[發(fā)明專利]一種碳化硅功率模塊、器件及其老化狀態(tài)識別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110070059.8
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112885824B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘭欣;朱士偉;于功山;王興華;劉祥龍;謝國芳;吳平
• 申請（專利權(quán)）人: 元山（濟(jì)南）電子科技有限公司
• 主分類號: H01L25/16
• 分類號: H01L25/16;H01L23/58;H01L29/16;G01R31/26
• 代理公司: 北京君慧知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11716
• 代理人: 陳曦

本申請公開了一種碳化硅功率模塊、器件及其老化狀態(tài)識別方法，用以解決現(xiàn)有的考察碳化硅功率模塊老化狀態(tài)的方法不能實(shí)時(shí)反映碳化硅功率模塊老化狀態(tài)的技術(shù)問題。模塊包括：覆銅陶瓷基板、銅基板、焊料層、MOS芯片以及預(yù)設(shè)數(shù)量的熱電偶；焊料層與覆銅陶瓷基板復(fù)合，且覆銅陶瓷基板的中心位置固定有熱電偶；MOS芯片固定于覆銅陶瓷基板上，且MOS芯片對應(yīng)的銅基板底部位置固定有熱電偶。識別方法包括：實(shí)時(shí)獲取碳化硅功率模塊上預(yù)設(shè)數(shù)量的熱電偶分別對應(yīng)的溫度值，以確定溫度分布矩陣；確定碳化硅功率模塊對應(yīng)的熱阻值；通過預(yù)存的熱阻值與老化狀態(tài)關(guān)系，確定碳化硅功率模塊的老化狀態(tài)。本申請通過上述方法可以實(shí)時(shí)反映碳化硅功率模塊的老化狀態(tài)。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種碳化硅功率模塊、器件及其老化狀態(tài)識別方法。

背景技術(shù)

與傳統(tǒng)的硅功率模塊相比，碳化硅功率模塊可以有效的實(shí)現(xiàn)電力電子系統(tǒng)的高效率、小型化和輕量化。但是，碳化硅功率模塊增加了設(shè)計(jì)難度、降低了設(shè)計(jì)裕量、增加了失效的可能性。而且碳化硅模塊由于材料性質(zhì)以及應(yīng)用場景的原因，大多數(shù)條件下的工作條件較為嚴(yán)苛，這也就意味著碳化硅功率模塊的使用壽命大大縮短。

現(xiàn)有的對碳化硅功率模塊的老化狀態(tài)進(jìn)行識別，考察碳化硅功率模塊使用壽命的方法，主要是通過功率循環(huán)測試實(shí)現(xiàn)的。但這種方法是在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行測試的，無法實(shí)時(shí)反映碳化硅功率模塊的老化狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容

本申請?zhí)峁┝艘环N碳化硅功率模塊、器件及其老化狀態(tài)識別方法，用以解決現(xiàn)有的考察碳化硅功率模塊老化狀態(tài)的方法不能實(shí)時(shí)反映碳化硅功率模塊的老化狀態(tài)的技術(shù)問題。

第一方面，本申請實(shí)施例提供了一種碳化硅功率模塊，模塊包括：覆銅陶瓷基板、銅基板、焊料層、MOS芯片以及預(yù)設(shè)數(shù)量的熱電偶；預(yù)設(shè)數(shù)量的熱電偶均勻分布于焊料層的邊界對應(yīng)的銅基板底部位置；銅基板與覆銅陶瓷基板復(fù)合，且覆銅陶瓷基板中心點(diǎn)對應(yīng)的銅基板底部位置固定有熱電偶；MOS芯片固定于覆銅陶瓷基板上，且MOS芯片對應(yīng)的銅基板底部位置固定有熱電偶。

本申請實(shí)施例中的碳化硅功率模塊，通過在焊料層的邊界對應(yīng)的銅基板底部位置、覆銅陶瓷基板中心點(diǎn)對應(yīng)的銅基板底部位置以及MOS芯片對應(yīng)的銅基板底部位置固定熱電偶，可以有效地將碳化硅功率模塊的所有關(guān)鍵發(fā)熱位置的溫度都采集到，以便于實(shí)時(shí)反映碳化硅功率模塊的老化狀態(tài)。

在本申請的一種實(shí)現(xiàn)方式中，預(yù)設(shè)數(shù)量的熱電偶通過耐高溫導(dǎo)熱膠帶均勻貼裝在焊料層的邊界對應(yīng)的銅基板底部位置。通過耐高溫導(dǎo)熱膠帶貼裝熱電偶不會(huì)改變碳化硅功率模塊本身散熱路徑以及熱阻，且操作簡便。

在本申請的一種實(shí)現(xiàn)方式中，預(yù)設(shè)數(shù)量的熱電偶為8個(gè)熱電偶。

在本申請的一種實(shí)現(xiàn)方式中，碳化硅功率模塊上的MOS芯片數(shù)量為n個(gè)，且各個(gè)MOS芯片對應(yīng)的銅基板底部位置均通過耐高溫導(dǎo)熱雙面膠貼裝有一個(gè)熱電偶；其中，n為大于等于1的整數(shù)。

在本申請的一種實(shí)現(xiàn)方式中，功率模塊還包括SBD芯片，SBD芯片直接固定于覆銅陶瓷基板上，且SBD芯片的數(shù)量與MOS芯片的數(shù)量相等。

第二方面，本申請實(shí)施例還提供了一種碳化硅功率器件，包括如上述的一種碳化硅功率模塊。

第三方面，本申請實(shí)施例還提供了一種如上述的碳化硅功率模塊的老化狀態(tài)識別方法，方法包括：實(shí)時(shí)獲取碳化硅功率模塊上預(yù)設(shè)數(shù)量的熱電偶分別對應(yīng)的溫度值，以確定溫度分布矩陣；基于溫度分布矩陣，確定碳化硅功率模塊對應(yīng)的熱阻值；根據(jù)碳化硅功率模塊對應(yīng)的熱阻值，通過預(yù)存的熱阻值與老化狀態(tài)關(guān)系，確定碳化硅功率模塊的老化狀態(tài)。

在本申請的一種實(shí)現(xiàn)方式中，在實(shí)時(shí)獲取碳化硅功率模塊上預(yù)設(shè)數(shù)量的熱電偶分別對應(yīng)的溫度值之前，方法還包括：確定碳化硅功率模塊上預(yù)設(shè)數(shù)量的熱電偶的實(shí)際數(shù)量，并基于預(yù)設(shè)數(shù)量的熱電偶的實(shí)際數(shù)量及位置對預(yù)設(shè)數(shù)量的熱電偶進(jìn)行編號。