PL223757B1 - Method and system for measuring the thermal resistance the field effect transistor power with isolated gate - Google Patents
Method and system for measuring the thermal resistance the field effect transistor power with isolated gateInfo
- Publication number
- PL223757B1 PL223757B1 PL400744A PL40074412A PL223757B1 PL 223757 B1 PL223757 B1 PL 223757B1 PL 400744 A PL400744 A PL 400744A PL 40074412 A PL40074412 A PL 40074412A PL 223757 B1 PL223757 B1 PL 223757B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- transistor
- thermal resistance
- gate
- tested
- voltage
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 41
- 230000005669 field effect Effects 0.000 title description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 30
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 14
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 11
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
Description
Opis wynalazkuDescription of the invention
Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do pomiaru rezystancji termicznej tranzystora polowego mocy z izolowaną bramką, mający zastosowanie przy kontroli jakości elementów półprzewodnikowych dla przemysłu elektronicznego.The subject of the invention is a method and system for measuring the thermal resistance of an insulated gate field-effect transistor, applicable in the quality control of semiconductor components for the electronics industry.
Znane są z amerykańskiego opisu patentowego US nr 4.840.495 „Metoda i urządzenie do p omiaru rezystancji termicznej takich elementów jak układy scalone LSI”.They are known from US Patent No. 4,840,495 "Method and device for measuring thermal resistance of elements such as LSI integrated circuits".
Znana metoda polega na tym, że rezystancję termiczną określa się na podstawie pomiaru różnicy temperatur między obiema stronami układu scalonego przy przepływie przez niego strumienia ciepła o znanej wartości.A known method is that the thermal resistance is determined by measuring the temperature difference between the two sides of the integrated circuit as a heat flux of known value passes through it.
Znany układ pomiarowy składa się ze źródła ciepła, źródła zimna, badanego układu, miernika różnicy temperatur oraz układu sterującego.The known measurement system consists of a heat source, a cold source, a tested system, a temperature difference meter and a control system.
Niedogodnością znanego rozwiązania jest złożona konstrukcja źródeł ciepła i zimna oraz wyk onywanie pomiaru przy braku zasilania badanego układu scalonego.The disadvantage of the known solution is the complex structure of heat and cold sources as well as carrying out the measurement in the absence of power supply to the IC under test.
Znana jest z amerykańskiego opisu patentowego US nr 5.027.064 „Metoda pomiaru temperatury pracy przyrządów półprzewodnikowych wraz z monitorowaniem charakterystyk częstotliwościowych”.It is known from US Patent No. 5,027,064 "Method of measuring the operating temperature of semiconductor devices together with the monitoring of frequency characteristics".
Znana metoda pomiaru wykorzystuje jako parametr termoczuły małosygnałowe wzmocnienie badanego elementu.The known measurement method uses as a thermosensitive parameter the small-signal amplification of the tested element.
Niedogodnością znanego rozwiązania jest mała powtarzalność charakterystyki termometrycznej oraz brak możliwości pomiaru rezystancji termicznej znanych układów scalonych.The disadvantage of the known solution is the low repeatability of the thermometric characteristic and the inability to measure the thermal resistance of known integrated circuits.
Znany jest z amerykańskiego opisu patentowego US nr 5.781.075 „Przyrząd do pomiaru temperatury”, posiadający dwukońcówkowy czujnik, do którego końcówek są dołączone źródło prądu polaryzującego oraz źródło napięciowe, przy czym wydajności tych źródeł są programowane układowo. Znany czujnik zawiera spolaryzowane przewodząc złącza półprzewodnikowe umożliwiające pomiar temperatury otoczenia.It is known from US Patent No. 5,781,075 "Temperature measuring instrument" having a two-terminal sensor to the terminals of which a biasing current source and a voltage source are connected, the outputs of these sources being programmable by circuit. The known sensor comprises conductive polarized semiconductor junctions enabling the measurement of the ambient temperature.
Niedogodnością znanego rozwiązania jest możliwość pomiaru tylko temperatury otoczenia, bez możliwości wyznaczenia temperatury wnętrza elementu półprzewodnikowego.The disadvantage of the known solution is the possibility of measuring only the ambient temperature, without the possibility of determining the temperature of the interior of the semiconductor element.
Znany jest z polskiego opisu patentowego PL nr 120091 „Sposób pomiaru rezystancji termicznej monolitycznych półprzewodnikowych układów scalonych”, który polega na wyznaczeniu wartości rezystancji termicznej z jej definicji po pomiarze temperatury wnętrza układu przy wykorzystaniu napięcia na diodzie podłożonej przy wydzielaniu mocy w obszarze kolektora tranzystora bipolarnego zawartego w strukturze badanego układu scalonego.It is known from the Polish patent description PL No. 120091 "Method of measuring the thermal resistance of monolithic semiconductor integrated circuits", which consists in determining the value of the thermal resistance from its definition after measuring the temperature of the interior of the system using the voltage on the diode applied while releasing power in the collector area of the bipolar transistor contained in in the structure of the examined integrated circuit.
