CN107315877A - 一种预测功率器件结温的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种预测功率器件结温的方法及系统，方法包括：获取被测器件的积分结构函数曲线；根据被测器件的封装形式、封装材料、积分结构函数曲线的起点确定第一芯片层；根据积分结构函数曲线中对应第一芯片层的曲线段的斜率对第一芯片层进行分层，得到各热等效层及对应的热阻值；根据各热等效层及对应的热阻值建立被测器件的芯片层的热等效分层模型，以预测被测器件的结温。本发明对芯片层建立热等效分层模型时，采用的是热等效分层结构，而不是物理性的分层，因此，热等效分层模型可准确表征功率半导体器件中芯片层的热分布特性，该模型能精确预测功率器件的结温，而且建立该热等效分层模型的方法适用于一切功率半导体芯片，便于实施和推广。

Description

一种预测功率器件结温的方法及系统

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别是涉及一种预测功率器件结温的方法及系统。

背景技术

功率半导体器件在电力系统中的应用越来越广泛，全世界至少60％以上的电能由它来控制的，未来在全球能源互联网的趋势下，随着大规模新能源发电并网和电动汽车等移动不可预测负荷接入电网，这一比例将大大上升。因此，对于功率半导体器件的研究工作也成为近些年的热点，尤其是高电压大功率半导体器件。

压接型功率半导体器件，如压接型绝缘栅双极型晶体管(Insulated GateBipolarTransistor，IGBT)，具有功率密度大、双面散热、易于串联以及可靠性高等优点，现己逐步应用于电力系统的高压直流输电(HVDC)、电力机车等高电压、大功率应用场合。如图1所示，压接型IGBT包括多个子模组10，其中子模组10依次包括：集电极101、集电极侧钼片102、硅芯片103、发射极侧钼片104、银片105、凸台106、发射极107，图中F表示夹具夹紧力，其方向如图中剪头所示。直流断路器作为柔性直流输电系统的核心装备，其性能制约着柔性直流输电系统的发展，压接型IGBT器件由于易于串联、可靠性高成为直流断路器用开关器件的首先。而压接型IGBT器件的结温是其最重要的参数之一，结温的准确测量和预测可以为器件的优化设计、可靠性以及寿命预测提供重要的依据和指导。但是，由于半导体器件内部的芯片层结构复杂、尺寸较小，使其结温的准确测量和预测非常困难。IGBT芯片正常工作时会在PN结处产生大量的热量，造成PN结的温度升高，其中IGBT芯片的结温就是指PN结上的最高温度。目前对IGBT等功率器件进行结温预测的方法主要分为两大类，一类是实验测量，另一类是通过有限元方法或者基于物理方法建立等效的热模型进行模拟预测。

实验测量方法中又可以分为三大类：光学测量法、物理接触法和电学间接测量法。光学测量法是利用了随温度变化的光学特性，通过发射或者反射辐射等来进行工作，优点是非接触式，如红外热成像仪，还可以看到芯片表面的温度分布，但表征的是芯片表面的温度，并不是IGBT芯片内部真正PN结的结温。物理接触法则是通过热电偶或者温度敏感参数的元件与被测表面接触实现温度的测量，这种方法虽然简单，但也只是测量被测物体表面的某点或某面的温度，并不能表征芯片层内部的PN结温度。电学间接测量法则是通过测量芯片内部与温度变化相关的电学参数的变化来实现结温的测量，这种测量方法不受封装形式等影响，应用最广泛，但是测量得到的结温也是整个芯片最大结温的平均值，不仅无法表征多芯片间结温的差异，而且不能表征芯片层不同PN结的温度。

