CN112327125A - 功率半导体器件结壳热阻状态监测方法、设备、存储介质 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及功率半导体器件结壳热阻状态监测方法、设备、存储介质。该方法中，根据不同温度下功率半导体器件的饱和压降与导通电流之间的关系，确定预定电流，基于该预定电流，确定功率半导体器件在结壳热阻初始状态下，饱和压降与导通电流之间的关系。在功率半导体器件使用后，继续基于该预定电流，获取饱和压降与导通电流之间的关系。通过监测饱和压降与导通电流关系的变化，监测功率半导体器件结壳热阻的状态。以此方式，提供了一种简单可靠的功率半导体器件的结壳热阻监测方法，并且能够实现对功率半导体器件结壳热阻的在线监测。

Description

功率半导体器件结壳热阻状态监测方法、设备、存储介质

技术领域

本公开的实施例总体上涉及半导体领域，并且更具体地，涉及用于监测功率半导体器件的结壳热阻状态的方法、设备、存储介质。

背景技术

随着功率半导体器件的蓬勃发展，电力电子装置在工业中获得了广泛的应用。功率半导体器件作为电力电子装置的核心元件，其故障可能会导致整个电力电子装置停机。因此，功率半导体器件的可靠性受到了越来越多的关注。功率器件可靠性的状态监测是一项重要且基础的功能。

功率器件中内部不同材料的CTE(热膨胀系数)不同，这将导致在发生温度波动时，不同材料间会产生应力。这是功率器件热疲劳失效的根本原因。

功率半导体器件的封装形式主要分为焊接式和压接式两种。当前功率半导体器件的状态(性能)监测研究主要集中在焊接封装器件的键合线上。不幸的是，在一些工况下焊接封装器件的焊料层及压接封装器件的压接应力退化的更快，如果继续使用，功率半导体器件的结温会上升，最终导致器件烧毁等严重后果。

当前，用于功率半导体器件结壳热阻的监测方法主要是离线测量法，如IEC标准中所述的热阻测量法，JEDEC标准中所述的双界面法。然而这些方法实施步骤复杂，如需要两套恒流电压，需要拆装功率器件等，一般适合在实验室中实施。因此，亟需一种改进的监测功率半导体器件结壳热阻的方法。

发明内容

本公开的实施例提供了一种用于监测功率半导体器件的结壳热阻的方法，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题。

该用于监测功率半导体器件的结壳热阻的方法包括：确定功率半导体器件的饱和压降与导通电流之间在多个温度下的关联关系；基于关联关系来确定第一导通电流，功率半导体器件在第一导通电流下的功耗为不受温度影响的恒定值；基于确定的第一导通电流，在第一时刻确定功率半导体器件的饱和压降与导通电流之间在结壳热阻的初始状态下的第一关联关系；基于确定的第一导通电流，在第二时刻确定功率半导体器件的饱和压降与导通电流之间在结壳热阻的当前状态下的第二关联关系，第二时刻在第一时刻之后；以及通过比较第一关联关系与第二关联关系来监测功率半导体器件的结壳热阻的退化。

以此方式，由于所提出的方法无需两套恒流源，且无需改变散热条件，能够简化已有的监测方法，实现快速可靠的现场监测。

在一些实施例中，确定功率半导体器件的饱和压降与导通电流之间在多个温度下的关联关系包括：分别在多个不同温度的恒温环境下，对功率半导体器件通入电流，电流从零上升至额定电流，采集相应温度下流过功率半导体器件的电流和与电流对应的饱和压降，获得功率半导体器件的多条输出特性曲线。

在一些实施例中，基于关联关系来确定第一导通电流包括：基于多个温度下的关联关系，确定具有相同的饱和压降和导通电流的公共点；以及将包括公共点的预定范围内的电流作为第一导通电流。使第一导通电流流过功率半导体器件，可以获得稳定的导通功耗，即导通功耗与结温的变化无关。

在一些实施例中，其中确定功率半导体器件的饱和压降与导通电流在结壳热阻初始状态下的第一关联关系包括：在第一时间段使第一导通电流流过功率半导体器件并达到热平衡之后，使可变的第二导通电流在第二时间段内流过功率半导体器件，其中第二时间段小于第一时间段；采集第二导通电流和功率半导体器件的饱和压降，以生成第一输出特性曲线。第一输出特性曲线在第一导通电流以上的线性部分为饱和压降与导通电流的第一关联关系。

