CN110412447A - 一种无损测量igbt模块并联芯片中最高芯片温度和最低芯片温度的方法 - Google Patents

一种无损测量igbt模块并联芯片中最高芯片温度和最低芯片温度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无损测量IGBT模块并联芯片中最高芯片温度和最低芯片温度的方法，首先在不同温度下，测量模块温度均匀时的阈值电压和开通延迟时间，获得校温曲线库；然后在模块工作条件下，测量阈值电压和开通延迟时间；最后将测量值与校温曲线库进行对比，分别获得模块并联芯片中最高芯片温度和最低芯片温度。IGBT芯片并联是提高大容量变换器输出电流的有效途径，然而，各个芯片散热条件的差异将会导致IGBT模块并联芯片中芯片温度不均匀，造成模块的静态不均流和动态不均流，严重影响模块的开关特性，导致某个芯片在开通关断瞬间承担过大电流，极易烧毁芯片，影响整个模块可靠运行；本方法可以测量模块并联芯片中最高芯片温度和最低芯片温度。

Description

一种无损测量IGBT模块并联芯片中最高芯片温度和最低芯片 温度的方法
技术领域
本发明属于电子器件测试领域，主要应用于测量IGBT模块并联芯片中最高芯片温度和最低芯片温度。
背景技术
大功率应用中半导体芯片通常并联使用以扩大电流容量，然而，各个芯片散热条件的差异将会导致IGBT模块并联芯片中芯片温度不均匀，造成模块的静态不均流和动态不均流，严重影响模块的开关特性，导致某个芯片在开通关断瞬间承担过大电流，极易烧毁芯片，影响整个模块可靠运行。测量IGBT模块并联芯片中最高芯片温度和最低芯片温度，对应用电路设计，芯片阵列排列等方面具有重要意义。
红外法可以测量IGBT模块的表面温度分布，但需要打开封装，是一种破坏性的测温方法。电学法可以实现无损在线测温，但由于IGBT模块各个芯片电学参数不能单独测量，目前利用电学法测量其结温，只能测得平均温度，并不能测量模块并联芯片中最高芯片温度和最低芯片温度。
发明内容
本发明旨在提出一种无损测量IGBT模块并联芯片中最高芯片温度和最低芯片温度的方法。传统的电学法只能测得模块的平均温度，而本方法可以通过阈值电压和开通延迟时间两个温敏参数分别测量模块并联芯片中最高芯片温度和最低芯片温度。
阈值电压是指电流为规定值时的栅极电压。开通延迟时间是指模块从断态向通态转换期间，输入端电压脉冲起始点与电流上升起始点之间的时间间隔。阈值电压和开通延迟时间具有温度敏感特性，且与负载电流无关。由于模块内芯片并联使用，某个芯片导通则模块导通，阈值电压随温度升高而减小，温度越高的芯片阈值电压越小，最先达到电流规定值，即模块的阈值电压取决于温度最高芯片的阈值电压。模块内某个芯片电流上升则模块电流上升，模块的开通延迟时间取决于开通延迟时间最短的器件，开通延迟时间随温度升高而增大，温度越低的器件开通延迟时间越短，即模块的开通延迟时间取决于温度最低芯片的开通延迟时间。首先在模块温度均匀条件下测量阈值电压-结温和开通延迟时间-结温两个校温曲线库，然后在模块工作过程中测量阈值电压和开通延迟时间，最后将测量数据与校温曲线库进行对比，即可分别获得模块并联芯片中最高芯片温度和最低芯片温度。
本发明采用的技术方案如下：
将IGBT模块置于温箱上，对温箱进行设置，足够时间后，即可认为模块温度与温箱温度相同且温度均匀。测量IGBT模块阈值电压和开通延迟时间，建立温度均匀的阈值电压-结温和开通延迟时间-结温两个校温曲线库。
在获得校温曲线库的基础上，将IGBT模块接入电压使其正常工作，由于散热等问题导致模块温度不均匀，测量模块的阈值电压和开通延迟时间，通过校温曲线库分别获得模块并联芯片中最高芯片温度和最低芯片温度。
在这里应说明，校温曲线库为曲线的形式，由于数据库中的对应已知阈值电压-结温和开通延迟时间-结温的点的数量是已知的，是离散的，需通过拟合获得曲线的表达方程。
实现本发明中IGBT模块并联芯片中最高芯片温度和最低芯片温度的方法，其装置包括待测IGBT模块(1)，温箱(2)，电压源(3)，数据采集仪(4)等，其中数据采集仪(4)用于测量待测模块的阈值电压和开通延迟时间。
本发明的特征在于，该方法还包括以下步骤：
步骤一，将IGBT模块(1)和电压源(3)、数据采集仪(4)相连，并将模块置于温箱(2)内，利用温箱(2)对模块进行均匀加热。
步骤二，当将IGBT模块(1)温度稳定到温箱(2)所设定的温度时，接入电压源(3)，通过数据采集仪(4)测量模块温度均匀的阈值电压和开通延迟时间。
步骤三，重复步骤一和步骤二，获得不同温度下的阈值电压和开通延迟时间数据。此处应说明，温度最高值以模块生产商提供的手册规定为准，同时温度的步进间隔越小，最终获得的温度精度越高。而后将所得数据汇总，形成针对IGBT模块(1)温度均匀的校温曲线库，并对测量到的校温曲线库做拟合处理。
步骤四，将IGBT模块(1)与电压源(3)、数据采集仪(4)相连，由于各个芯片散热条件的差异导致模块并联芯片温度不均匀，利用数据采集仪(4)测量IGBT模块(1)的阈值电压和开通延迟时间。
步骤五，步骤五中测量的阈值电压和开通延迟时间数据，通过步骤四获得的校温曲线，分别测得模块并联芯片中最高芯片温度和最低芯片温度。
附图说明
图1为IGBT模块的开通关断示意图，阈值电压和开通延迟时间如图所示。
图2为阈值电压-结温的校温曲线图。
图3为开通延迟时间-结温的校温曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行更详细的说明。
步骤一，将IGBT模块(1)和数据采集仪(4)相连，并将模块置于温箱(2)中，设定温度为30℃，利用温箱对(2)模块进行均匀加热，足够时间后，即可认为模块温度与温箱温度相同且温度均匀。
步骤二，将IGBT模块(1)与电压源(3)相连，通过数据采集仪(4)测量模块温度均匀的阈值电压和开通延迟时间，如图1所示。
步骤三，重复步骤一和步骤二，温度从40℃开始，每次递增10℃，至温度达到150℃为止。此处应说明，温度值以器件生产商提供的器件手册规定为准。将测得的数据进行拟合处理，建立针对IGBT模块(1)温度均匀的校温曲线库。
步骤四，将IGBT模块(1)接入电压源(3)，由于各个芯片散热条件的差异导致模块并联芯片温度不均匀，利用数据采集仪(4)测量IGBT模块(1)的阈值电压和开通延迟时间。
步骤五，通过步骤四中测得阈值电压和开通延迟时间数据，利用步骤三建立的校温曲线库分别获得IGBT模块(1)并联芯片中最高芯片温度和最低芯片温度。

