用于监测功率模块的半导体的连接的方法和设备技术

本发明专利技术：确定在脉宽调制的第一周期中半导体的导通状态的持续时间是否高于预定持续时间，在第二周期中半导体的导通状态期间测量向负载提供的电压，在第三周期中半导体的导通状态的持续时间的一部分期间依次禁用各个半导体的导通，并且测量向负载提供的电压，确定在第二周期期间测量的电压与在第三周期期间测量的各个电压之间的差，根据差的值对差进行排序，检查所确定的顺序是否与存储在设备的存储器中的顺序相同，并且如果顺序改变，则确定一个半导体的一个连接劣化。个半导体的一个连接劣化。个半导体的一个连接劣化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于监测功率模块的半导体的连接的方法和设备


[0001]本专利技术总体上涉及一种监测功率模块的半导体的连接的方法和设备。

技术介绍

[0002]功率模块由并联的多个半导体组成，以便在不制造大面积半导体的情况下在功率模块中实现更高的功率水平。焊线(wire bond)通常用作用于连接功率模块的半导体的电互连技术。焊线被认定为功率模块故障的主要原因。随着焊线因热机械疲劳而老化，焊线发生剥离，导致功率模块中电流的重新分布。然而，当剩余焊线被迫承载负载电流时，剩余焊线的温度增加，并且增加其自身的劣化率。于是，在该组并联半导体上剩余的最后的焊线可能经受非常高的电流密度，导致金属化部(metallization)熔化，并且可能在功率模块内引起灾难性的短路或完全开路。
[0003]针对焊线的状况监测通常利用以下事实：在半导体(例如，IGBT或MOSFET)导通期间，电阻随着焊线接触部的数量减少而增大。此外，由于金属化部还经历老化，半导体的导通状态电压可以与半导体的寿命终点正相关。
[0004]使用导通状态电压传感器作为功率模块中的焊线健康状态的指示器是有问题的。关键地，与具有用于承载负载电流的多条焊线的单个半导体相反，功率模块由各自具有多条焊线的数个半导体组成。单条焊线剥离对等效电路的测量导通状态电压具有显著更低的影响，测量导通状态电压显著受到每个单个半导体的温度和电流共享的影响。在这种情况下，由于来自并联半导体的电连接的屏蔽，可能不能测量单个半导体的老化状态。检测到的导通状态电压的增加不会传达关于半导体老化的信息，因此整个功率模块必须被视为存在严重故障的风险，并且应当予以更换。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在允许使用每半导体的缓冲器(其允许对每个半导体的单独控制，以便易于检测劣化状态)来有效地监测功率模块的半导体的连接，以识别哪个半导体已经显著老化，并且从操作中移除该半导体以继续功率模块的操作，而不增加严重短路的风险。
[0006]为此，本专利技术涉及一种用于监测功率模块的半导体的连接的设备，半导体并联连接并且根据脉宽调制向负载提供电压和电流，设备针对每个半导体包括驱动器，驱动器用于驱动半导体的栅极，以在脉宽调制的每个周期将半导体设置为导通状态或非导通状态，该设备的特征在于，半导体分为包括至少一个半导体的多个组，并且设备包括：
[0007]用于确定在脉宽调制的第一周期中半导体的导通状态的持续时间是否高于预定持续时间的装置，
[0008]用于在脉宽调制的第一周期中半导体的导通状态的持续时间高于预定值的情况下在脉宽调制的第二周期中半导体的导通状态期间测量半导体向负载提供的电压的装置，
[0009]用于在脉宽调制的第三周期中半导体的导通状态的持续时间的一部分期间依次禁用具有至少一个半导体的各个组的导通，并且在每次禁用具有至少一个半导体的一个组
的导通时测量向负载提供的电压的装置，
[0010]用于确定在第二周期期间测量的电压与在第三周期期间测量的各个电压之间的差的装置，
[0011]用于根据差的值对差进行排序的装置，
[0012]用于检查所确定的顺序是否与存储在设备的存储器中的顺序相同的装置，
[0013]用于在所确定的顺序不同于存储在设备的存储器中的顺序的情况下确定具有至少一个半导体的一个组的一个半导体的连接劣化的装置。
[0014]本专利技术还涉及一种用于监测功率模块的半导体的连接的方法，该方法由控制器执行，半导体并联连接并且根据脉宽调制向负载提供电压和电流，控制器针对每个半导体包括驱动器，驱动器用于驱动半导体的栅极，以在脉宽调制的每个周期将半导体设置为导通状态或非导通状态，该方法的特征在于半导体分为包括至少一个半导体的多个组，并且在于该方法包括以下步骤：
[0015]确定在脉宽调制的第一周期中半导体的导通状态的持续时间是否高于预定持续时间，
[0016]如果在脉宽调制的第一周期中半导体的导通状态的持续时间高于预定值，则在脉宽调制的第二周期中半导体的导通状态期间测量由半导体向负载提供的电压，
[0017]在脉宽调制的第三周期中半导体的导通状态的持续时间的一部分期间依次禁用具有至少一个半导体的各个组的导通，并且在每次禁用具有至少一个半导体的一个组的导通时测量向负载提供的电压，
[0018]确定在第二周期期间测量的电压与在第三周期期间测量的各个电压之间的差，
[0019]根据差的值对差进行排序，
[0020]检查所确定的顺序是否与存储在设备的存储器中的顺序相同，