在一些实施例中，该方法还包括：在第二时间段内，使第二导通电流在第一导通电流的值与功率半导体器件的额定电流值所限定的范围内递增或递减。在这样的实施例中，通过使得导通电流在上述范围内变化，并对其进行采集，得到该器件在该条件的输出特性曲线。

在一些实施例中，其中确定功率半导体器件的饱和压降与导通电流之间在当前结壳热阻状态下的第二关联关系包括：在第三时间段内使第一导通电流流过功率半导体器件并达到热平衡；在第四时间段内使可变的第三导通电流流过功率半导体器件，采集第三导通电流和功率半导体器件的饱和压降，以生成第二输出特性曲线，第二输出特性曲线在第一导通电流以上的线性部分为饱和压降与导通电流的第二关联关系。

在一些实施例中，该方法还包括：在第四时间段内，使第三导通电流在第一导通电流的值与功率半导体器件的额定电流值所限定的范围内递增或递减。在这样的实施例中，通过使得导通电流在上述范围内变化，并对其进行采集，得到该器件在该条件的输出特性曲线。

在一些实施例中，第一关联关系由第一输出特性曲线表征，第二关联关系由第二输出特性曲线表征，比较第一关联关系与第二关联关系来监测功率半导体器件的结壳热阻的退化包括：根据第一输出特性曲线与第二输出特性曲线之间形成的夹角，确定功率半导体器件结壳热阻的变化，如果夹角达到预定阈值，则表明功率半导体器件结壳热阻达到预警值。

在一些实施例中，通过以下方式确定预定阈值：通过结壳热阻允许的变化范围、第一导通电流下功耗和初始结壳热阻二者的乘积、以及功率半导体器件的输出特性曲线来确定所述预定阈值。

在一些实施例中，功率半导体器件至少包括以下中的任一项：绝缘栅双极型晶体管、晶闸管、金属氧化物半导体场效应晶体管、二极管。在这样的实施例中，通过该方法能够有效监测上述功率半导体器件的结壳热阻。

根据本公开的实施例，还提供了一种计算机可读存储介质。该存储介质上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现上述的方法。

根据本公开的实施例，还提供了一种电子设备，包括：处理器；

存储器，存储有所述处理器可执行的指令，当所述指令被所述存储器执行时，使所述电子设备执行上述的方法。

通过下文描述将会理解，本公开实施例中提供了用于监测功率半导体器件的结壳热阻的方法，简化了现有的监测功率半导体器件的结壳热阻的方法。

提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的关键特征或主要特征，也无意限制本公开的范围。

附图说明

图1A示出了在120℃条件下进行的老化试验中的热阻和饱和压降随循环次数变化规律的示意图；

图1B示出了在80℃条件下进行的老化试验中的热阻和饱和压降随循环次数变化规律的示意图；

图2示意性示出了根据瞬态双界面测试方法的阻抗-时间关系曲线。

图3示出了根据本公开的实施例的监测功率半导体器件的结壳热阻的流程示意图；

图4示出了根据本公开的实施例的功率半导体器件的输出特性曲线示意图；

图5示出了根据图4的实施例的交点以上部分的输出特性曲线示意图；

图6示出了根据本公开的实施例的预定测试条件下的饱和压降与导通电流的示意图；

图7示出了根据本公开的实施例的可控电流源对待测器件施加可变电流的示意图；

图8示意性示出了根据本公开的实施例的监测方法中的关键波形图；

图9示意性示出了根据本公开的实施例的结温变化与角度变化之间的关系的示意图；

图10示意性示出了根据本公开的实施例的功率半导体器件在整个生命周期期间的饱和压降与热阻的变化曲线图；

图11示意性示出了根据本公开的实施例的功率半导体器件在整个生命周期期间的功率损耗与环境温度的变化曲线图；以及

图12示出了根据本公开的实施例的功率半导体器件在整个生命周期期间的第一第二关联关系的示意图。

在各个附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

具体实施方式

下面将参照附图中所示的各种示例性实施例对本公开的原理进行说明。应当理解，这些实施例的描述仅仅为了使得本领域的技术人员能够更好地理解并进一步实现本公开，而并不意在以任何方式限制本公开的范围。应当注意的是，在可行情况下可以在图中使用类似或相同的附图标记，并且类似或相同的附图标记可以表示类似或相同的功能。本领域的技术人员将容易地认识到，从下面的描述中，本文中所说明的结构和方法的替代实施例可以被采用而不脱离通过本文描述的本公开的原理。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。

