СССР
Государственный стандарт от 01 января 1986 года № ГОСТ 19656.15-84

ГОСТ 19656.15-84 Диоды полупроводниковые СВЧ. Методы измерения теплового сопротивления переход-корпус и импульсного теплового сопротивления

Принят
Государственным комитетом СССР по стандартам
24 августа 1984 года
    ГОСТ 19656.15-84
    Группа Э29
    ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
    ДИОДЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СВЧ
    Методы измерения теплового сопротивления переход-корпус и импульсного теплового сопротивления
    Semiconductor UHF diodes. Measurement methods of thermal resistance and pulse thermal resistance
    ОКП 62 1800
    Дата введения 1986-01-01
    Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 24 августа 1984 г. N 2996 срок действия установлен с 01.01.86 до 01.01.91*

    _______________
    * Ограничение срока действия снято по протоколу N 3-93 Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС N 5/6, 1993 год). - Примечание изготовителя базы данных.


    Настоящий стандарт распространяется на полупроводниковые диоды СВЧ и устанавливает следующие методы измерения тепловых сопротивлений.
    Метод измерения теплового сопротивления переход-корпус* и импульсного теплового сопротивления с использованием зависимости прямого напряжения диода от температуры и разогревом импульсами СВЧ-мощности, применяемый для всех СВЧ-диодов, кроме диодов Ганна и лавинно-пролетных диодов (метод I).

    _______________
    * Переход - теплоотводящая поверхность для бескорпусных диодов.


    Метод измерения и с использованием зависимости прямого напряжения диода от температуры и разогревом импульсами прямого тока, применяемый для всех СВЧ-диодов, кроме диодов Ганна и лавинно-пролетных диодов, при автоматизированных измерениях в условиях производства (метод II).
    Метод измерения с использованием зависимости порогового тока диодов Ганна от температуры (метод III).
    Метод измерения с использованием зависимости обратного напряжения лавинно-пролетного диода от температуры (метод IV).
    Общие требования и требования безопасности - по ГОСТ 19656.0-74.
    якорь
    1.МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПЕРЕХОД-КОРПУС И ИМПУЛЬСНОГО ТЕПЛОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗАВИСИМОСТИ ПРЯМОГО НАПРЯЖЕНИЯ ДИОДА ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И РАЗОГРЕВОМ ИМПУЛЬСАМИ СВЧ-МОЩНОСТИ (МЕТОД I)
    1.МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ И С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗАВИСИМОСТИ
    ПРЯМОГО НАПРЯЖЕНИЯ ДИОДА ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И РАЗОГРЕВОМ ИМПУЛЬСАМИ СВЧ-МОЩНОСТИ (МЕТОД I)
    1.1.Принцип, условия и режим измерений
    1.1.1.Измерение тепловых сопротивлений заключается в определении приращения температуры перехода в результате рассеивания в диоде определенной мощности СВЧ-импульса.
    1.1.2.Для типа диодов или конкретного диода должен быть определен температурный коэффициент прямого напряжения () методом, приведенным в обязательном приложении 1.
    1.1.3.Изменение прямого напряжения диода под действием СВЧ-импульса показано на черт.1. Период следования импульсов выбирают из условия
    ,
    где - время тепловой релаксации диода.

    Черт.1
    При измерении длительность импульсов выбирают из условия
    .
    Измерение проводят при нормированной длительности импульса.
    1.1.4.Значение импульсной рассеиваемой мощности, длительности импульсов и периода их следования должны соответствовать установленным в стандартах или технических условиях (ТУ) на диоды конкретных типов.
    1.2.Аппаратура
    1.2.1.Измерения следует проводить на установке, структурная схема которой приведена на черт.2.

