CN112505526A - 一种大功率模块内部多芯片温度分布均匀性的评测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大功率模块内部多芯片温度分布均匀性的评测方法，首先在不同测试电流下建立校温曲线库；其次，基于校温曲线，在不同的测试电流下，测得多个温度值；再次，计算不同测试电流测的温度之间的差值；最后，根据温度阈值与所测温度差值对比，即可在不破坏模块封装的情况下判别模块的温度分布情况。避免了在实际工程中无法判别模块内部温度分布均匀程度是否可以达标的问题。

Description

一种大功率模块内部多芯片温度分布均匀性的评测方法
技术领域
本发明涉及一种针对大功率模块内部多芯片进行的温度分布均匀性评测方法，属于电子器件测试领域。
背景技术
大功率模块中IGBT芯片、SiC芯片等通常采用并联技术以提高电流容量等级。然而由于模块内部各个芯片的散热条件不同，产生了温度不均匀、电流不均一的问题。在应用过程中温度高的芯片可靠性下降的更快，进而制约了模块的使用寿命，对整机设备的可靠运行也产生了不可估量的影响。因此，在大功率模块正式投入使用之前需要对模块进行评估且该评估具有重要意义。
对于封装后的大功率模块，很难在不破坏封装的前提下检测温度分布情况。针对这一个问题厂家多采用抽样检测的方法，即在同一批次中随机抽取几个大功率模块打开封装，利用红外摄像机或者其他方法查看内部温度分布情况。首先，这种方法会破坏模块的封装。其次，大功率模块价格昂贵，抽样检测带来了不小的经济损失。最后，对于新型封装，如压接封装等，打开封装会破坏电气连接，因而无法利用红外等方法进行评测。针对该问题，本专利提出一种方法简单，成本低，减小经济损失的检测方法，并且本方法可以对同一批次所有模块内部温度分布均匀程度进行判别。
发明内容
针对大功率模块内部温度分布不均匀的问题，本发明提出了一种评测方式。通过用户或厂家自己定义温度阈值，再利用不同测试电流测量温度敏感参数(例如但不限于稳态压降Vce)，对标校温曲线，得到温度差值ΔT，为判别模块温度分布均匀性提供了判别标准。
原理如下：当模块中多芯片之间温度分布不均匀时，高温区使半导体材料热激发产生更多的载流子，并且温度与载流子浓度存在指数关系，这也就意味着高温区的载流子浓度高，电阻小。小电流下结电阻具有负温度系数，所以芯片之间温差越大，芯片的电阻相差越大，高温区分流越多，温度高的芯片上电流占比大。
考虑模块内部芯片温度分布不均匀的事实，利用不同的测试电流测试结温，高温芯片流经的电流大于低温芯片流过的电流，而标电法测温的前提是温度分布均匀，与事实相悖。
高温芯片流经的电流比传统电学法认为温度均匀时流过的电流更大。当用较小的电流测量温度时，温度不均匀时高温芯片流过的电流与温度均匀时流过芯片的电流差值小于较大测试电流情况下的差值(见附图3)。因此，本专利利用温度差值ΔT，判别模块温度分布均匀性。
本方法采用的技术方案如下：
利用设定好的温度阈值，判断实际应用过程中模块在不同电流下测得的温度差值与温度阈值的大小关系，从而得到模块的温度分布情况。
一种大功率模块内部温度分布均匀情况的评测方法，以IGBT多芯片并联模块为例，但并不局限于IGBT模块，各种大功率模块都可适用本方法。此例包括IGBT模块、参数测试仪、温箱。参数测试仪用于给定IGBT模块不同的测试电流，并且采集不同测试电流下对应的Vce(包括但不局限于此温敏电参数)。温箱用于给模块升温，模拟不同温度下的情况。以IGBT模块为例评测温度分布均匀情况还包括以下步骤：
步骤一：将IGBT模块放置在温箱中，改变温箱温度，分别测量不同温度、不同测试电流情况下的Vce，获得不同测试电流的校温曲线库。
步骤二：给模块施加电信号，让IGBT模块正常工作，达到稳态后，快速开关切换至测试状态。在给定测试电流I1，I2条件下，分别测得Vce，并基于校温曲线库获得温度值T1和T2，计算两者温度差值ΔT。
步骤三：判断温度差值ΔT与定义的温度阈值大小，温度阈值为用户所能承受最大温差条件下用测试电流I1，I2测得的温度差值。如果超过温度阈值，则模块温度分布不均匀，可靠性较低。
本发明的有益效果是：首先，本发明解决了新型封装，如压接封装模块无法测量内部温度分布的问题；其次，本发明利用电学法测量温敏电参数(比如稳态压降Vce但不限于此)，对模块的封装不具有破坏性，模块可继续使用。利用不同测试电流下测得的温度不同这一规律，通过判别温度阈值和温度测量差值大小判别模块温度分布均匀程度及其可靠性。
附图说明
图1 IGBT双芯片下不同电流下测试结果。
图2 双芯片并联测量电路。
图3 温度不均匀情况电流分布示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
图1为两个IGBT芯片并联，芯片温度分别为70和80度，不同测试电流下测得的温度值，从图中可以看出随着测试电流的增大温度值越小，不同的测试电流得到的温度值存在着差异。本发明通过利用不同电流下测得的温度差值定义温度阈值，并为判别温度分布均匀程度提供了标准。
图2为双芯片时的测量电路框图，参数测试仪给大功率模块栅极提供电压，给C、E之间提供不同的测试电流，同时采集Vce数据，在测试时采用四线法测量可以减小线阻引入的测量误差。
如图3所示，当测试电流为I时，传统电学法认为温度分布均匀，也就意味着每个支路的电流为0.5I。但是当器件温度分布不均匀时，较高温度的支路流经的电流占比更大，此处只做定性分析，假设该支路流经电流为2I/3。那么实际流过的电流与假设均匀情况下流过的电流有I/6的误差。由于误差随着测试电流的增大而增大，所以在不同测试电流下可以测得不同的温度。

