ОЦЕНКА ТЕПЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ МОЩНЫХ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ МЕТОДОМ ТЕПЛОВОЙ РЕЛАКСАЦИОННОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ СПЕКТРОМЕТРИИ

Температурный режим работы электронной аппаратуры определяет надежность и стабильность оборудования. Это приводит к необходимости детального теплового анализа полупроводниковых приборов. Цель работы – оценка тепловых параметров мощных биполярных транзисторов в пластмассовых корпусах TO-252 и TO-126 методом тепловой релаксационной дифференциальной спектрометрии. Тепловые постоянные элементов приборов и распределение структуры теплового сопротивления определены в виде дискретного и непрерывного спектров с использованием ранее разработанного релаксационного импеданс-спектрометра. Непрерывный спектр рассчитан на основе производных высшего порядка динамического теплового импеданса и соответствует модели Фостера, дискретный – модели Кауера. Структура теплового сопротивления образцов представлялась в виде шестизвенной электротепловой RC-модели. Анализ растекания теплового потока в исследуемых структурах проводился на основе концепции температуропроводности. Для транзисторных структур определены площадь и распределение сечения теплового потока. На основе проведенных измерений оценены тепловые параметры мощных биполярных транзисторов, в частности, структура их теплового сопротивления. Для всех измеренных образцов выявлено, что тепловое сопротивление слоя посадки кристалла вносит определяющий вклад во внутреннее тепловое сопротивление транзисторов. В переходном слое на границе полупроводник– припой тепловое сопротивление возрастает из-за изменения механизма теплопереноса. Наличие дефектов в этой области в виде отслоений припоя, пустот и трещин приводит к дополнительному росту теплового сопротивления в результате уменьшения активной площади переходного слоя. Метод тепловой релаксационной дифференциальной спектрометрии позволяет эффективно контролировать распределение тепловых потоков в мощных полупроводниковых приборах, что необходимо для совершенствования конструкции, повышения качества посадки кристаллов изделий силовой электроники с целью снижения их перегрева. 

1. Farkas, G. Thermal investigation of high power optical devices by transient testing / G. Farkas [et al.] // Components and Packaging Technologies, IEEE Transactions on. − 2005. – Vol. 28, No. 1. − P. 45−50.

2. Smith, B. Utility of transient testing to characterize thermal interface materials / B. Smith [et al.] // EDA Publishing THERMINIC. − 2007. − P. 6–11.

3. Бумай, Ю.А. Релаксационный импедансспектрометр тепловых процессов / Ю.А. Бумай [и др.] // Электроника инфо. 2010. № 3. C. 58–59.

4. Bumai, Yu.A. Measurement and analysis of thermal parameters and efficiency of laser heterostructures and light-emitting diodes / Yu.A. Bumai, A.S. Vaskou, V.K. Kononenko // Metrology and Measurement Systems. – 2010. – Vol. 17, No. 1. – P. 39–46.

5. Васьков, О.С. Метод тепловой релаксационной спектрометрии и определение параметров светодиодов / О.С. Васьков, В.К. Кононенко, В.С. Нисс // Докл. БГУИР. 2011. – № 4. – C. 74–79.

6. Турцевич, А.С. Исследование качества пайки кристаллов мощных транзисторов релаксационным импеданс-спектрометром / А.С. Турцевич [и др.] // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. – 2012. – № 5. – С. 44–47.

7. Васьков, О.С. Диагностика технологических характеристик мощных транзисторов с помощью релаксационного импеданс-спектрометра тепловых процессов / О.С. Васьков [и др.] // Изв. вузов. Материалы электронной техники. – 2014. – № 1. – С. 47–52.

8. Pape, H. Development of a standard for transient measurement of junction-to-case thermal resistance / H. Pape [et al.] // Microelectron. Reliability. 2012. –Vol. 52, No. 7. – P. 1272–1278.

9. Foster, R.M. A reactance theorem / R.M. Foster // Bell Syst. Tech. J. 1924. – Vol. 3. м P. 259–267.

10. Cauer, W. Die siebschaltungen der fermmeldetechnik / W. Cauer // Math. und Mechanik / Angew Z. – 1930. –Vol. 10, No. 5. – P. 425–433.

11. Gulino, R. Guidelines for using ST’s MOSFET SMD packages / R. Gulino // Application Note AN1703. STMicroelectronics. – 2003. – P. 1/22–22/22.