仿真的方法主要是通过建立等效模型进行分析，目前对于功率半导体器件中芯片的仿真模型主要有三种。第一种是最简单的，将半导体芯片作为一个整体考虑即作为本征层处理，这类芯片模型主要出现在半导体器件的有限元模型中，采用多物理场耦合的方法研究器件的特性，这种芯片模型直接忽视了芯片内部复杂的结构，不能对芯片内部特性进行准确分析，同时不能体现芯片内部温度分布的差异性。第二种是芯片的单元胞模型，如图2所示，包括发射极(e)201、集电极(c)202和门极(G)203，N型基区204。这类芯片模型出现在半导体仿真软件TCAD中，基于工艺仿真模拟芯片的制造过程，能充分考虑芯片内部元胞的复杂结构，但一个芯片内部有上万个元胞，元胞之间采用并联的方式连接，一个元胞的结构的结构模型不能直接等效为芯片层的结构模型，同时很难与外面仿真相结合，应用难度大。第三种是芯片的物理分层模型，这类芯片模型主要是应用于芯片的有限元模型中，将芯片按照有源区、终端区的物理结构分为耗尽层和等效层，这种芯片模型能够一定程度上研究芯片内部的电热特性分布，但根据物理结构分层的缺点是每一层的物理尺寸和边界条件都是根据经验来设置的，没有对应的理论作为依据支撑，结温预测的误差较大，同时模型也相对比较复杂，不利于实际应用和推广。

综上可见，现有的基于实验测量的方法和通过建立等效的热模型进行模拟预测结温的方法，都不能充分表征芯片层内部的PN结温度，结温预测的误差较大。因此，如何精确预测功率器件的结温，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种预测功率器件结温的方法，能够精确预测功率器件的结温。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种预测功率器件结温的方法，所述方法包括：

获取被测器件的积分结构函数曲线；

根据所述被测器件的封装形式、封装材料、所述积分结构函数曲线的起点确定所述被测器件的第一芯片层；

根据所述积分结构函数曲线中对应所述第一芯片层的曲线段的斜率对所述第一芯片层进行分层，得到各热等效层及对应的热阻值；

根据各所述热等效层及对应的热阻值建立所述被测器件的所述芯片层的热等效分层模型，以预测所述被测器件的结温。

可选的，所述根据所述被测器件的封装形式、封装材料、所述积分结构函数曲线的起点确定所述被测器件的芯片层之前还包括：

获取被测器件的微分结构函数曲线；

根据所述被测器件的封装形式、封装材料和所述微分结构函数曲线的拐点确定所述被测器件的第二芯片层；

根据所述第二芯片层对所述第一芯片层进行校正得到校正的第一芯片层。

可选的，与所述被测器件的微分结构函数曲线对应的微分结构函数为：

ρ(R)＝c×ρ×k×A²，

其中，ρ(R)表示器件的微分结构函数，A表示材料的横截面积，k表示材料的热导率，c表示材料的比热容，ρ表示材料的密度。

可选的，与所述被测器件的积分结构函数曲线对应的积分结构函数为：

C(R)＝c×ρ×k×A²×R，

其中，C(R)表示器件的积分结构函数，R表示器件的热阻，A表示材料的横截面积，k表示材料的热导率，c表示材料的比热容，ρ表示材料的密度。

本发明的目的是提供一种预测功率器件结温的系统，能够精确预测功率器件的结温。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种预测功率器件结温的系统，所述系统包括：

积分曲线获取模块，用于获取被测器件的积分结构函数曲线；

第一芯片层确定模块，与所述积分曲线获取模块连接，用于根据所述被测器件的封装形式、封装材料、所述积分结构函数曲线的起点确定所述被测器件的第一芯片层；

分层模块，分别与所述积分曲线获取模块和所述第一芯片层确定模块连接，用于根据所述积分结构函数曲线中对应所述第一芯片层的曲线段的斜率对所述第一芯片层进行分层，得到各热等效层及对应的热阻值；

