Определение теплОпрОвОднОсти материалОв, испОльзуемых в прОизвОдстве пОлупрОвОдникОвых прибОрОв © н. л. евдокимова, в. в. долгов, а. Ю. моторин АО «НПП «Пульсар», 105187, г. Москва, Окружной проезд, 27 Рассмотрен метод определения теплопроводности пластин по остыванию включенного полупроводникового прибора, установленного на поверхность исследуемой пластины. По сравнению с другими методами данный метод использует полупроводниковый прибор и как нагревательный элемент, и как датчик температуры. Определение теплопроводности пластин производится с использованием аналитической теплоëмкости полупроводникового прибора, что существенно упрощает обработку кривой остывания. Учëт тепла, рассеиваемого полупроводниковым прибором без теплоотвода, позволяет точнее оценить мощность теплового потока, поступающего от диода в пластину. Использование цилиндрической конструкции даëт возможность проводить измерения на образцах произвольной формы. Ключевые слова: измерение теплопроводности, тепловое сопротивление, тепловая структурная функция Сведения об авторах: Евдокимова Наталья Львовна, evdokimova@pulsarnpp.ru; Долгов Владимир Вик торович, dolgov_vv@pulsarnpp.ru; Моторин Андрей Юрьевич, motorin_aj@pulsarnpp.ru Method of thermal conductivity measurements of wafers utilizing the cooling of turned-on semiconductor device, placed on top of the tested wafer is considered. Compared with other techniques, the proposed method utilizes semiconductor device both as a heating element and as thermal sensor. Thermal conductivity measurements are performed using analytical thermal capacity of semiconductor device, which significantly simplifies cooling curve processing. Calculation of the amount of heat that is dispersed by the semiconductor device without heat-sink allows for more precise estimation of the intensity of the heat flow from diode to the wafer. Cylindrical structure allows measurements on samples of arbitrary shape.
Thermal analysis of semiconductor devices includes determination of thermal resistance of the chip, the case and the heatsink separately. Nowadays, the thermal analysis is carried out with the thermal structural functions obtained by the numerical deconvolution method. In this paper we experimentally show a possibility of performing the thermal analysis and determining the junction-to-case thermal resistance with the analytical thermal structure functions applied to certain diodes and transistors. The proposed technique can be used to improve the quality of thermal design and also in the screening tests of semiconductor devices, when it is necessary to know separate thermal resistances of the components.
Тепловое сопротивление полупроводниковых приборов определяет их способность рассеивать тепло в рабочем режиме. Для измерения переходного теплового сопротивления полупроводникового прибора используют метод нагрева либо метод остывания. В данной работе экспериментально и методом численного моделирования рассмотрены отличия метода остывания от метода нагрева. Найдено, что кривая остывания может отличаться от кривой нагрева наличием аномального участка, на котором наблюдается резкое снижение скорости остывания. Установлено, что причина аномалии связана с латеральным потоком тепла, приводящим к накоплению тепла в некоторых элементах конструкции. Работа может быть использована при определении теплового сопротивления кристалл-корпус и при тепловом анализе полупроводниковых приборов по их кривой остывания. Ключевые слова: измерение теплового сопротивления, тепловая структурная функция, теплоёмкость Сведения об авторах:Thermal resistance of semiconductor devices defines their ability to dissipate heat during operation. To measure transient thermal resistance of semiconductor device one could use the heating method or the cooling method. In this paper we compare these methods performing experimental measurements and numerical modeling. It was discovered that the cooling curve could differ from heating curve by the presence of anomalous area, where sharp decrease in the cooling rate is observed. It was established that the discovered anomaly is due to the lateral heat flow, causing the accumulation of heat in some elements of device structure. This paper could be used in determining the junction-to-case thermal resistance and also in thermal analysis of semiconductor devices by their cooling curve.
Тепловое сопротивление полупроводникового прибора определяет предельный тепловой режим, гарантирующий его работоспособность: чем выше значение теплового сопротивления полупроводникового прибора, тем больше может быть его перегрев. Поэтому необходим контроль тепловых сопротивлений выпускаемых приборов. В настоящее время получил широкое применение метод определения теплового сопротивления кристалл-корпус с использованием структурных функций: дифференциальной и интегральной (кумулятивной) теплоемкостей. В работе предложена новая тепловая характеристика-функция теплового потока, позволяющая определить момент, когда тепловой фронт достигает теплоотвода. При этом точка перегиба функции теплового потока соответствует тепловому сопротивлению кристалл-корпус, найденному по аналогичному методу. Использовано определение кумулятивной теплоемкости из уравнения теплового баланса. Структурные функции определены аналитически без процедуры числовой деконволюции. Сравнение предлагаемого метода с известными методами, использующими структурные функции, показало, что при тех же значениях параметров обрабатывать результаты проще, сокращается время измерения и нет строгих требований к теплоотводу. Данный метод может быть использован для сравнения конструкций разрабатываемых приборов и при анализе дефектов по тепловому сопротивлению готовых приборов. Ключевые слова: тепловое сопротивление кристалл-корпус; структурная функция; теплоемкость Благодарности: авторы выражают благодарность Ю.А. Концевому, В.С. Ежову и А.Ю. Моторину (АО «НПП «Пульсар», г.Москва) за плодотворное обсуждение результатов.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.