств мощных MOSFET-транзисторов. Исследования проведены с помощью аппаратно-программного комплекса, в котором наряду со стандартными методами измерения теплового сопротивления переход - корпус реализован модуляционный метод нагрева объекта импульсами греющего тока с гармоническим законом широтно-импульсной модуляции. Для определения температуры активной области кристалла в паузах между греющими импульсами измерен температуро-чувствительный, или термометрический, параметр, в качестве которого использовано напряжение между истоком и стоком. Для исключения влияния переходных электрических процессов на результаты измерений теплового сопротивления значения температурочувствительного параметра экстраполировано к моменту окончания каждого импульса греющего тока. Для экстраполяции использованы корневой и логарифмический законы изменения температурочувствительного параметра в процессе охлаждения кристалла транзистора после его импульсного нагрева. Показано, что результаты измерений компонент теплового сопротивления, полученные различными методами, хорошо согласуются между собой.
Ключевые слова: мощные транзисторы, тепловое сопротивление, модуляционный метод, переходная тепловая характеристика, аппаратно-программный комплекс
Финансирование работы: работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (проект № 23-29-00026).
Для цитирования: Смирнов В. И., Гавриков А. А. Исследование теплоэлектрических свойств мощных МОЗРЕТ--транзисторов // Изв. вузов. Электроника. 2023. Т. 28. № 5. С. 600-611. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2023-28-5-600-611. -EDN: TQEMOG.
© В. И. Смирнов, А. А. Гавриков, 2023
Original article
Study of the thermoelectric properties of powerful MOSFETs
• 12 * 2 V. I. Smirnov ' , A. A. Gavrikov
1Ulyanovsk State Technical University, Ulyanovsk, Russia 2 Ulyanovsk branch of Kotel'nikov Institute of Radio Engineering and Electronics of Russian Academy of Sciences, Ulyanovsk, Russia
Abstract. The MOSFETs are marked by the ability to commutate high currents (tens to hundreds amperes) with high frequency. With that the dissipated power reaches 1 kW. Due to this it is required to assure effective dissipation of heat from active area of the crystal and to develop appropriate means of junction-case thermal resistance control. In this work, the results of studies of the thermoelectric properties of high-power MOSFETs are presented. The studies were carried out using a hardware-software complex, in which, along with the standard methods for measuring the junction-case thermal resistance, a modulation method was implemented that uses the heating of an object by heating current pulses with a harmonic pulse-width modulation law. To measure the temperature of the active area in the pauses between the heating pulses, the temperature-sensitive, or thermometric, parameter was measured, which was the source-drain voltage. To eliminate the impact of transient electrical processes on the results of thermal resistance measurements, the temperature-sensitive parameter values were extrapolated to the end of each heating pulse. For extrapolation, it is proposed to use the root and logarithmic laws of the change in the temperature-sensitive parameter in the process of cooling the transistor crystal after its pulsed heating. It has been demonstrated that the results of measurements of the thermal resistance components obtained by various methods are in good agreement with each other.
Keywords, power transistors, thermal resistance, modulation method, transient thermal response, hardware-software complex
Funding: the work has been supported by Russian Science Foundation (project no. 23-29-00026).
For citation: Smirnov V. I., Gavrikov A. A. Study of the thermoelectric properties of powerful MOSFETs. Proc. Univ. Electronics, 2023, vol. 28, no. 5, pp. 600-611. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2023-28-5-600-611. - EDN: TQEMOG.
Введение. Отличительной особенностью мощных MOSFET- и IGBT-транзисторов является их способность коммутировать большие электрические токи с высокой частотой. При этом значения коммутируемых токов составляют десятки и сотни ампер, а рассеиваемая в транзисторах мощность может достигать 1 кВт. Это обстоятельство требует обеспечения эффективного отвода тепла от активной области кристалла (p-n-перехода) транзистора к его корпусу, а также разработки соответствующих средств контроля теплового сопротивления переход - корпус.