Niedogodnością znanego sposobu jest możliwość zastosowania go tylko do bipolarnych układów scalonych z izolacją złączową.A disadvantage of the known method is that it can only be applied to bipolar junction-insulated integrated circuits.
Znany jest z polskiego opisu patentowego PL nr 132.113 „Sposób pomiaru rezystancji termicznej tranzystorów bipolarnych” polegający na pomiarze dwóch wartości napięcia baza-emiter przy dwóch wartościach napięcia kolektor-emiter i ustalonej wartości prądu kolektora oraz temperatury otoczenia, a następnie wyliczeniu wartości rezystancji termicznej według znanego wzoru.It is known from the Polish patent description PL No. 132.113 "The method of measuring the thermal resistance of bipolar transistors" consisting in measuring two values of the base-emitter voltage at two values of the collector-emitter voltage and the set value of the collector current and the ambient temperature, and then the calculation of the thermal resistance value according to the known pattern.
Niedogodnością znanego sposobu jest mała dokładność pomiaru spowodowana nieuwzględnieniem w metodzie wpływu rezystancji szeregowych bazy i emitera na napięcie baza-emiter.A disadvantage of the known method is the low accuracy of the measurement caused by the failure to take into account the influence of the base and emitter series resistances on the base-emitter voltage in the method.
Znany jest z polskiego opisu patentowego PL nr 173.206 „Sposób pomiaru rezystancji termicznej diod półprzewodnikowych ze złączem p-n w zakresie przebicia”, polegający na pomiarze napięcia na diodzie pracującej w zakresie przebicia przy dwóch wartościach temperatury otoczenia i ustalonej wartości prądu, a następnie wyliczeniu wartości rezystancji termicznej według znanego wzoru.It is known from the Polish patent description PL No. 173.206 "Method of measuring the thermal resistance of semiconductor diodes with a pn junction in the breakdown range", consisting in measuring the voltage on the diode working in the breakdown range at two values of the ambient temperature and the set current value, and then calculating the thermal resistance value according to a known pattern.
Niedogodnością znanego sposobu jest ograniczony zakres punktów pracy diod, dla których można wykonać pomiar oraz konieczność wykonania jednego z pomiarów napięć natychmiast po przełączeniu sygnału zasilającego badaną diodę.The disadvantage of the known method is the limited range of diode operating points for which the measurement can be made and the need to perform one of the voltage measurements immediately after switching the signal supplying the tested diode.
Znany jest z polskiego opisu patentowego PL nr 173.831 „Układ do pomiaru przejściowej impedancji termicznej tranzystora bipolarnego”, w którym emiter tranzystora pracującego w układzie wspólnej bazy jest połączony z wyjściem źródła małego prądu oraz z wyjściem źródła prądu grzejnego poprzez przełącznik, który jest sterowany sygnałem prostokątnym gt. Tranzystor jest usytuowany w termostacie, a kolektor jest połączony z wejściem źródła napięciowego.It is known from the Polish patent description PL No. 173.831 "A system for measuring the transient thermal impedance of a bipolar transistor", in which the emitter of the transistor working in a common base circuit is connected to the output of a low current source and to the output of the heating current source through a switch controlled by a rectangular signal gt. The transistor is located in the thermostat and the collector is connected to the input of the voltage source.
Niedogodnością znanego układu jest ograniczenie zastosowania go tylko do tranzystorów bipolarnych pracujących w zakresie aktywnym normalnym.A disadvantage of the known system is that it is limited to only bipolar transistors operating in the active normal range.
PL 223 757 B1PL 223 757 B1
Znany jest z polskiego opisu patentowego PL nr 187.668 „Sposób i układ do pomiaru rezystancji termicznej inteligentnego unipolarnego układu scalonego mocy”.It is known from the Polish patent description PL No. 187,668 "Method and system for measuring the thermal resistance of an intelligent unipolar power integrated circuit".
Znany sposób pomiaru obejmuje trzy etapy: kalibrację charakterystyki termometrycznej złącza p-n, zawartego w strukturze wyjściowego tranzystora MOS przy jednej wartości temperatury otoczenia oraz przy prądzie wymuszonym przez źródło prądu pomiarowego i wyznaczenie nachylenia charakterystyki, pobudzenie badanego układu scalonego falą prostokątną mocy i pomiar w stanie ustalonym wartości napięcia w węźle napięciowym, przy wysokim poziomie mocy i napięcia przy niskim poziomie mocy oraz wyznaczenie wartości rezystancji termicznej ze wzoru analitycznego.The known method of measurement includes three stages: calibration of the thermometric characteristic of the pn junction contained in the structure of the output MOS transistor at one ambient temperature value and at the current forced by the test current source and determination of the characteristic slope, excitation of the tested integrated circuit with a square wave of power and measurement in a steady state of the value voltage in the voltage node at high power level and voltage at low power level and determination of the thermal resistance value from the analytical formula.