图1A和图1B分别示出了在120℃和80℃条件下进行的老化试验下热阻和饱和压降随循环次数变化的示意图。

如图1A和1B所示，随着循环次数的增加，器件开裂逐渐加重。图中近似水平的线表示V_ce，波动大的粗线代表R_th。图中表明R_th在V_ce之前达到报警阈值。如果没有相应的警报，功率半导体器件可能结温过高影响寿命，甚至直接烧毁。

目前,监测结壳热阻(R_th)主要有两种方法。第一类方法是热阻测量方法。该方法需要大小电流两组恒流电源，其中大电流恒流源用于器件加热，小电流恒流源用于器件结温测量。还需采集壳温和计算功耗。最后通过结温，壳温及功耗来计算热阻。

第二类方法是瞬态双界面测试方法。在此类方法中，如图2中所示，将测试两组结温响应曲线，其中一组是在散热器和模块底板之间使用导热膏进行的，另一组无导热膏。两条曲线的分离点之前的部分为待测器件的结壳热阻抗。

热阻测量方法需要大小两套电流源，瞬态双界面测试方法需要将功率半导体器件进行拆装以便更改冷却条件。综上，两种方法不方便在线使用。

以下将结合附图阐述本公开的若干示例实施例。

首先将结合图3描述根据本公开的实施例的用于监测功率半导体器件的结壳热阻的方法。图3示出了根据本公开的实施例的监测功率半导体器件的结壳热阻的流程示意图。应当理解，方法30还可以包括未示出的附加动作和/或可以省略所示出的动作，本公开的范围在此方面不受限制。

在框302处，确定功率半导体器件的饱和压降与导通电流之间在多个温度下的关联关系。

在一些实施例中，通过查找该待测器件的数据手册的方式获得饱和压降与导通电流之间在多个温度下的关联关系。该方法中，由于器件个体之间的差异，数据手册中的对应关系可能无法完全真实反映待测器件的饱和压降与导通电流之间的对应关系。

在一些实施例中，可将功率半导体器件置于不同温度的恒温环境下，待其热平衡后，可以直接根据环境温度确定结温，从而获得在该结温下的输出特性曲线。此方式，能够准确地获得该器件的饱和压降与导通电流之间的对应关系。

在框304处，基于关联关系来确定第一导通电流，使用第一导通电流流过功率半导体器件，可以获得稳定的导通功耗，即导通功耗与结温的变化无关。

在一些实施例中，基于饱和压降与导通电流之间在多个温度下的关联关系，确定具有相同的饱和压降和导通电流的公共点。将公共点作为第一导通电流，或者也可以将公共点附近预定范围内的电流作为第一导通电流。在该预定范围内的电流下，功率半导体器件具有基本相同的功耗。

在一些实施例中，如前所述，可以通过查找器件的数据手册的方式获得器件的饱和压降与导通电流之间的对应关系，从中可以找到公共点，作为第一导通电流；或者将包括公共点的预定范围内的电流作为第一导通电流。

在框306处，基于确定的第一导通电流，在第一时刻确定功率半导体器件的饱和压降与导通电流之间在结壳热阻初始状态下的第一关联关系。

在一些实施例中，在第一时间段内使第一导通电流流过功率半导体器件并达到热平衡。然后在第二时间段内使第二导通电流流过功率半导体器件。该第二导通电流是可变电流，从零上升至待测器件的额定电流。采集第二导通电流和与之的对应的饱和压降，获得第一输出特性曲线。第一输出特性曲线在第一导通电流以上的线性部分为饱和压降与导通电流在结壳热阻初始状态下的第一关联关系。以此方式，获得的第一关联关系可以作为后续关联关系的参照基准。