[0021]如果所确定的顺序不同于存储在设备的存储器中的顺序，则确定具有至少一个半导体的一个组的一个半导体的连接劣化。
[0022]因此，与功率模块的操作状态无关地检测半导体的劣化。
[0023]根据特定特征，该设备还包括用于在第三周期之后停用其中一个连接劣化的具有至少一个半导体的组的导通的装置。
[0024]因此，模数转换器所需的分辨率降低，并且监测系统的成本降低。
[0025]根据特定特征，该设备还包括用于通知连接的劣化的装置。
[0026]因此，出于维护目的，功率模块的健康状态可以传达给用户。
[0027]根据特定特征，预定持续时间等于第一周期的总持续时间的75％。
[0028]因此，测量电压由功率模块的连接电阻决定，从而降低了模数转换器的所需的灵敏度，并且降低了实现成本。
[0029]根据特定特征，该设备还包括：
[0030]用于检查在第二周期期间测量的电压是否高于预定电压值，以及在第二周期期间测量的电压是否高于预定电压值的装置，
[0031]用于禁用用于在脉宽调制的第三周期中半导体的导通状态的持续时间的所述一部分期间依次禁用具有至少一个半导体的各个组的导通的装置以及用于在每次禁用具有至少一个半导体的一个组的导通时测量向负载提供的电压的装置的装置。
[0032]因此，因为最大化了针对每个单独半导体的对连接电阻的灵敏度，模数转换器的灵敏度要求降低。
[0033]根据特定特征，预定电压值等于2.5伏。
[0034]因此，在一般的半导体设备中，该电压显著高于饱和电压，从而表明半导体传导大量负载电流，因此，最大化了电压对连接电阻的灵敏度。
[0035]根据特定特征，每一组包括至少两个半导体，并且该设备还包括：
[0036]用于在连接中的一个劣化的情况下确定在脉宽调制的第四周期中半导体的导通状态的持续时间是否高于预定持续时间的装置，
[0037]用于在连接中的一个劣化的情况下在脉宽调制的第四周期中半导体的导通状态的持续时间高于预定值时，在脉宽调制的第五周期中包括劣化的连接的组的半导体的导通状态期间，测量由半导体向负载提供的电压的装置，
[0038]用于在连接中的一个劣化的情况下在脉宽调制的第六周期中半导体的导通状态的持续时间的一部分期间依次禁用包括劣化的连接的组的各个半导体的导通，并且用于在每次禁用具有至少一个半导体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于监测功率模块的半导体的连接的设备，所述半导体并联连接并且根据脉宽调制向负载提供电压和电流，所述设备针对每个半导体包括驱动器，所述驱动器用于驱动所述半导体的栅极，以便于在所述脉宽调制的每个周期将所述半导体设置为导通状态或非导通状态，所述设备的特征在于所述半导体被分为包括至少一个半导体的多个组，并且在于所述设备包括：用于确定在所述脉宽调制的第一周期中所述半导体的导通状态的持续时间是否高于预定持续时间的装置，用于在所述脉宽调制的所述第一周期中所述半导体的导通状态的持续时间高于预定值的情况下在所述脉宽调制的第二周期中所述半导体的导通状态期间测量由所述半导体向所述负载提供的电压的装置，用于在所述脉宽调制的第三周期中所述半导体的导通状态的持续时间的一部分期间依次禁用具有至少一个半导体的各个组的导通，并且用于在每次禁用具有至少一个半导体的一个组的导通时测量向所述负载提供的电压的装置，用于确定在所述第二周期期间测量的电压与在所述第三周期期间测量的各个电压之间的差的装置，用于根据所述差的值对所述差进行排序的装置，用于检查所确定的顺序是否与存储在所述设备的存储器中的顺序相同的装置，用于在所确定的顺序不同于存储在所述设备的所述存储器中的顺序的情况下确定具有至少一个半导体的一个组的一个半导体的连接劣化的装置。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括用于在所述第三周期之后停用其中一个连接劣化的具有至少一个半导体的组的导通的装置。3.根据权利要求1和2中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备还包括用于通知连接的劣化的装置。4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述预定持续时间等于所述第一周期的总持续时间的75％。5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：用于检查在所述第二周期期间测量的电压是否高于预定电压值以及在所述第二周期期间测量的电压是否高于预定电压值的装置，用于禁用用于在所述脉宽调制的所述第三周期中所述半导体的导通状态的持续时间的所述一部分期间依次禁用具有至少一个半导体的各个组的导通的装置以及用于在每次禁用具有至少一个半导体的一个组的导通时测量向所述负载提供的电压的装置的装置。6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述预定电压值等于2.5伏。7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于各个组包括至少两个半导体，并且在于所述设备还包括：用于在连...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：