Известия высших учебных заведений. Электроника home

Исследование теплоэлектрических свойств мощных MOSFET-транзисторов

Раздел находится в стадии актуализации

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.

Ключевые слова: мощные транзисторы, тепловое сопротивление, модуляционный метод, переходная тепловая характеристика, аппаратно-программный комплекс
Опубликовано в разделе: Элементы интегральной электроники
Библиографическая ссылка: Смирнов В. И., Гавриков А. А. Исследование теплоэлектрических свойств мощных MOSFET-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.
Источник финансирования: работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (проект № 23-29-00026).

Смирнов Виталий Иванович
Ульяновский государственный технический университет, Россия, 432027, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, 32; Ульяновский филиал Института радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова РАН, Россия, 432071, г. Ульяновск, ул. Гончарова, 48, стр. 2

Гавриков Андрей Анатольевич
Ульяновский филиал Института радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова Российской академии наук, Россия, 432071, г. Ульяновск, ул. Гончарова, 48, стр. 2

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 V_CE(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.

Сведения о публикации

Загрузок: 0

УДК: 681.518.3
Тип публикации: Научная статья
Язык оригинала: Русский
DOI: 10.24151/1561-5405-2023-28-5-600-611
Идентификатор статьи в РИНЦ: TQEMOG
Полнотекстовая версия: Перейти

Скачать: File not found (979.41 Кб) JATS XML