[發(fā)明專利]一種功率半導(dǎo)體模塊結(jié)溫在線評估方法及裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211536414.7
• 申請日: 2022-12-02
• 公開（公告）號: CN115877162A
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何鑫;李偉邦;董志意;花清源;胡小剛;王紅波
• 申請（專利權(quán)）人: 南瑞聯(lián)研半導(dǎo)體有限責(zé)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(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發(fā)明公開了一種功率半導(dǎo)體模塊結(jié)溫在線評估方法及裝置，屬于電子器件電學(xué)和熱學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域，方法包括：記錄溫度傳感器處的瞬態(tài)溫升曲線；記錄芯片處的瞬態(tài)溫降曲線；將芯片處的瞬態(tài)溫降曲線轉(zhuǎn)化為芯片處的瞬態(tài)溫升曲線；根據(jù)芯片處的瞬態(tài)溫升曲線和溫度傳感器處的瞬態(tài)溫升曲線，計算芯片到溫度傳感器的瞬態(tài)熱阻；根據(jù)預(yù)構(gòu)建的熱阻熱容網(wǎng)絡(luò)FOSTER模型，對芯片到溫度傳感器的瞬態(tài)熱阻進(jìn)行擬合，以獲取芯片到溫度傳感器的瞬態(tài)熱阻曲線；根據(jù)芯片到溫度傳感器的瞬態(tài)熱阻曲線，計算芯片到溫度傳感器的脈沖熱阻；根據(jù)芯片到溫度傳感器的脈沖熱阻，計算功率半導(dǎo)體模塊的結(jié)溫。本發(fā)明通過芯片到溫度傳感器的脈沖熱阻，能夠計算功率半導(dǎo)體模塊的結(jié)溫。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種功率半導(dǎo)體模塊結(jié)溫在線評估方法及裝置，屬于電子器件電學(xué)和熱學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

功率半導(dǎo)體模塊的內(nèi)部溫度評估對其可靠性至關(guān)重要，結(jié)溫是指功率半導(dǎo)體模塊內(nèi)部芯片有源區(qū)溫度，一般是內(nèi)部溫度最高的點(diǎn)，目前對于結(jié)溫的測量主要通過結(jié)殼熱阻進(jìn)行計算，即通過測量散熱外殼溫度結(jié)合結(jié)殼熱阻計算結(jié)溫，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中，殼溫的測量較為困難。

部分功率半導(dǎo)體模塊在模塊內(nèi)部嵌入溫度傳感器(如熱敏電阻NTC)，通過測量溫度傳感器溫度，簡潔評估結(jié)溫，但是傳感器溫度與結(jié)溫有較大差距，且在不同的應(yīng)用條件下，差距也不同，無法準(zhǔn)確評估結(jié)溫。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種功率半導(dǎo)體模塊結(jié)溫在線評估方法及裝置，通過芯片到溫度傳感器的脈沖熱阻，計算功率半導(dǎo)體模塊的結(jié)溫。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明提供一種功率半導(dǎo)體模塊結(jié)溫在線評估方法，包括：

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

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

將芯片處的瞬態(tài)溫降曲線b(t)轉(zhuǎn)化為芯片處的瞬態(tài)溫升曲線a(t)；

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

根據(jù)預(yù)構(gòu)建的熱阻熱容網(wǎng)絡(luò)FOSTER模型，對芯片到溫度傳感器的瞬態(tài)熱阻Zth進(jìn)行擬合，以獲取芯片到溫度傳感器的瞬態(tài)熱阻曲線Zthj-N；

根據(jù)芯片到溫度傳感器的瞬態(tài)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(jù)芯片到溫度傳感器的脈沖熱阻Zthj-N(pulse)，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用中測得的溫度傳感器處的溫度，計算功率半導(dǎo)體模塊的結(jié)溫。

結(jié)合第一方面，進(jìn)一步的，將所述溫度傳感器替換為測溫二極管，以使采樣率達(dá)到1MHz。

結(jié)合第一方面，進(jìn)一步的，將功率半導(dǎo)體模塊斷開電源，并通過液冷平臺，使功率半導(dǎo)體模塊由升溫轉(zhuǎn)換為降溫的過程，所采用的時間小于10μs。

結(jié)合第一方面，進(jìn)一步的，將芯片處的瞬態(tài)溫降曲線b(t)轉(zhuǎn)化為芯片處的瞬態(tài)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(tài)溫升曲線，b(t)為芯片處的瞬態(tài)溫降曲線，deltaTjmax為功率半導(dǎo)體模塊升溫時芯片的最高結(jié)溫升。

結(jié)合第一方面，進(jìn)一步的，根據(jù)芯片處的瞬態(tài)溫升曲線a(t)和溫度傳感器處的瞬態(tài)溫升曲線N(t)，計算芯片到溫度傳感器的瞬態(tài)熱阻Zth所采用的計算公式如公式(2)所示：