建立功率半导体装置中的电连接的劣化状态的诊断装置和方法制造方法及图纸

一种建立功率半导体装置(1)中的电连接的劣化状态的方法包括：‑针对相同的温度值在两个相应电流值下测量至少两个电压降值。两个电流值严格不同，或者在晶体管的两个不同的栅极电平(G)下进行测量；‑保存所测量的值作为校准数据；‑监测所述功率半导体装置的操作条件；‑在相应与前述相同的电流值下并且在所监测的操作条件对应于与操作状态和公共温度有关的两个相应预定义的标准集合的两个相应时刻测量至少两个电压降值；‑保存至少两个值作为操作数据；‑以估计所述功率半导体装置(1)的劣化状态的方式计算数值指标。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】建立功率半导体装置中的电连接的劣化状态的诊断装置和方法
本专利技术涉及功率半导体装置的
更具体地，本专利技术涉及一种评估这种功率半导体装置的状态的方法以及被布置为实现这种方法的诊断装置。
技术介绍
通常，在功率半导体装置操作期间，引线接合以及其它互连(例如，金属化和焊料)受包括高热变化和振动的热机械应力影响。互连、引线接合和/或金属化的劣化表现为电流路径中的电阻的增加(ΔR)。电阻可被测量为电压降的增长。在引线接合故障的情况下，所述电压降会是逐渐的和/或突然的。可通过测量功率电子装置的外部或直接所述互连处的电压来检测电压降。因此，测量这种电压的增加可用于估计引线接合和/或金属化的健康状态。然而，这种电压很大程度上取决于包括温度的操作条件。将操作条件对所测量的电压的影响与劣化的影响区分/隔离开来是困难的。另外，这些功率电子装置通常在使用中难以接近(例如，当被密封到不可移除的密封壳体中时)。物理检查各个装置在经济上是不明智的，特别是当许多装置配备使用中的整个车队(类似火车)或者难以接近的风车时。通常，对于集合中的所有装置，理论寿命周期是任意固定的。仅在有效且意外的故障之后或者当超过任意寿命周期时更换它们，而不管装置的真实状态如何。一些现有的测试装置的方法被规划为在稳定和/或受控的条件下在测试台上实施。这些方法无法被转换到使用中的功率电子装置上。这意味着要中断功率电子装置操作以测试它。这是不令人满意的。现有技术中没有充分解决这些问题以便于在线实施。专利
技术实现思路
本专利技术改进了这种情况。申请人提出了一种建立功率半导体装置中的电连接的劣化状态的方法。该方法包括以下步骤：a)当所述功率半导体装置处于经受第一电流值(Ion_1)和第一温度值的第一状态时，至少测量所述功率半导体装置的第一电压降值；b)当所述功率半导体装置处于经受第二电流值和第二温度值的第二状态时，至少测量所述功率半导体装置的第二电压降值，所述第二温度值等于第一温度值±5℃，满足以下两个条件中的至少一个：-第一电流值等于第一阈值并且第二电流值(Ion_2)等于第二阈值，第二阈值严格大于第一阈值，-第一状态和第二状态至少相对于所述功率半导体装置的一个晶体管或一组晶体管的栅极电平彼此不同；c)保存至少两个值作为校准数据；d)在操作条件下监测电流以及表示所述功率半导体装置的操作状态的至少一个参数；e)在以下条件下至少测量所述功率半导体装置的第三电压降值-在等于第一电流值±所述功率半导体装置的标称电流的5％的电流下，并且-在所监测的至少一个参数对应于与所述功率半导体装置的操作状态和所述功率半导体装置的第三温度值有关的第一预定义的标准集合的时刻；f)在以下条件下至少测量所述功率半导体装置的第四电压降值-在等于第二电流值±所述功率半导体装置的标称电流的5％的电流下，并且-在所监测的至少一个参数对应于与所述功率半导体装置的操作状态和功率半导体装置的等于第三温度值±5℃的第四温度值有关的第二预定义的标准集合的时刻；g)保存至少两个值作为操作数据；h)以估计所述功率半导体装置(1)的劣化状态的方式根据校准数据和操作数据来计算数值指标。这种方法允许监测数值健康指标(例如，电阻增加ΔR)以估计功率半导体装置的健康状态和剩余寿命。这种方法的结果与操作温度无关。这种方法可使用单个电压传感器来实现。这种方法是低成本的。这种方法不需要离线校准。因此，旧的功率半导体装置可配备根据本专利技术的系统以实现所述方法。由于所使用的高电流以及类似操作温度的操作参数对所测量的电压的高影响，该方法特别适合于在包括二极管、IGBT和/或MOSFET的功率半导体装置上实现。在本专利技术的第二方面，申请人提出了一种诊断装置，该诊断装置包括在操作上与至少一个存储介质关联的至少一个处理器以及能够插入到功率半导体装置的一组插头。该诊断装置被设置为在被插入到所述功率半导体装置时实现根据前述的方法。在本专利技术的另一方面，申请人提出了一种可由处理器以软件代理的形式执行的程序产品，其包括至少一个软件模块，这些软件模块包括实现根据上文的方法的指令，以及一种非暂时性计算机可读存储介质，其包括存储在其上并且可由处理器以软件代理的形式执行的程序产品，该程序产品包括至少一个软件模块，这些软件模块包括实现根据上文的方法的指令。该方法和/或装置可包括以下特征(单独地或彼此组合)：-功率半导体装置包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、二极管组件或这些元件的组合。对于这些装置，该方法给出特别好的结果。-测量所述功率半导体装置的电压降值的步骤连续地或以预定频率实施，而不仅在所监测的至少一个参数对应于所述功率半导体装置的预定义的操作状态的时刻实施。这使得能够确保连续监测健康演变并快速地检测任何异常情况。-第二阈值大于或等于第一阈值(X％×Inom)的两倍。在两个非常不同的电流值下测量电压降使得能够构造更实际的模型。指标计算的准确度增加。-根据以下假设通过外推来计算数值指标：两个校准数据均对应于数值指标具有与所述功率半导体装置的电连接完全没有劣化对应的值的情况。因此，校准数据测量可在装置的寿命开始时进行，而操作数据稍后在装置的真实操作条件下测量。-监测步骤包括至少监测所述电流的频率。这样做使得即使当温度本身无法直接测量时也能够确保对于两个电压降测量，温度基本上相同。-第一预定义的标准集合和第二预定义的标准集合包括大于或等于20Hz的频率。并且至少测量第三电压降值和第四电压降值的步骤在电流的公共周期的两个分别的时刻进行。这使得即使当温度本身由于装置的热惯性而无法直接测量时也能够确保对于两个电压降测量，温度基本上相同。-所监测的参数对应于功率半导体装置的与所述功率半导体装置的一个晶体管或一组晶体管的栅极电平相关的状态，对于功率半导体装置的与所述栅极电平相关的状态，第一预定义的标准集合和第二预定义的标准集合包括彼此不同的标准。这使得能够确保对于两个电压降测量，装置的两个状态不同。另外，如果两个测量紧接在相对于栅极电平的状态改变前后进行，则即使当温度本身无法直接测量时，也可确定对于两个电压降测量，温度基本上相同。-在该方法中，-所述第一电压降值和第二电压降值的测量步骤a)和b)在相互分开至多50毫秒的两个分别的时刻进行；和/或-所述第三电压降值和第四电压降值的测量步骤e)和f)在相互分开至多50毫秒的两个分别的时刻进行。这使得即使当温度本身由于装置的热惯性而无法直接测量时也能够确保对于两个电压降测量，温度基本上相同。-在该方法中，-至少测量第一电压降值的步骤还包括测量第一温度值，和/或-至少测量第二电压降值的步骤还包括测量第二温度值；-保存步骤还包括保存与相应电压降值关联的各个所述温度值作为校准数据，并且-计算数值指标的步骤还包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种建立功率半导体装置中的电连接的劣化状态的方法，该方法包括以下步骤：/na)当所述功率半导体装置处于经受第一电流值(I