分层模型确定模块，与所述分层模块连接，用于根据各所述热等效层及对应的热阻值建立所述被测器件的所述芯片层的热等效分层模型，以预测所述被测器件的结温

可选的，所述系统还包括：

微分曲线获取模块，用于获取被测器件的微分结构函数曲线；

第二芯片层确定模块，与所述微分曲线获取模块连接，用于根据所述被测器件的封装形式、封装材料和所述微分结构函数曲线的拐点确定所述被测器件的第二芯片层；

校正模块，与所述第二芯片层确定模块和所述第一芯片层确定模块连接，用于根据所述第二芯片层对所述第一芯片层进行校正得到校正的第一芯片层。

可选的，与所述被测器件的微分结构函数曲线对应的微分结构函数为：

ρ(R)＝c×ρ×k×A²，

其中，ρ(R)表示器件的微分结构函数，A表示材料的横截面积，k表示材料的热导率，c表示材料的比热容，ρ表示材料的密度。

可选的，与所述被测器件的积分结构函数曲线对应的积分结构函数为：

C(R)＝c×ρ×k×A²×R，

其中，C(R)表示器件的积分结构函数，R表示器件的热阻，A表示材料的横截面积，k表示材料的热导率，c表示材料的比热容，ρ表示材料的密度。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明根据被测器件的封装形式、封装材料及积分结构函数曲线的起点确定其芯片层，然后根据积分结构函数曲线中对应芯片层的曲线段的斜率对芯片层进行细化分层，得到各热等效层及对应的热阻值。可见，本发明对芯片层建立热等效分层模型时，采用的是热等效分层结构，而不是物理性的分层。因此，本发明提供的热等效分层模型能够准确表征功率半导体器件中芯片层的热分布特性，从而能够实现精确预测功率器件结温的目的。

本发明从热阻分层角度对芯片层进行了热等效建模，其建立的热等效分层模型适用于一切功率半导体芯片，如功率二极管、晶体管、晶闸管、金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)、IGBT等，模型的适应性强，便于实施和推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为压接型IGBT器件结构示意图；

图2为IGBT芯片元胞结构示意图；

图3为本发明实施例1的流程图；

图4为本发明实施例2的结构框图；

图5为本发明实施例3内部接触热阻测量夹具示意图；

图6为本发明实施例3瞬态热阻抗曲线测量电路图；

图7为本发明实施例3瞬态热阻抗曲线测量时序图；

图8为本发明实施例3中Cauer热网络模型变换过程示意图；

图9为本发明实施例3积分结构函数曲线图；

图10为本发明实施例3积分结构函数曲线和微分结构函数曲线对照图；

图11为本发明实施例3芯片层PN结的结构示意图；

图12为本发明实施例3芯片层PN结的热等效分层模型。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种预测功率器件结温的方法及系统，能够精确预测功率器件的结温。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

如图3所示，一种预测功率器件结温的方法包括：

步骤11：获取被测器件的积分结构函数曲线；

步骤12：根据所述被测器件的封装形式、封装材料、所述积分结构函数曲线的起点确定所述被测器件的第一芯片层；

步骤13：根据所述积分结构函数曲线中对应所述第一芯片层的曲线段的斜率对所述第一芯片层进行分层，得到各热等效层及对应的热阻值；

步骤14：根据各所述热等效层及对应的热阻值建立所述被测器件的所述芯片层的热等效分层模型，以预测所述被测器件的结温。

优选地，执行步骤13之前还包括：

步骤15：获取被测器件的微分结构函数曲线；

步骤16：根据所述被测器件的封装形式、封装材料和所述微分结构函数曲线的拐点确定所述被测器件的第二芯片层；

步骤17：根据所述第二芯片层对所述第一芯片层进行校正得到校正的第一芯片层。

本实施例中，与所述被测器件的微分结构函数曲线对应的微分结构函数为：

ρ(R)＝c×ρ×k×A²，

其中，ρ(R)表示器件的微分结构函数，A表示材料的横截面积，k表示材料的热导率，c表示材料的比热容，ρ表示材料的密度；

与所述被测器件的积分结构函数曲线对应的积分结构函数为：

C(R)＝c×ρ×k×A²×R，

其中，C(R)表示器件的积分结构函数，R表示器件的热阻，A表示材料的横截面积，k表示材料的热导率，c表示材料的比热容，ρ表示材料的密度。

本发明提供的预测结温的方法，通过对半导体器件的芯片层进行热网络模型的等效，不仅可以与外部电路和具体应用工况结合进行芯片内部的结温预测，还可以表征芯片内部温度的轴向分布情况。