在一些实施例中，使第二导通电流在第一导通电流的值与功率半导体器件的额定电流值所限定的范围内递增或递减。例如，如果第一导通电流为60A，该器件的额定电流值为200A，则使得第二导通电流在60A与200A之间变化。为了尽量减少第二导通电流对结温的影响，第二时间段非常短暂，例如1ms以内。通过这种方式能够使功率半导体器件在施加第二导通电流后结温基本保持恒定，从而尽量减小由于施加第二导通电流引起的结壳热阻监测误差。

需要注意，这里以及本文其他地方描述的数值都仅仅是为了说明和示例的目的，无意以任何方式限制本公开的范围。任何其他的数值都是可行的。

在框308处，基于确定的第一导通电流，在第二时刻确定功率半导体器件的饱和压降与导通电流在当前工作状态下的第二关联关系，第二时刻在第一时刻之后。

在一些实施例中，为了监测器件当前的结壳热阻状况，在第三时间段内使第一导通电流流过功率半导体器件并使得其达到热平衡之后，在随后的第四时间段内使可变的第三导通电流流过功率半导体器件。采集第三导通电流和功率半导体器件的饱和压降，获得第二输出特性曲线。第二输出特性曲线在第一导通电流以上的线性部分为饱和压降与导通电流在结壳热阻初始状态下的第二关联关系。与前面所提到的第二时间段类似，第四时间段也是非常短暂的时间段，例如可以设置为1ms以内。

在一些实施例中，在第四时间段内，使第三导通电流在零与功率半导体器件的额定电流值所限定的范围内递增或递减。由此能够获得在此电流范围内的输出特性曲线。

在框310处，通过比较第一关联关系与第二关联关系来监测功率半导体器件的结壳热阻的退化。

在一些实施例中，第一关联关系由第一输出特性曲线表征，第二关联关系由第二输出特性曲线表征，比较第一关联关系与第二关联关系来监测功率半导体器件的结壳热阻的退化包括：根据第一输出特性曲线与第二输出特性曲线之间形成的夹角，确定功率半导体器件结壳热阻的变化，如果夹角达到预定阈值，则表明功率半导体器件结壳热阻达到预警值。此外，该实施例中，第一关联关系与第二关联关系之间的夹角的变化，可以检测器件结壳热阻的变化。

在一些实施例中，确定预定阈值包括：基于结壳热阻允许的变化范围、第一导通电流下功耗和初始结壳热阻二者的乘积、以及功率半导体器件的输出特性曲线来确定所述预定阈值。

此外，本公开实施例的监测方法不限于通过第一、第二特性曲线之间的角度监测结壳热阻的老化过程，还可以基于如第一、第二特性曲线的斜率等其他关系，来判断器件结壳热阻的变化程度。

在各种类型的功率器件中，IGBT被广泛用于功率电子系统中。因此，本公开一些实施例中，IGBT被用作待测器件以进行原理分析和实验验证。本公开实施例的方法还可以应用于许多其他功率器件，例如晶闸管，MOSFET，二极管等。

根据热阻的定义，可以通过以下公式计算IGBT结温T_j：

T_j＝P_loss(R_jc+R_gre+R_h)+T_a (1)

在此，P_loss表示功率半导体器件的功耗；R_jc表示结到外壳的热阻(结壳热阻)；R_gre表示导热膏的热阻；R_h表示散热器的热阻；T_a表示环境温度。对于焊接封装的功率半导体器件，R_jc将随着焊料层的老化而增加(压接封装具有类似性质)；R_gre和R_h可被视为常数。

R_{jc_n}代表待测器件经过n次功率循环后的结壳热阻。如果在每次测试中都能保持P_loss和T_a稳定，则可以计算n次上电循环后结温的变化ΔT_{j_n_0}。

ΔT_{j_n_0}＝T_{j_n}-T_{j_0}＝P_loss(R_{jc_n}-R_{jc_0})＝P_lossΔR_{jc_n_0} (2)

此处，ΔR_jc_n_0表示R_jc的变化。

等式(2)表明，如果P_loss保持稳定，则ΔT_{j_n_0}与ΔR_{jc_n_0}成比例。T_j可以作为R_jc的指示器。但是到目前为止，T_j测量仍然是一个难题。因此，最好的方法是找到另一个可以反映T_j且易于测量的指示器。

