Способ измерения теплового сопротивления лавинно-пролетных диодов

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ЛАВИННО-ПРОЛЕТНЫХ ДОО- ДОВ по авт.св. № 957135, о т ли ч аю щ и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей. дополнительно измеряют тепловое сопротивление калибровочного диода, затем последовательно изменяют сопротивления потоку тепла в каждом задан-ном .сечении структуры калибровочного диода, снимают зависимость теплового сопротивления калибровочного диода от частоты модуляции прикаждом введении сопротивления потоку тепла, и определяют по скачку теплового сопротивления соответствующие заданным сечениям частоты модуляции, на которых определяют тепловое сопротивление измеряемых диодов.

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

З(511 G 01 Я 31/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 957135 (21) 3584532/24-21 (22) 27.04;83 (46) 07.12.84. Бюл. У 45 (72) И.А.Гудзь и В.К.Ясинский (53) 621.317(621 382 3(088 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 957135, кл. Q 01 Р 31/26, 18.02.81. (54) (57) СПОСОБ ИЗИЕРЕНИЯ TEIUIOBOI О

СОПРОТИВЛЕНИЯ ЛАВИННО-IIPOJIETHbE ДИОДОВ по авт.св. У 957135, о т л и ч аю .шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, дополнительно измеряют тепловое сопротивление калибровочного диода, затем последовательно изменяют соп1 отивления потоку тепла в каждом задан.

1 ном.сечении структуры калибровочного диода, снимают зависимость теплового сопротивления калибровочного диода от частоты модуляции при каждом введении сопротивления потоку тепла, и определяют по скачку теплового соп ротивления соответствующие заданным сечениям частоты модуляции, на которых определяют тепловое сопротивление измеряемых диодов.

112820 4

Я(ф- В Я )

R = в< (lip >3g R g (f)j

Изобретение относится к электрон- ной технике, преимущественно к микро электронике, и может быть использовано для измерения и контроля составляющих теплового сопротивления лавинно-пролетных диодов (ЛПД), работающих в непрерывном режиме;

По основному авт.св. В 957135 известен способ измерения теплового сопротивления лавинно-пролетного 1О диода (1), аключаюаий пропуокаииа через измеряемый диод постоянного тока, соответствующего режиму-генерации диодом номинальной мощности, модуляцию рабочего тока синусо-, 15 идальным сигналом, измерение дифференциального сопротивления измеряемого диода на низкой и высокой частотах модуляции, повторный измерения дифференцнальных сопротивлений и Ю напряжения на диоде при. варьировании температуры корпуса измеряемого диода, определение наклона зависимости напряжения на измеряемом диоде. от температуры его корпуса и опреде- 25 ление теплового сОпротивления из соотношения (Т где R — тепловое сопротивление измеряемого диода на часто- те мопуляции. =1н, R Q) - дифференциальное сопротивле-З5 . ние измеряемого диода на частоте модуляции х

tlg — напряжение на измеряемом диоде; — постоянный ток через иэме1 ряемый диода

ЯЦ вЂ” — наклон зависимости напряжеДТ ния на измеряемом диоде от . температуры его корпуса;

4з — верхняя частота модуляции, выше которой 0 постоянно;.

1» - нижняя частота модуляции.

Однако величина 8, определяемая по формуле 1, характеризует суммарное тепловое сопротивление диода в целом. Отдельные составляющие теплового сопротивления диода не контролируются, в то время как при изготовлении и эксплуатации Л?Щ эти составляющие gT могут заметно изме. няться, вызывая увеличение суммарного теплового сопротивления диода.

Причиной изменения Ят могут быть случаи производственного или конструктивно-технологического брака, вызывающие увеличение теплового сопротивления и в различных сечениях диодной структуры либо деградационные явления, обусловленные физикохимическими процессами старения, также приводящие к росту. составляющих теплового сопротивления ЛПД.