Методы измерения теплового сопротивления. Качество теплоотвода любого полупроводникового прибора, включая MOSFET-транзисторы, характеризуется тепловым сопротивлением переход - корпус RTjC, определяемым выражением
Т - Т АТ АТ
Т) _ 3 с ___ ___
КТ,с -
Р Р I;ри
где Т - температура электронно-дырочного перехода транзистора; 1с; - фиксированная температура корпуса объекта; Р - мощность, рассеиваемая в объекте; 1гр - греющий ток в канале транзистора (ток стока); и - напряжение между стоком и истоком транзистора [1].
Методы измерения теплового сопротивления RTjC основаны на разогреве полупроводникового прибора импульсами тока 1гр, в паузах между которыми измеряют приращение температуры перехода Д7}, вызванное воздействием импульсов греющего тока. Разогрев объекта осуществляют либо импульсами постоянной длительности [2], либо импульсами длительностью, увеличивающейся по логарифмическому закону [3]. Используют также разогрев переменной тепловой мощностью, для чего через объект пропускают широтно-импульсно-модулированные импульсы греющего тока с гармоническим законом модуляции [4].
Температура перехода Т определяется косвенным способом на основе измерения температурочувствительного параметра (ТЧП), который линейно зависит от температуры перехода. Для диодов в качестве ТЧП используют прямое падение напряжения на р-п-переходе при протекании через него малого измерительного тока /изм, для биполярных транзисторов - напряжение база - эмиттер иБЭ, для мощных MOSFET-транзисторов - сопротивление канала или напряжение на антипараллельном диоде, для ЮБТ-транзисторов - напряжение коллектор - эмиттер иКЭ [5].
Для мощных транзисторов с большой рассеиваемой мощностью тепловые сопротивления RTjC имеют относительно невысокие значения. При этом могут возникнуть факторы, способные оказать серьезное влияние на точность измерения RTjC. В частности, это длительность греющих импульсов тимп, переходные электрические процессы, связанные с рассасыванием неосновных носителей заряда после переключения образца из режима нагрева в режим измерения ТЧП [1], температурный тренд корпуса транзистора и др. Так, например, ОСТ 11 0944-96 [2] и МГЬ^ТБ-750-3 [3] рекомендовано устанавливать тимп, в 3-5 раз превышающую тепловую постоянную времени кристалл -корпус. При этом условии в процессе нагрева транзистора температура Т достигает стационарного значения, а температура Тс остается неизменной. Но корпуса транзисторов могут существенно различаться между собой, поэтому диапазон рекомендуемых значений тимп получается довольно широкий - от 10 до 500 мс [6]. Определить оптимальное значение тимп можно на основе анализа переходной тепловой характеристики, представляющей собой зависимость температуры перехода Т от длительности греющих импульсов. Данный метод положен в основу стандарта [7].
Важными факторами, влияющими на точность измерения RTjC, являются переходные электрические процессы, связанные с инжекцией неосновных носителей заряда через р-п-переход при нагреве транзистора и последующим их рассасыванием при измерении ТЧП. Для уменьшения влияния этого фактора измерение ТЧП проводят с некоторой временной задержкой относительно окончания греющего импульса. Но время задержки для разных типов транзисторов может существенно различаться. Кардинально устранить влияние времени задержки можно, экстраполируя измеренные значения ТЧП к моменту окончания греющего импульса.
Для уменьшения влияния температурного тренда корпуса транзистора, который для мощных транзисторов имеет существенное значение, стандартом [7] рекомендуется проводить измерения RTjC, закрепляя объект измерения на «холодных плитах» - медных радиаторах с проточным охлаждением. Значительно уменьшить влияние этого фактора можно, используя модуляцию греющей мощности по гармоническому закону [8]. В то же время модуляционный метод, так же как и метод, основанный на анализе переходной характеристики, позволяет определять компоненты теплового сопротивления всего пути, по которому распространяется тепловой поток от активной области к корпусу прибора и далее в окружающую среду. Для этого измеряют частотную зависимость вещественной части Яе ZT(v) теплового импеданса и проводят ее анализ [9].