Niedogodnością znanego sposobu jest konieczność pobudzania badanego układu scalonego mocą o kształcie fali prostokątnej, przez co niemożliwy jest pomiar tą metodą rezystancji termicznej regulatorów impulsowych w ich typowych warunkach zasilania.The disadvantage of the known method is the necessity to stimulate the tested integrated circuit with the power of a square wave, which makes it impossible to measure the thermal resistance of pulse regulators in their typical power supply conditions with this method.
Znany układ pomiarowy zawiera źródła prądu pomiarowego i grzejnego, dwa przełączniki, wzmacniacz pomiarowy, przetwornik A/C oraz komputer. W czasie realizacji pomiaru, na wejście sterujące badanego układu scalonego podawane są odpowiednie sygnały cyfrowe, których sekwencja jest zależna od typu badanego układu scalonego.The known measuring system includes sources of measuring and heating current, two switches, an measuring amplifier, an A / D converter and a computer. During the measurement, appropriate digital signals are sent to the control input of the IC being tested, the sequence of which depends on the type of the IC being tested.
Niedogodnością znanego rozwiązania jest ograniczenie zakresu stosowalności znanej metody tylko do układów scalonych typu SMART-POWER.The disadvantage of the known solution is the limitation of the application scope of the known method only to integrated circuits of the SMART-POWER type.
Znane są z polskiego opisu patentowego PL nr 191.944 „Sposób i układ do pomiaru rezystancji termicznej elementów półprzewodnikowych zawierających złącze p-n”.They are known from the Polish patent description PL No. 191.944 "Method and system for measuring the thermal resistance of semiconductor elements containing a p-n junction".
W znanym sposobie pomiar wykonywany jest w trzech etapach. Pierwszy etap obejmuje pomiary współrzędnych czterech punktów leżących na izotermicznych charakterystykach spolaryzowanego w kierunku przewodzenia złącza p-n, zawartego w badanym elemencie, drugi etap polega na pomiarze współrzędnych jednego punktu na nieizotermicznej charakterystyce tego złącza, w trzecim etapie obliczana jest wartość rezystancji termicznej przy wykorzystaniu znanego wzoru.In the known method, the measurement is performed in three steps. The first stage involves measuring the coordinates of four points lying on the isothermal characteristics of the forward-polarized p-n junction contained in the tested element, the second stage consists in measuring the coordinates of one point on the non-isothermal characteristic of this junction, in the third stage the thermal resistance value is calculated using a known formula.
Znany układ pomiarowy zawiera badany układ scalony, wzmacniacz pomiarowy, przełącznik, źródło prądu pomiarowego i grzejnego, przetwornik A/C oraz komputer.The known measurement system includes a tested integrated circuit, an measurement amplifier, a switch, a source of measurement and heating current, an A / D converter and a computer.
Niedogodnością znanego sposobu jest skomplikowana i czasochłonna procedura pomiarowa oraz konieczność pracy badanego układu scalonego w nietypowych dla niego warunkach zasilania.The disadvantage of the known method is the complicated and time-consuming measurement procedure and the necessity to operate the tested integrated circuit in untypical power supply conditions.
Znane są z polskiego opisu patentowego PL nr 194.602 „Sposób i układ do pomiaru rezystancji termicznej scalonych regulatorów zasilaczy impulsowych”.They are known from the Polish patent description PL No. 194.602 "Method and system for measuring the thermal resistance of integrated regulators of switching power supplies".
Znany sposób obejmuje trzy etapy; pomiar napięcia na spolaryzowanym w kierunku przewodzenia złączu p-n zawartym w bloku oscylatora przy odłączonym zasianiu badanego regulatora i w ustalonej temperaturze otoczenia. W drugim etapie mierzy się w stanie ustalonym, przy włączonym zasilaniu regulatora, napięcie na tym samym złączu oraz napięcie i prąd zasilania regulatora w tej samej temperaturze otoczenia. W trzecim etapie wylicza się wartość rezystancji termicznej przy użyciu znanego wzoru.The known method comprises three steps; measurement of voltage on a forward-biased p-n junction contained in the oscillator block with the power supply of the tested regulator disconnected and at a set ambient temperature. In the second stage, in the steady state, with the regulator's power supply on, the voltage at the same junction and the regulator's supply voltage and current at the same ambient temperature are measured. In the third step, the thermal resistance value is calculated using a known formula.