实施例2：

如图4所示，一种预测功率器件结温的系统包括：

积分曲线获取模块21，用于获取被测器件的积分结构函数曲线；

第一芯片层确定模块22，与所述积分曲线获取模块连接，用于根据所述被测器件的封装形式、封装材料、所述积分结构函数曲线的起点确定所述被测器件的第一芯片层；

分层模块23，分别与所述积分曲线获取模块和所述第一芯片层确定模块连接，用于根据所述积分结构函数曲线中对应所述第一芯片层的曲线段的斜率对所述第一芯片层进行分层，得到各热等效层及对应的热阻值；

分层模型确定模块24，与所述分层模块连接，用于根据各所述热等效层及对应的热阻值建立所述被测器件的所述芯片层的热等效分层模型，以预测所述被测器件的结温

优选地，所述系统还包括：

微分曲线获取模块25，用于获取被测器件的微分结构函数曲线；

第二芯片层确定模块26，与所述微分曲线获取模块25连接，用于根据所述被测器件的封装形式、封装材料和所述微分结构函数曲线的拐点确定所述被测器件的第二芯片层；

校正模块27，分别与所述第二芯片层确定模块26和所述第一芯片层确定模块22连接，用于根据所述第二芯片层对所述第一芯片层进行校正得到校正的第一芯片层。

本实施例中，与所述被测器件的微分结构函数曲线对应的微分结构函数为：

ρ(R)＝c×ρ×k×A²，

其中，ρ(R)表示器件的微分结构函数，A表示材料的横截面积，k表示材料的热导率，c表示材料的比热容，ρ表示材料的密度；

与所述被测器件的积分结构函数曲线对应的积分结构函数为：

C(R)＝c×ρ×k×A²×R，

其中，C(R)表示器件的积分结构函数，R表示器件的热阻，A表示材料的横截面积，k表示材料的热导率，c表示材料的比热容，ρ表示材料的密度。

本实施例中，分层模块23确定的芯片的分层结构与器件中组件的层状结构相似，因此，分层模型确定模块24建立的热等效分层模型可以方便的扩展到器件的模型中，扩展性很好，可以根据实际应用工况来研究器件整体的电热特性分布。

实施例3：

直流断路器的应用工况是压接型IGBT器件需要在3ms关断大电流，而在这么短的时间内产生的热量很难通过外部的散热器散出，热量主要集中在芯片内部，所以芯片内部等效热网络的建模对结温的预测非常重要。鉴于目前功率半导体器件中芯片结温预测以及仿真模型的局限性，再结合直流断路器应用工况时的瞬态结温预测需求，本实施例提供的一种预测功率器件结温的方法包括：

步骤31：获取被测器件的积分结构函数曲线和微分结构函数曲线；

步骤311：测量被测器件的电学参数与对应的等效平均结温，间接得到器件正常工作时的等效平均结温曲线：

步骤3111：将被测压接型功率半导体器件(以下简称被测器件)与相应的测量夹具系统一并放入一个恒温箱中，给被测器件输入一个很小的感应电流I_sense，使被测器件产生一定的结压降V_cc，其中，感应电流I_sense的大小需要满足既能使被测器件产生一定的结压降，又不会使器件发生明显的发热，优选地，I_sense为器件的维持电流；

步骤3112：将恒温箱温度升高到指定温度，开始自然降温，降温的过程中每降5度采集一次电学参数值即结压降V_cc，将各测量点依次连接，得到被测器件结温T_j与电学参数V_cc的变化关系曲线，即被测器件的等效平均结温曲线。在热阻测试过程中，只需要测量相应的电学参数即可根据等效平均结温曲线转换得到器件每个时刻的等效平均结温。