Особенности измерения теплового сопротивления MOSFET-транзисторов. Объект исследования - мощный МОБЕБТ-транзистор, структура базовой ячейки которого изображена на рис. 1, а, конструкция корпуса - на рис. 1, б. Особенностью структуры такого транзистора является наличие паразитного антипараллельного диода между p - и ^-областями транзистора. В рабочих режимах транзистора при
Рис. 1. Мощный MOSFET-транзистор: а - структура базовой ячейки; б - конструкция корпуса Fig. 1. Power MOSFET base cell: a - base cell structure; b - case construction
напряжении между истоком и стоком UСИ > 0 диод включен в обратном направлении и не оказывает никакого влияния на работу транзистора. Тем не менее антипараллельный диод может быть использован для измерения температуры перехода Согласно стандарту [3] для мощных МОБББТ-транзисторов в качестве ТЧП рекомендовано использовать напряжение при закрытом канале транзистора. В этом случае небольшой измерительный ток ^^ протекает в прямом направлении через антипараллельный диод МОББЕТ-транзистора, как это показано стрелками на рис. 1, а. Антипараллельный диод может быть использован также и для разогрева кристалла МОББЕТ-транзистора путем пропускания через него импульсов греющего тока [8]. В этом случае направления греющего !гр и измерительного !изм токов совпадают (от истока к стоку), что упрощает реализацию такого способа. В то же время добиться высокой точности измерения RTjC мощных транзисторов данным способом сложно. У многих объектов такого типа значение RTjC составляет менее 0,5 К/Вт. Для разогрева объекта на 20 °С, что рекомендуется стандартом [3], требуется тепловая мощность более 40 Вт. Учитывая, что падение напряжения на антипараллельном диоде около 1 В, амплитуда импульсов греющего тока должна быть не менее 40 А.
Коммутация такого тока в измерительном устройстве может сопровождаться помехами по цепям питания, влияющими на точность измерения RTjC. Решением проблемы может быть разогрев MOSFET-транзистора в активном режиме, когда греющие импульсы /гр протекают от стока к истоку через открытый канал, а измерение ТЧП в паузах между импульсами проводится путем пропускания /изм в обратном направлении, т. е. от истока к стоку. Это позволяет за счет увеличения напряжения иСИ достичь рассеиваемой в транзисторе мощности в десятки и сотни ватт.
Еще одна особенность измерения теплового сопротивления мощных MOSFET-транзисторов связана с измерением ТЧП в случае использования напряжения иИС на антипараллельном диоде. Поскольку при переключении транзистора из состояния нагрева в режим измерения ТЧП возникают переходные электрические процессы, то ТЧП необходимо измерять с некоторой временной задержкой тЗ относительно окончания греющего импульса. Значения тЗ для разных объектов могут существенно различаться. Как отмечалось ранее, исключить влияние тЗ можно, экстраполируя результаты измерения ТЧП к моменту окончания каждого греющего импульса. В работе [10] показано, что процесс остывания ДТ(() активной области кристалла по окончании греющего импульса описывается корневой зависимостью:
где Р - рассеиваемая мощность; А - площадь теплового «пятна»; с, р и X - удельная теплоемкость, плотность и теплопроводность кристалла соответственно.
Линеаризуя данную зависимость, можно определить температуру перехода Т непосредственно в момент окончания греющего импульса (в момент I = 0). Такой подход рекомендован стандартами [2, 3]. Следует отметить, что выражение для ДТ/(0 получено в предположении «полубесконечного» кристалла с выделением тепла в тонком приповерхностном слое. Для мощного MOSFET-транзистора (см. рис. 1) это условие может не соответствовать действительности. Если нагрев транзистора проводится импульсами тока, протекающими от истока к стоку через антипараллельный диод, то тепло в основном рассеивается в области р-п-перехода, глубина залегания которого мала. Если нагрев транзистора проводится в активном режиме, когда канал транзистора открыт и импульсы тока протекают от стока к истоку, то рассеивание тепла происходит преимущественно в слаболегированном эпитаксиальном слое п-типа. Толщина этого слоя определяется значением напряжения пробоя и может быть относительно большой. В предельном случае, когда температура кристалла равномерно распределена по всей его толщине, кривая остывания Т(0 описывается выражением
где Т0 - температура кристалла при I = 0; т - тепловая постоянная времени кристалл -корпус.