Znany układ zawiera badany regulator, zawierający oscylator ze złączem p-n, którego katoda jest uziemiona, a anoda połączona z woltomierzem i źródłem prądu pomiarowego. Wyprowadzenie zasilania regulatora połączone jest z amperomierzem. Przełącznik łączy lub rozłącza amperomierz ze źródłem zasilania. Źródło prądu pomiarowego polaryzuje w kierunku przewodzenia złącze p-n zawarte w oscylatorze badanego regulatora. Napięcie na tym złączu mierzone jest przez woltomierz.The known system includes a regulator under test, containing an oscillator with a p-n junction, the cathode of which is grounded and the anode connected to the voltmeter and the source of the test current. The power lead of the regulator is connected to the ammeter. The switch connects or disconnects the ammeter to the power source. The source of the test current biases in the forward direction the p-n junction contained in the oscillator of the tested regulator. The voltage at this junction is measured by a voltmeter.
Niedogodnością znanej metody jest konieczność przełączania układu zasilania badanego regulatora, co utrudnia jego badania w typowym układzie aplikacyjnym.The disadvantage of the known method is the necessity to switch the power supply system of the tested regulator, which makes it difficult to test it in a typical application system.
Znane są z polskiego opisu patentowego PL nr 197.351 „Sposób i układ do pomiaru rezystancji termicznej scalonych regulatorów PWM”.They are known from the Polish patent description PL No. 197.351 "Method and system for measuring the thermal resistance of integrated PWM regulators".
Znany układ zawiera zasilacz napięciowy, który poprzez amperomierz połączony jest z wejściem zasilającym badanego regulatora i woltomierz połączony równolegle z wejściem zasilającym regulatora, natomiast oscyloskop cyfrowy jest połączony z wyjściem regulatora, umieszczonego w termostacie.The known circuit includes a voltage power supply, which is connected through an ammeter to the power input of the tested regulator and a voltmeter connected in parallel to the power input of the regulator, while the digital oscilloscope is connected to the output of the regulator located in the thermostat.
W znanym sposobie pomiar rezystancji termicznej odbywa się dwuetapowo, przy czym pierwszy etap realizowany jest przy zmianach temperatury termostatu i wymaga pomiaru czasu trwania impulsu na wyjściu regulatora PWM natychmiast po włączeniu zasilania regulatora, natomiast drugi etap realizowany jest w stanie ustalonym. W etapie tym mierzone są napięcie i prąd zasilania oraz czas trwania impulsu. Po odczytaniu z charakterystyki termometrycznej wartości temperatury wnętrza odpowiadającej czasowi trwania impulsu, wartość rezystancji termicznej stanowi iloraz nadwyżki temperatury wnętrza elementu ponad temperaturę otoczenia przez iloczyn napięcia zasilającego orazIn the known method, the measurement of thermal resistance is carried out in two stages, the first stage is carried out with changes in the temperature of the thermostat and requires the measurement of the pulse duration at the output of the PWM controller immediately after the controller is powered on, while the second stage is carried out in a steady state. In this step, the supply voltage and current as well as the pulse duration are measured. After reading the interior temperature value corresponding to the pulse duration from the thermometric characteristics, the value of the thermal resistance is the quotient of the excess interior temperature of the element over the ambient temperature by the product of the supply voltage and
PL 223 757 B1 prądu zasilania, przy czym wartość temperatury wnętrza jest odczytywana z charakterystyki termom etrycznej dla czasu trwania impulsu wyznaczonego w drugim etapie pomiaru.The supply current, the interior temperature value being read from the thermomagnetic characteristic for the pulse duration determined in the second measurement step.
Niedogodnością znanego sposobu jest ograniczenie zakresu jego stosowalności wyłącznie do scalonych regulatorów PWM.The disadvantage of the known method is the limitation of its applicability only to integrated PWM controllers.
Znane są z polskiego opisu patentowego PL nr 206.218 „Sposób i układ do pomiaru rezystancji termicznej scalonego regulatora impulsowego”.They are known from the Polish patent description PL No. 206,218 "Method and system for measuring the thermal resistance of an integrated pulse regulator".
Znany układ zawiera termostat, oscyloskop cyfrowy, przetwornik analogowo-cyfrowy i komputer. Układ ten charakteryzuje się tym, że źródło napięcia wejściowego połączone jest z wejściem badanego regulatora za pośrednictwem półprzewodnikowego przełącznika mocy, sterowanego sygnałem cyfrowym z komputera. Do wejścia badanego regulatora jest podłączone także źródło ujemnego napięcia przez rezystor oraz wejście przetwornika analogowo-cyfrowego. Do zacisków, zawartego w strukturze badanego regulatora, półprzewodnikowego elementu kluczującego są podłączone wejścia dwukanałowego oscyloskopu cyfrowego, rezystor oraz elementy układu aplikacyjnego badanego regulatora. Oscyloskop cyfrowy i przetwornik analogowo-cyfrowy podłączone są do komputera sterującego.The known circuit includes a thermostat, a digital oscilloscope, an analog-to-digital converter and a computer. This system is characterized by the fact that the input voltage source is connected to the input of the tested regulator via a semiconductor power switch, controlled by a digital signal from a computer. The negative voltage source is also connected to the input of the tested controller through a resistor and the input of the analog-to-digital converter. The terminals of the semiconductor keying element included in the structure of the tested regulator are connected to the inputs of a two-channel digital oscilloscope, a resistor and elements of the application system of the tested regulator. The digital oscilloscope and the analog-to-digital converter are connected to the control computer.