Claims (5)

1.一种无损测量IGBT模块并联芯片中最高芯片温度和最低芯片温度的方法，实现该方法的装置包括待测IGBT模块(1)、温箱(2)、电压源(3)和数据采集仪(4)，其中数据采集仪(4)用于测量待测模块的阈值电压和开通延迟时间；其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一，将IGBT模块(1)和电压源(3)相连，将IGBT模块(1)和数据采集仪(4)相连，并将模块置于温箱(2)中，利用温箱(2)对模块进行均匀加热；
步骤二，当将IGBT模块(1)温度稳定到温箱(2)所设定的温度时，利用电压源(3)给模块供电，通过数据采集仪(4)测量模块温度均匀时的阈值电压和开通延迟时间；
步骤三，重复步骤一和步骤二，获得不同温度下的阈值电压和开通延迟时间，形成针对IGBT模块(1)温度均匀的阈值电压-结温和开通延迟时间-结温两个校温曲线库，并对校温曲线库做拟合处理；
步骤四，利用电压源(3)使IGBT模块(1)正常工作，由于各个芯片散热条件的差异导致模块并联芯片温度不均匀，利用数据采集仪(4)测量IGBT模块(1)的阈值电压和开通延迟时间；
步骤五，通过步骤四中测得的阈值电压和开通延迟时间数据，利用步骤三建立的阈值电压-结温和开通延迟时间-结温两个校温曲线数据库，分别获得IGBT模块并联芯片中最高芯片温度和最低芯片温度。
2.根据权利要求1所述的一种无损测量IGBT模块并联芯片中最高芯片温度和最低芯片温度的方法，其特征在于，IGBT模块能够用SiC MOS模块或VDMOS模块芯片并联使用的半导体模块。
3.根据权利要求1所述的一种无损测量IGBT模块并联芯片中最高芯片温度和最低芯片温度的方法，其特征在于，将IGBT模块置于温箱内，对温箱进行设置，使模块温度与温箱温度相同且温度均匀；测量IGBT模块阈值电压和开通延迟时间，建立温度均匀的阈值电压-结温和开通延迟时间-结温两个校温曲线库。
4.根据权利要求1所述的一种无损测量IGBT模块并联芯片中最高芯片温度和最低芯片温度的方法，其特征在于，在获得校温曲线库的基础上，将IGBT模块接入电压使其正常工作，由于散热问题导致模块温度不均匀，测量模块的阈值电压和开通延迟时间，通过校温曲线库分别获得模块并联芯片中最高芯片温度和最低芯片温度。
5.根据权利要求1所述的一种无损测量IGBT模块并联芯片中最高芯片温度和最低芯片温度的方法，其特征在于，校温曲线库为曲线的形式，由于数据库中的对应已知阈值电压-结温和开通延迟时间-结温的点的数量是已知的、离散的，通过拟合获得曲线的表达方程。
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