[發(fā)明專利]一種檢測(cè)IGBT功率器件可靠性的系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410194176.5
• 申請(qǐng)日: 2014-05-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104569774A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 成星;胡愛(ài)斌;高振鵬;佘超群
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇中科君芯科技有限公司
• 主分類號(hào): G01R31/26
• 分類號(hào): G01R31/26
• 代理公司: 北京華沛德權(quán)律師事務(wù)所 11302
• 代理人: 劉杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于IGBT功率器件的顯微紅外檢測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種檢測(cè)IGBT功率器件可靠性的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

紅外掃描法，是用紅外探測(cè)器來(lái)檢測(cè)器件的輻射能量密度分布，由此可以較準(zhǔn)確的測(cè)定器件的峰值溫度及其失效位置，從而推算峰值熱阻。穩(wěn)態(tài)顯微紅外測(cè)試，指的是被測(cè)件達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，用顯微紅外測(cè)試系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，從而得到被測(cè)件的高分辨率顯微紅外分布圖像。穩(wěn)態(tài)顯微紅外測(cè)試是微波器件熱分析、熱設(shè)計(jì)的有效手段，特別對(duì)于測(cè)量器件峰值溫度，計(jì)算器件熱阻、探測(cè)熱斑和進(jìn)行失效分析有著至關(guān)重要的作用。

器件結(jié)溫是衡量IGBT功率器件熱可靠性的主要因素之一。因此，在器件設(shè)計(jì)中，準(zhǔn)確測(cè)定結(jié)溫就很重要。但是，由于器件熱阻不是一個(gè)恒量，而是隨結(jié)溫的提高相應(yīng)變大。在測(cè)定器件熱阻過(guò)程中，只有器件處于工作狀態(tài)，測(cè)得的結(jié)溫才是嚴(yán)格有效的。

器件的結(jié)溫不僅與器件的熱響應(yīng)時(shí)間緊密相關(guān)，而且還要受器件上的功率分配及熱斑所限制。熱斑的存在使其功率下降，在估計(jì)器件失效前平均時(shí)間中更為重要的是熱斑，因?yàn)樵谧顭岬狞c(diǎn)上失效最容易發(fā)生。

由于器件內(nèi)部電流的不均勻造成溫度分布的不均勻，而溫度梯度的存在將更促使電流集中，形成正反饋效應(yīng)。大功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管由于具有較大的電極面積，不可避免的存在器件結(jié)構(gòu)以及外延材料的不均勻性，正是這種不均勻性，使得在平行于異質(zhì)結(jié)平面的方向產(chǎn)生溫度梯度和電場(chǎng)梯度，出現(xiàn)電流不均勻和熱流不均勻，形成顯著的局部過(guò)熱點(diǎn)(熱斑)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種檢測(cè)IGBT功率器件可靠性的系統(tǒng)和方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中由于電流不均勻和熱流不均勻?qū)е聦?duì)IGBT器件可靠性檢測(cè)不準(zhǔn)確的技術(shù)問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種檢測(cè)IGBT功率器件可靠性的系統(tǒng)，包括直流穩(wěn)態(tài)功率模塊、峰值熱阻模塊、直流穩(wěn)態(tài)功率關(guān)系模塊和分析可靠性模塊；

其中，所述直流穩(wěn)態(tài)功率模塊用于，測(cè)量IGBT功率器件在不同柵壓下漏壓值和漏電流值，計(jì)算得到所述IGBT功率器件的直流穩(wěn)態(tài)功率；

所述峰值熱阻模塊用于，檢測(cè)所述IGBT功率器件的峰值結(jié)溫，得到所述IGBT功率器件的峰值結(jié)溫值和顯微紅外熱像圖，根據(jù)所述峰值結(jié)溫值，計(jì)算得到所述IGBT功率器件的峰值熱阻；

所述直流穩(wěn)態(tài)功率關(guān)系模塊用于，根據(jù)所述IGBT功率器件的直流穩(wěn)態(tài)功率、所述峰值結(jié)溫和所述峰值熱阻，通過(guò)數(shù)學(xué)擬合方法分別得到峰值結(jié)溫與直流穩(wěn)態(tài)功率的關(guān)系和峰值熱阻與直流穩(wěn)態(tài)功率的關(guān)系；

所述分析可靠性模塊用于，根據(jù)峰值結(jié)溫與直流穩(wěn)態(tài)功率的關(guān)系和峰值熱阻與直流穩(wěn)態(tài)功率的關(guān)系，對(duì)所述顯微紅外熱像圖進(jìn)行分析，得到所述IGBT功率器件的可靠性的檢測(cè)結(jié)果。

一種檢測(cè)IGBT功率器件可靠性的方法，包括如下步驟：

測(cè)量IGBT功率器件在不同柵壓下漏壓值和漏電流值，計(jì)算得到所述IGBT功率器件的直流穩(wěn)態(tài)功率；

通過(guò)顯微紅外熱像設(shè)備檢測(cè)所述IGBT功率器件的峰值結(jié)溫，得到所述IGBT功率器件的峰值結(jié)溫值和顯微紅外熱像圖，根據(jù)所述峰值結(jié)溫值，計(jì)算得到所述IGBT功率器件的峰值熱阻；

根據(jù)所述IGBT功率器件的直流穩(wěn)態(tài)功率、所述峰值結(jié)溫和所述峰值熱阻，通過(guò)數(shù)學(xué)擬合方法分別得到峰值結(jié)溫與直流穩(wěn)態(tài)功率的關(guān)系和峰值熱阻與直流穩(wěn)態(tài)功率的關(guān)系；

根據(jù)峰值結(jié)溫與直流穩(wěn)態(tài)功率的關(guān)系和峰值熱阻與直流穩(wěn)態(tài)功率的關(guān)系，對(duì)所述顯微紅外熱像圖進(jìn)行分析，得到所述IGBT功率器件的可靠性的檢測(cè)結(jié)果。

進(jìn)一步地，通過(guò)顯微紅外熱像設(shè)備檢測(cè)所述IGBT功率器件的峰值結(jié)溫的方法包括如下：

通過(guò)所述顯微紅外熱像設(shè)備檢測(cè)該所述IGBT功率器件芯片的輻射能量密度分布，將所述輻射能量密度分布換轉(zhuǎn)換成所述IGBT功率器件的表面各點(diǎn)的溫度值，得到所述峰值結(jié)溫。

進(jìn)一步地，所述計(jì)算得到IGBT功率器件的峰值熱阻的方法如式(1)所示：

Tj＝P*Rth(j-c)+Tc????????????(1)

式中，Tj為峰值熱阻，單位為℃/W；P為直流穩(wěn)態(tài)功率，單位為W；Rth(j-c)為IGBT功率器件的結(jié)溫與環(huán)境溫度的熱阻，單位為℃/W；Tc為IGBT功率器件的基板溫度，單位為℃。

進(jìn)一步地，所述對(duì)顯微紅外熱像圖進(jìn)行分析的方法包括如下步驟：

根據(jù)所述IGBT功率器件的外延材料、所述IGBT功率器件的器件結(jié)構(gòu)、所述峰值結(jié)溫與直流穩(wěn)態(tài)功率的關(guān)系和所述峰值熱阻與直流穩(wěn)態(tài)功率的關(guān)系，對(duì)所述顯微紅外熱像圖的熱斑進(jìn)行分析，判斷所述IGBT功率器件的可靠性。