В известном способе измерения Ц

ЛПД остается неопределенным то сечение диода, к которому следует отнести измеренную величину суммарного теплового сопротивления, диода.

В особенности это относится к тем

ЛПД, 9 которйх в интервале низких частот 2О Гц с. „ (600 Гц наблюдается заметное изменение низкочастотного дифференциального сопротивления диода, так что изменение величины суммарного теплового,соп ротивления диода в указанном частото ном интервале составляет 1-3 СрВт, а соответствующее изменение температуры р-и-перехода ЛПД - порядка

7-15 С. Таким образом, измерение . О. теплового сопротивления ЛПД при фиксированном значении низкой частоты приводит к увеличению .погрешности определения теплового сопротивления диода, что ие позволяет прогнозировать достижение. максимальных тепло,вых режимов в диоде, а также прогнозировать надежность работы ЛПД.

Целью изобретения является расши,рение функциональных возможностей способа.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения теплового сопротивления лавинно-пролетного диода, включающему пропускание через измеряемый диод постоянного тока, соответствующего режиму генера-. ции диодом номинальной мощности, модуляцию рабочего тока сннусоидальным сигналом, измерение дифференциального сопротивления .измеряемого диода на низкой н высокой частотах модуляции, повторные измерения дифференциальных сопротивлений и напряжения на диоде при варьировании температуры корпуса измеряемого диода, определение наклона зависимости напряжения на измеряемом диоде от температуры его корпуса и определение теплового сопротивления нз соотношения (;) (Ug < 3) ll((f) j где 1т - тепловое сопротивление измеряемого, диода на частоте модуляции 1 =f>

9 (4)- дифференциальное сопротивле1Î ние измеряемого диода на .. частоте модуляции 1

Ug — напряжение на измеряемом диоде;

3 . — постоянный ток через измеря15 емый диод;

JU — наклон зависимости напряжеd4 ния на измеряемом диоде от температуры.его корпуса;.

18 — верхняя частота модуляции, вьппе которой -и т постоянно; ц — нижняя частота модуляции, дополнительно измеряют тепловое сопротивление калибровочного диода, затем последовательно изменяют сопротивле

25 ния потоку тепла в каждом заданном сечении структуры калибровочного дио.да, снимают зависчмость теплового сопротивления калибровочного диода от частоты модуляции при каждом введении ЗО сопротивления потоку тепла и, определя-" .ют по скачку теплового сопротивления соответствующие заданным сечениям частоты модуляции, на которых определяют тепловое сопротивление измеря-35 емых диодов.

На фиг. 1 показана конструкция . конкретного ЛПД на фиг. 2 — частотные зави"имости теплового сопротивле- нияЛПЦ,полученные винтервале частот 4

= 20 r .

Измерения по способу производились следующим образом.

В партии однотипных ЛПД, представляющих собой р — n — - g структуру 1 45

1 с многослойным металлическим контактом и гальванически выраженным медным слоем интегрального теплоотвода 2, который крепится непосредственно к медному корпусу 3 дно@а с помощью 50 термокомпрессии, выбирают калибровочный диод и помещают его в цангу диододержателя 4.

Значение низкой частоты 1п для.

ЛПЦ данной конструкции находят сяедую55 щим образом. Варьируя частоту модулирую щего сигнала в диапазоне 20 Гц—

1 кГц, определяют частотную зависи-, 1128204 . 4 мость теплового сопротивления Ц (f) диода в укаэанном диапазоне частот для трех положений диода в цанге диододержателя: исходного, когда основание корпуса 3 диода полностью погружено в цангу; основание корпу. са 3 выдвинуто из цанги на 1/2 своей, высоты; . основание корпуса.3 выдвинуто из цанги на 3/4 своей высоты.