W znanym sposobie pomiar rezystancji termicznej scalonego regulatora impulsowego pracującego w konfiguracji przetwornicy BOOST, wykorzystujący w charakterze parametru termoczułego napięcie na diodzie podłożowej spolaryzowanej w kierunku przewodzenia prądem, realizowany w trzech etapach, obejmujących wyznaczenie nachylenia charakterystyki termometrycznej, pomiar napięcia na diodzie podłożowej w czasie kalibracji oraz w stanie ustalonym i obliczenie wartości rezystancji termicznej ze wzoru analitycznego. Sposób charakteryzuje się tym, że w drugim etapie pomiaru badany regulator pracuje w układzie aplikacyjnym i generuje impulsowy przebieg mocy, a wartość mocy występującej we wzorze końcowym metody wyznaczana jest przez uśrednianie iloczynu zmierzonych przebiegów czasowych napięcia i prądu na zaciskach półprzewodnikowego elementu kluczującego mocy, zawartego w strukturze badanego regulatora. Wartość rezystancji termicznej obliczana jest ze znanego wzoru.In the known method, the measurement of the thermal resistance of the integrated impulse controller operating in the BOOST converter configuration, using as a thermo-sensitive parameter, the voltage on the ground diode polarized in the direction of current conduction, carried out in three stages, including determination of the slope of the thermometric characteristic, measurement of the voltage on the ground diode during calibration and in steady state and the calculation of the thermal resistance value from the analytical formula. The method is characterized by the fact that in the second step of the measurement, the tested controller operates in the application system and generates a pulse power waveform, and the power value present in the final formula of the method is determined by averaging the product of the measured voltage and current time waveforms at the terminals of the power semiconductor key element contained in structure of the tested regulator. The thermal resistance value is calculated from the known formula.
Niedogodnością znanego sposobu jest ograniczenie zakresu jego stosowalności wyłącznie do scalonych regulatorów impulsowych współpracujących z przetwornicą BOOST.The disadvantage of the known method is the limitation of its applicability only to integrated pulse regulators cooperating with the BOOST converter.
Znany jest z polskiego zgłoszenia patentowego PL nr 277168 „Sposób pomiaru rezystancji termicznej scalonych układów cyfrowych TTL i CMOS” polegający na wydzielaniu mocy o dwóch wartościach określonych przez dwie wartości obciążenia włączonego między wyjście bramki a zasilanie Pomiar temperatury wnętrza jest realizowany za pośrednictwem występującej na dowolnym wejściu bramki, przewodzące spolaryzowanej diody, przez którą płynie prąd o ustalonej wartości.It is known from the Polish patent application PL No. 277168 "Method for measuring the thermal resistance of TTL and CMOS digital integrated circuits", which consists in dissipating power with two values determined by two values of the load connected between the gate output and the power supply. The interior temperature is measured via any input gates, conducting a polarized diode through which a current flows with a predetermined value.
Niedogodnością znanego sposobu jest możliwość pomiaru rezystancji termicznej tylko podstawowych bramek TTL i CMOS.A disadvantage of the known method is the possibility of measuring the thermal resistance of only the basic TTL and CMOS gates.
Znane są z japońskiego opisu patentowego JP 2004.317.432 „Regulator temperatury elementów półprzewodnikowych oraz urządzenie do badań elementu półprzewodnikowego”.They are known from the Japanese patent description JP 2004.317.432 "Temperature controller of semiconductor elements and a device for testing semiconductor elements".
Znany regulator jest przeznaczony do skutecznego zapewnienia równomiernego z rozkładu temperatury wewnątrz elementu półprzewodnikowego z kablem. Do regulacji tej wykorzystuje doprowadzany z zewnątrz płyn o ustalonej temperaturze, który przez doprowadzenia jest wprowadzany do struktury półprzewodnikowej elementu i w ten sposób utrzymuje jej stałą temperaturę.The known controller is designed to effectively ensure uniform temperature distribution inside the semiconductor element with the cable. For this regulation, it uses an externally supplied fluid at a predetermined temperature, which is fed through the leads into the semiconductor structure of the element and thus maintains its constant temperature.
Niedogodnością znanego rozwiązania jest brak możliwości zmierzenia wartości rezystancji termicznej.The disadvantage of the known solution is the inability to measure the value of the thermal resistance.