步骤312：给被测器件通过入一定的加热电流使其达到热平衡后，测量其降温时的瞬态热阻抗曲线：

步骤3121：如图5所示，压接型IGBT器件内部热阻测量夹具包括：上基板11、中基板12、下基板13、立柱21、螺母22、压力维持板3、压力施加装置4、压力均布装置5、冷却系统接口61、直流母排接口62、散热基板63、绝缘板7、传感器8。其中，压力施加装置4包括：基座41、顶杆42、显示仪表43；压力均布装置5包括：导柱51、碟簧52、半球面53。

将被测器件30夹在压接型半导体器件热阻测量夹具的第一散热器1和第二散热器2之间，器件的上壳表面301与第一散热器1可直接接触，或在器件的上壳表面301与第一散热器1之间涂液态金属以降低接触界面的接触热阻。由于常规的导热硅脂都是导热但绝缘的界面材料，所以不适合作为压接型功率半导体器件与散热器间的界面材料，而本实施例中采用的液态金属是一种导电和导热性良好的合金。测量单面散热热阻时，在被测器件的下壳表面302与第二散热器2间添加一个绝热层，利用测量夹具给被测器件施加相应的工作压力F；

步骤3122：如图6和图7所示，第一电流源601的电流为I_drive，第二电流602的电流为I_sense，第一电压源603的电压为15V，给被测器件605通入加热电流I_drive，其加热功率为P，使被测器件605发热。t1时间段为加热阶段，当被测器件605内部结温T_j达到热平衡即被测器件温度保持不变后，将外部加热电流I_drive切换到感应电流I_sense。由于感应电流很小，器件几乎不会产生热量，所以器件内部结温开始下降，t2时间段为冷却阶段。此时通过电压表604测量器件两端各个时刻的结压降V_cc，再通过步骤311中的电学参数与等效平均结温的关系，即等效平均结温曲线即可得到被测器件各个时刻的等效平均结温T_j；

当t＝0时没有加热电流I_drive，器件的结温T_j就是器件的壳温T_c，则可通过公式(1)得到器件的瞬态热阻抗Z_th，并根据公式(1)绘制绘制被测器件的瞬态热阻抗曲线。

步骤313：对实验得到的瞬态热阻抗曲线进行数值求导得到瞬态热阻阻抗曲线的导数关系曲线：

对实验得到的瞬态热阻抗公式即公式(1)进行变量代换，令z＝ln(t)，然后再进行数值求导可得到瞬态热阻抗曲线的导数关系曲线da(z)/dz，其中a(z)如公式(2)所示；

步骤314：对瞬态热阻抗曲线的导数关系曲线再进行数值反卷积计算得到器件的时间常数谱；

对瞬态热阻抗曲线的导数关系曲线(da(z))/dz进行数值反卷积计算得到公式(3)所示的器件的时间常数谱R(z)，其中w_z(z)＝exp[z-exp(z)]；

其中：表示反卷积计算的运算符号；

步骤315：将器件的时间常数谱进行离散化可以得到器件的阻容网络模型Foster模型，通过Foster热网络与Cauer热网络模型的转换关系将Foster热网络转换为Cauer热网络模型；

将器件的时间常数谱R(z)进行离散化可以得到器件的阻容热网络模型Foster模型，通过Foster热网络与Cauer热网络模型的转换关系，即通过公式(4)将Foster热网络转换为Cauer热网络模型，上述步骤313～步骤315的变换过程如图8所示；