    - генератор СВЧ-мощности; - измеритель коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН); - диодная измерительная камера с диодом; - источник постоянного тока; - измеритель изменения прямого напряжения
    Черт.2
    1.2.2.Генератор СВЧ-мощности должен обеспечивать подачу на диод импульса СВЧ-мощности с заданной длительностью и периодом следования; погрешность установки длительности импульсов и периода следования не должна выходить за пределы ±5%; длительность фронтов 0,05 .
    Погрешность регулировки и измерения импульсной мощности не должна выходить за пределы ±10%.
    1.2.3.Измеритель КСВН должен обеспечивать измерение КСВН в импульсном режиме от 1,1 до 2,0, погрешность - в пределах ±15%.
    1.2.4.Диодная измерительная камера должна обеспечивать:
    согласование проверяемых диодов до КСВН1,4 при заданном прямом токе;
    тепловое сопротивление между корпусом диода и диодной камерой для диодов в корпусе или между теплоотводящей поверхностью диода и диодной камерой для бескорпусных диодов не более 5% измеряемого теплового сопротивления;
    коэффициент потерь СВЧ-мощности в элементах конструкции камеры (), определенный для конкретного диода или диодов данного типа методом, приведенным в справочном приложении 2, не более 0,2.
    1.2.5.Источник постоянного тока должен обеспечивать:
    внутреннее сопротивление не менее 10 кОм;
    амплитуду напряжения пульсаций не более 0,02%.
    Суммарная нестабильность задаваемого тока при работе на реальную нагрузку не должна выходить за пределы ±2%.
    1.2.6.Погрешность измерения изменения прямого напряжения на диоде измерителем не должна выходить за пределы ±10%.
    1.3.Подготовка и проведение измерений
    1.3.1.Устанавливают проверяемый диод в диодную камеру.
    1.3.2.Задают через диод прямой ток.
    1.3.3.Подают на диод импульсы СВЧ-мощности и проводят согласование диода.
    1.3.4.Измеряют значение .
    1.4.Обработка результатов измерений
    1.4.1.Тепловое сопротивление , °С/Вт, определяют по формуле
    , (1)
    где - изменение прямого напряжения диода, мВ;
    - температурный коэффициент прямого напряжения диода, определенный методом, приведенным в обязательном приложении 1, мВ/°С;
    - импульсная мощность генератора СВЧ-мощности, Вт;
    - коэффициент потерь в диодной камере, определенный методом, приведенным в справочном приложении 2.
    1.5.Показатели точности измерений
    1.5.1.Погрешность измерения тепловых сопротивлений не должна выходить за пределы ±25% с доверительной вероятностью 0,997.
    1.5.2.Расчет погрешности измерения теплового сопротивления приведен в справочном приложении 3.
    якорь
    2.МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПЕРЕХОД-КОРПУС И ИМПУЛЬСНОГО ТЕПЛОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗАВИСИМОСТИ ПРЯМОГО НАПРЯЖЕНИЯ ДИОДА ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И РАЗОГРЕВОМ ИМПУЛЬСАМИ ПРЯМОГО ТОКА (МЕТОД II)
    2.МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ И С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗАВИСИМОСТИ
    ПРЯМОГО НАПРЯЖЕНИЯ ДИОДА ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И РАЗОГРЕВОМ ИМПУЛЬСАМИ ПРЯМОГО ТОКА (МЕТОД II)
    2.1.Принцип, условия и режим измерений
    2.1.1.Измерение тепловых сопротивлений заключается в определении приращения температуры перехода в результате рассеивания в диоде определенной мощности импульса прямого тока.
    2.1.2.Для типа диодов или конкретного диода должен быть определен температурный коэффициент прямого напряжения (ТКН) методом, приведенным в обязательном приложении 1.
    2.1.3.Изменение прямого напряжения диода под действием импульса прямого тока показано на черт.3. Период следования импульсов выбирают из условия:
    .

    Черт.3
    При измерении длительность импульсов выбирают из условия:
    .
    Измерение проводят при нормированной длительности импульса.
    2.1.4.Значения амплитуды импульса прямого тока, длительности импульсов и периода их следования, при которых проводят измерения, должны соответствовать установленным в стандартах или ТУ на диоды конкретных типов.
    2.2.Аппаратура
    2.2.1.Измерения следует проводить на установке, структурная схема которой приведена на черт.4.

