Главная Промышленная автоматика.

Q-I-J5B


Выход

Рис. 11.17. Электрическая схема измерения теплового сопротивления ПТШ



Рис. 11.18. Диаграмма, иллюстрирующая очередность подачи импульсов смещения при измерении

20 мс

вход U1UU3

выход

01

Зодвржка импд/ibca / на затворе

выход 02

Калидровочныо / постоянный так [ Y затдора I I

к - коэффициент коэффициент теп-

Выход

ГОтключение стока

где L - толцщна слоя; теплопроводности; < лоемкости.

Для GaAs Л * 0,04 Вт/(° С-мм), « 1,7 Дж/(см -"С), следовательно, f «1,7 , где t выражено в секундах, а Л - в сантиметрах. Тепловая постоянная времени ?«10 мкс для ПТШ с толщиной подложки 25 мкм и с прямым монтажом. Тепловая постоянная времени для ПТШ с толщиной подложки 100 мкм составляет 170 мкс. Толщина подложки ПТШ типа FLC-3 О фирмы Fujitsu составляет 100 мкм. Таким образом, период измерений 10 мкс составляет лишь 6% тепловой постоянной времени. Для очень тонких подложек может понадобиться длительность импульса около 1 мкс.

В качестве примера рассмотрим результаты измерения теплового сопротивления ПТШ типа FLC-30 фирмы Fujitsu [18]. Иэмерения начинаются с составления калибровочной кривой для каждого транзистора. Испытуемый транзистор разогревается без подачи смещения на сток. Через каждые 25° С нагрева на затвор подается импульс постоянного тока в прямом направлении величиной 7 мА и регистрируется прямое падение напряжения на затворе. Измерения проводятся вплоть до температуры держателя 225° С. Прямое напряжение на затворе обычно уменьщается линейно с возрастанием температуры, как показано на рис. 11.19. Данные по каждому транзистору накапливаются, и по методу наименьших квадратов строится калибровочная кривая.

После калибровки транзистор охлаждают до комнатной температуры. Затем в цепь питания транзистора подается мощность 5 Вт, и он вновь нагревается. При заданных значениях температуры корпуса регистрируется прямое напряжение на затворе. Тепловое сопротивление определяется с гюмощью уравнения (11.9). Вначале измерения проводились с использованием цикла как нагрева, так и охлаждения. Не было отмечено никаких гистерезисных эффектов, и последующие измерения были проведены во время охлаждения транзисторов после калибровки. Как видно из рис. 11.20, тепловое сопротивление линейно возрастает с увеличением температуры канала в диапазоне 30-225°С.

Некоторые транзисторы были измерены при уровнях мощности по постоянному


50 100 150

1емпература канала, °С

Рис. 11.19. Калибровочная зависимость между прямым напряжением на затворе и температурой канала для прибора FLC-30 фирмы Fujitsu при Ррасс = О, /„р= 7 мА 177




Рис. 11.20. Зависимость теплового сопротивления от температуры канала при различной входной мощности

для транзистора FLC-30 о - 5 Вт; □ - 3 Вт; А - 1 Вт

50 100 150

TEMOepaiiypa канала, °С

току 1 и 3 Вт. Следует стремиться проводить измерения на максимально возможном уровне мощности, так как это снижает неопределенность, свойственную данному методу. Как показано на рис. 11.20, измеренные значения теплового сопротивления не зависят от уровня рассеиваемой в транзисторе мощности в диапазоне от 1 до 5 Вт. Очевидно, что для данных транзисторов (IV. = 7,28 мм) рассеиваемая мощность вплоть до 0,69 Вт/мм не вызывает необходимости применения нелинейного анализа, рассмотренного ранее.

Тепловое сопротивление двадцати ПТШ FLC-30 (IV =7,28 мм) было измерено при температуре держателя 45° С и рассеиваемой мощности 3 Вт. Температура канала составляла 73 - 77°С. Следовательно, тепловое сопротивление этих транзисторов составляет 9,3-10,7° С/Вт (69 - 78° С • мм/Вт) . Аналогичные измерения на фирме Bell Laboratories [11] транзисторов WEI 31С (H.j = 6 мм) дали б =6° С/Вт (в =36°С • мм/Вт) .

11.4. СРАВНЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

В этом разделе будет проведено сравнение весьма скудных экспериментальных данных с результатами теоретических расчетов, представленных на рис. 11.6-11.8. Существует три вида конструкций мощных GaAs ПТШ, позволяющих уменьшить тепловое сопротивление:

1) прямой монтаж сравнительно толстой подложки (с = 100- 125 мкм) с узкими полосками затворов (1 <150 мкм);

2) прямой монтаж тонкой подложки (с < 50 мкм) с полосками затворов до 500 мкм;

3) обратный монтаж.

Как видно из рис. 11.6- 11.8, обратный монтаж дает преимущество по тепловому режиму во всем диапазоне изменения параметров конструкции ПТШ. Начиная с толщины подложки с = 75 мкм прямой монтаж становится более выгодш>1м. Точное значение толщины подложки, при которой значение в приборов, собранных прямым монтажом, численно равно значению в приборов, выполненных методом обратного монтажа, определяется расстоянием между затворами и шириной зубца затвора. Следовательно, для получения наименьшего теплового сопротивления необходимо использовать прямой монтаж. Однако нужно помнить, что не только толщина подложки, но и межзатворное расстояние и ширина зубца затвора влияют на тепловые параметры.

Эти вьшоцы полностью подтверждаются экспериментальными данными, приведенными в табл. 11.1. Отметим, что при прямом монтаже толстой подложки 0 =70-80°С-мм/Вт, при обратном монтаже 0 = 50-60°С • мм/Вт, а при прямом монтаже тонкой подложки 0 =20-40°С-мм/Вт. Эксперимен-178





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 [59] 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

0.0046