其中：s为拉普拉斯算子，C₁、C₂、…C_n分别代表每层材料的热容，R₁、R₂…R_n分别代表每层材料的热阻。

步骤316：通过器件的Cauer热网络模型可以得到器件的积分结构函数C(R)＝f(R)，即热阻与热容的关系，将热容对热阻进行微分即可得到器件的微分结构函数

通过器件的Cauer热网络模型可以得到器件的积分结构函数C(R)＝f(R)，即热阻与热容的关系。器件的Cauer热网络模型和积分结构函数的对应关系如图9所示，Cauer热网络模型中每个节点的热阻R_thi和热容C_thi与积分结构函数一一对应。再将热容对热阻进行微分即可得到器件的微分结构函数ρ(R)＝dC/dR，积分结构函数和微分结构函数如公式(5)和公式(6)；

C(R)＝c·ρ·k·A²·R (5)

其中：C(R)为器件的积分结构函数，单位是W*s/K]；ρ(R)为器件的微分结构函数，单位是W²*s/K²；R为器件的热阻，单位是K/W；A为材料的横截面积，单位是m²；k为材料的热导率，单位是W/(m*K)；c为材料的比热容，单位是J/(kg*K)，ρ为材料密度，单位是kg/m³。

步骤32：结合器件的封装形式和封装材料，再通过器件的积分结构函数和微分结构函数确定器件内部的各层结构，并确定芯片所对应的积分结构函数和微分结构函数；

积分结构函数中，器件中相同截面积的同一种材料的热容与热阻是线性关系，具有一个固定的斜率，当热量经过器件中同一材料的不同截面积或不同材料时，斜率就会发生变化，即每个不同斜率代表不同材料或不同截面积。

微分结构函数中，幅值K，即微分结构函数曲线中的拐点与器件的材料参数和几何参数有关，与器件的热阻值没有关系，图中的峰值点(拐点)即是器件中不同材料或不同截面积的交界处，可以通过峰值点来判别器件内部不同的材料的分界点。

如图10所示，微分结构函数曲线L2中的第一分界线l₁和第三分界线l₃分别代表不同的材料的分界处，l₁和l₃之间包括热阻值R1+Rc。而积分结构函数曲线L1中的第一分界线l₁和第二分界线l₂分别代表两层不同材料，l₁和l₂之间代表同一层材料，热阻值为R1，之所以存在Rc的误差，因为Rc是不同层材料间的接触热阻。积分结构函数曲线L1和微分结构函数曲线L2中的起点就是芯片的PN结，所以l₁左侧对应的就是半导体芯片区域，即芯片层。

步骤33：对芯片层的积分结构函数和微分结构函数进行同样的分层处理，可以得到芯片内部的热等效分层结构以及各热等效层的热阻值，其中，热等效分层结构包括各热等效层；

芯片内部结构复杂，有着上万个元胞结构，每个元胞结构又有复杂的微观结构，具体的结构如图2所示。从元胞结构可以看出，虽然芯片的材料都是硅，但是因为内部各部分掺杂的离子种类、离子浓度、掺杂方式不同，造成局部微结构的热导率、热容、导热截面积都不同，即内部存在热阻不同的微结构，因此可根据此原理对芯片进行热等效分层建模，来研究芯片内部的热分布特性；

对图10所示的芯片层区域，即芯片层的积分结构函数曲线和微分结构函数曲线进行同样的处理，通过对比可以得到芯片的热等效分层结构，以及每层的热阻值。具体对比方法如步骤32中描述，不同的是芯片的各等效层之间因为不存在实质的物理分层所以不存在接触热阻；

步骤34：根据步骤33中的热等效分层结构和等效热阻值建立芯片的等效热网络模型；

根据芯片的热等效分层结构，对芯片进行分层建模。如图11和图12所示，芯片PN结的热等效分层模型为Cauer热网络模型，每一层对应一个热阻值，其仅仅具有热等效意义，可用于半导体芯片结温和内部温度轴向分布的准确预测，并没有实际的物理或电气特性意义，不代表芯片实际的分层结构。本实施例中建立的芯片层的热等效分层模型即为芯片层的等效电路。

