Способ испытаний на циклостойкость силовых полупроводниковых приборов
О П И С А Н И Е 270079
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советских
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Зависимое от авт. свидетельства ¹
Кл. 21g, 11/02
Заявлено 19.IX.1968 (№ 1272292/26-25) с присоединением заявки №
Приоритет
Опубликовано 08.V.1970. Бюллетень ¹ 16
Дата опубликования описания 13Л 111.1970
МПК Н Olf
УДК 621.382.2(3 (088.8) Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров
СССР
Автор изобретения
Ю. А. Чесноков
Заявитель
СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ НА ЦИКЛОСТОЙКОСТЬ СИЛОВЬ|Х
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ
Изобретение может быть использовано для оценки циклостойкости контактных соединений силовых полупроводниковых приборов, например вентилей и тиристоров, от которой зависит надежность и продолжительность их работы.
Существенное различие коэффициентов линейного расширения материалов элементов конструкции прибора приводит при использовании мягких припоев к возникновению в последних радиальных деформаций, максимальных на периферии соединений, и деформаций среза. В результате в процессе эксплуатации прибора припои рекристаллизуются, образуются микротрещины, пористость и т. д. Все эти факторы постепенно увеличивают тепловое сопротивление прибора.
С увеличением перепада температур в процессе циклического воздействия циклостойкость контактных соединений уменьшается, причем имеется ряд экспериментальных зависимостей, позволяющих оценить степень снижения циклостойкости соединений.
Известны способы испытаний силовых полупроводниковых приборов на циклостойкость.
При длительности одного цикла испытаний
15 — 45 сек и циклостойкости контактных соединений с мягкими припоями 5 (10з — 10 ) циклов процесс испытаний на циклостойкость занимает значительное время, что затпудняет оценку циклостойкости существующих и вновь разрабатываемых контактных соединений. Особенно затруднена оценка циклостойкости контактных соединений с прижимными
5 контактами, находящих все более широкое применение в последних разработках в связи с их повышенной цпклостойкостью (около
10 — 10о циклов) .
Предлагаемый способ ускоренных пспыта10 ний силовых полупроводниковых приборов на циклостойкость ОдинОчными импульсами тока значительной величины и относительно малой длительности обеспечивает значительно больший перегрев структуры по сравнению с ранее
15 приняты м, составляющим 125 — 140 С. Прп этом амплитуду и длительность импульса тока выбирают из условия предельно допустимой для данного режима испытаний температуры (350 — 450 С), предотвращая «стягивание
20 в шнур» прямого тока; «стягивание в шнур > обратного тока — в случае последующего за импульсом прямого тока приложения обратного напряжения; расплавление мягких прппоев. Температуру перегрева любого элемента
25 конструIIUНИ прибора, 3 также контактного соединения можно с достаточным приближением оценить методом электротепловой а1310гии (3TA) .
Как показывает анализ методом 3ТА, для
30 типичных констрl êöïé при00ров Опредсля10270079
Шим фактором при оценке предеЛьно допустимой температуры структуры является температура плавления контактного соединения кремниевой пластины с вольфрамовыми термокомпенсаторами.
Учитывая возможность существенно большего допустимого перепада температур в контактном соединеНии в процессе циклирования однократными импульсами тока (особенно при снятии с структуры обратного напряжения в схеме циклических испытаний), а также тот факт, что при кратковременных импульсах прямого тока в миллисекундном интервале длительностей прогревается только незначительная часть элементов конструкции вблизи кремниевой пластины с малыми постоянными времен охлаждения, частота следования импульсов может быть значительно повышена и резко сокращен (в 50 — 100 раз) период циклирования. Благодаря этому более чем на два порядка (в 100 — 500 раз) сокращается длительность испытаний на циклостойкость контактного соединения кремниевой пластины с вольфрамовыми термокомпенсаторами и несколько меньше (в 15 — 20 раз) — длительность испытаний контактного соединения вольфрамоBblx термокомпенсаторов с основанием.
На чертеже приведены основные показатели и параметры ускоренных испытаний на циклостойкость контактного соединения Si — Sn — W на основе олова (Т„, -232 Ñ) для тиристора типа ВКДУ вЂ” 150 при условии, что при всех длительностях импульса циклирующего тока перепад температуры в наиболее критической точке (соединении Si — Sn — W) сохраняется постоянным и равным 185 С (температура охлаждающей воды +25 С):
ЛТв; — температура перегрева структуры: „— длительность импульса циклирующего тока;
I„— амплитуда прямоугольного импульса тока;
Р— амплитуда прямоугольного импульса мощности, обеспечивающая необходимый перегрев структуры при данной длительности импульса, амплитуде тока и наиболее вероятных параметрах структуры (напряжении отсечки U=1,0 в, динамическом сопротивлении
8=0.7 10:» ом);
К вЂ” эффективный коэффициент ускорения испытаний на циклостойкость в данном режиме.
Все данные о температуре перегрева получены методом ЭТА.
Предмет изобретения
Способ испытаний на циклостойкость силовых полупроводниковых приборов с прижимными контактами, состоящий в том, что через прибор пропускают импульсы прямого тока, скважность которых выбирают из условия охлаждения прибора практически до начальной температуры к моменту воздействия следую30 щего импульса при водяном охлаждении радиатора, отлича>ощийся тем, что, с целью сокращения длительности испытаний, используют однократные импульсы прямого тока кратности около (5 — 12) 1„, длительностью
35 10 — 100 мсек, амплитуду которых выбирают исходя из предельно допустимого температурного режима при условии снятия с циклируемого прибора обратного напряжения.
270079
f,сiи
Составитель Г. Петрова
Редактор Т. 3. Орловская Техред А. А. Камышникова Корректор B. Трутнев
Заказ 2142)17 Тираж 480 Подписное
ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5
Типография, пп. Сапунова, 2
