MOSFET-транзисторы 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 температурочувствительный, 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.
Смирнов Виталий Иванович
Ульяновский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова Российской академии наук, г. Ульяновск, Россия; Ульяновский государственный технический университет, г. Ульяновск, Россия
Гавриков Андрей Анатольевич
Ульяновский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук, г. Ульяновск, Россия
1. Смирнов В. И., Сергеев В. А., Гавриков А. А., Куликов А. А. Сравнительный анализ методов измерения теплового сопротивления нитрид-галлиевых HEMT-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/10.30898/1684-1719.2019.1.3. – 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. 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.