    - импульсный генератор тока; - источник постоянного тока; - подключающее устройство с диодом; - измеритель мощности; - измеритель изменения прямого напряжения
    Черт.4
    2.2.2.Импульсный генератор должен обеспечивать:
    подачу на диод импульсов прямого тока с заданной длительностью и периодом следования; погрешность установки длительности импульсов и периода следования не должна выходить за пределы ±5%; длительность фронтов 0,05 ;
    внутреннее сопротивление не менее 500 Ом.
    Погрешность установки амплитуды импульсов прямого тока не должна выходить за пределы ±3%.
    2.2.3.Источник постоянного тока - в соответствии с требованиями п.1.2.5.
    2.2.4.Погрешность измерения импульсной мощности, рассеиваемой в диоде, измерителем мощности не должна выходить за пределы ±7%.
    2.2.5.Измеритель изменения прямого напряжения - в соответствии с требованиями п.1.2.6.
    2.2.6.Подключающее устройство должно обеспечивать:
    переходное сопротивление контактов не более 0,01 Ом;
    тепловое сопротивление между корпусом диода и для диодов в корпусе или между теплоотводящей поверхностью диода и для бескорпусных диодов должно быть не более 5% значения измеряемого теплового сопротивления.
    2.3.Подготовка и проведение измерений
    2.3.1.Устанавливают диод в подключающее устройство.
    2.3.2.Задают через диод прямой ток.
    2.3.3.Подают на диод импульсы прямого тока и измеряют рассеиваемую в диоде мощность.
    2.3.4.Измеряют значение .
    2.4.Обработка результатов измерений
    2.4.1.Тепловое сопротивление , °С/Вт, определяют по формуле
    , (2)
    где - изменение прямого напряжения диода, мВ;
    - температурный коэффициент прямого напряжения диода, определенный методом, приведенным в обязательном приложении 1, мВ/°С;
    - импульсная мощность, рассеиваемая в диоде, Вт.
    2.5.Показатели точности измерений
    2.5.1.Погрешность измерения тепловых сопротивлений не должна выходить за пределы ±25% с доверительной вероятностью 0,997.
    2.5.2.Расчет погрешности измерения теплового сопротивления приведен в справочном приложении 3.
    якорь
    3.МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПЕРЕХОД-КОРПУС С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗАВИСИМОСТИ ПОРОГОВОГО ТОКА ДИОДОВ ГАННА ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ (МЕТОД III)
    3.МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗАВИСИМОСТИ ПОРОГОВОГО ТОКА ДИОДОВ ГАННА ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ (МЕТОД III)
    3.1.Принцип, условия и режим измерений
    3.1.1.Измерение теплового сопротивления заключается в определении разности температур между активной областью диода и корпусом при рассеивании определенной мощности постоянного тока.
    3.1.2.Разность температур между активной областью диода и корпусом определяют исходя из измерений температуры корпуса при равенстве пороговых токов для двух электрических режимов: рассеивании в диоде мощности постоянного тока и неразогревающем импульсном режиме и подогреве корпуса внешним нагревателем.
    3.1.3.На черт.5 представлены вольт-амперные характеристики диода Ганна при двух температурах активной области, причем . При нагреве корпуса внешним нагревателем значение импульсного порогового тока уменьшается и при равенстве его значения значению постоянного импульсного тока температура корпуса соответствует температуре активной области при рассеивании мощности постоянного тока.

    Черт.5
    3.1.4.Значения длительности и периода следования импульсов, при которых проводят измерение, должны соответствовать установленным в стандартах или ТУ на диоды конкретных типов.
    3.2.Аппаратура
    3.2.1.Измерения следует проводить на установке, структурная схема которой приведена на черт.6.