В двух последних случаях площадь контакта между диодом и цангой уменьшается соответственно в 2 и 4 раза при небольшом увеличении пути суммарного теплового потока, вследствие чего возрастает тепловое сопротивление между корпусом и цангой диододержателя. Соответственно на частот ных зависимостях к (f) диода наблю- т дается возрастание (скачок) теплового сопротивления в конечном диапа- зоне частот а1 . Среднюю частоту этого диапазона частот принимаем равной .низкой частоте f>, диода.

Операция измерения Rт .при калиб« ровке и при измерениях составляющих .теплового сопротивления произвольного диода идентична. Различие состоит в том, что при калибровке, сопровождаемой внесением нарушений в диодную структуру калибровочного диода, снимают частотную зависимость теплового сопротивления Ц (1) в полном интервале частот 20 Гц-4ИГц, а измерение составляющих Р измеряемого диода ! производят беэ внесения нарушений в диодную структуру на фиксированных характерных частотах 1; ..., 1, соответствующих характерным сечениям диода.

Значение частоты f можно получить путем подрыва интегрального теплоотвода 2 от корпуса 3 диода. Типичные зависимости и при различных сопро" тивлениях потоку тепла в сечении между корпусом 3 и теплоотводом 2 представлень кривыми 5-7.

На фиг.. 2 приведено также значение характерной часто гы 1, соответсвующей сечению на границе структуры 1 с теплоотводом 2. Величина 1 -".

1, 1 МГц получена путем последовательного трехкратного травления площади сечения слоя никеля на 10, 20,и ЗОЖ от ее первоначального значения.

На измеряемом диоде порядок проведения операций следующий. ! .. Подают на диод постоянный рабочий ток питания Jg, соответствующий ра1128204 бочему режиму диода в. СВЧ устройствах, модулированный малым синусоидальным током с частотой 20 Гц— !

6 МГц. Измеряют. постоянный ток 3g питания диода и соответствующее ему 5 полное падение напряжения на диоде ll змеряют дифференциальное сопротивление диода (как отношение переменного напряжения к переменному току) 10 при верхней частоте 1 4 МГц модулирующего сигнала.

Варьируют температуру корпуса диода и измеряют крутизну наклона температурной зависимости полного падения t5 напряжения на диоде 3 Ug / ЗТ.

Варьируют частоту модулирующего сигнала от. верхней частоты f>. до нижней частоты 1 и измеряют дифференциальное сопротивление диода на фикси».- 20 рованных характерных частотах 1; определенных ранее при калибровке на аналогичных диодах данной конструкции.

Подсчитывают величины составляющих теплового сопротивления диода по формуле

При Ц = 1„ тепловое сопротивление

Равно суммарному Rт тепловому 35 сопротивлению диода. На фиксированных частотах, внутри .интервала частот тепповое сопротивление Й ; характеризует тепловое сопротивление диода на участке от его p-h-перехода до заданного характерного сечения диода.

Разброс значений характерных частот для заданной конфигурации диода определяется разбросом толщин диодной структуры при ее изготовлении. Для иселедуемых ЛПД разброс величин 1, различных диодов не превышал

5Х ° Зато разброс в величине теплового сопротивления различных составляющих ", достигал 15-.20Х. Этот факт свидетельствует о том, что для каждой партии однотипных ЛПД, изготовливаемой в серийном производстве, необходимо производить разбраковку ЛПД по величинам составляющих теплового сопротивления диода.

Измерение величины составляющих теплового сопротивления 1т; на характерных частотах k как в процессе испытаний диодов, так и при их эксплуатации в СВЧ устройствах, позволяет определять деградационные изменения этих составляющих теплового сопротивления ЛПД и сечения в диодной структуре, ответственные за их изменения. J

Способ контроля величины Ry ЛПД является неразрушающим и может быть использован применительно к диодам, работающим непосредственно в СВЧ устройствах.

1128204 !

Составитель В. Карпов .Редактор С. Патрушева Техред C.Ëåãåçà Корректор О. Тигор

Подписное

Заказ 9024/34

Тираж 710 ж

ВО

ВНИИПН Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4