[發明專利]一種測量電力電子器件溫度分布的電學方法

在審

• 申請號: 202110403582.8
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113514747A
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 鄧二平;陳杰;劉鵬;趙雨山;黃永章
• 申請（專利權）人: 華電（煙臺）功率半導體技術研究院有限公司
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 煙臺智宇知識產權事務所(特殊普通合伙) 37230
• 代理人: 李增發

本發明涉及電力電子器件結溫測量技術領域，具體涉及一種測量電力電子器件溫度分布的電學方法，包含如下步驟：1）通過實驗測量獲得器件在不同溫度下的I?V?T特性曲線；2）對I?V?T特性曲線實驗數據進行擬合，得到I、V、T三者的數值關系I(V,T)；3）用函數分布描述器件芯片溫度分布；4）用n個二極管并聯電路模型模擬器件在小電流下的通態電路模型，建立器件芯片在溫度梯度下I和V的數值模型；5）通過多電流測量法得到不同電流下器件的通態壓降；6）用聯立非線性方程組求解，得到溫度分布函數的各個參數；7）將各個參數代入即可獲得芯片溫度分布。與現有技術相比，本發明不需要破壞器件封裝結構。

技術領域

本發明涉及電力電子器件結溫測量技術領域，具體涉及一種測量電力電子器件溫度分布的電學方法。

背景技術

電力電子器件正大量應用在直流電網、電力機車和電動汽車等變流領域，根據電力電子系統可靠性研究報告，電力電子器件是電力電子系統中失效率最高的部分，大約占整個電力電子系統的34%。而電力電子器件的失效55%是由溫度造成的。可以看出電力電子器件的結溫準確測量對于提高整個電力電子系統的可靠性具有重要意義。

小電流下PN結壓降法是目前使用最為廣泛的一種結溫測量法，作為一種溫敏電參數法，相比物理接觸法和光學法具有不破壞器件封裝結構的獨特優點，被各主流標準采用應用于功率循環試驗或熱阻測量中的結溫測量。關于該方法的缺點，學術界和工業界也較為清晰，其中之一就是不能獲得器件的溫度分布，只能得到一個溫度數值，這也是所有溫敏電參數法的缺點。

目前獲得器件芯片溫度分布的方法主要是紅外測溫法，紅外測溫法需要打開模塊封裝結構，并清理模塊內部的絕緣硅膠，讓芯片暴露在紅外攝像頭下，進行直接測量。另外一種獲得器件芯片溫度分布的方法是物理接觸法，即采用熱電偶直接與芯片相接觸，每一個熱電偶只能獲取接觸點的溫度，為了獲得芯片表面溫度分布，則需要盡可能多的熱電偶。由于芯片表面布滿了用于通流的鍵合線，利用此方法測量模塊結溫時所選用熱電偶的體積必須足夠小才能與模塊的芯片很好的接觸，但是制造工藝的限制使得體積極小的熱電偶精度不高，測量值不夠準確。上述兩種方法都需要對模塊的封裝結構進行破壞，一方面改變了器件的熱學特性，測量結果與實際值相差較大，另一方面只能應用在實驗室中測量結溫，不能用于實際應用中的結溫測量。

隨著功率模塊朝著大電流、大功率和高可靠性的方向發展，一種新型封裝結構的IGBT模塊—壓接型IGBT器件正逐步應用在柔性直流輸電中，壓接型IGBT器件通過外部壓力使得各組件緊密結合在一起，在這種封裝結構中，目前用于測量芯片溫度分布的紅外測溫法和物理接觸法均不適用。

發明內容

鑒于目前芯片溫度分布測量方法的局限性，本發明專利提出一種測量電力電子器件溫度分布的電學方法，對傳統的小電流下PN結壓降法進行改進，通過反向求解溫度分布函數參數得到芯片溫度分布，使得通過電學方法也能進行溫度分布的測量。通過本發明提出的方法可以簡單方便快速的進行芯片溫度分布測量，尤其是解決了目前壓接型IGBT器件中芯片溫度分布無法測量的問題，為其可靠性研究奠定基礎。為此，本發明采取的技術方案是：

這一種測量電力電子器件溫度分布的電學方法，與現有技術不同的是：包含如下步驟：