本实施例针对功率半导体器件内部芯片缺乏合理准确的结温预测模型以及很难准确预测芯片内部PN结处真正结温的问题，提供的功率半导体芯片等效热网络模型的建模方法，将基于实验测量的结果作为芯片分层的依据，不再是单纯根据经验办法，保证了建模方法的科学性。对芯片采用热等效分层结构，不是物理性的分层，在充分表征了芯片内部热等效的复杂结构的同时，还简化了模型的复杂度，预测结果准确可靠。

本发明提供的功率半导体芯片内部等效热网络模型的建模方法，适用于一切功率半导体器件中芯片的仿真建模以及结温的准确预测，而且其等效热网络模型也可以方便的扩展到任何封装结构的模型中。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种预测功率器件结温的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取被测器件的积分结构函数曲线；

根据所述被测器件的封装形式、封装材料、所述积分结构函数曲线的起点确定所述被测器件的第一芯片层；

根据所述积分结构函数曲线中对应所述第一芯片层的曲线段的斜率对所述第一芯片层进行分层，得到各热等效层及对应的热阻值；

根据各所述热等效层及对应的热阻值建立所述被测器件的所述芯片层的热等效分层模型，以预测所述被测器件的结温。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述被测器件的封装形式、封装材料、所述积分结构函数曲线的起点确定所述被测器件的芯片层之前还包括：

获取被测器件的微分结构函数曲线；

根据所述被测器件的封装形式、封装材料和所述微分结构函数曲线的拐点确定所述被测器件的第二芯片层；

根据所述第二芯片层对所述第一芯片层进行校正得到校正的第一芯片层。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，与所述被测器件的微分结构函数曲线对应的微分结构函数为：

ρ(R)＝c×ρ×k×A²，

其中，ρ(R)表示器件的微分结构函数，A表示材料的横截面积，k表示材料的热导率，c表示材料的比热容，ρ表示材料的密度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，与所述被测器件的积分结构函数曲线对应的积分结构函数为：

C(R)＝c×ρ×k×A²×R，

其中，C(R)表示器件的积分结构函数，R表示器件的热阻，A表示材料的横截面积，k表示材料的热导率，c表示材料的比热容，ρ表示材料的密度。

5.一种预测功率器件结温的系统，其特征在于，所述系统包括：

积分曲线获取模块，用于获取被测器件的积分结构函数曲线；

第一芯片层确定模块，与所述积分曲线获取模块连接，用于根据所述被测器件的封装形式、封装材料、所述积分结构函数曲线的起点确定所述被测器件的第一芯片层；

分层模块，分别与所述积分曲线获取模块和所述第一芯片层确定模块连接，用于根据所述积分结构函数曲线中对应所述第一芯片层的曲线段的斜率对所述第一芯片层进行分层，得到各热等效层及对应的热阻值；

分层模型确定模块，与所述分层模块连接，用于根据各所述热等效层及对应的热阻值建立所述被测器件的所述芯片层的热等效分层模型，以预测所述被测器件的结温。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

微分曲线获取模块，用于获取被测器件的微分结构函数曲线；

第二芯片层确定模块，与所述微分曲线获取模块连接，用于根据所述被测器件的封装形式、封装材料和所述微分结构函数曲线的拐点确定所述被测器件的第二芯片层；

校正模块，与所述第二芯片层确定模块和所述第一芯片层确定模块连接，用于根据所述第二芯片层对所述第一芯片层进行校正得到校正的第一芯片层。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，与所述被测器件的微分结构函数曲线对应的微分结构函数为：

ρ(R)＝c×ρ×k×A²，

其中，ρ(R)表示器件的微分结构函数，A表示材料的横截面积，k表示材料的热导率，c表示材料的比热容，ρ表示材料的密度。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，与所述被测器件的积分结构函数曲线对应的积分结构函数为：

C(R)＝c×ρ×k×A²×R，

其中，C(R)表示器件的积分结构函数，R表示器件的热阻，A表示材料的横截面积，k表示材料的热导率，c表示材料的比热容，ρ表示材料的密度。