[發明專利]壓接式功率半導體器件結殼熱阻的測量方法

在審

• 申請號: 201810768745.0
• 申請日: 2018-07-13
• 公開（公告）號: CN110715952A
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 王彥剛;齊放;李賀龍;王亞飛;李道會;戴小平;劉國友
• 申請（專利權）人: 株洲中車時代電氣股份有限公司
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 11372 北京聿宏知識產權代理有限公司
• 代理人: 吳大建;陳偉

本發明提供了一種壓接式功率半導體器件結殼熱阻的測量方法，包括以下步驟：步驟1.繪制器件電學參數結壓降V_ce與結溫T_j的關系曲線；步驟2.繪制器件殼表面與散熱基板直接壓接接觸的第一瞬態熱阻抗曲線Z_{th?jc(direct)}(t)；步驟3.繪制器件殼表面與散熱基板間添加第二接觸層時的第二瞬態熱阻抗曲線Z_th?jc(metal)(t)；步驟4.繪制瞬態熱阻抗分離點曲線；步驟5.確定器件結殼熱阻。本發明的測量方法能夠更便捷地更準確地測量壓接式功率半導體器件結殼熱阻。

技術領域

本發明涉及一種結殼熱阻測試方法，尤其涉及一種壓接式功率半導體器件結殼熱阻的測量方法。

背景技術

功率半導體器件中，有一類壓接式封裝結構，如晶體管、IGBT、GTO等。該類器件被廣泛應用于電力系統高壓輸電、電力機車等高壓、大功率的應用場合。該類封裝具有雙面封裝、易于串聯、可靠性高和功率密度大等優點。

在功率半導體器件特性中，其散熱特性，即器件熱阻是一個重要參數。熱阻將直接決定了，功率半導體器件在應用環境下，所能承受的電流等級、電壓等級和開關頻率，以及所需的散熱方式。針對功率半導體器件熱阻的測試，JEDEC51-14標準提出了瞬態雙界面法，將測量器件與散熱器直接接觸，然后再將器件與散熱器采用導熱硅脂接觸，得到兩組瞬態熱阻抗曲線，對比兩組曲線重疊部分和差異部分，其分離點可以準確反映出器件的結殼熱阻值。

這種測量方法對與TO封裝形式或焊接式半導體器件的熱阻測量是方便可靠的，但壓接型功率半導體器件的封裝形式完全異于TO封裝形式或焊接式半導體器件，壓接型功率半導體器件能夠實現雙面散熱，是通過器件兩端的散熱器給壓接型半導體器件施加工作壓力和電流，也即半導體器件的電流是通過散熱器傳導的。JEDEC51-14標準規定的試件與散熱器間的安裝緊固力為10N/cm²左右，因過大的壓力會導致兩條瞬態熱阻抗曲線的分離不明顯，很難得到準確的結殼熱阻值，而壓接型功率半導體器件正常工作時需要通過散熱器施加的外部壓力非常大，比如：壓接型IGBT器件為1.2kN/cm²左右，此值遠遠大于標準中規定的器件與散熱器間的壓力值，因此最終可能導致錯誤的結果，所以上述熱阻測試方法并不適用于測量壓接型功率半導體器件結殼的熱阻。

申請號為CN201310054317.9發明專利提供了一種結殼熱阻測試方法，該發明在瞬態雙界面法上提出了改進方法，分別測量干接觸和濕接觸條件下待測半導體器件的芯片的瞬態降溫曲線，使干接觸和濕接觸兩種測試條件下的待測器件結殼的溫度分布基本一致，從而避免了材料非線性導致的瞬態熱阻抗曲線提前分離，以能夠得到更為準確的熱阻測試結果。但是，該發明依舊是針對于TO封裝和焊接式器件的測試方法，無法解決壓接式模塊中在測試中面臨的挑戰問題。

申請號為CN201610258586.0的發明專利提供了一種壓接型功率半導體器件結到殼熱阻測量方法和測量夾具，該發明設計的測量夾具滿足了壓接式模塊熱阻采用瞬態雙界面法的測量要求。但是，所涉及的測量夾具較為復雜，同時所提的液態金屬材料不易于獲取，且獲得的瞬態熱阻抗曲線的分離點不易判定。

鑒于現有的壓接式功率半導體器件熱阻的測量方法的不足，需要提出一種更便捷地更準確地壓接式器件熱阻測量的改進方法。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種可以更便捷地更準確地測量壓接式功率半導體器件結殼熱阻的方法。

本發明的壓接式功率半導體器件結殼熱阻的測量方法，包括以下步驟：

步驟1.繪制器件電學參數結壓降V_ce與結溫T_j的關系曲線；

步驟2.繪制器件殼表面與散熱基板直接壓接接觸的第一瞬態熱阻抗曲線Z_{th-jc(direct)}(t)；