[發明專利]功率半導體模塊及其使用壽命檢測方法和逆變器裝置

在審

• 申請號: 201911058848.9
• 申請日: 2019-11-01
• 公開（公告）號: CN110687425A
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 李俊
• 申請（專利權）人: 富士電機(中國)有限公司
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 31291 上海立群專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 楊楷;毛立群

本發明提供了一種功率半導體模塊及其壽命檢測方法和逆變器裝置，包括：功率半導體器件；飽和壓降檢測單元，與所述功率半導體器件電性連接，以用于檢測所述功率半導體器件的飽和壓降V_CESAT；以及壽命提示單元，與所述飽和壓降檢測單元相連接，并能夠根據所述飽和壓降V_CESAT發出提示信息，所述提示信息指示所述功率半導體器件的使用壽命，由于影響功率半導體器件壽命的主要原因是功率半導體器件材料結合部連接劣化，一般主要發生在綁定線與芯片結合處、芯片與DBC絕緣基板焊錫層、DBC絕緣基板與銅底板焊錫層，以上三處的連接劣化(松脫或剝離)都會導致連接處的電阻升高，進而導致飽和壓降V_CESAT的升高，通過對飽和壓降V_CESAT的檢測，測算功率半導體器件的使用壽命。

技術領域

本發明涉及半導體功率器件封裝技術領域，更詳細地說，本發明涉及一種功率半導體模塊及其使用壽命檢測方法和逆變器裝置。

背景技術

功率半導體器件主要用于電力設備的電能變換和控制電路方面大功率的電子器件(通常指電流為數十至數千安，電壓為數百伏以上)，由于功率半導體各個組成材料的熱膨脹系數(CTE)有所差異，在循環負荷變化的工況下長期工作或經常發生劇烈的負荷變動，可能會產生材料結合部連接劣化，該劣化一般發生在綁定線與芯片結合處、芯片與DBC絕緣基板焊錫層以及DBC絕緣基板與銅底板焊錫層，材料結合部連接劣化也成為影響功率半導體模塊的壽命的主要原因，現有的逆變器裝置基本上只是在設計階段采集典型的運行工況來進行結溫變動幅值及循環次數的計算或實測，通過對比器件廠商給出的典型功率循環壽命曲線來進行壽命的推算，由于廠家給出的功率循環壽命曲線只是特定條件下的實驗值，與客戶的實際運行工況差別較大，而且實驗的樣本很少，因此，按照此曲線來推測的功率循環壽命精度很低，有可能在推測壽命前模塊就已損壞從而導致異常停機或者早于模塊壽命之前就更換模塊從而導致不必要的浪費.

因此，有必要對現有的功率半導體模塊加以改進。

發明內容

鑒于現有技術中功率半導體模塊存在的模塊壽命難于準確預測的問題，本發明提供了一種功率半導體模塊，包括：功率半導體器件；飽和壓降檢測單元，與所述功率半導體器件電性連接，以用于檢測所述功率半導體器件的飽和壓降V_CESAT；以及壽命提示單元，與所述飽和壓降檢測單元相連接，并能夠根據所述飽和壓降V_CESAT發出提示信息，所述提示信息指示所述功率半導體器件的使用壽命。

由于影響功率半導體器件壽命的主要原因是功率半導體器件材料結合部連接劣化，一般主要發生在綁定線與芯片結合處、芯片與DBC絕緣基板焊錫層、DBC絕緣基板與銅底板焊錫層，以上三處的連接劣化(松脫或剝離)都會導致連接處的電阻升高，進而導致飽和壓降V_CESAT的升高，因此，可以通過對飽和壓降V_CESAT的檢測，測算功率半導體器件的使用壽命。

雖然功率半導體器件在購入時，廠家會給出典型功率循環壽命曲線以供用戶對功率半導體器件的使用壽命進行測算，但是由于廠家給出的功率循環壽命曲線只是特定條件下的實驗值，和使用者的實際運行工況差別較大，本發明所提供的功率半導體器件的使用壽命信息，相比較于廠家給出的功率循環壽命曲線，更接近于功率半導體器件實際應用的工況，提高功率半導體器件使用壽命推測的精度，避免了在推測壽命前功率半導體器件就已損壞導致的異常停機和早于推測壽命前更換功率半導體器件導致的不必要浪費。

在本發明的較優技術方案中，所述壽命提示單元包括：壓降比較單元，與所述飽和壓降檢測單元電性連接，將所述飽和壓降檢測單元檢測到的所述飽和壓降V_CESAT與飽和壓降閾值V_CESAT(TH)進行比較。

在本發明的較優技術方案中，所述壽命提示單元還包括：警報單元，與所述壓降比較單元的輸出端相連接，以在V_CESAT＞V_CESAT(TH)時發送警報信號。