1561-5405 10.24151/1561-5405 Proceedings of Universities. Electronics Scientifical and technical journal "Proceedings of Universities. Electronics" Научно-технический журнал «Известия высших учебных заведений. Электроника» 1561-5405 2587-9960 National Research University of Electronic Technology Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" 10.24151/1561-5405-2026-31-5-516-526AQGGXF681.518.3Технологические процессыComparison of standard and modulation methods for measuring thermal resistance of semiconductor devices using two thermal interfaceСравнение стандартного и модуляционного методов измерения теплового сопротивления полупроводниковых приборов с использованием двух тепловых интерфейсовГавриков Андрей АнатольевичГавриковАндрей АнатольевичGavrikovAndrey A.Andrey A. GavrikovСмирнов Виталий ИвановичСмирновВиталий ИвановичSmirnovVitaliy I.Vitaliy I. SmirnovУльяновский филиал Института радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова Российской академии наук, г. Ульяновск, РоссияУльяновский филиал Института радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова Российской академии наук, г. Ульяновск, Россия; Ульяновский государственный технический университет, г. Ульяновск, Россия07102026Том. 31 №5516526http://ivuz-e.ru/issues/5_2026/sravnenie_standartnogo_i_modulyatsionnogo_metodov_izmereniya_teplovogo_soprotivleniya_poluprovodniko/

Modern semiconductor devices switch substantially higher currents at higher voltages, while their sizes simultaneously shrink, impeding heat dissipation. The key parameter determining the quality of heat dissipation from a semiconductor device die is the junction-to-case thermal resistance. In this work a comparison of modern methods for measuring the semiconductor devices thermal resistance was presented. The authors conducted an experimental comparison of the measurement results obtained according to the JESD51-14 standard, which involves heating the object with heating current pulses of increasing duration, with the results obtained by the modulation method implying heating power modulated according to the harmonic law. The measurement object was a powerful FRED diode 60EPU02 manufactured by International Rectifier. The obtained results have shown good agreement between the methods. The novel modulation method has proven to be much easier to use, since it does not require complex object cooling systems and additional measurements with different thermal interfaces.

Современные полупроводниковые приборы коммутируют существенно бóльшие токи при высоких напряжениях; одновременно их размеры уменьшаются, что усложняет теплоотвод. Основным параметром, определяющим качество теплоотвода от кристалла полупроводникового устройства, является тепловое сопротивление переход – корпус. В работе приведено сравнение современных методов измерения теплового сопротивления полупроводниковых приборов. Проведено экспериментальное сравнение результатов измерений по стандарту JESD51-14, который предполагает разогрев объекта импульсами греющего тока нарастающей длительности, а также с помощью модуляционного метода, использующего греющую мощность, модулированную по гармоническому закону. Объект измерения – мощный FRED-диод 60EPU02 (International Rectifier). Полученные результаты показывают хорошую согласованность методов. Установлено, что оригинальный модуляционный метод значительно проще в использовании, так как не требует сложных систем охлаждения объекта и дополнительных измерений с разными теплопроводящими интерфейсами.

мощные полупроводниковые приборыстандарты измерения теплового сопротивлениямодуляционный методpower semiconductor devicesthermal resistance measurement standardsmodulation methodработа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках государственного задания ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН (FFWZ-2025-0001)The work was carried out with the support of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation within the framework of the State Assignment of the Kotelnikov Institute of Radioengineering and Electronics of Russian Academy of Sciences (FFWZ-2025-0001). MIL-STD-883E, Method 1012.1: Thermal characteristics of integrated circuits. Thermal Engineering Associates. 04.11.1980. Available at: https://www.thermengr.net/PDF/MilStd883M1012_IC.pdf (accessed: 29.05.2026).Schweitzer D., Pennetti M. Thermal characterization of multi-source devices: Alternative way to determine the thermal characterization matrix. In: 2024 40th Semiconductor Thermal Measurement, Modeling & Management Symposium (SEMI-THERM). San Jose, CA: IEEE; 2024, pp. 1–4.Poppe A., Vass-Varnai A., Sarkany Z., Rencz M., Hantos G., Farkas G. Suggestions for extending the scope of the transient dual interface method. In: 2021 27th International Workshop on Thermal Investigations of ICs and Systems (THERMINIC). Berlin: IEEE; 2021, pp. 1–8. https://doi.org/10.1109/THERMINIC52472.2021.9626508Transient 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 standard. JEDEC. Nov. 2010. Available at: https://www.jedec.org/standards-documents/docs/jesd51-14-0 (accessed: 17.07.2026).Farkas G., Schweitzer D., Sarkany Z., Rencz M. On the reproducibility of thermal measurements and of related thermal metrics in static and transient tests of power devices. Energies. 2020;13(3):557. https://doi.org/10.3390/en13030557Integrated circuits thermal measurement method – Electrical Test Method (single semiconductor device): JESD51-1 standard. JEDEC. Dec. 1995. Available at: https://www.jedec.org/standardsdocuments/docs/jesd-51-1 (accessed: 17.07.2026).Smirnov V. I., Gavrikov A. A. Study of the thermoelectric properties of powerful MOSFETs. Russ. Microelectron. 2024;53:714–721. https://doi.org/10.1134/S106373972470094XСмирнов В. И., Гавриков А. А., Нейчев В. Ф. Модуляционный метод измерения тепловых сопротивлений в силовых модулях на IGBT-транзисторах. Изв. вузов. Электроника. 2025;30(1):40–50. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2025-30-1-40-50. EDN: GICCZD.Smirnov V. I., Gavrikov A. A., Neichev V. F. Modulation method for measuring thermal resistances in power IGBT modules. Izv. vuzov. Elektronika = Proc. Univ. Electronics. 2025;30(1):40–50. (In Russ.). https://doi.org/10.24151/1561-5405-2025-30-1-40-50Смирнов В. И., Сергеев В. А., Гавриков А. А. Методы и средства измерения теплового сопротивления полупроводниковых приборов и интегральных схем. Радиоэлектронная отрасль: проблемы и их решения. 2021;(1):22–27. EDN: PMCLAW.Smirnov V. I., Sergeev V. A., Gavrikov A. A. Methods and means for measuring the thermal resistance of integrated circuit. Radioelektronnaya otrasl: problemy i ikh resheniya = Radioelectronic Industry: Problems and Their Solutions. 2021;(1):22–27.