Istotą wynalazku jest sposób do pomiaru rezystancji termicznej tranzystora polowego z izolowaną bramką, w którym wykorzystuje się w charakterze parametru termoczułego napięcie między wyprowadzeniami bramki i źródła badanego tranzystora. Sposób realizuje się w dwóch etapach obejmujących kolejno pomiary współrzędnych punktów na charakterystyce statycznej tego tranzystora i obliczenia wartości rezystancji termicznej ze wzoru analitycznego, który charakteryzuje się tym, że w pierwszym etapie pomiaru badany tranzystor pracuje w zakresie nasycenia, a wartości napięcia bramka-źródło tranzystora mierzy się za pomocą woltomierza w czterech punktach pracy tranzystora A, B, C i D o współrzędnych tak dobranych, by prąd drenu tego tranzystora mierzony za pomocą amperomierza przyjmował tylko dwie wartości a moc wydzielana w tranzystorze w dwóch punktach pracy A i C była taka sama i jednocześnie dwukrotnie mniejsza od mocy wydzielanej w pozostałych dwóch punktach pracy B i D. W drugim etapie wartość rezystancji termicznej wylicza się iteracyjnie z rozwiązania układu równań matematycznych opisujących kolejno rezystancję termiczną, nachylenie chara kPL 223 757 B1 terystyki termometrycznej, napięcie progowe oraz temperaturowy współczynnik zmian napięcia progowego.The essence of the invention is a method for measuring the thermal resistance of a field-effect transistor with an insulated gate, in which the voltage between the pins of the gate and the source of the transistor under test is used as a thermally sensitive parameter. The method is carried out in two stages, consisting in successive measurements of the coordinates of the points on the static characteristics of this transistor and calculation of the thermal resistance value from the analytical formula, which is characterized in that in the first stage of measurement the tested transistor operates in the saturation range, and the gate-source voltage of the transistor is measured using a voltmeter at the four operating points of the transistor A, B, C and D with coordinates selected so that the drain current of this transistor measured with the ammeter had only two values and the power dissipated in the transistor at two operating points A and C was the same and at the same time, twice lower than the power dissipated in the other two operating points B and D. In the second stage, the value of the thermal resistance is calculated iteratively from the solution of the mathematical equation system describing in turn the thermal resistance, the slope of the thermometric characteristic curve, the threshold voltage and the temperature coefficient variation of the threshold voltage.
Korzystnym skutkiem zastosowania sposobu według wynalazku jest wyznaczenie rezystancji termicznej w typowych warunkach pracy mierzonego tranzystora bez potrzeby zasilania impulsowego tego elementu i bez stosowania kosztownych szybkich woltomierzy oraz wyeliminowanie błędu pomiaru związanego z kluczowaniem źródła zasilającego tranzystor.The advantageous effect of the application of the method according to the invention is the determination of the thermal resistance under typical operating conditions of the tested transistor without the need for impulse power supply of this element and without the use of expensive high-speed voltmeters, and the elimination of the measurement error associated with the keying of the transistor power source.
Istotą wynalazku jest układ do pomiaru rezystancji termicznej tranzystora polowego mocy z izolowaną bramką w którym badany tranzystor połowy mocy pracuje w konfiguracji wspólnej bramki. Układ charakteryzuje się tym, że zasilacz napięciowy przez rezystor jest połączony ze źródłem badanego tranzystora. Zasilacz napięciowy szeregowo połączony z rezystorem oraz amperomierzem, zas ila dren badanego tranzystora. Bramka tranzystora jest połączona z masą układu, a woltomierz jest włączony między źródłem a bramką badanego tranzystora. Drugi woltomierz jest włączony między dren a bramkę badanego tranzystora umieszczonego w termostacie.The essence of the invention is a system for measuring the thermal resistance of a FET with an insulated gate, in which the tested half-power transistor operates in a common gate configuration. The system is characterized by the fact that the power supply is connected through a resistor to the source of the tested transistor. The voltage power supply is connected in series with a resistor and an ammeter, and the drain of the tested transistor. The transistor's gate is connected to the ground of the system, and a voltmeter is connected between the source and the gate of the transistor under test. A second voltmeter is connected between the drain and the gate of the transistor under test located in the thermostat.
Korzystnym skutkiem zastosowania układu według wynalazku jest możliwość wykonania pomiaru rezystancji termicznej metodą stałoprądową.The advantageous effect of the application of the system according to the invention is the possibility of measuring the thermal resistance with the direct current method.
Przedmiot wynalazku wyjaśnia przykład wykonania sposobu pomiaru rezystancji termicznej tranzystora polowego mocy z izolowaną bramką.The present invention explains an embodiment of a method for measuring the thermal resistance of an insulated gate field power FET.