Claims (2)

1.一种大功率模块内部多芯片温度分布均匀情况的评测方法，参数测试仪用于给定大功率模块不同的测试电流，并且采集不同测试电流下对应的温度敏感电参数，加热平台给大功率模块升温，模拟不同温度下的情况，包括以下步骤：
步骤一：将大功率模块放置在加热平台中，改变平台温度，分别测量不同温度、不同测试电流情况下的温敏电参数，获得不同测试电流的校温曲线库；
步骤二：施加电信号，让大功率模块正常工作，达到稳态后，快速开关切换至测试状态；在给定测试电流I1，I2条件下，分别测量温敏电参数，并基于校温曲线库获得温度值T1和T2，计算两者温度差值ΔT；
步骤三：判断温度差值ΔT与定义的温度阈值大小，温度阈值为用户所能承受最大温差条件下用测试电流I1，I2测得的温度差值；如果超过温度阈值，则模块温度分布不均匀，可靠性低。
2.根据权利要求1所述的一种大功率模块内部多芯片温度分布均匀情况的评测方法，其特征在于：在不同测试电流下建立校温曲线库，基于校温曲线，在不同的测试电流下，测得多个温度值；计算不同测试电流测的温度之间的差值；最后，根据温度阈值与所测温度差值对比，即可在不破坏模块封装的情况下通过不同测试电流下测得的温度值不同判别模块内部温度分布均匀程度。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113514747A (zh) * 2021-04-15 2021-10-19 华电(烟台)功率半导体技术研究院有限公司 一种测量电力电子器件温度分布的电学方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030214770A1 (en) * 1998-05-29 2003-11-20 Semikron Elektronik Gmbh Method and circuit arrangement with adaptive overload protection for power switching devices
CN103868612A (zh) * 2012-12-07 2014-06-18 中国科学院微电子研究所 一种测量双极性器件峰值结温分布的方法
CN108802590A (zh) * 2018-06-22 2018-11-13 华北电力大学 一种半导体器件的功率循环测试方法及测试系统
CN110765601A (zh) * 2019-10-12 2020-02-07 北京北方华德尼奥普兰客车股份有限公司 一种基于igbt热电耦合模型的igbt结温估计方法
CN111142002A (zh) * 2020-01-13 2020-05-12 全球能源互联网研究院有限公司 一种并联芯片温度均匀性检测方法及装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5829986B2 (ja) * 2012-07-18 2015-12-09 エスペック株式会社 パワーサイクル試験装置
CN103954900A (zh) * 2014-05-08 2014-07-30 江苏中科君芯科技有限公司 一种测量igbt稳态热阻值的方法
JP2016092970A (ja) * 2014-11-05 2016-05-23 三菱電機株式会社 電力変換モジュール
CN108279369B (zh) * 2017-12-22 2020-10-16 中国科学院微电子研究所 一种多芯片并联电路瞬态电流和热分布不均匀度的测试方法
CN109274255B (zh) * 2018-09-29 2020-03-13 重庆大学 计及杂散电感影响的风电变流器igbt功率模块动态结温计算方法
CN109581179A (zh) * 2018-12-24 2019-04-05 天津城建大学 一种绝缘栅双极晶体管结温测量方法
CN109828193B (zh) * 2019-01-28 2020-11-10 山西大学 一种偏流动态不变的结温标定及散热组件性能评估的装置
CN110412447B (zh) * 2019-07-26 2022-04-22 北京工业大学 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

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030214770A1 (en) * 1998-05-29 2003-11-20 Semikron Elektronik Gmbh Method and circuit arrangement with adaptive overload protection for power switching devices
CN103868612A (zh) * 2012-12-07 2014-06-18 中国科学院微电子研究所 一种测量双极性器件峰值结温分布的方法
CN108802590A (zh) * 2018-06-22 2018-11-13 华北电力大学 一种半导体器件的功率循环测试方法及测试系统
CN110765601A (zh) * 2019-10-12 2020-02-07 北京北方华德尼奥普兰客车股份有限公司 一种基于igbt热电耦合模型的igbt结温估计方法
CN111142002A (zh) * 2020-01-13 2020-05-12 全球能源互联网研究院有限公司 一种并联芯片温度均匀性检测方法及装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113514747A (zh) * 2021-04-15 2021-10-19 华电(烟台)功率半导体技术研究院有限公司 一种测量电力电子器件温度分布的电学方法

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