Использование в рассматриваемом случае для экстраполяции ТЧП корневой зависимости, рекомендуемой стандартами, может дать неверный результат. Для определения температуры перехода Т в момент I = 0 целесообразно использовать линейную зависимость 1п7}(0 от времени
Аппаратно-программный комплекс для измерения теплового сопротивления. Для измерения теплового сопротивления мощных MOSFET- и ЮБТ-транзисторов разработан аппаратно-программный комплекс, функциональная схема которого представ-
2P г AT} (t) ---«
т (t)=T «в-<t *,
лена на рис. 2. Работой всего комплекса управляет компьютер, из которого в микроконтроллер передается информационный пакет данных, определяющий режимы работы аппаратно-программного комплекса и параметры измерения. Микроконтроллер на основе полученных данных совместно с формирователем импульсов греющего тока генерирует последовательность импульсов заданной амплитуды и периода следования, а также частоты широтно-импульсной модуляции (ШИМ) в случае использования модуляционного метода. Установка амплитуды импульсов осуществляется с помощью цифрового потенциометра. Коммутация импульсов с заданным периодом и длительностью осуществляется с помощью электронного ключа и дифференциального усилителя. Формирователь импульсов сконструирован по стандартной схеме [11] на основе операционного усилителя, полевого транзистора и токозадающего резистора, что обеспечивает стабилизацию амплитуды греющих импульсов. Формирователь измерительного тока сконструирован по аналогичной схеме, но в нем сила тока !изм устанавливается вручную с помощью потенциометра. Система коммутации на основе мультиплексоров МиХ1-МиХ3 обеспечивает возможность измерения теплового сопротивления различных типов транзисторов, включая МОБББТ-, ЮБТ-, НЕМТ- и биполярные транзисторы.
Рис. 2. Функциональная схема аппаратно-программного комплекса: ЦП - цифровой потенциометр; Кл - электронный ключ; ДУ - дифференциальный усилитель; ПН - потенциометр;
АЦП - аналого-цифровой преобразователь Fig. 2. Functional diagram of the hardware-software complex: ЦП - digital potentiometer; Кл - electronic key; ДУ - differential amplifier; ПН - potentiometer; АЦП - analog-to-digital
converter
Напряжение на объекте UYV во время протекания через него !гр измеряется с помощью встроенного в микроконтроллер 10-разрядного аналого-цифрового преобразователя (АЦП), напряжение U-гш в паузах между греющими импульсами - с помощью внешнего 16-разрядного АЦП. Обмен данными между внешним АЦП и микроконтроллером осуществляется посредством последовательного периферийного интерфейса SPI, а обмен данными между микроконтроллером и компьютером - посредством интерфейса USB.
Программное обеспечение аппаратно-программного комплекса позволяет пользователю устанавливать режимы его работы и параметры измерения с последующей передачей их из компьютера в микроконтроллер, принимать от последнего результаты измерений и обрабатывать их, представлять результаты обработки в удобном графическом формате, вести базу данных с результатами измерений, анализировать нештатные ситуации. В зависимости от установленного режима работы в аппаратно-программном комплексе формируются одиночные импульсы 1гр или серии импульсов, последовательности импульсов с длительностью, изменяющейся по гармоническому закону или с нарастающей по логарифмическому закону длительностью. Есть возможность проведения производственных испытаний однотипных объектов и их отбраковки по значению теплового сопротивления, измерения прямой ветви ВАХ объекта и т. д.
Результаты измерения теплового сопротивления мощных MOSFET-транзис-торов. С целью проверки работы аппаратно-программного комплекса и оценки его функциональных возможностей проведены измерения теплового сопротивления мощных MOSFET-транзисторов. Объект измерения - транзисторы IRF634 производства Vishay Siliconix (максимальная рассеиваемая мощность P = 74 Вт, максимальное тепловое сопротивление переход - корпус Щс = 1,7 К/Вт). Для фиксации температуры корпуса транзистор крепили к радиатору посредством термопасты. Измерение компонент теплового сопротивления проводили модуляционным методом и модифицированным методом на основе ОСТ 11 0944-96 с предварительным измерением переходной тепловой характеристики.