    - источник постоянного напряжения; - генератор импульсов напряжения; , - переключатели; - измерительный резистор; , - измерители постоянного напряжения; - измеритель импульсного напряжения; - нагреватель; - подключающее устройство с диодом; - измеритель температуры
    Черт.6
    3.2.2.Источник постоянного напряжения должен обеспечивать:
    установку и поддержание порогового напряжения диода, погрешность - в пределах ±2%;
    внутреннее сопротивление - не более 0,1 () Ом,
    где - сопротивление измерительного резистора, Ом;
    - сопротивление диода, Ом.
    3.2.3.Генератор импульсов напряжения должен обеспечивать:
    установку и поддержание амплитуды импульсов, погрешность - в пределах ±2%, длительность импульсов 0,05 ;
    внутреннее сопротивление - не более 0,1 (), Ом,
    где - сопротивление измерительного резистора, Ом;
    - сопротивление диода, Ом.
    3.2.4.Измерители постоянного напряжения должны отвечать следующим требованиям:
    погрешность измерения постоянного напряжения не должна выходить за пределы ±2%,
    ток, проходящий через измерители, должен быть не более 1% значения порогового тока проверяемого диода.
    3.2.5.Измеритель импульсного напряжения должен отвечать следующим требованиям:
    погрешность измерения импульсного напряжения не должна выходить за пределы ±10%;
    ток, проходящий через измеритель, должен быть не более 1% значения порогового тока проверяемого диода.
    3.2.6.Нагреватель должен обеспечивать нагрев корпуса диода до температуры 200 °С.
    3.2.7.Подключающее устройство должно обеспечивать:
    переходное сопротивление контактов не более 0,01 Ом в диапазоне рабочих температур;
    тепловое сопротивление между корпусом диода и для диодов в корпусе или между теплоотводящей поверхностью диода и для бескорпусных диодов должно быть не более 5% значения измеряемого теплового сопротивления.
    3.2.8.Погрешность измерения температуры корпуса измерителем температуры не должна выходить за пределы ±1,5 °С.
    3.3.Подготовка и проведение измерений
    3.3.1.Устанавливают диод в подключающее устройство. Переключатели , устанавливают в положение 1.
    3.3.2.С помощью источника постоянного напряжения задают постоянный пороговый ток через диод по максимуму показаний измерителя . Значение порогового тока , А, определяют по формуле
    , (3)
    где - показания измерителя , В;
    - сопротивление измерительного резистора, Ом.
    3.3.3.Измеряют значение порогового напряжения и температуру корпуса диода .
    3.3.4.Устанавливают переключатели, в положение 2 и задают значение порогового тока в импульсном режиме с помощью генератора импульсов по максимуму показаний измерителя .
    3.3.5.Включают нагреватель и измеряют температуру корпуса диода в момент равенства значения импульсного порогового тока значению постоянного порогового тока.
    3.4.Обработка результатов измерений
    3.4.1.Тепловое сопротивление , °С/Вт, определяют по формуле
    , (4)
    где - температура корпуса диода в режиме постоянного порогового тока, °С;
    - температура корпуса диода при внешнем нагреве и импульсном электрическом режиме, °С;
    - постоянный пороговый ток, А;
    - постоянное пороговое напряжение, В.
    3.5.Показатели точности измерений
    3.5.1.Погрешность измерения теплового сопротивления не должна выходить за пределы ±25% с доверительной вероятностью 0,997.
    3.5.2.Расчет погрешности приведен в справочном приложении 3.
    якорь
    4.МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПЕРЕХОД-КОРПУС С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗАВИСИМОСТИ ОБРАТНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ЛАВИННО-ПРОЛЕТНЫХ ДИОДОВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ (МЕТОД IV)
    4.МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗАВИСИМОСТИ ОБРАТНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ЛАВИННО-ПРОЛЕТНЫХ ДИОДОВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ (МЕТОД IV)
    4.1.Принцип, условия и режим измерений
    4.1.1.Измерение теплового сопротивления заключается в определении разности температур между переходом и корпусом диода при рассеивании в диоде определенной мощности постоянного тока.
    4.1.2.Разность температур между переходом и корпусом определяют исходя из измерений температуры корпуса диода при равенстве обратных напряжений для двух электрических режимов: при рассеивании в диоде мощности постоянного тока , при рассеивании меньшей мощности , подогреве корпуса диода внешним нагревателем и подаче на диод неразогревающего переход высокочастотного тока с амплитудой .
    4.1.3.На черт.7 представлены статическая вольт-амперная характеристика (1) и изотермические вольт-амперные характеристики, соответствующие постоянным температурам перехода и , причем . При подаче высокочастотного тока (2) амплитуда обратного напряжения (3) изменяется в соответствии с изотермической характеристикой . Нагрев корпуса внешним нагревателем увеличивает обратное напряжение и при равенстве его амплитудного значения значению температура перехода будет равна .

