[發明專利]一種SiC功率模塊熱阻測量方法

有效

• 申請號: 202010980200.3
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112098797B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 何智鵬;李巍巍;許樹楷
• 申請（專利權）人: 南方電網科學研究院有限責任公司;中國南方電網有限責任公司
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 沈闖

本申請公開了一種SiC功率模塊熱阻測量方法，方法包括：采用多組溫度加熱SiC功率模塊，并采集多組SiC功率模塊的殼溫以及集電極?發射極電壓數據；對殼溫以及集電極?發射極電壓數據進行線性擬合，并采用Huber Loss待參損失函數求解修訂公式的線性擬合參數；測量多組大電流下的SiC功率模塊的殼溫以及集電極?發射極電壓數據，將殼溫和集電極?發射極電壓數據代入修訂公式中計算多組大電流對應的結溫和熱阻。本申請解決了現有技術對采集數據采用的線性擬合方法誤差較大，精度較差的技術問題。

技術領域

本申請涉及電力電子器件技術領域，尤其涉及一種SiC功率模塊熱阻測量方法。

背景技術

在電網電能傳輸過程中，壓接封裝功率IGBT開始逐漸代替焊接式功率半導體器件。與焊接型IGBT相比，壓接型IGBT具有更大的電壓電流容量，在實際工作過程中，壓接型IGBT會產生大量功耗，因此熱阻是影響壓接型IGBT可靠性的重要因素。

此外，隨著城市用電需求增加，功率半導體器件也不斷朝高壓大電流方向發展，其工作時不可避免會產生大量耗散功率，使器件工作結溫上升，造成器件可靠性下降，使用壽命縮短。為了進一步改進變流器，作為新一代寬禁帶半導體材料，SiC開始在開關器件領域得到越來越多的重視。SiC器件有著開關頻率高、損耗低、耐壓高等特點，隨著研發進展的不斷完成，將會逐漸替代Si器件，成為新一代開關器件的主要材料。

為保證IGBT器件可靠性，試驗中器件結溫的監控具有重要意義。其中，熱阻是IGBT可靠性評估的一個重要特征參數，大量文獻將IGBT正向飽和壓降增大5％、熱阻增大20％或門極與發射極短路作為IGBT失效判據。隨著IGBT不斷退化，熱阻會逐漸增大，因此可以通過熱阻的變化反映器件的退化狀況。經過研究分析發現，器件熱阻不是如通常假設的是一個常量，而是隨測試條件變化，如何準確得計算功率半導體器件的熱阻值將對延長IGBT的使用壽命和提高其應用可靠性具有重要的現實意義。

目前熱阻測量方法多采用針對結殼熱阻的測試方法，即采用小電流的集電極-發射極電壓作為熱敏參數的測量方法。然而，傳統熱阻測量方法中對數據測量數量不足，數據采用的線性擬合方法誤差較大，不能對部分偏離實際值的點具有較強的魯棒性，影響擬合精度。針對功率模塊中底板與散熱介質直接接觸的封裝類型，采用單點殼溫測量值，無法準確反應功率模塊殼溫的變化趨勢，從而降低熱阻值的精度，造成測量誤差。同時，針對散熱器與功率模塊底板嵌合型封裝結構，對散熱器傳熱系數進行修正，得到修正后的散熱器散熱功率，計算得到熱阻，從而提高測量工況下的準確性。

發明內容

本申請提供了一種SiC功率模塊熱阻測量方法，解決了現有技術對采集數據采用的線性擬合方法誤差較大，精度較差的技術問題。

本申請第一方面提供一種SiC功率模塊熱阻測量方法，方法包括：

采用多組溫度加熱SiC功率模塊，并采集多組所述SiC功率模塊的殼溫以及SiC功率模塊集電極-發射極電壓數據；

對所述殼溫以及所述集電極-發射極電壓數據進行線性擬合，并采用HuberLoss待參損失函數求解線性擬合參數，即求得修訂公式的溫度系數；

測量多組大電流下的所述SiC功率模塊的殼溫以及集電極-發射極電壓數據，將所述殼溫和集電極-發射極電壓數據代入修訂公式中計算多組大電流對應的結溫和熱阻。

可選的，所述采用多組溫度加熱SiC功率模塊，并采集多組所述SiC功率模塊的殼溫以及SiC功率模塊集電極-發射極電壓數據，具體為：

采用多組溫度加熱SiC功率模塊，所述多組溫度包括常溫，以常溫為基準間隔預置溫度值設置一個測試溫度，測量常溫以及所述測試溫度對應的SiC功率模塊的集電極-發射極電壓數據。

可選的，在所述對所述殼溫以及所述集電極-發射極電壓數據進行線性擬合，并采用HuberLoss待參損失函數求解線性擬合參數，即求得修訂公式的溫度系數，還包括：