При использовании модуляционного метода объект нагревали последовательностью импульсов греющего тока с амплитудой 5 А и периодом следования 150 мкс. Длительность импульсов модулировали по гармоническому закону в диапазоне 37,5-102,5 мкс, частоту модуляции варьировали в диапазоне 0,02-500 Гц. Для определения компонент теплового сопротивления измеряли зависимость модуля Zj{v), фазы 9(v) и вещественной части Re Zjiy) теплового импеданса от частоты модуляции v. Частотная зависимость Re Zt(v) представлена на рис. 3, а. По оси абсцисс указаны номера измерения, каждому из которых соответствует частота модуляции, показанная в текстовом окне. Особенностью зависимости Re Zt(v) является наличие на графике пологих участков и точек перегиба, связанных с элементами конструкции объекта, по которым распространяется тепловой поток от активной области кристалла через монтажный слой к корпусу и далее к радиатору и в окружающую среду.
Выявив особые точки на графике Re Zj{v), можно определить компоненты теплового сопротивления. Для решения данной задачи проводили обработку зависимости Re Zj(v), которая включала в себя сглаживание графика Re Zj(v) методом скользящего среднего и вычисление производной [d(Re ZT)/dv]-1 как функции переменной Re ZT. Для вычисления производной в каждой точке дискретной зависимости Re Zt(v) рассчитывали коэффициенты линейной регрессии. Результат такой обработки представлен на рис. 3, б. На графике отчетливо проявляются три локальных максимума, каждый из которых соответствует определенной компоненте теплового сопротивления. Значения компонент теплового сопротивления, определяемые положением максимумов относительно оси абсцисс, составляют: RT1 = 0,58 К/Вт; RT2 = 0,75 К/Вт; RT3 = 1,62 К/Вт. Эти компоненты проявляются на частотах модуляции, равных соответственно 15,0; 5,6; 0,095 Гц. Значение RT3 соответствует компоненте теплового сопротивления переход -корпус, максимальное значение которого согласно техническому описанию на транзистор IRF634 равно 1,7 К/Вт. Остальные компоненты RT1 и RT2 связаны с соединительным слоем, посредством которого кристалл транзистора монтируется к корпусу
Рис. 3. Частотная зависимость Re ZT(v) (а) и результат ее обработки (б) Fig. 3. Frequency dependence of Re Z^v) (a) and the result of its processing (b)
(см. рис. 1, б). В мощных транзисторах кристаллы монтируются к основанию корпуса с использованием металлических сплавов, при этом часто используют пайку эвтектикой Au-Si. Вследствие малой пластичности эвтектики Au-Si и существенного различия температурных коэффициентов линейного расширения (ТКЛР) у кремниевого кристалла и материала основания корпуса в кристалле могут возникать механические напряжения. Для их уменьшения используют термокомпенсаторы из Mo или W, которые хорошо согласуются по значениям ТКЛР с Si [12]. Компоненты RT\ и Rт2 связаны с наличием в монтажном слое компенсационной пластины.