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171201 EP 17306688.71.一种建立功率半导体装置中的电连接的劣化状态的方法，该方法包括以下步骤：
a)当所述功率半导体装置处于经受第一电流值(Ion_1)和第一温度值(T1_calibration)的第一状态时，至少测量所述功率半导体装置的第一电压降值(Von_1_calibration)；
b)当所述功率半导体装置处于经受第二电流值(Ion_2)和第二温度值(T2_calibration)的第二状态时，至少测量所述功率半导体装置的第二电压降值(Von_2_calibration)，所述第二温度值(T2_calibration)等于所述第一温度值(T1_calibration)±5℃，满足以下两个条件中的至少一个：
-所述第一电流值(Ion_1)等于第一阈值(X％×Inom)并且所述第二电流值(Ion_2)等于第二阈值(Y％×Inom)，所述第二阈值(Y％×Inom)严格大于所述第一阈值(X％×Inom)，
-所述第一状态和所述第二状态至少相对于所述功率半导体装置的一个晶体管或一组晶体管的栅极电平(G)彼此不同；
c)保存至少两个值(Von_1_calibration,Von_2_calibration)作为校准数据；
d)在操作条件下监测电流(I)以及表示所述功率半导体装置的操作状态的至少一个参数(T,Fmod,G)；
e)在以下条件下至少测量所述功率半导体装置的第三电压降值(Von_1_test)：
-在等于所述第一电流值(Ion_1)±所述功率半导体装置的标称电流(Inom)的5％的电流(I1_test)下，并且
-在所监测的所述至少一个参数(T,Fmod,G)对应于与所述功率半导体装置的操作状态和所述功率半导体装置的第三温度值(T1_test)有关的第一预定义的标准集合的时刻；
f)在以下条件下至少测量所述功率半导体装置的第四电压降值(Von_2_test)：
-在等于所述第二电流值(Ion_2)±所述功率半导体装置的所述标称电流(Inom)的5％的电流(I2_test)下，并且
-在所监测的所述至少一个参数(T,Fmod,G)对应于与所述功率半导体装置的操作状态和所述功率半导体装置的等于所述第三温度值(T1_test)±5℃的第四温度值(T2_test)有关的第二预定义的标准集合的时刻；
g)保存至少两个值(Von_1_test,Von_2_test,)作为操作数据；
h)以估计所述功率半导体装置的劣化状态的方式根据所述校准数据(Von_1_calibration,Von_2_calibration)和所述操作数据(Von_1_test；Von_2_test)来计算数值指标(ΔR)。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述功率半导体装置包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、二极管组件或这些元件的组合。


3.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，测量所述功率半导体装置的电压降值(Von_1_test,Von_2_test)的步骤连续地或以预定频率实施，而不仅在所监测的所述至少一个参数(Fmod,G)对应于所述功率半导体装置的预定义的操作状态的时刻实施。


4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述第二阈值(Y％×Inom)大于或等于所述第一阈值(X％×Inom)的两倍。


5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，根据以下假设通过外推来计算所述数值指标(ΔR)：两个所述校准数据(Von_1_calibration,Von_2_calibration)均对应于所述数值指标具有与所述功率半导体装置的所述电连接完全没有劣化对应的值(ΔR＝0)的情况。


6.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，监测步骤包...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·德格雷纳，J·C·布兰德勒罗，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP