[發明專利]一種功率半導體模塊結溫在線評估方法及裝置

在審

• 申請號: 202211536414.7
• 申請日: 2022-12-02
• 公開（公告）號: CN115877162A
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 何鑫;李偉邦;董志意;花清源;胡小剛;王紅波
• 申請（專利權）人: 南瑞聯研半導體有限責任公司
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26;G01K7/01
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

1.一種功率半導體模塊結溫在線評估方法，其特征在于，包括：

將功率半導體模塊接通電源，使功率半導體模塊升溫，通過溫度采集設備，記錄溫度傳感器處的瞬態溫升曲線N(t)；

將功率半導體模塊斷開電源，并通過液冷平臺，使功率半導體模塊由升溫轉換為降溫，通過溫度采集設備，記錄芯片處的瞬態溫降曲線b(t)；

將芯片處的瞬態溫降曲線b(t)轉化為芯片處的瞬態溫升曲線a(t)；

根據芯片處的瞬態溫升曲線a(t)和溫度傳感器處的瞬態溫升曲線N(t)，計算芯片到溫度傳感器的瞬態熱阻Zth；

根據預構建的熱阻熱容網絡FOSTER模型，對芯片到溫度傳感器的瞬態熱阻Zth進行擬合，以獲取芯片到溫度傳感器的瞬態熱阻曲線Zthj-N；

根據芯片到溫度傳感器的瞬態熱阻曲線Zthj-N，計算芯片到溫度傳感器的脈沖熱阻Zthj-N(pulse)；

根據芯片到溫度傳感器的脈沖熱阻Zthj-N(pulse)，結合實際應用中測得的溫度傳感器處的溫度，計算功率半導體模塊的結溫。

2.根據權利要求1所述的功率半導體模塊結溫在線評估方法，其特征在于，將所述溫度傳感器替換為測溫二極管，以使采樣率達到1MHz。

3.根據權利要求1所述的功率半導體模塊結溫在線評估方法，其特征在于，將功率半導體模塊斷開電源，并通過液冷平臺，使功率半導體模塊由升溫轉換為降溫的過程，所采用的時間小于10μs。

4.根據權利要求1所述的功率半導體模塊結溫在線評估方法，其特征在于，將芯片處的瞬態溫降曲線b(t)轉化為芯片處的瞬態溫升曲線a(t)所采用的計算公式如公式(1)所示：

a(t)＝deltaTjmax-b(t) (1)

公式(1)中，a(t)為芯片處的瞬態溫升曲線，b(t)為芯片處的瞬態溫降曲線，deltaTjmax為功率半導體模塊升溫時芯片的最高結溫升。

5.根據權利要求1所述的功率半導體模塊結溫在線評估方法，其特征在于，根據芯片處的瞬態溫升曲線a(t)和溫度傳感器處的瞬態溫升曲線N(t)，計算芯片到溫度傳感器的瞬態熱阻Zth所采用的計算公式如公式(2)所示：

公式(2)中，Zth為芯片到溫度傳感器的瞬態熱阻，a(t)為芯片處的瞬態溫升曲線，N(t)為溫度傳感器處的瞬態溫升曲線，P為電源對功率半導體模塊施加的功率。

6.根據權利要求1所述的功率半導體模塊結溫在線評估方法，其特征在于，芯片到溫度傳感器的瞬態熱阻曲線Zthj-N的表達式如公式(3)所示：

公式(3)中，i為熱阻熱容網絡FOSTER模型中熱阻熱容網絡單元的數量，R_i為第i個熱阻熱容網絡單元的第一擬合參數，t為功率半導體模塊升溫時間，τ_i為第i個熱阻熱容網絡單元的第二擬合參數。

7.根據權利要求1所述的功率半導體模塊結溫在線評估方法，其特征在于，所述芯片到溫度傳感器的脈沖熱阻Zthj-N(pulse)的表達式如公式(4)所示：

公式(4)中，z為對功率半導體模塊升溫時間取對數所獲得的值，R(z)為時間常數譜，δ為連續脈沖的占空比，t₁為連續脈沖的脈寬，x為對連續脈沖的脈寬t₁取對數所獲得的值，為卷積運算符號；

其中，所述時間常數譜R(z)的表達式如公式(5)所示：

公式(5)中，z為對功率半導體模塊升溫時間取對數所獲得的值，R(z)為時間常數譜，a(z)為對功率半導體模塊升溫時間取對數后所對應的芯片到溫度傳感器的瞬態熱阻曲線的表達式，a(z)＝Zthj-N(z＝lnt)，w_z(z)為中間變量，w_z(z)＝exp[z-exp(z)]，為反卷積運算符號。

8.一種功率半導體模塊結溫在線評估裝置，其特征在于，包括：功率半導體模塊、電源、溫度采集設備和計算機；還包括有用于給所述功率半導體模塊降溫的液冷平臺；所述功率半導體模塊包括溫度傳感器和芯片，所述溫度采集設備連接于所述功率半導體模塊和計算機之間；所述功率半導體模塊和計算機分別與所述電源電連接。