Pomiar realizowany jest w dwóch etapach. W pierwszym etapie mierzy się współrzędne czterech punktów A(ugs1, uds-i, iD), B(ugs2, uds2, iD), C(ugs3, uds3, iD3), D(ugs4, uds4, iD3) leżących na charakterystyce statycznej badanego tranzystora pracującego w zakresie nasycenia. Przed przystąpieniem do pomiaru napięć bramka-źródło uGS oraz dren-źródło uDS za pomocą woltomierzy 7 i 8 ustala się wartość prądu drenu poprzez regulację wydajności napięciowej zasilacza napięciowego 1 oraz rez ystancji rezystora 3, a za pomocą zasilacza napięciowego 2 i rezystora 4 reguluje się wartość napięcia uDS. Wartość tego napięcia stanowi sumę napięć uDG oraz uGS, które mierzy się za pomocą woltomierzy odpowiednio 7 oraz 8.The measurement is carried out in two stages. In the first stage, the coordinates of four points A (ugs1, uds-i, iD), B (ugs2, uds2, iD), C (ugs3, uds3, iD3), D (ugs4, uds4, iD3) lying on the static characteristics of the examined person are measured a transistor operating in the saturation range. Before starting the measurement of the gate-source voltages at GS and the drain-source voltages at DS , using voltmeters 7 and 8, the value of the drain current is determined by adjusting the voltage efficiency of the voltage supply 1 and the resistor 3, and using the voltage supply 2 and resistor 4 to regulate the value of the voltage u DS . The value of this voltage is the sum of the voltages u DG and u GS , which are measured using voltmeters 7 and 8, respectively.
Prąd drenu iD mierzy się za pomocą amperomierza 8. Zachowanie stałej wartości temperatury otoczenia w czasie pomiaru zapewnia umieszczenie badanego tranzystora 5 w termostacie 9. Współrzędne punktu pracy badanego tranzystora w każdym z punktów A, B, C, D odczytuje się po uzyskaniu stanu ustalonego, w którym wskazania woltomierza 7 nie zmieniają się w ciągu 1 minuty bardziej niż o 1 mV. Wartości prądu drenu iD oraz napięcia dren-źródło uDS wybiera się tak, aby był spełniony warunek:The drain current iD is measured with an ammeter 8. Maintaining a constant value of the ambient temperature during the measurement is ensured by placing the tested transistor 5 in the thermostat 9. Coordinates of the tested transistor's operating point in each of points A, B, C, D are read after obtaining a steady state, in which the indications of the voltmeter 7 do not change by more than 1 mV in 1 minute. The values of drain current iD and drain-source voltage u DS are chosen so that the condition is met:
(UDS3 ' lD3 — UDS1 ' lD UDS4 ' lD3 = UDS2 ' lD( U DS3 ' l D3 - U DS1' l D U DS4 ' l D3 = U DS2' l D
W drugim etapie pomiaru wartość rezystancji termicznej wylicza się przez rozwiązanie następującego układu równań, opisujących kolejno rezystancję termiczną, nachylenie charakterystyki termometrycznej, napięcie progowe oraz temperaturowy współczynnik zmian napięcia progowego. W układzie równań występują współrzędne punktów A, B, C i D zmierzone w etapie pierwszym aGS —In the second step of the measurement, the value of the thermal resistance is calculated by solving the following set of equations describing in turn the thermal resistance, the slope of the thermometric characteristic, the threshold voltage and the temperature coefficient of the threshold voltage changes. The system of equations includes the coordinates of the points A, B, C and D measured in the first stage, and GS -
Rth UGS1 UGS2 io ' (UDS1 UDSl) ' lGSl ~ UpO UDS1 UGS1 UGS2Rth U GS1 U GS2 io '( U DS1 U DSl)' l GSl ~ UpO U DS1 U GS1 U GS2
DS1 ~ UDS2 lGSDS1 ~ U DS2 l GS
1,51.5
Upo — UGS3'UGS1'\i^D3 + au ' Rth ' (y-DSl ' 7*03 ~UDS3 ' ^D3 ' Fd ) a„ = lD ~ yj lD3 ί-D ' (UCS3 — UGS4) + 7^> ' ^03 ' (UGS2 ~ UGS3 + UG UGSl) + lD3 (UGSl UGS2)Upo - U GS3 ' U GS1' \ i ^ D3 + a u 'Rth' (y-DSl '7 * 03 ~ U DS3' ^ D3 'Fd) a "= l D ~ yj l D3 ί-D' ( U CS3 - U GS4) + 7 ^>'^03' ( U GS2 ~ U GS3 + U G U GSl) + lD3 ( U GSl U GS2)
Rth ' ' (7*03 ąAd) 2 ' (UDS1 UDS2)Rth '' (7 * 03 ąAd) 2 '( U DS1 U DS2)
Do rozwiązania tego układu równań stosuje się metodę iteracji prostej.The simple iteration method is used to solve this system of equations.
Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony na rysunku, przedstawiającym schemat blokowy układu do pomiaru rezystancji termicznej tranzystora polowego mocy z izolowaną bramką.The subject of the invention is shown in the drawing, which shows a block diagram of a system for measuring the thermal resistance of an insulated gate field power FET.
