[發(fā)明專利]一種芯片熱源分層的熱模型建模方法

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• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113158475A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發(fā)明（設計）人: 鄧二平;陳杰;劉鵬;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: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/08
• 代理公司: 煙臺智宇知識產(chǎn)權事務所(特殊普通合伙) 37230
• 代理人: 李彬

本申請公開了一種芯片熱源分層的熱模型建模方法，涉及熱模型仿真領域。將芯片分為兩個面熱源和一個體熱源。第一面熱源的芯片集電極側PN結距離集電極表面非常近，該部分產(chǎn)生的熱量定義在集電極表面，第二面熱源的溝道區(qū)距離芯片發(fā)射極表面非常近，該部分產(chǎn)生的熱量定義在發(fā)射極表面，在熱模型中定義為面熱源；體熱源的基區(qū)厚度占整個芯片厚度的98％左右，該部分產(chǎn)生的熱量定義在整個芯片有源區(qū)中，在熱模型中定義為體熱源。通過對芯片集電極側PN結開啟電壓、芯片基區(qū)電阻和芯片發(fā)射極側溝道區(qū)的電阻的提取。不需要進行復雜的半導體仿真，即可提高傳統(tǒng)單一熱源仿真模型的精度，實現(xiàn)了對仿真難度和精度的兼顧。

技術領域

本發(fā)明涉及熱模型仿真領域，尤其涉及一種桿件夾持旋轉裝置。

背景技術

對電力電子器件芯片結溫的掌握對于確保電力電子器件的可靠設計和安全操作至關重要。但是測量器件內部的結溫仍然是一項艱巨的任務，考慮到測量技術的局限性以及日益強大的仿真工具，可以開發(fā)基于有限元方法的熱仿真模型來評估芯片結溫。

在熱模型仿真中，熱源是非常重要的邊界條件，對仿真結果有重要的影響作用。然而在過去的研究工作提出的熱模型中，幾乎不考慮芯片內部結構而簡單假設熱量在芯片內部的產(chǎn)生是均勻的。通常，將整個芯片都定義為發(fā)熱位置，這種定義方式稱之為體熱源，或者將芯片表面定義為發(fā)熱位置，這種定義方式稱之為面熱源。實際上，考慮到芯片內部的物理結構和載流子傳導機理，芯片內部產(chǎn)生的熱量并不均勻，這對仿真結果是存在影響的。例如有研究人員將IGBT芯片體積的上三分之一作為熱源來進行熱仿真，并與將整個芯片作為熱源的情況進行比較，結果表明熱源的設置確實對溫度分布結果有顯著影響。但是這種定義方式是基于經(jīng)驗主義，并沒有給出具體的理論參考，因此需要完善熱源定義方式和理論來提高熱模型的精度。

在固定電流的情況下，功率的計算和導通壓降息息相關，可以通過在PSpice中建立芯片的等效電路模型來獲取芯片內部不同結構處導通電壓的分布情況。但是建立準確的芯片等效電路模型并不容易，最廣泛使用的等效電路模型是Hefner物理模型，該模型基于芯片的物理結構，需要許多半導體參數(shù)。參數(shù)提取是建模的重要步驟，提取精度對于仿真結果也是有直接影響作用。而Hefner模型的參數(shù)提取非常復雜且困難，不利于實際應用。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術熱仿真模型中熱源的定義方式和參數(shù)提取方法的局限性，提供一種基于芯片導通特性的熱源分層模型，不需要進行復雜的半導體仿真，即可提高傳統(tǒng)單一熱源仿真模型的精度，實現(xiàn)了對仿真難度和精度的兼顧。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：一種芯片熱源分層的熱模型建模方法，將芯片分為第一面熱源(P₁)和第二面熱源(P₃)以及一個在所述第一面熱源和第二面熱源之間的體熱源(P₂)；

所述第一面熱源的芯片集電極側PN結距離集電極表面非常近，該部分產(chǎn)生的熱量定義在集電極表面，在熱模型中定義為面熱源，表示為P₁＝I·V_P+N；

所述第二面熱源的溝道區(qū)距離芯片發(fā)射極表面非常近，該部分產(chǎn)生的熱量定義在發(fā)射極表面，在熱模型中定義為面熱源，表示為P₃＝I²·R_CH；

所述體熱源的基區(qū)厚度占整個芯片厚度的98％左右，該部分產(chǎn)生的熱量定義在整個芯片有源區(qū)中，在熱模型中定義為體熱源，表示為P₂＝I²·F_RN(I)；

其中：V_P+N是芯片集電極側PN結開啟電壓，F(xiàn)_RN(I)是芯片基區(qū)電阻，R_CH是芯片發(fā)射極側溝道區(qū)的電阻。

進一步的，所述芯片集電極側PN結開啟電壓V_P+N通過如下方式提取：