图4示出了本公开的实施例功率半导体器件的分别在结温90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃和150℃条件下测得的输出特性曲线示意图。当T_j为90℃时，输出特性曲线显示为最上方的实线。当T_j达到150℃时，输出特性曲线显示为最下方的虚线。随着T_j的增加，输出特性曲线顺时针旋转。图5示出了截取图4在第一导通电流以上线性部分的示意图。θn表示具有不同ΔT_j的输出特性曲线之间的角度。(该图中，将Ic减小100倍，以使θn变化更明显。)

在一些实施例中，如果用直流电流测试待测器件，则等式(1)可以改写为

T_j＝(I_cV_ce)(R_jc+R_gre+R_h)+T_a (3)

在此，I_c表示用于加热待测器件的直流电流。V_ce表示I_c下的饱和压降。为获得恒定的P_loss，需要保证在一定的I_c下，V_ce不随结温变化而变化。

图中的点410处，导通电流为140A，饱和压降为1.95V。在点420处，导通电流为140A，饱和压降为2.12V。可见，同样的电流，在不同温度下具有不同的饱和压降。也就是说，如果以140A的电流流过待测器件，不能保证P_loss恒定。在第一导通电流下，功率器件的饱和压降不受温度的影响，如果使用第一导通电流(点430)流过待测器件，则可以保证P_loss恒定。因此满足上述约束条件，θ_n可以作为R_th的指示器。

更大的P_loss可以使θ_n变化更加明显以便更容易的观察。为获得更大的P_loss，可以根据具体实施例进一步增加第一导通电流的选取范围。

对于本公开一些实施例的测试环境，待测器件的R_jc的典型值为0.2℃/W，R_gre的典型值为0.45℃/W，R_h的典型值为0.05℃/W。

假设Ta为25℃，根据等式(3)，在大多数情况下，如果将I_c设置为73A，T_j可能会超过90℃。如果结壳热阻增加50％，则R_jc将达到0.3℃/W(1.5*0.2℃/W)。那么T_j可能超过100℃。所以，本实施例中随着结壳热阻的退化，结温将从90℃增长到110℃。

图6示出了根据本公开的实施例的预定测试条件下的饱和压降与导通电流的示意图。即，IGBT在90℃、100℃和110℃下的输出特性曲线。可以发现，在不同的T_j下，V_ce在点630处(73A)时几乎稳定，这意味着如果将第一导通电流设置为73A，则P_loss可以基本保持稳定。因此，在本公开实施例中，将第一导通电流设置为73A以获得更大的P_loss。当然，第一导通电流设置为73A仅仅是一个示例，还可以采用其他的电流，即，在包含该点(73A)的一定范围的点均可以被选中作为第一导通电流。对于这些导通电流，器件的功耗基本不随结温变化。

图7示出了根据本公开的实施例的可控电流源对待测器件施加可变电流的示意图。图7中，可控电流源可以通过可编程电流源或转换器本身(例如背对背转换器)来实现。本公开的实施例并不限于采用上述设备对待测器件施加电流。可见，简单的实验设置是实施例所示的方法的优点之一。

以下结合附图8进一步描述本公开实施例的监测功率半导体器件结壳热阻的方法。图8示意性示出了根据本公开一些实施例的监测方法中的关键波形图。

本公开的一些实施例中，测试在相似的环境温度下进行。当然也可以在有一定温差的环境下进行测试，这种情况下，会对测试的精度有一定影响。优选的是在相同的环境温度中进行测试。

在一些实施例中，在t₀至t₁的第一期间向待测的功率半导体器件施加第一导通电流，直至器件的温度稳定后，在随后的t₁至t₂的第二期间向待测的功率半导体器件施加第二电流，该第二电流是快速变化的，例如，在1ms内从第一导通电流的值到该器件的额定电流值所限定的范围内变化，以最大程度减小第二期间施加电流对T_j的影响。