При использовании метода измерения теплового сопротивления на основе ОСТ 11 0944-96 требуется устанавливать длительность импульсов греющего тока такой, чтобы температура кристалла транзистора достигала стационарного состояния, а температура корпуса оставалась неизменной. Для определения требуемой длительности импульсов греющего тока проводили измерения переходной тепловой характеристики, для чего через объект пропускали последовательность импульсов с нарастающей по логарифмическому закону длительностью т. Скважность импульсов устанавливали равной 5. В паузах между импульсами измеряли температуру перехода что позволяло определить тепловой импеданс для каждого импульса. Результат измерения переход-
Рис. 4. Зависимость теплового импеданса Zj{t) от длительности греющих импульсов (а)
и результат ее обработки (б) Fig. 4. Dependence of the thermal impedance Zj(t) on the duration of the heating pulses (a)
and the result of its processing (b)
ной характеристики представлен на рис. 4, а. На ней, как и у приведенного на рис. 3, а графика Re ZT{v), имеются пологие участки и точки перегиба, которые соответствуют тем или иным компонентам теплового сопротивления. Для их выявления проводили сглаживание графика и вычисление производной. Полученная таким образом зависимость [dZT/dт]-1 от длительности импульсов т показана на рис. 4, б. На полученном в результате обработки графике имеются три локальных максимума, соответствующие длительностям т1 = 8 мс, т2 = 36 мс и т3 = 912 мс. Для каждого из полученных значений т проводили исследования компонент теплового сопротивления на основе ОСТ 11 0944-96, которые включали в себя разогрев объекта последовательностью импульсов греющего тока и измерение в паузах между ними ТЧП - напряжения ЦИС при напряжении на затворе ЦЗИ = 0. Длительность импульсов устанавливали равной 912 мс, скважность - 5, амплитуда равна 5 А, время задержки составляло 30 мкс. Результат измерений показан на рис. 5. Значение компоненты теплового сопротивления, соответствующей длительности импульсов т3 = 912 мс, составило ЯТ3 = 1,64 К/Вт, что хорошо согласуется со значением ЯТ3 = 1,62 К/Вт, полученным модуляционным методом. Результаты измерений, проведенных при т = 8 мс и т = 36 мс, равны 0,60 и 0,83 К/Вт соответственно, что также хорошо согласуется с результатами, полученными модуляционным методом.
Для исключения влияния на результат измерения компонент теплового сопротивления времени задержки, обусловленной переходными электрическими процессами в р-и-переходе транзистора, использовали экстраполяцию кривой остывания 7/(0 к моменту окончания греющего импульса. Стандартами рекомендовано использовать корневой характер зависимости 7/(0. Результат такой экстраполяции показан на вставке рис. 5. В случае, когда в результате протекания импульса греющего тока кристалл на-
Re ZT, К/Вт |1636 ¡
9600
щ 8600
S
и 7600 а
£ 6600 ю
га 5600
I
| 4600 и
к 3600
о.
с
¡g 2600 1600
- ........ ••• • m iX 7b, °С=|«Л20в
/ь
75 74 Лт-,К/Вт=1 —
73
71
70 1 •
69 —
0.6 2.6 4.6 6.6 8.6 10.6 12.6 % МКСю
г • Г
100 200 300 400 500 600 700 800
Номер измерения
900 1000 1100 1200 1300 1400 1500
Рис. 5. Результат измерений RTjc модифицированным методом на основе ОСТ 11 0944-96 (вставка - экстраполяция T/t) к моменту окончания импульса для корневой зависимости) Fig. 5. The result of measurings of RTjc by the modified method based on the OST 11 0944-96 (inset - extrapolation of Tj(t) to the end of the pulse for the root dependence)
гревается равномерно по всему объему, предпочтительнее использовать логарифмическую линеаризацию зависимости Т(). Исследования показали, что в обоих случаях результаты измерения К^с для транзистора 1КР634 получаются близкими (1,64 и 1,57 К/Вт).
Заключение. Исследования теплоэлектрических свойств мощных МОББЕТ-транзисторов, проведенные с использованием аппаратно-программного комплекса, показали следующее:
- результаты измерений теплового сопротивления переход - корпус, полученные на основе стандарта ОСТ 11 0944-96 и модуляционным методом, хорошо согласуются между собой;
- аппаратно-программный комплекс позволил измерить не только компоненту теплового сопротивления переход - корпус, но и компоненты, связанные с наличием в монтажном слое компенсационной пластины, причем эти компоненты выявляются как модифицированным методом на основе ОСТ 11 0944-96, так и модуляционным методом;
- для исключения влияния длительности импульсов греющего тока на результаты измерения предложено предварительно измерять переходную характеристику и на ее основе определять оптимальную длительность импульсов для каждой компоненты теплового сопротивления;
- для исключения влияния времени задержки, обусловленной переходными электрическими процессами, использована экстраполяция измеренных значений ТЧП к моменту окончания импульсов греющего тока. Исследования показали, что использование для линеаризации корневой и логарифмической зависимостей ТЧП дают примерно одинаковый результат.
