[發明專利]一種多芯片并聯封裝模塊內芯片峰值結溫的無損測試方法

在審

• 申請號: 202011419747.2
• 申請日: 2020-12-06
• 公開（公告）號: CN112698173A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 郭春生;魏磊;張仕煒;趙迪
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種模塊內并聯器件峰值芯片溫度的無損測試方法，該方法通過構建特定測試電流下的基于電流占比的溫度?導通壓降曲線簇，實現對并聯器件或模塊的峰值結溫測量。獲得校溫電流?溫度?導通壓降三維數據庫，根據測試電流與并聯器件數量，利用電流轉換公式，得到特定測試電流下的基于電流占比的溫度?導通壓降曲線簇；利用曲線簇和測量得到器件工作狀態測試小電流對應的導通壓降，得出不同測試電流下的電流占比?溫度曲線；最后，根據不同測試電流下電流占比?溫度曲線交點，確定并聯器件或模塊的峰值結溫和電流占比。利用該方法，可在成熟小電流壓降法的基礎上，無需增加額外設備，即可實現模塊內并聯器件峰值芯片溫度的無損測量。

技術領域

本發明涉及多芯片并聯封裝模塊內芯片峰值結溫的測試方法，屬于功率半導體器件測試領域。

背景技術

功率半導體開關器件/模塊作為電力電子系統中關鍵部件之一，主要應用于逆變器、整流器等，實現對電能的控制與轉換，是電力變換技術的核心。當下廣泛應用于新能源汽車、鐵路運輸、風力發電、高壓輸配電等領域，在各個應用領域對其電流、電壓以及功率容量需求與日俱增。在解決高壓、高流以及大功率應用時，現有單個分立器件電流容量遠遠不能滿足大容量的電力變換需求，且大容量的單個分立器件制造難度大，成本較高，基于單個器件的功率等級以及電流容量限制，目前多采用分立器件并聯或以多芯片并聯封裝的模塊化方式，實現電流容量或功率擴展。在并聯使用中，由于各芯片自身差異以及散熱條件不同等因素，工作中產生的熱功耗使得各芯片溫度分布不均勻，其中溫度最高的芯片可靠性與壽命，決定著并聯體系或模塊的使用可靠性上限，因此對并聯器件或模塊的峰值結溫測量尤為重要。

目前，對于單個半導體器件的結溫測量已有成熟的方法和體系，不破壞封裝的無損結溫測量主要以基于電學法的小電流壓降法以及熱阻計算為主。而在并聯應用體系中，由于芯片并聯封裝在同一模塊中難以實現對各芯片支路進行測試，而使用傳統單器件測試方法測量并聯器件干路，測試結果與峰值結溫誤差較大，難以評估并聯器件或模塊可靠性。同時目前對于并聯器件或模塊的峰值結溫測量，只能采用破壞封裝的紅外測量方式，尚無合適無損電學測試方法。尤其對于壓接等新型封裝，破壞封裝后無法保證電氣連接，紅外等測量方法不再適用。

發明內容

針對上述問題，本發明提出一種多芯片并聯封裝模塊內芯片峰值結溫的測試方法，該方法在小電流壓降法的基礎上，通過對校溫曲線庫的變換演進，實現對多芯片并聯的峰值結溫測量。該方法無需增加額外的測試電路，利用現有成熟體系下的小電流測試設備即可進行校溫曲線的測定以及峰值結溫的測量。

本發明采用的技術方案如下：

在不同溫度、校溫電流下，對并聯器件或模塊整體進行導通壓降的測量，得到溫度-校溫電流-導通壓降的三維數據庫，選取特定測試電流，根據電流占比轉換公式，得到任意特定測試電流下的關于電流占比的溫度-導通壓降校溫曲線簇。然后在器件工作時，根據特定測試電流測出并聯器件或模塊電壓，代入每個特定測試電流相對應的不同電流占比下電壓-溫度曲線簇，得到每個特定測試電流下的一系列不同電流占比下溫度值，然后繪制擬合得到電流占比-溫度變化曲線。最后根據不同特定測試電流(不少于兩個)下電流占比-溫度曲線交點，確定并聯器件或模塊的峰值結溫。

實現該方法的設備包括被測含多芯片并聯的模塊1、并聯測試夾具2、溫箱或溫控平臺3、測試源表4；所述溫箱或溫控平臺3用于對所述模塊1加溫，所述測試源表4用于給所述被測模塊1施加不同電流，測量導通壓降。

本發明的特征在于，該發明還包括以下步驟：

步驟一：將模塊1放置于并聯測試夾具2上，后將模塊1與并聯測試夾具2放置于溫箱或溫控平臺3，利用溫箱或溫控平臺3給模塊1加熱；

步驟二：設置溫箱或溫控平臺3初始溫度，使得模塊1溫度穩定在溫箱或溫控平臺3設定溫度，溫度穩定后，利用測試源表4按一定步長施加校溫電流，測試得到不同校溫電流下模塊1的導通壓降；