Układ ten składa się z badanego tranzystora polowego mocy z izolowaną bramką 5, dwóch zasilaczy zasilających obwód źródła 1 oraz drenu 2, rezystorów 3 i 4 ograniczających prąd drenu oraz źródła, woltomierzy 7 i 8 mierzących odpowiednio napięcia uGS oraz uDG amperomierza 68 i termostatu 9. Układ charakteryzuje się tym, że zasilacz napięciowy 1 przez rezystor 3 jest połączony ze źródłem badanegoThis system consists of the tested FET with an insulated gate 5, two power supplies supplying the source circuit 1 and drain 2, resistors 3 and 4 limiting the drain current and the source, voltmeters 7 and 8 measuring the voltage at GS and DG, respectively, the ammeter 68 and the thermostat 9. The system is characterized in that the voltage power supply 1 is connected through the resistor 3 with the source under test
PL 223 757 B1 tranzystora 5. Zasilacz napięciowy 2, szeregowo połączony z rezystorem 4 oraz amperomierzem 6, zasila dren badanego tranzystora 5. Bramka tranzystora jest połączona z masą układu, woltomierz 7 jest włączony między źródłem, a bramką badanego tranzystora 5, woltomierz 8 jest włączony między drenem a bramką badanego tranzystora 5 umieszczonego w termostacie 9.PL 223 757 B1 of transistor 5. The voltage power supply 2, in series with the resistor 4 and the ammeter 6, supplies the drain of the tested transistor 5. The gate of the transistor is connected to the ground of the system, the voltmeter 7 is connected between the source and the gate of the tested transistor 5, the voltmeter 8 is connected between the drain and the gate of the tested transistor 5 placed in the thermostat 9.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL400744A PL223757B1 (en) | 2012-09-12 | 2012-09-12 | Method and system for measuring the thermal resistance the field effect transistor power with isolated gate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL400744A PL223757B1 (en) | 2012-09-12 | 2012-09-12 | Method and system for measuring the thermal resistance the field effect transistor power with isolated gate |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL400744A1 PL400744A1 (en) | 2014-03-17 |
| PL223757B1 true PL223757B1 (en) | 2016-10-31 |
Family
ID=50240948
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL400744A PL223757B1 (en) | 2012-09-12 | 2012-09-12 | Method and system for measuring the thermal resistance the field effect transistor power with isolated gate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL223757B1 (en) |
-
2012
- 2012-09-12 PL PL400744A patent/PL223757B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL400744A1 (en) | 2014-03-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6786639B2 (en) | Device for sensing temperature of an electronic chip | |
| Górecki et al. | Measurements of parameters of the thermal model of the IGBT module | |
| US9562943B2 (en) | Wafer temperature sensing methods and related semiconductor wafer | |
| Blackburn et al. | Power MOSFET temperature measurements | |
| Górecki et al. | The analysis of accuracy of selected methods of measuring the thermal resistance of IGBTs | |
| US8350552B1 (en) | Voltage reference and temperature sensor | |
| JP2023065319A5 (en) | Power Semiconductor Test Equipment | |
| Lu et al. | A 0.45-V MOSFETs-Based Temperature Sensor Front-End in 90 nm CMOS With a Noncalibrated $\pm\hbox {3.5}\^{\circ}\hbox {C}\\hbox {3}\sigma $ Relative Inaccuracy From $-\hbox {55}\^{\circ}\hbox {C} $ to 105$^{\circ}\hbox {C} $ | |
| Farkas | Thermal transient characterization of semiconductor devices with programmed powering | |
| US7914205B2 (en) | Precision temperature sensor | |
| Zarebski et al. | A method of measuring the transient thermal impedance of monolithic bipolar switched regulators | |
| Chen et al. | Evaluation of thermal performance of packaged GaN HEMT cascode power switch by transient thermal testing | |
| Hedayati et al. | Fast temperature sensing for GaN power devices using E-field probes | |
| PL234140B1 (en) | Method and the system for measuring thermal resistance and optical radiation intensity of the LED power diode | |
| Malits et al. | Temperature sensing circuits in CMOS-SOI technology | |
| PL223757B1 (en) | Method and system for measuring the thermal resistance the field effect transistor power with isolated gate | |
| PL224783B1 (en) | Method and system for measuring the thermal resistance of the bipolar power transistor with the insulated gate | |
| Aprile et al. | Performance comparison of BJT and MOS devices as temperature sensing elements | |
| Zarebski et al. | A new method for the measurement of the thermal resistance of the monolithic switched regulator LT1073 | |
| Bensebaa et al. | On-line temperature measurement during power cycle of PCB-embedded diode | |
| PL225429B1 (en) | Method and system for measuring self-and mutual- thermal resistance of a choke | |
| PL206218B1 (en) | System and method for the measurement of thermal resistance of integrated pulse generator operating in the BOOST converter configuration | |
| Rafiq et al. | PCB Coil Based Turn-On Delay Measurement For Junction Temperature Estimation of SiC MOSFETs | |
| PL234141B1 (en) | Method and the system for measuring own and reciprocal thermal resistances in the electrically insulated module | |
| PL215895B1 (en) | Method and system for measuring own and mutual thermal resistances of the LED diode and phototransistor contained in the transoptor |