一种功率半导体模块结温在线评估方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种功率半导体模块结温在线评估方法及装置，属于电子器件电学和热学测量技术领域，方法包括：记录温度传感器处的瞬态温升曲线；记录芯片处的瞬态温降曲线；将芯片处的瞬态温降曲线转化为芯片处的瞬态温升曲线；根据芯片处的瞬态温升曲线和温度传感器处的瞬态温升曲线，计算芯片到温度传感器的瞬态热阻；根据预构建的热阻热容网络FOSTER模型，对芯片到温度传感器的瞬态热阻进行拟合，以获取芯片到温度传感器的瞬态热阻曲线；根据芯片到温度传感器的瞬态热阻曲线，计算芯片到温度传感器的脉冲热阻；根据芯片到温度传感器的脉冲热阻，计算功率半导体模块的结温。本发明专利技术通过芯片到温度传感器的脉冲热阻，能够计算功率半导体模块的结温。功率半导体模块的结温。功率半导体模块的结温。

【技术实现步骤摘要】
一种功率半导体模块结温在线评估方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种功率半导体模块结温在线评估方法及装置，属于电子器件电学和热学测量


技术介绍

[0002]功率半导体模块的内部温度评估对其可靠性至关重要，结温是指功率半导体模块内部芯片有源区温度，一般是内部温度最高的点，目前对于结温的测量主要通过结壳热阻进行计算，即通过测量散热外壳温度结合结壳热阻计算结温，但是在实际应用过程中，壳温的测量较为困难。
[0003]部分功率半导体模块在模块内部嵌入温度传感器(如热敏电阻NTC)，通过测量温度传感器温度，简洁评估结温，但是传感器温度与结温有较大差距，且在不同的应用条件下，差距也不同，无法准确评估结温。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种功率半导体模块结温在线评估方法及装置，通过芯片到温度传感器的脉冲热阻，计算功率半导体模块的结温。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种功率半导体模块结温在线评估方法，包括：
[0007]将功率半导体模块接通电源，使功率半导体模块升温，通过温度采集设备，记录温度传感器处的瞬态温升曲线N(t)；
[0008]将功率半导体模块断开电源，并通过液冷平台，使功率半导体模块由升温转换为降温，通过温度采集设备，记录芯片处的瞬态温降曲线b(t)；
[0009]将芯片处的瞬态温降曲线b(t)转化为芯片处的瞬态温升曲线a(t)；
[0010]根据芯片处的瞬态温升曲线a(t)和温度传感器处的瞬态温升曲线N(t)，计算芯片到温度传感器的瞬态热阻Zth；
[0011]根据预构建的热阻热容网络FOSTER模型，对芯片到温度传感器的瞬态热阻Zth进行拟合，以获取芯片到温度传感器的瞬态热阻曲线Zthj
‑
N；
[0012]根据芯片到温度传感器的瞬态热阻曲线Zthj
‑
N，计算芯片到温度传感器的脉冲热阻Zthj
‑
N(pulse)；
[0013]根据芯片到温度传感器的脉冲热阻Zthj
‑
N(pulse)，结合实际应用中测得的温度传感器处的温度，计算功率半导体模块的结温。
[0014]结合第一方面，进一步的，将所述温度传感器替换为测温二极管，以使采样率达到1MHz。
[0015]结合第一方面，进一步的，将功率半导体模块断开电源，并通过液冷平台，使功率半导体模块由升温转换为降温的过程，所采用的时间小于10μs。
[0016]结合第一方面，进一步的，将芯片处的瞬态温降曲线b(t)转化为芯片处的瞬态温
升曲线a(t)所采用的计算公式如公式(1)所示：
[0017]a(t)＝deltaTjmax
‑
b(t)
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(1)
[0018]公式(1)中，a(t)为芯片处的瞬态温升曲线，b(t)为芯片处的瞬态温降曲线，deltaTjmax为功率半导体模块升温时芯片的最高结温升。
[0019]结合第一方面，进一步的，根据芯片处的瞬态温升曲线a(t)和温度传感器处的瞬态温升曲线N(t)，计算芯片到温度传感器的瞬态热阻Zth所采用的计算公式如公式(2)所示：
[0020][0021]公式(2)中，Zth为芯片到温度传感器的瞬态热阻，a(t)为芯片处的瞬态温升曲线，N(t)为温度传感器处的瞬态温升曲线，P为电源对功率半导体模块施加的功率。
[0022]结合第一方面，进一步的，芯片到温度传感器的瞬态热阻曲线Zthj
‑
N的表达式如公式(3)所示：
[0023][0024]公式(3)中，i为热阻热容网络FOSTER模型中热阻热容网络单元的数量，R
i
为第i个热阻热容网络单元的第一拟合参数，t为功率半导体模块升温时间，τ
i
为第i个热阻热容网络单元的第二拟合参数。
[0025]结合第一方面，进一步的，所述芯片到温度传感器的脉冲热阻Zthj
