CS242157B1 - Sposob hodnotenia kvality systémov výkonových polovodičových súčiastok - Google Patents

Abstract

Vynález sa týká spůsobu hodnotenia kvality systémov výkonových polovodičových súčiastok pomocou elektrohydraulického pulzátora, ktorého podstatou je, že na systém výkonovej polovodičovej súčiastky sa působí kombinovanou silou pozostávajúcou z prítlačnej sily a sily s volitelnou amplitúdou, pričom na systém polovodičovej výkonovej súčiastky je připojené vysoké jednosměrné napátie a meria sa závěrné napátie aj blokovacie naptie, ktoré je úměrné degradaci! systému.

Description

(54) Sposob hodnotenia kvality systémov výkonových polovodičových súčiastok

Vynález sa týká spůsobu hodnotenia kvality systémov výkonových polovodičových súčiastok pomocou elektrohydraulického pulzátora, ktorého podstatou je, že na systém výkonovej polovodičovej súčiastky sa působí kombinovanou silou pozostávajúcou z prítlačnej sily a sily s volitelnou amplitúdou, pričom na systém polovodičovej výkonovej súčiastky je připojené vysoké jednosměrné napátie a meria sa závěrné napátie aj blokovacie naptie, ktoré je úměrné degradaci! systému.

Vynález sa týká spůsobu hodnotenia kvality systémov výkonových polovodičových súčiastok pomoeou elektrohydraulického pulzátora.

Na hodnoteníe kvality výkonových polovodičových súčiastok ako aj na hodnotenie ich parametrov pri zmene konštrukcie slúžia dnes skúšky, kedy sú súčiastky vystavené teplotným změnám — tepelnému cyklovaniu (napr. teplotný interval od 50 °C do 150 °C).

Teplotný cyklus představuje ohřev súčiastky priamym prechodom prúdu, pričom sa stratovým výkonom zvýši jej teplota na napr. 150 °C a jej rýchle ochladenie na východziu teplotu. Tieto teplotně změny sú sprevádzané vznikom přídavného mechanického napátia v „bimetalovej sústave“ křemík — molybden. Následkom rozdielnych koeficientov lineárnej rozťažnosti oboch partnerov systému křemík — molybden dochádza pri teplotných změnách k vzniku přídavných napátí vo· vrstvě spájky systému křemík — molybden a po určitom počte teplotných cyklov (ktorý závisí od zvoleného teplotného rozdielu pri cyklovaní a od dalších parametrov systému) dochádza k degradácii p-n priechodu v sytéme, ktorý sa nachádza v kremíkovej doske, je vytvořený napr. difúziou příměsí do kremíka a zabezpečuje usmerňovacie vlastnosti diody výkonovej polovodičové] súčiastky následkom elektrického a tepelného prierezu. Meraním citlivého fyzikálneho parametra systému například závěrného napátia p-n priechodu možno počas teplotného cyklovania zistiť degradáciu súčiastky. Počet teplotných cyklov do degradácie súčiastky bývá 10⁶ alebo vyšší, čo představuje časový úsek asi 10³ až 10⁴ hodin nepretržitej prevádzky, pri vysokých nárokoch na spotřebu energie a chladiacej vody (potrebnej pri prudkom ochladzovaní systému) a aj na nepretržitú obsluhu.

Vyššie uvedené nedostatky sú odstraněné spósobom hodnotenia kvality systémov výkonových polovodičových súčiastok, kterého podstatou je sposob hodnotenia kvality systémov výkonových polovodičových súčiastok, vyznačujúci sa tým, že na systém výkonovej polovodičové]' súčiastky sa pósobí kombinovanou silou pozostávajúcou z prítlačnej sily o velkosti 10² až 10¹ N a z pulzujúcej sily s volitelnou amplitúdou + + 10² až 10⁴ N, pričom na systém polovodičovej výkonovej súčiastky je připojené vysoké jednosměrné napatie 1 až 3,5 kV a meria sa závěrné napátie a blokovacie napatie systému, ktorých změna je úměrná degradácii systému výkonovej polovodičové] súčiastky.

Vyšší účinok spósobu hodnotenia kvality systémov výkonových polovodičových súčiastok podlá vynálezu oproti doteraz používanému postupu spočívá v znížení spotřeby energie minimálně o 10⁴ Kw/h oproti doteraz používaným teplotným cyklickým skúškam, v skrátení času potřebného na skúšky 10³krát v šetření pracovných sil v počte najmenej 1 000 hodin, v ušetření chladiacej vody v množstve cca 200 m³ a urýchlení práč vo výskume a vývoji výkonových polovodičových súčiastok najmenej o 3 mesiace.