Литература
1. Смирнов В. И., Сергеев В. А., Гавриков А. А., Куликов А. А. Сравнительный анализ методов измерения теплового сопротивления нитрид-галлиевых НЕМТ-транзисторов // Изв. вузов. Электроника. 2020. Т. 25. № 3. С. 219-233. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2020-25-3-219-233
2. ОСТ 11 0944 - 96. Микросхемы интегральные и приборы полупроводниковые. Методы расчета, измерения и контроля теплового сопротивления. М.: НПП «Пульсар», 1997. 110 с.
3. MIL-STD-750/3. Transistor electrical test methods for semiconductor devices: Department of Defense test method standard. Part 3: Test methods 3000 through 3999 // EverySpec [Электронный ресурс]. 03.12.2012. URL: http://everyspec.com/MIL-STD/MIL-STD-0700-0799/MIL-STD-750_3_40024/ (дата обращения: 28.06.2023).
4. Smirnov V. I., Sergeev V. A., Gavrikov A. A., Shorin A. M. Modulation method for measuring thermal impedance components of semiconductor devices // Microelectronics Reliability. 2018. Vol. 80. P. 205-212. https://doi.org/10.1016/j.microrel.2017.11.024
5. Thermal impedance measurements for vertical power MOSFETs (Delta source-drain voltage method): Addendum No. 3 to JESD24 // JEDEC [Электронный ресурс]. Nov. 1990. URL: https://www.jedec.org/ taxonomy/term/2101 (дата обращения: 28.06.2023).
6. Thermal impedance measurement for insulated gate bipolar transistors - (Delta VCE(on) method): JESD24-12 // JEDEC [Электронный ресурс]. June 2004. URL: https://www.jedec.org/ document_search?search_api_views_fulltext=JESD24-12 (дата обращения: 28.06.2023).
7. Transient dual interface test method for the measurement of the thermal resistance junction-to-case of semiconductor devices with heat flow through a single path: JESD51-14 // JEDEC [Электронный ресурс]. Nov. 2010. URL: https://www.jedec.org/document_search?search_api_views_fulltext=JESD51-14+ (дата обращения: 28.06.2023).
8. Smirnov V. I., Sergeev V. A., Gavrikov A. A., Shorin A. M. Thermal impedance meter for power MOSFET and IGBT transistors // IEEE Transactions on Power Electronics. 2018. Vol. 33. No. 7. P. 6211-6216. https://doi.org/10.1109/TPEL.2017.2740961
9. Сравнительный анализ стандартного и модуляционного методов измерения теплового сопротивления мощных биполярных транзисторов / В. И. Смирнов, В. А. Сергеев, А. А. Гавриков и др. // Журнал радиоэлектроники [электрон. журн.]. 2019. № 1. Ст. 6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.L3. -EDN: TQRQHW.
10. Oettinger F. F., Blackburn D. L. Semiconductor measurement technology: Thermal resistance measurements. Gaithersburg, MD: National Institute of Standards and Technology, 1990. 78 p.
11. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: в 3 т. Т. 1. М.: Мир, 1993. 411 с.
12. Ланин В. Л., Ануфриев Л. П. Монтаж кристаллов IGBT-транзисторов // Силовая электроника. 2009. № 2 (20). С. 94-99. EDN: MVRVFN.
Статья поступила в редакцию 01.03.2023 г.; одобрена после рецензирования 09.03.2023 г.;
принята к публикации 08.08.2023 г.
Информация об авторах
Смирнов Виталий Иванович - доктор технических наук, профессор кафедры проектирования и технологии электронных средств Ульяновского государственного технического университета (Россия, 432027, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, 32), ведущий научный сотрудник лаборатории УФ-2 Ульяновского филиала Института радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова Российской академии наук (Россия, 432071, г. Ульяновск, ул. Гончарова, 48, стр. 2), [email protected]
Гавриков Андрей Анатольевич - кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории УФ-2 Ульяновского филиала Института радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова Российской академии наук (Россия, 432071, г. Ульяновск, ул. Гончарова, 48, стр. 2), [email protected]
References
1. Smirnov V. I., Sergeev V. A., Gavrikov A. A., Kulikov A. A. Comparative analysis of methods for measuring the thermal resistance of gallium nitride HEMT-transistors. Izv. vuzov. Elektronika = Proc. Univ. Electronics, 2020, vol. 25, no. 3, pp. 219-233. (In Russian). https://doi.org/10.24151/1561-5405-2020-25-3-219-233
2. OST 11 0944 - 96. Integrated circuits and semiconductor devices. Methods of calculation, measurement and control of thermal resistance. Moscow, NPP "PuLsar" Publ., 1997. 110 p. (In Russian).