    Черт.7
    4.1.4.Значения постоянного обратного тока и частоты генератора высокочастотного тока, при которых проводят измерения, должны соответствовать установленным в стандартах или ТУ на диоды конкретных типов.
    4.2.Аппаратура
    4.2.1.Измерения следует проводить на установке, структурная схема которой приведена на черт.8.

    - источник постоянного тока; - генератор тока высокой частоты; - источник опорного напряжения; - измеритель амплитуды обратного напряжения; - измеритель постоянного обратного напряжения; - измеритель температуры корпуса ; - нагреватель; - подключающее устройство с диодом
    Черт.8
    4.2.2.Источник постоянного тока должен обеспечивать:
    ступенчатое уменьшение тока на значение ;
    погрешность - в пределах ±1%;
    погрешность задания тока - в пределах ±5%;
    внутреннее сопротивление - не менее 10 кОм;
    нестабильность тока за время измерения диода - в пределах ±0,2%.
    4.2.3.Генератор тока высокой частоты должен обеспечивать:
    установку и поддержание высокочастотного тока с амплитудой, равной ;
    суммарную погрешность - в пределах ±4%;
    период колебаний - не более 0,05 ;
    внутреннее сопротивление - не менее 1 кОм.
    4.2.4.Источник опорного напряжения должен обеспечивать:
    установку и поддержание напряжения в пределах, необходимых для компенсации обратного напряжения диода;
    суммарную нестабильность напряжения - в пределах ±0,02%.
    4.2.5.Погрешность измерения амплитудного значения обратного напряжения относительно опорного напряжения измерителем напряжения не должна выходить за пределы ±2%.
    4.2.6.Погрешность измерения обратного напряжения диода измерителем постоянного обратного напряжения не должна выходить за пределы ±2%.
    4.2.7.Погрешность измерения приращения температуры измерителем температуры корпуса не должна выходить за пределы ±5%.
    4.2.8.Нагреватель должен обеспечивать нагрев корпуса диода относительно первоначальной температуры не менее чем на 10 °С.
    4.2.9.Подключающее устройство должно обеспечивать тепловое сопротивление между корпусом диода и для диодов в корпусе или между теплоотводящей поверхностью диода и для бескорпусных диодов не более 10% значения измеряемого теплового сопротивления.
    4.3.Подготовка и проведение измерений
    4.3.1.Устанавливают диод в подключающее устройство.
    4.3.2.С помощью источника постоянного тока задают ток . Калибруют измеритель температуры РТ при установившейся начальной температуре корпуса ПУ.
    4.3.3.С помощью источника опорного напряжения устанавливают удобное для отсчета показание измерителя .
    4.3.4.Уменьшают значение тока на значение с помощыо источника постоянного тока и включают генератор тока высокой частоты с амплитудой .
    4.3.5.Включают нагреватель и измеряют температуру корпуса ПУ до совпадения показаний измерителя с показаниями этого прибора, установленными в п.4.3.3.
    4.3.6.Измеряют обратное напряжение диода с помощью измерителя .
    4.3.7.Измеряют приращение температуры корпуса ПУ с помощью измерителя температуры РТ.
    4.4.Обработка результатов измерений
    4.4.1.Тепловое сопротивление , °С/Вт, определяют по формуле
    , (5)
    где - приращение температуры корпуса ПУ, измеренное измерителем температуры РТ, °С;
    - изменение постоянного тока через диод, А;
    - постоянное обратное напряжение диода, измеренное измерителем при токе , В;
    - тепловое сопротивление между корпусом диода и подключающим устройством, указанное в технической документации на измерительную установку, °С/В.
    4.5.Показатели точности измерений
    4.5.1.Погрешность измерения теплового сопротивления не должна выходить за пределы ±15% с доверительной вероятностью 0,997 с учетом значения , указанного в п.4.4.1, и должна быть в пределах ±25% с доверительной вероятностью 0,997, если значение не учитывается.
    4.5.2.Расчет погрешности измерения приведен в справочном приложении 3.
    якорь