Zależność parametrów modelu przejściowej impedancji termicznej tranzystora MOS mocy od konstrukcji układu chłodzenia

• Autorzy: Bisewski D. , Górecki K. , Zarębski J.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2015.04.31

Warianty tytułu

EN

Dependence of parameters of the transient thermal impedance model of power MOSFET on the construction of the cooling system

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych, ilustrujących wpływ takich czynników jak wielkość pól lutowniczych, powierzchnia miedzi na płytce drukowanej oraz zastosowanie wodnego systemu chłodzenia na parametry modelu przejściowej impedancji termicznej Zth(t) tranzystora MOS mocy. Pomiary Zth(t) wykonano pośrednią metodą elektryczną, a wartości parametrów jej modelu wyznaczono przy wykorzystaniu autorskiego algorytmu. W oparciu o uzyskane wyniki badań wskazano zależność między konstrukcją układu chłodzenia a parametrami modelu cieplnego tego elementu.

EN

The paper presents the results of experimental studies that illustrate the influence of the selected factors, i.e. the size of soldering pads, the PCB copper area as well as the use of aqueous cooling system on the transient thermal impedance model parameters of MOSFET. Measurements of thermal parameters were performed using the indirect electrical method. Parameters of the transient thermal impedance model were calculated using the estimation procedure elaborated by the authors. The obtained results show an influence of the system cooling parameters on the thermal model parameters of the semiconductor device.

Słowa kluczowe

PL

zjawiska termiczne; przejściowa impedancja termiczna; skupiony model termiczny

EN

thermal phenomena; transient thermal impedance; compact thermal model

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 91, nr 4
• Strony: 139--143
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., schem., tab., wykr.

Twórcy

autor

Bisewski D.

• Akademia Morska w Gdyni, Katedra Elektroniki Morskiej, ul. Morska 81-87, 81-225, Gdynia

autor

Górecki K.

• Akademia Morska w Gdyni, Katedra Elektroniki Morskiej, ul. Morska 81-87, 81-225, Gdynia

autor

Zarębski J.

• Akademia Morska w Gdyni, Katedra Elektroniki Morskiej, ul. Morska 81-87, 81-225, Gdynia

