开关过程中碳化硅MOSFET芯片瞬态温度实时测量方法技术

本发明专利技术公开了开关过程中碳化硅MOSFET芯片瞬态温度实时测量方法，以栅极电压、源漏电压、源漏电流和温度作为维度，创建四维数据库。本发明专利技术使用可以更加精确表征芯片结温实时变化的温敏参数：栅极电压、源漏电压、源漏电流。测量芯片在不同温度下上述的温敏参数，测量结束后，通过对测量数据插值、拟合，建立栅极电压

【技术实现步骤摘要】
开关过程中碳化硅MOSFET芯片瞬态温度实时测量方法


[0001]本专利技术属于电子器件测试领域，主要涉及应用电学法表征碳化硅MOSFET芯片在开关过程中的瞬态实时温度。

技术介绍

[0002]碳化硅MOSFET芯片在开通的瞬间，负载电容会引发浪涌电流，浪涌电流大小是正常工作电流的数倍。在浪涌电流流经器件源漏两端时，会产生功耗引发剧烈温升，此时的温升很有可能造成碳化硅MOSFET芯片损伤或烧毁。并且随着芯片的性能不断提升、应用的范围越来越广泛，碳化硅MOSFET芯片更多的工作于高频、高压、高电流的工作环境，温升导致芯片可靠性下降的问题日益明显。因此，对芯片开关过程中的实时结温测量具有重要意义。
[0003]对于碳化硅MOSFET芯片的结温测量，尽量要保证不会破坏器件的封装，还要有更快的响应速度，针对这一理念，测温方法多采用电学法测温。在使用电学法测温时，所使用的温敏参数选择性很多，比如阈值电压、开通延迟时间、关断延迟时间、最大关断电流斜率、最大关断电压斜率等，但以上温敏参数大多表征的是芯片在一段时间内的平均值，因此这些温敏参数无法用以体现温度的实时变化。针对体现温度实时变化这一问题，有方法提出使用源漏电流、栅极电压来实时表征温度，但源漏电流是受栅极电压和源漏电压共同影响的，且对于碳化硅MOSFET芯片，源漏电压对源漏电流的影响更为明显。由此可见，使用栅极电压、源漏电压、源漏电流共同来表征温度更为准确，且实时性更高。本专利技术提出了一种可实时测量芯片温度且较为可行的测量结温的方法：以栅极电压、源漏电压、源漏电流和温度作为维度，创建四维数据库。当已知栅极电压、源漏电压、源漏电流时，可根据此四维数据库得出温度，由此四维数据库，实现用栅极电压、源漏电压、源漏电流来表征碳化硅MOSFET芯片温度。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术所要解决的是碳化硅MOSFET芯片在开关过程中的瞬态实时测温问题，通过对芯片开关过程中温度的实时监控，用以提高芯片的可靠性。
[0005]本专利技术的主要专利技术点在于：提出一种碳化硅MOSFET芯片栅极电压
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源漏电压
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源漏电流
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温度四维校温数据库的建立方法。对比传统的电学法测量芯片结温的方式，本专利技术使用可以更加精确表征芯片结温实时变化的温敏参数：栅极电压、源漏电压、源漏电流。测量芯片在不同温度下上述的温敏参数，测量结束后，通过对测量数据插值、拟合，建立栅极电压
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源漏电压
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源漏电流
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温度四维校温数据库。在测量碳化硅MOSFET芯片结温时，可通过测量芯片的栅极电压、源漏电压、源漏电流，并使用此建立好的四维校温数据库，反推出芯片温度。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]使用温箱作为加热装置，但加热装置不限于温箱，本说明书以温箱为例。将芯片放置于温箱当中，对芯片施加恒定栅压使其导通，等待足够的时间，确保芯片的温度与温箱一
致。当温度一致后，施加阶梯脉冲电流，通过阶梯脉冲电流可以有效防止芯片自升温，芯片自升温会导致结果误差过大。测量工作状态下芯片的栅极电压、源漏电压以及源漏电流。