Vyznačený postup je novou diagnostickou metodou pre hodnotenie vlastností výkonových polovodičových súčiastok, ktorá umožňuje nahradil doterajšie teplotně cyklické skúšky výkonových polovodičových súčiastok.

Cyklické skúšky je možné vykonával v elektrohydraulickom pulzátore, ktorý umožňuje cyklické namáhanie ťah —. tlak s harmonicým sinusovým priebehom zaťažovacej sily, Frevencia zalažovania je volitelná, avšak obmedzená amplitúdou — frekvenčnou charakteristikou systému. Pre účely cyklických skúšok systémov výkonových polovodičových súčiastok je dostatečná sila s amplitúdou do + 10 000 N, maximálna hodnota statickej sily je tiež 10 000 N. Druhá alternativa je na vykonávanie cyklických skúšok systémov výkonových polovodičových súčiastok použitie rezonančného pulzátora, ktorý taktiež umožňuje statické a aj cyklické zalažovanie ťah — tlak.

Na obrázku je znázorněná část držiaka pre súčasné cyklické namáhanie 5 kusov systémov křemík — molybden alebo křemík — wolfram s p-n priechodom s použitím zaťažovacej čeluste a s podpěrným medzikružím. Horná čelusť pulzátora dosadá na přítlačný texgumoidový třň 1, ktorý tlačí na zaťažovaciu čelusť 2 s roznášecím krúžkom 3 a čelusť prenáša silu s amplitúdou Ψ Pa ako aj statickú prítlačnú silu Po na vlastný meraný systém 4 křemík — molybden alebo křemík — wolfram, ktorý je uložený na podpernom medzikrúžku 5. Ďalšia zaťažovacia čelusť 6 s dalším měděným roznášecím krúžkom 7 prenáša cyklické namáhanie na další meraný systém a posledný podpěrný medzikrúžok piateho meraného systému leží v druhom prítlačnom texgumoidovom tfne, ktorý dosadá na spodnú čelusť pulzátora.

Příklad konkrétného spósobu hodnotenia kvality systémov výkonových polovodičových súčiastok podlá vynálezu pri použití elektrohydraulického pulzátora.

Vyrobené systémy křemík —- molybden o priemere 28 mm s hrubkou molybdenu 1,2 mm a kremíka 0,3 mm bolí uložené v držiaku podlá obrázku a mechanicky cyklované silou s amplitúdou + 1 θθΟ N a přítlačnou silou 2 000 N. Súčasne sa meralo závěrné napatie jednotlivých systémov a zaznamenával sa tvar VA charakteristiky po určitom počte cyklov (napr. po každých 500 až 1000 cykloch). U meraných systémov došlo k prudkému zníženiu závěrného napátia a zároveň k rapíůnej zmene tvaru VA charakteristik. Tieto změny meraných parametrov

242 odpovedajú změnám, ktoré sa pozorujú pri degradácii systémov pri teplotných skúškach. U sledovaných systémov dochádzalo k uvedeným změnám pri počte cyklov 1,2 až 1,5, IQ⁵, čo představuje 10 až 50 hodin pódia zvolených parametrov skúšky. Nový postup mechanického namáhania sústavy Si — Mo sa dá použit':

• na periodickú kontrolu kvality technologických operácií pri výrobě polovodičových výkonových súčiastok pomocou cyklovacích skúšok na vybraných súboroch systémov so súčasným meraním ich parametrov, na kontrolu parametrov novovyvinutých súčiastok pri dlhodobom mechanickom namáhaní, na hodnotenie vplyvu změny konštrukcie alebo technologickej operácie na parametre súčiastok pri mechanickom cyklovaní.

Claims (1)

1. PREDMET

   Sposob hodnotenia kvality systémov výkonových polovodičových súčiastok vyznačujúci sa tým, že na systém výkonovej polovodičové) súčiastky sa pósobí kombinovanou silou pozostávajúcou z prítlačnej sily o velkosti 10 až 10⁴ N a z pulzujúcej sily s

   YNALEZU volitelnou amplitudou + 10² až 10⁴ N, pričom na systém polovodičovej výkonovej súčiastky je připojené vysoké jednosměrné napatie 1 až 3,5 kV a meria sa závěrné napatie a blokovacie napatie systému, ktoré je úměrné degradácii systému.