CC BY
26
УДК 621.382 В. А. СЕРГЕЕВ
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ЦИФРОВЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ
В условиях массового производства и применения цифровых интегральных микросхем. (ЦИС) актуальной задачей является автоматизация и повышение быстродействия методов и средств измерения тепловых параметров ЦИС при сохранении приемлемой точности.
Известные методы и средства измерения теплового сопротивления ЦИС, основанные на использовании гармонического закона модуляции греющей мощности, имеют достаточно высокую точность, но низкое быстродействие. Время одного измерения в подобных устройствах составляют не менее 30-40 тГа.к, где тГп_к - тепловая постоянная времени переход-корпус ЦИС.
Вестник УлГТУ 3/2000
69
Предложенный автором способ измерения тепловых параметров ЦИС, основанный на использовании линейного закона изменения рассеиваемой мощности, позволяет сократить время одного измерения до 4-5 тГи_к при относительной погрешности не более 5%. При изменении греющей мощности по закону Р = Р0 + , где - нарастания мощности; / - время; Р0 - начальная мощность, рассеиваемая ЦИС до начала модуляции ( / = 0). Через некоторое время 1>3ту„_к изменение температуры перехода (поверхности кристалла) описывается выражением ДГ(/)= с погрешностью
не более 5%
При известном температурном коэффициенте кт температурочувствительный параметр (ТЧП) будет также изменяться по линейному закону ДИт,т = кг8РЯп_к - гТп_к ).
Задача измерения ЯГп_к при известных значениях ктиБр сводится к измерению скорости изменения ТЧП. Принцип действия устройства основан на измерении скорости изменения (крутизны) ТЧП путем его дифференцирования. Недостатком данного устройства является низкая точность из-за большой погрешности реальных дифференцирующих цепей при дифференцировании медленно изменяющихся сигналов.
Для более точного измерения теплового сопротивления МОП и КМОП ЦИС предлагается устройство, структурная схема которого показана на рис. 1.
Устройство содержит контактную колодку 1 для подключения испытываемой ЦИС, источник питания 2, генератор переключающих импульсов 3 с линейно возрастающей частотой следования, устройство управления 4, источник 2 двух опорных напряжений И:пЛ и й„112, два устройства сравнения 6 и 7, временной селектор 8, реверсивный счетчик 9 и индикатор 10.
Устройство работает следующим образом. На испытываемую микросхему, установленную в контактную колодку 1, подается напряжение питания с источника 2. По команде «Пуск» генератор переключающих импульсов 3 начинает переключать несколько (т<п, где п - полное число) логических элементов ЦИС с частотой ¥, изменяющейся по линейному
Пуск
—►
8 9 —» —► 10
Рис. 1. Структурная схема устройства для измерения теплового сопротивления
закону , где - начальная частота переключения, - крутизна
нарастания частоты. Поскольку для МОП и КМОП ЦИС рассеиваемая мощность линейно зависит от частоты переключения Р = Р0 + куГ, где кр -
крутизна частотной зависимости рассеиваемой мощности, то греющая ЦИС мощность будет линейно нарастать с крутизной: Б р = 8 Ркр.
Напряжение логической «1» одного из логических элементов, состояние которого не изменяется, используется в качестве ТЧП и поступает на устройства сравнения 6, 7.
В моменты и 1г сравнения Игш с ялп1 и Ит2 соответственно устройство управления вырабатывает короткие (по сравнению с /2-/,) стробирующие импульсы гшр, которые поступают на разрешающий вход временного
селектора 8, на другой вход которого поступают переключающие импульсы с генератора 3. По сигналу с выхода первого устройства сравнения 6 в момент времени реверсивный счетчик 9 устанавливается в режим обратного счета и за время первого стробирующего импульса счетчик подсчитает п] -переключающих импульсов: = + Устр. По сигналу второго устройства
сравнения 7, реверсивный счетчик устанавливается в режим прямого счета. За время второго стробирующего импульса на счетчик поступает
пг =(р0 + V переключающих импульсов. В результате, после окончания действия второго строб-импульса в счетчике остается число Дп = п2-п]. Это число высвечивается индикатором 10 и связано с тепловым сопротивлением ./?. ,, ,к простым соотношением
Р _ (^ая2
При выборе »ЮОкГч, 5Г ~ШмГц!с, гстр ~1мс, Д#(М »20мВ погрешность
дискретизации при измерении разности частот в моменты времени не будет превышать 1%. Все остальные составляющие погрешности будут также малы по сравнению с погрешностями определения кг и кр.
Сергеев Вячеслав Андреевич, кандидат технических наук, доцент, член-корреспондент РАЕН, закончил физический факультет Горьковского государственного университета. Проректор Ульяновского
государственного технического университета по международным связям. Область научных интересов - измерение параметров и контроль качества полупроводниковых приборов и ИС.