[0008]通过以上的工作，根据测量出的温度、栅极电压、源漏电压、源漏电流数据，利用Matlab软件，使用插值算法，最终建立四维校温数据库。
[0009]实现本专利技术中MOSFET结温测量方法的装置包括：待测碳化硅MOSFET芯片(1)，阶梯脉冲电流发生器(2)，数据采集仪器(3)，温箱(4)，芯片固定夹具(5)等。其中阶梯脉冲电流发生器(2)的作用是用来持续时间短、幅值递增的脉冲电流。数据采集仪器(5)用来测量待测芯片工作时的电参数：栅极电压、源漏点压、源漏电流。
附图说明
[0010]图1为步骤一、步骤二、步骤三、步骤四、步骤五所使用装置示意图，图中，1为碳化硅MOSFET芯片，2为脉冲电流发生器，3为数据采集仪器，4为温箱，5为器件夹具。
[0011]图2为本专利技术特征流程图。
具体实施方式
[0012]下面结合附图和对本专利技术进行更详细的说明。
[0013]本专利技术的结温测试装置如图1所示。
[0014]步骤一，使用芯片固定夹具(5)和导线连接待测碳化硅MOSFET芯片(1)、阶梯脉冲电流发生器(2)、数据采集仪器(3)，并将芯片固定夹具(5)和待测碳化硅MOSFET芯片放置于温箱(4)当中，设定温箱(4)的温度为30℃，给待测碳化硅MOSFET芯片(1)施加15V恒定栅压使其导通，等待足够时间，使用温箱(4)给待测碳化硅MOSFET芯片(1)加热，直至待测碳化硅MOSFET芯片(1)温度与温箱设置温度一致。
[0015]步骤二，当加热时间达到预期的时间后，使用阶梯脉冲电流发生器(2)给待测碳化硅MOSFET芯片(1)施加递增变化的电流，期间利用数据采集仪器(5)测量待测碳化硅MOSFET芯片(1)的电参数：栅极电压、源漏电压、源漏电流，并记录此时温箱(4)的温度。
[0016]步骤三，保持温箱(4)温度不变，重复步骤一、步骤二，修改施加的恒定栅压使待测碳化硅MOSFET芯片(1)导通，每次栅压递增0.2V，直至栅极电压达到20V，测试并记录不同栅极电压下源漏电压、源漏电流和温度数据。
[0017]步骤四，重复步骤一、步骤二和步骤三，此时修改温箱(4)温度，温度每次增加5℃，记录不同温度下栅极电压、源漏电压、源漏电流数据，直至温箱(4)的温度达到120℃。测量并记录数据完毕后，应用插值算法处理数据，并建立四维校温数据库。处理数据的程序使用Matlab编写，在处理所测数据时，所测源漏电压、源漏电流很难得到理想的网格化数据，所以先使用griddata函数处理数据，以得到不同栅压时，相应的网格化源漏电压、源漏电流以及相应的温度，而后使用interp3函数处理网格化数据，应用的插值算法为三次样条插值。
[0018]步骤五，在实际开关过程中，测量芯片在实际过程中的栅极电压、源漏电压、源漏电流，将此三个电参数代入到步骤四所创建的四维校温数据库当中，即可得到芯片的实时温度。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.开关过程中碳化硅MOSFET芯片瞬态温度实时测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，使用芯片固定夹具(5)和导线连接待测碳化硅MOSFET芯片(1)、阶梯脉冲电流发生器(2)、数据采集仪器(3)，并将芯片固定夹具(5)和待测碳化硅MOSFET芯片放置于温箱(4)当中，设定温箱(4)的温度为30℃，给待测碳化硅MOSFET芯片(1)施加15V恒定栅压使其导通，等待足够时间，使用温箱(4)给待测碳化硅MOSFET芯片(1)加热，直至待测碳化硅MOSFET芯片(1)温度与温箱设置温度一致；步骤二，当加热时间达到预期的时间后，使用阶梯脉冲电流发生器(2)给待测碳化硅MOSFET芯片(1)施加递增变化的电流，期间利用数据采集仪器(5)测量待测碳化硅MOSFET芯片(1)的电参数：栅极电压、源漏电压、源漏电流，并记录此时温箱(4)的温度，记录相关的数据；步骤三，保持温箱(4)温度不变，重复步骤一、步骤二，修改施加的恒定栅压使待测碳化硅MOSFET芯片(1)导通，每次栅压递增例如但不限于0.2V，直至栅...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭春生，徐文轩，王跃，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：