[發明專利]用于監測功率半導體裸芯的器件和方法

有效

• 申請號: 201880020848.7
• 申請日: 2018-02-26
• 公開（公告）號: CN110462386B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: N·德格雷納;S·莫洛夫;J·萬楚克
• 申請（專利權）人: 三菱電機株式會社
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;G01R31/26;G01R31/265;G01R31/311;G01N21/95;H01L21/66
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 王小東;黃綸偉

一種器件(1)包括涂覆有金屬化層(5)的至少一個功率半導體裸芯(3)和具有兩個相對端(71；72)的至少一個光導(7)。所述第一端(71)能夠至少連接到光源(11)和光接收器(13)。所述第二端(72)被永久固定成面對所述金屬化層(5)的表面(51)，從而形成朝向所述表面(51)的光路(91)和源自所述表面(51)的光路(92)。

技術領域

本發明屬于功率半導體的技術領域。更具體地，本發明涉及包括此功率半導體的器件和用于監測此器件的方法。

背景技術

通常，在功率半導體器件中，通過機械、熱和電氣方式將一個或幾個功率半導體裸芯附接到基板。裸芯的底面通常被焊接或燒結到基板。頂面通常連接到接合線。

這些器件經受高熱變化和高熱-機械應力。由于構成器件的不同部件的成分和結構有多樣性，因此裂縫、空隙、分層和其他效應造成互連失效。很難在器件發生一般故障之前預測或檢測到這些失效。

在使用中，這些器件通常難以接近，例如，密封在不可去除的密封殼體中。對每個器件進行檢查在經濟上是不明智的，尤其是當許多器件裝備在使用中的整個車隊(如同火車)或難以接近的風車上時。通常，對于整個一套器件，理論上的壽命期被任意地固定的。不管器件的真實狀態如何，只有在實際的意外故障之后或者當超過任意壽命期時，才更換它們。

在某些情況下，測量電阻和/或溫度。可對溫度周期進行計數。為了對溫度周期進行計數，估計裸芯溫度并且對溫度漂移進行計數。可使用諸如Coffin Manson類型這樣的損傷模型來估計與每個溫度周期關聯的損傷。使用損傷累積規則對每次溫度漂移的損傷進行求和，并且估計整體健康狀態。這使得能夠根據器件所經歷的狀況而稍微調整壽命期。這些估計是基于應力計數，而非器件本身的狀態。該估計是不精確的。器件本身的狀態是未知的。

為了測量電阻，測量在高電流下結構兩端的電壓。電壓給出了關于僅半導體疊堆的頂面界面的指示。為了測量熱阻，要么使用專用傳感器估計裸芯溫度。這樣提供了與底面界面基本上相關的指示。這些估計是基于狀態監測。它們需要精確測量電壓和/或電流和/或溫度。

發明內容

本發明改善了該情形。

申請人提出了一種器件，該器件包括涂覆有金屬化層的至少一個功率半導體裸芯和具有兩個相對端的至少一個光導，第一端能夠至少連接到光源和光接收器，第二端被永久固定成面對所述金屬化層的表面，從而形成朝向所述表面的光路和源自所述表面的光路。

這種器件適于在不進行拆卸操作的情況下進行檢查。診斷工具可例如在維護操作期間被臨時插入該器件。該器件還可包括嵌入式診斷工具，該嵌入式診斷工具與功率半導體永久地關聯，以自動地監測器件健康并且在檢測到缺陷時生成特定信號，諸如周期性報告和/或警告。因此，可在功能障礙之前以及只是在確實需要時計劃合適的維護操作，這包括更換器件。

在本發明的另一方面，申請人提出了一種用于監測涂覆有金屬化層的功率半導體裸片的方法，該方法包括以下步驟：

-將光導永久固定成面對所述金屬化層的表面，

-通過所述光導收集在所述表面上被反射的光束，

-將收集到的所述光束轉換成電信號，

-將所述信號與至少一個參考進行比較，

-根據比較結果生成監測信號。

該器件和/或該方法可包括以下特征，這些特征要么是單獨地要么與其他特征組合：

-所述器件還包括光源和光接收器，所述光源和所述光接收器都連接到所述光導的所述第一端。至少所述光接收器能夠連接到處理器。此器件準備好供維護操作員使用。可使用光源和光接收器的標準端口連接任何命令設備，例如，安裝有兼容和更新軟件的計算機。更容易例如在維護期間進行檢查操作。