在第一期间结束时，待测器件结温T_j达到稳态。在上述第二期间，可控电流源从第一导通电流快速增加至待测器件的额定电流。采集第二期间内的饱和压降V_ce和导通电流I_c，以绘制相应的导通电流和饱和压降的关联关系。如图8所示，其中由上至下分别示出了导通电流与时间的关系、饱和压降与时间的关系以及饱和压降与导通电流之间关系曲线。随着结壳热阻退化，饱和压降与导通电流的关联关系逐渐顺时针旋转。

根据图5，可以将ΔT_j和相应的角度θ体现到图9。图9示意性示出了根据本公开的实施例的结温变化与角度变化之间的关系的示意图。

从图9中可见，ΔT_j与θ之间有良好的线性关系，如下所示：

ΔT_j＝aθ+b (4)

在此，a和b表示图9中的y与x之间关系所示的线性拟合系数。

通常，功率半导体器件结壳热阻R_jc达到初始值R_{jc_0}的1.5倍时，认为该器件接近失效。

通过等式(5)可以计算得到，结壳热阻在整个生命周期中的变化量ΔR_{jc_n_0}为，

ΔR_{jc_n_0}＝1.5R_{jc_0}-R_{jc_0}＝0.5R_{jc_0} (5)

从等式(3)，(4)和(5)，可以如下计算出阈值θ_th：

为了计算θ_th，需要测试器件的初始R_{jc_0}。

在一些实施例中，通过第n次监测得到的θ_n来监测当前结壳热阻的变化情况(ΔR_{jc_n_0})。如果监测到θ_n未大于阈值θ_th，则该IGBT可以继续使用。如果θ_n达到或超过阈值θ_th，则发出警报，提醒该IGBT需要维护。

此处所示的方法仅仅为示例性的，本公开的实施例并不限于该具体的方法，而是可以有各种变化。

为对本公开实施例的监测方法进行验证，对待测IGBT进行加速老化，并在加速老化过程中对IGBT的结壳热阻进行监测。加速老化实验设置如表1所示。

表1.加速老化实验的参数值设置

T_on为导通时间，T_off为截止时间，在导通时间施加器件额定电流，在截止时间停止施加电流，使器件结温大幅度波动，从而加速老化器件。

图10示意性示出了根据本公开的实施例的在待测器件的整个生命周期期间的饱和压降与热阻的变化曲线图。如图10所示，一些实施例中，在第一导通电流下(73A)，Vce保持在1.5V左右，在整个生命周期内V_ce基本保持稳定的。结壳热阻R_jc在大约7000次循环之前基本保持稳定，随后开始逐渐上升。

图11示意性示出了根据本公开的实施例的在整个生命周期期间的功率半导体器件的功率损耗与环境温度的变化曲线图。可以看出整个测试过程中的加热功率(基本上为110W左右)和环境温度(基本上为27.1℃左右)基本保持恒定，实验条件满足本公开的约束条件。

图12示出了根据本公开的实施例的θ在IGBT整个生命周期期间的变化情况。如图所示，在7200个循环之前R_jc是稳定的，θ基本没有变化。R_jc在7200个周期后开始缓慢增加，θ也随R_jc的增加而增加。根据图12，当R_jc达到初始值的1.5倍时，θ_th为0.94°。θ_th通过等式(6)计算的理论值1.03°，两者十分接近。

根据本公开的实施例，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现本公开实施例的上述方法。

此外，根据本公开的实施例，还提供了一种电子设备，包括：处理器；存储器，存储有所述处理器可执行的指令，当所述指令被所述存储器执行时，使所述电子设备执行以上所述的方法。

综上所述，由于本公开实施例的方法不必采用两套电流源，也不拆装功率器件以改变冷却条件。与现有方法相比，本公开实施例的方法简便可靠并且尤其能够应用于半导体功率器件结壳热阻的在线监测。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，仅为本公开的可选实施例，并非穷尽性的，并不用于限制本公开。虽然在本申请中权利要求书已针对特征的特定组合而制定，但是应当理解，本公开的范围还包括本文所公开的明确或隐含或对其任何概括的任何新颖特征或特征的任何新颖的组合，不论它是否涉及目前所要求保护的任何权利要求中的相同方案。申请人据此告知，新的权利要求可以在本申请的审查过程中或由其衍生的任何进一步的申请中被制定成这些特征和/或这些特征的组合。