3. MIL-STD-750/3. Transistor electrical test methods for semiconductor devices: Department of Defense test method standard. Part 3: Test methods 3000 through 3999. EverySpec. 03.12.2012. Available at: http://everyspec.com/MIL-STD/MIL-STD-0700-0799/MIL-STD-750_3_40024/ (accessed: 28.06.2023).
4. Smirnov V. I., Sergeev V. A., Gavrikov A. A., Shorin A. M. Modulation method for measuring thermal impedance components of semiconductor devices. Microelectronics Reliability, 2018, vol. 80, pp. 205-212. https://doi.org/10.1016/j.microrel.2017.11.024
5. Thermal impedance measurements for vertical power MOSFETs (Delta source-drain voltage method): Addendum no. 3 to JESD24. JEDEC. Nov. 1990. Available at: https://www.jedec.org/taxonomy/term/2101 (accessed: 28.06.2023).
6. Thermal impedance measurement for insulated gate bipolar transistors - (Delta VCE(on) method): JESD24-12. JEDEC. June 2004. Available at: https://www.jedec.org/ document_search?search_api_views_fulltext=JESD24-12 (accessed: 28.06.2023).
7. Transient dual interface test method for the measurement of the thermal resistance junction-to-case of semiconductor devices with heat flow through a single path: JESD51-14. JEDEC. Nov. 2010. Available at: https://www.jedec.org/document_search?search_api_views_fulltext=JESD51-14+ (accessed: 28.06.2023).
8. Smirnov V. I., Sergeev V. A., Gavrikov A. A., Shorin A. M. Thermal impedance meter for power MOSFET and IGBT transistors. IEEE Transactions on Power Electronics, 2018, vol. 33, no. 7, pp. 6211-6216. https://doi.org/10.1109/TPEL.2017.2740961
9. Smirnov V. I., Sergeev V. A., Gavrikov A. A., Kulikov A. A., Shorin A. M. Comparative analysis of standard and modulation methods for measuring thermal resistance of power bipolar transistors. Zhurnal radioelektroniki = Journal of Radio Electronics, 2019, no. 1, art. no. 6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.1.3. - EDN: TQRQHW.
10. Oettinger F. F., Blackburn D. L. Semiconductor measurement technology: Thermal resistance measurements. Gaithersburg, MD, National Institute of Standards and Technology, 1990. 78 p.
11. Horowitz P., Hill W. The art of electronics. 2nd ed. Cambridge, MA, Cambridge Univ. Press, 1989. 1125 p.
12. Lanin V. L., Anufriev L. P. Mounting of IGBT crystals. Silovaya elektronika = Power Electronics, 2009, no. 2 (22), pp. 94-99. (In Russian). EDN: MVRVFN.
The article was submitted 01.03.2023; approved after reviewing 09.03.2023;
accepted for publication 08.08.2023.
Information about the authors
Vitaliy I. Smirnov - Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Design and Technology of Electronic Means Department, Ulyanovsk State Technical University (Russia, 432027, Ulyanovsk, Severny Venets st., 32), Leading Researcher of the UV-2 Laboratory, Ulyanovsk Branch of the V. A. Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of the Russian Academy of Sciences (Russia, 432071, Ulyanovsk, Goncharov st., 48, bld. 2), [email protected]
Andrey A. Gavrikov - Cand. Sci. (Eng.), Senior Scientific Researcher of the UV-2 Laboratory, Ulyanovsk Branch of the V. A. Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of the Russian Academy of Sciences (Russia, 432071, Ulyanovsk, Goncharov st., 48, bld. 2), a.gavrikoff@gmail .com