‑
N(pulse)的表达式如公式(4)所示：
[0026][0027]公式(4)中，z为对功率半导体模块升温时间取对数所获得的值，R(z)为时间常数谱，δ为连续脉冲的占空比，t1为连续脉冲的脉宽，x为对连续脉冲的脉宽t1取对数所获得的值，为卷积运算符号；
[0028]其中，所述时间常数谱R(z)的表达式如公式(5)所示：
[0029][0030]公式(5)中，z为对功率半导体模块升温时间取对数所获得的值，R(z)为时间常数谱，a(z)为对功率半导体模块升温时间取对数后所对应的芯片到温度传感器的瞬态热阻曲线的表达式，a(z)＝Zthj
‑
N(z＝lnt)，w
z
(z)为中间变量，w
z
(z)＝exp[z
‑
exp(z)]，为反卷积运算符号。
[0031]第二方面，本专利技术提供一种功率半导体模块结温在线评估装置，包括：功率半导体模块、电源、温度采集设备和计算机；还包括有用于给所述功率半导体模块降温的液冷平台；所述功率半导体模块包括温度传感器和芯片，所述温度采集设备连接于所述功率半导体模块和计算机之间；所述功率半导体模块和计算机分别与所述电源电连接。
[0032]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0033]1.通过结温点到温度传感器位置的脉冲热阻计算结温，实际应用过程中可在线测
量温度传感器的温度，根据脉冲热阻曲线实时计算结温变化。
[0034]2.通过测温二极管代替普通温度传感器采样，采样频率更高，计算更准确。
[0035]3.本方法可应用于各种内嵌温度传感器的功率半导体模块。
附图说明
[0036]图1是本专利技术实施例提供的一种功率半导体模块结温在线评估方法流程图；
[0037]图2是本专利技术实施例提供的一种功率半导体模块结温在线评估装置中各部件连接关系的示意图；
[0038]图3是本专利技术实施例提供的芯片处的瞬态温降曲线b(t)的示意图；
[0039]图4是本专利技术实施例提供的芯片处的瞬态温升曲线a(t)和温度传感器处的瞬态温升曲线N(t)的示意图；
[0040]图5是本专利技术实施例提供的芯片到温度传感器的瞬态热阻曲线Zthj
‑
N的示意图；
[0041]图6是本专利技术实施例提供的芯片到温度传感器的脉冲热阻Zthj
‑
N(pulse)的示意图；
[0042]图中：1
‑
功率半导体模块，2
‑
测温二极管，3
‑
电源，4
‑
温度采集设备，5
‑
液冷平台，6
‑
计算机。
具体实施方式
[0043]下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率半导体模块结温在线评估方法，其特征在于，包括：将功率半导体模块接通电源，使功率半导体模块升温，通过温度采集设备，记录温度传感器处的瞬态温升曲线N(t)；将功率半导体模块断开电源，并通过液冷平台，使功率半导体模块由升温转换为降温，通过温度采集设备，记录芯片处的瞬态温降曲线b(t)；将芯片处的瞬态温降曲线b(t)转化为芯片处的瞬态温升曲线a(t)；根据芯片处的瞬态温升曲线a(t)和温度传感器处的瞬态温升曲线N(t)，计算芯片到温度传感器的瞬态热阻Zth；根据预构建的热阻热容网络FOSTER模型，对芯片到温度传感器的瞬态热阻Zth进行拟合，以获取芯片到温度传感器的瞬态热阻曲线Zthj
‑
N；根据芯片到温度传感器的瞬态热阻曲线Zthj
‑
N，计算芯片到温度传感器的脉冲热阻Zthj
‑
N(pulse)；根据芯片到温度传感器的脉冲热阻Zthj
‑
N(pulse)，结合实际应用中测得的温度传感器处的温度，计算功率半导体模块的结温。2.根据权利要求1所述的功率半导体模块结温在线评估方法，其特征在于，将所述温度传感器替换为测温二极管，以使采样率达到1MHz。3.根据权利要求1所述的功率半导体模块结温在线评估方法，其特征在于，将功率半导体模块断开电源，并通过液冷平台，使功率半导体模块由升温转换为降温的过程，所采用的时间小于10μs。4.根据权利要求1所述的功率半导体模块结温在线评估方法，其特征在于，将芯片处的瞬态温降曲线b(t)转化为芯片处的瞬态温升曲线a(t)所采用的计算公式如公式(1)所示：a(t)＝deltaTjmax
‑
b(t)
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(1)公式(1)中，a(t)为芯片处的瞬态温升曲线，b(t)为芯片处的瞬态温降曲线，deltaTjmax为功率半导体模块升温时芯片的最高结温升。5.根据权利要求1所述的功率半导体模块结温在线评估方法，其特征在于，根据芯片处的瞬态温升曲线a(t)和温度传感器处的...

【专利技术属性】
技术研发人员：何鑫，李伟邦，董志意，花清源，胡小刚，王红波，
申请(专利权)人：南瑞联研半导体有限责任公司，
类型：发明
国别省市：