本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等效替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种用于监测功率半导体器件的结壳热阻状态的方法，包括：

确定功率半导体器件的饱和压降与导通电流之间在多个温度下的关联关系；

基于所述关联关系来确定第一导通电流，所述功率半导体器件在所述第一导通电流下的饱和压降为不受温度影响的恒定值；

基于确定的所述第一导通电流，在第一时刻确定所述功率半导体器件的饱和压降与导通电流在结壳热阻的初始状态下的第一关联关系；

基于确定的所述第一导通电流，在第二时刻确定所述功率半导体器件的饱和压降与导通电流之间在所述结壳热阻的当前状态下的第二关联关系，所述第二时刻在所述第一时刻之后；以及

通过比较所述第一关联关系与所述第二关联关系来监测所述功率半导体器件的结壳热阻的退化。

2.根据权利要求1所述的方法，其中确定功率半导体器件的饱和压降与导通电流之间在多个温度下的关联关系包括：

分别在多个不同温度的恒温环境下，为所述功率半导体器件通入电流，所述电流从零上升至所述功率半导体器件的额定电流，采集各温度下流过所述功率半导体器件的电流和与之对应的饱和压降，获得所述功率半导体器件的多条输出特性曲线。

3.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述关联关系来确定第一导通电流包括：

基于所述多个温度下的关联关系，确定具有相同的饱和压降和导通电流的公共点；以及

将包括所述公共点的预定范围内的电流作为所述第一导通电流。

4.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述功率半导体器件的饱和压降与导通电流之间在结壳热阻的初始状态下的第一关联关系包括：

在第一时间段使所述第一导通电流流过所述功率半导体器件并达到热平衡之后，使可变的第二导通电流在第二时间段内流过所述功率半导体器件，其中所述第二时间段小于所述第一时间段；以及

采集所述第二导通电流和所述功率半导体器件的饱和压降，以生成第一输出特性曲线，所述第一输出特性曲线在所述第一导通电流以上的线性部分为饱和压降与导通电流的所述第一关联关系。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括：

在所述第二时间段内，使所述第二导通电流在所述第一导通电流值与所述功率半导体器件的额定电流值所限定的范围内递增或递减。

6.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述功率半导体器件的饱和压降与导通电流之间在结壳热阻的当前状态下的第二关联关系包括：

在第三时间段内使所述第一导通电流流过所述功率半导体器件并达到热平衡；以及

在第四时间段内使可变的第三导通电流流过所述功率半导体器件，采集所述第三导通电流和所述功率半导体器件的饱和压降，以生成第二输出特性曲线，其中所述第四时间段在所述第三时间段之后并小于所述第三时间段，所述第二输出特性曲线在所述第一导通电流以上的部分为饱和压降与导通电流的所述第二关联关系。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括：

在所述第四时间段内，使所述第三导通电流在所述第一导通电流值与所述功率半导体器件的额定电流值所限定的范围内递增或递减。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一关联关系由第一输出特性曲线表征，所述第二关联关系由第二输出特性曲线表征，比较所述第一关联关系与所述第二关联关系来监测功率半导体器件的结壳热阻的退化包括：根据所述第一输出特性曲线与所述第二输出特性曲线之间形成的夹角，确定所述功率半导体器件的结壳热阻的变化，如果所述夹角达到预定阈值，则表明所述功率半导体器件结壳热阻达到预警值。

9.根据权利要求8所述的方法，通过以下方式确定所述预定阈值：

通过所述结壳热阻允许的变化范围、所述第一导通电流下功耗和初始结壳热阻二者的乘积、以及所述功率半导体器件的输出特性曲线来确定所述预定阈值。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中所述功率半导体器件为焊接封装或压接封装的功率半导体器件，所述功率半导体器件的结壳热阻随着所述功率半导体器件的使用而退化。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述功率半导体器件至少包括以下中的任一项：绝缘栅双极型晶体管、晶闸管、金属氧化物半导体场效应晶体管、二极管。

12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现权利要求1-11中任一项所述的方法。

13.一种电子设备，包括：

处理器；

存储器，存储有所述处理器可执行的指令，当所述指令被所述存储器执行时，使所述电子设备执行如权利要求1-11任一项所述的方法。

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