Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2019, № 1 · SOLID STATE ELECTRONICS

Comparative analysis of standard and modulation methods for measuring thermal resistance of power bipolar transistors

V.I. Smirnov1,2,3,4, V.A. Sergeev1,2,3,4, A.A. Gavrikov1,2, A.A. Kulikov1,2, A.M. Shorin3,4

1 Ulyanovsk Branch of Kotelnikov IRE RAS, Ulianovsk, Russia
2 Kotelnikov IRE RAS, Moscow, Russia
3 Ульяновский государственный технический университет, Ulianovsk, Russia
4 Ulyanovsk State Technical University, Ulyanovsk, Russia
Full text (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2019.1.3 UDC 681.518.3 EDN TQRQHW

Abstract

The paper describes the results of the thermal resistance measurements of power bipolar UHF-trasistor in active mode using standard method and method using harmonic modulation of heating power. Heating power modulation performed by passing heating pulses through the device under test (DUT) with duration varying harmonically. The modulation method is implemented in a modernized version of a hardware-software measuring complex with separate measurement of the voltage on the DUT during of the pulses of heating current and temperature-sensitive parameter through the device during the flow of measuring current in the intervals between pulses of heating current, which allows to measure the thermal resistance of bipolar transistors in active mode. The measuring complex includes a microntoller based thermal resistance meter, a personal computer, and specialized software. Comparative analysis shows that measurement results by the standard method (OST 11 0944-96) and modulation method differs less than 5%. Modulation method instead of standard one allows thermal resistance measuring without prior determination of the «junction-to-case thermal time constant».

  • тепловое сопротивление
  • измерение
  • модуляционный метод
  • мощный биполярный транзистор
  • тепловая постоянная времени
  • thermal resistance
  • measurement
  • modulation method
  • power bipolar transistor
  • thermal time constant
Аннотация (на русском)

Сравнительный анализ стандартного и модуляционного методов измерения теплового сопротивления мощных биполярных транзисторов

Представлены результаты измерений теплового сопротивления мощного биполярного СВЧ-транзистора в активном режиме работы стандартным методом и методом, использующим модуляцию греющей мощности. Модуляция мощности осуществляется посредством пропускания через объект измерения греющих импульсов, длительность которых изменяется по гармоническому закону. Модуляционный метод реализован в модернизированном варианте аппаратно-программного измерительного комплекса с раздельным измерением напряжения на контролируемом изделии при протекании через объект измерения импульсов греющего тока и температурочувствительного параметра при протекании измерительного тока в паузах между импульсами греющего тока, что позволяет измерять тепловое сопротивление биполярных транзисторов в активном режиме. Измерительный комплекс включает в себя управляемый микроконтроллером измеритель теплового сопротивления, компьютер и специализированное программное обеспечение. Сравнительный анализ показал, что результаты измерений, полученные модуляционным методом и методом по стандарту ОСТ 11 0944-96, отличаются менее чем на 5%. При этом, в отличие от стандартного метода, модуляционный метод позволяет проводить измерения теплового сопротивления без предварительного определения тепловой постоянной времени «переход-корпус».

For citation

Smirnov V.I., Sergeev V.A., Gavrikov A.A., Kulikov A.A., Shorin A.M. Comparative analysis of standard and modulation methods for measuring thermal resistance of power bipolar transistors // Journal of Radio Electronics. – 2019. – No. 1. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.1.3

References

  1. Шурыгина В. Дискретные силовые полупроводниковые приборы // Электроника: наука, технология, бизнес. 2007. № 3. С. 12-25.
  2. ОСТ 11 0944-96. Микросхемы интегральные и приборы полупроводниковые. Методы расчета, измерения и контроля теплового сопротивления. М.: ГУП НПП Пульсар, 1997. 110 с.
  3. Total Thermal Solutions [электронный ресурс] // Lytron Inc. Catalog. Дата обращения 05.01.2019. Режим доступа http://www.lytron.com/Cold-Plates.
  4. V. I. Smirnov, V. A. Sergeev, A. A. Gavrikovб A. M. Shorin. Modulation method for measuring thermal impedance components of semiconductor devices // Microelectronics Reliability. 2018. Vol. 80. P. 205-212.
  5. В.И. Смирнов, В. А. Сергеев, А. А. Гавриков. Измерение теплового сопротивления солнечных модулей модуляционным методом // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2018. №8. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/aug18/14/text.pdf DOI 10.30898/1684-1719.2018.8.14
  6. Смирнов В.И., Сергеев В.А., Гавриков А.А., Шорин А.М. Измерение теплового импеданса мощных транзисторов // Радиотехника. 2017. № 6. С. 83-90.
  7. Thermal Impedance Measurements for Vertical Power MOSFETs (Delta Source-Drain Voltage Method). JEDEC JESD24-3 standard.
  8. Thermal Impedance Measurement for Insulated Gate Bipolar Transistors - (Delta VCE(on) Method). JEDEC JESD24-12 standard.
  9. Thermal Impedance Measurements for Bipolar Transistors (Delta Base-Emitter Voltage Method). JEDEC JESD 24-4 standard.
  10. 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.
  11. Сергеев, В.А. Контроль качества мощных транзисторов по теплофизическим параметрам. Ульяновск.: УлГТУ, 2000, 256 с.
  12. 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. JEDEC JESD51-14 standard.
  13. V.A. Sergeev, V.V. Yudin Measurement of the thermal parameters of semiconductor products using pulse-amplitude modulation of the heating power // Measurement Techniques. 2010, Vol. 53, No. 6. P. 679-685.