Bibliografia

• [1] Zarębski J., Górecki K.: The electrothermal large-signal model of power MOS transistors for SPICE. IEEE Transaction on Power Electronics, Vol. 25 , No. 5-6, 2010, pp. 1265 – 1274.
• [2] Górecki K., Zarębski J.: Nonlinear compact thermal model of power semiconductor devices. IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies, Vol. 33, No. 3, 2010, pp. 643-647.
• [3] Zarębski J., Górecki K.: SPICE-aided modelling of dc characteristics of power bipolar transistors with selfheating taken into account. International Journal of Numerical Modelling Electronic Networks, Devices and Fields, Vol. 22, No. 6, 2009, pp. 422-433.
• [4] Székely V., Thermal Testing and Control by Means of Built-in Temperature Sensors. Electronics Cooling, Vol. 4, 1998, No. 3, pp.36-39.
• [5] Székely V., Rencz M., Courtois B., Thermal Investigations of IC's and Microstructures. Microelectronics Journal, Vol. 28, 1997, No.3, pp. 205-207
• [6] Castellazzi A., Gerstenmaier Y.C., Kraus R., Wachutka G.K.M.: Reliability analysis and modeling of power MOSFETs in the 42-V-PowerNet, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 21, 2006, No. 3, pp.603-612
• [7] Parry J., Rantala J., Lasance C.: Temperature and reliability in electronics systems – the missing link. Electronics Cooling, Vol. 7, No. 4, 2001, pp. 30 – 36
• [8] Ciappa M., Carbognami F., Cora P., Fichtner W.: A novel thermomechanics-based lifetime prediction model for cycle fatigue failure mechnisms in power semiconductors. Microelectronics Reliability, Vol. 42, 2002, pp.1653-1658
• [9] Castellazzi A., Kraus R., Seliger N., Schmitt-Landsiedel D.: Reliability analysis of power MOSFET’s with the help of compact models and circuit simulation. Microelectronics Reliability, Vol. 42, 2002, pp.1605-1610
• [10] Coquery G., Carubelli S., Ousten J.P., Lallemand R.: Power module lifetime estimation from chip temperature direct measurement in an automotive traction inverter. Microelectronics Reliability, Vol. 41, 2001, pp.1695-1700
• [11] Happer C.A.: Electronic packaging and interconnection handbook McGraw-Hill Handbooks, 2000.
• [12] Lidow A., Knzer D., Sheridan G., Tam D.: The Semiconductor Roadmap for Power Managment in the New Millennium. Proceedings of the IEEE, Vol. 89, 2001, No. 6, pp. 803-812.
• [13] Sarno C., Moulin G.: Thermal management of highly integrated electronic packages in avionics applications. Electronics Cooling, Vol. 7, No. 4, 2001, pp. 12-20
• [14] Raj E., Lisik Z., Fiks W.: Influence of the manufacturing technology on microchannel structure efficiency. Materials Science and Engineering B, Vol. 176, No. 4, 2011, pp. 311-315.
• [15] Gould C.A., Shammas N.Y.A., Grainger S., Taylor I.: Thermoelectric cooling in microelectronic circuits and waste heat electrical power generation in a desktop personal computer. Materials Science and Engineering B, Vol. 176, No. 4, 2011, pp. 316-325.
• [16] Simons R.E.: Estimating temperatures in a water – to – air hybrid cooling system. Electronics Cooling, Vol. 8, No. 2, 2002, pp. 8-9
• [17] Garimella S.V., Singhal V., Liu D.: On-chip thermal management with microchannel heat sinks and integrated micropumps. Proceedings of the IEEE, Vol. 94, 2006, No. 8, pp. 1534-1548.
• [18] Zhang H.Y., Pinjala D., Wong T.N., Toh K.C., Joshi Y.K.: Single-phase liquid cooled microchannel heat sink for electronic packages. Applied Thermal Engineering, Vol. 25, 2005, No. 10, pp. 1472-1487.
• [19] Blackburn D.L.: Temperature Measurements of Semiconductor Devices – A Review. 20th IEEE Semiconductor Thermal Measurement and Menagement Symposium SEMI-THERM, 2004, pp. 70-80.
• [20] Górecki K., Zarębski J.: The semiconductor device thermal model taking into account non-linearity and multhipathing of the cooling system. Journal of Physics: Conference Series, Vol. 494, 2014, 012008, doi:10.1088/1742-6596/494/1/012008
• [21] Carver L.: Innovative packaging design for electronics in extreme enviroments. IEEE Spectrum, No. 5, 2014, pp. S26-S28.
• [22] Szekely V.: A New Evaluation Method of Thermal Transient Measurement Results. Microelectronic Journal, Vol. 28, No. 3, 1997, pp. 277-292.
• [23] Górecki K., Rogalska M., Zarębski J.: Parameter estimation of the electrothermal model of the ferromagnetic core. Microelectronics Reliability, Vol. 54, No. 5, 2014, pp. 978-984.
• [24] Górecki K., Zarębski J., Estymacja parametrów modelu termicznego elementów półprzewodnikowych. Kwartalnik Elektroniki i Telekomunikacji, Vol. 52, 2006, No. 3, pp. 347-360
• [25] Zarębski J., Górecki K.: A New Method for the Measurement of the Thermal Resistance of the Monolithic Switched Regulator LT1073. IEEE Trans. on Instr. and Meas., Vol. 56, No. 5, 2007, pp. 2101-2104.
• [26] Blackburn D.L., Oettinger F.F., Transient Thermal Response Measurements of Power Transistors. IEEE Transactions on Industrial Electronics and Control Instrum., IECI-22, 1976, No. 2, pp. 134-141
• [27] Oettinger F. F., Blackburn D. L.: Semiconductor Measurement Technology: Thermal Resistance Measurements, U. S. Department of Commerce, NIST/SP-400/86, 1990.
• [28] Górecki K., Zarębski J.: The influence of the selected factors on transient thermal impedance of semiconductor devices. Proceedings of the 21st International Conference Mixed Design of Integrated Circuits and Systems MIXDES, 2014, Lublin, pp. 309-314.
• [29] Górecki K., Zarębski J.: Modeling the influence of selected factors on thermal resistance of semiconductor devices. IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, Vol. 4, No. 3, 2014, pp. 421-428.
• [30] Górecki K., Zarębski J.: Badanie wpływu wybranych czynników na parametry cieplne tranzystorów mocy MOS. Przegląd Elektrotechniczny, Vol. 85, No. 4, 2009, pp. 159-164.
• [31] Górecki K., Zarębski J., Bisewski D.: An influence of the selected factors on the transient thermal impedance model of power MOSFET. Informacije MIDEM (artykuł w recenzji).