CN112858862B - 一种用于半导体电流密度分析的磁场反演电流计算方法 - Google Patents
一种用于半导体电流密度分析的磁场反演电流计算方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112858862B CN112858862B CN202110016867.6A CN202110016867A CN112858862B CN 112858862 B CN112858862 B CN 112858862B CN 202110016867 A CN202110016867 A CN 202110016867A CN 112858862 B CN112858862 B CN 112858862B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- magnetic field
- semiconductor
- thin line
- current
- line current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 102
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 claims abstract description 35
- 238000002788 crimping Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 29
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 28
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 28
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 21
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 8
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 claims description 5
- 238000009396 hybridization Methods 0.000 claims description 3
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 3
- 230000035772 mutation Effects 0.000 claims 1
- AHLBNYSZXLDEJQ-FWEHEUNISA-N orlistat Chemical compound CCCCCCCCCCC[C@H](OC(=O)[C@H](CC(C)C)NC=O)C[C@@H]1OC(=O)[C@H]1CCCCCC AHLBNYSZXLDEJQ-FWEHEUNISA-N 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 2
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
- G01R31/2607—Circuits therefor
- G01R31/2637—Circuits therefor for testing other individual devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/08—Measuring current density
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
本发明提供一种用于半导体电流密度分析的磁场反演电流计算方法，包括如下步骤：通过磁场测定装置测定被测半导体同平面近处指定同心圆位置的切向磁场，得到切向磁场测定集合；计算被测半导体同平面近处所述指定同心圆位置的叠加磁场，得到切向磁场计算集合；根据所述切向磁场测定集合与所述切向磁场计算集合构建适应值函数；基于所述适应值函数进行半导体电流的启发式搜索计算。解决现有大功率压接式半导体器件通常为圆饼状或者方形封装的密封结构，受限于这种密封结构，难以探测到内部的电流密度分布情况的问题。
Description
技术领域
本发明涉及功率半导体器件测试领域，具体涉及一种用于半导体电流密度分析的磁场反演电流计算方法。
背景技术
随着可再生能源和直流电网的快速发展，基于大功率压接式半导体的功率变换技术以及电流开断技术得到深入研究和应用，作为核心元件，大功率压接式半导体的电流和电压等级是最重要的应用指标，一般来讲，大功率压接式半导体通常为整晶圆的多元胞并联或者从晶圆切割下来的多个独立芯片并联使用，因此在器件稳态通流以及瞬态关断时可能会出现电流不均衡的情况导致器件失效，同时器件在失效后维持长期短路通流过程中由于失效点不确定也会引发电流密度不均衡，从而造成器件热不平衡，引发器件短路状态不稳定，对电网的正常运行造成较大干扰，但是现有的大功率压接式半导体器件通常为圆饼状或者方形封装的密封结构，受限于这种密封结构，一般方法难以探测到内部的电流密度分布情况，这对于器件失效机理的研究和优化造成了较大的阻碍。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种用于半导体电流密度分析的磁场反演电流计算方法，解决现有大功率压接式半导体器件通常为圆饼状或者方形封装的密封结构，受限于这种密封结构，难以探测到内部的电流密度分布情况的问题。
本发明通过如下技术方案实现：
本发明的一种用于半导体电流密度分析的磁场反演电流计算方法，包括如下步骤：
通过磁场测定装置测定被测半导体同平面近处指定同心圆位置的切向磁场，得到切向磁场测定集合；
计算被测半导体同平面近处所述指定同心圆位置的叠加磁场，得到切向磁场计算集合；
根据所述切向磁场测定集合与所述切向磁场计算集合构建适应值函数；
基于所述适应值函数进行半导体电流的启发式搜索计算。
进一步的，通过磁场测定装置测定被测半导体同平面近处指定同心圆位置的切向磁场，得到切向磁场测定集合，具体包括：
在被测半导体同平面近处指定同心圆位置设定m个磁场测量点Q1…Qm；
通过所述磁场测定装置对所述m个磁场测量点Q1…Qm测定切向磁场，构成切向磁场测定集合。
进一步的，所述计算被测半导体同平面近处所述指定同心圆位置的叠加磁场强度，具体包括：
对被测半导体内部进行区域划分，构建等效细线电流集合；
根据所述切向磁场，通过毕奥-萨伐尓定律计算等效细线电流集合内n个细线电流Ii在磁场测量点Qj的叠加磁场，得到切向磁场计算集合，其中，i＝1....,n，j＝1...,m。
进一步的，所述叠加磁场通过下式计算得出：
其中，Bcj表示叠加磁场，lij为磁场测量点Qj指向细线电流Ii的位移向量，rj为磁场测量点Qj指向原点的位移向量，θij为位移向量lij与位移向量rj的夹角,μ0表示真空磁导率常数，j＝1...，m。
进一步的，所述切向磁场计算集合与细线电流集合关系满足如下矩阵：
[Bc]＝[C][I]
其中，[Bc]表示切向磁场计算集合，[I]表示细线电流集合，[C]表示关系矩阵。
进一步的，所述适应值函数具体表示如下：
其中，f表示适应值函数，0＜f≤1，[Bc]表示切向磁场计算集合，[Bt]表示切向磁场测定集合。
进一步的，基于所述适应值函数进行半导体电流的启发式搜索计算，具体包括：
S1随机生成M个细线电流集合[I]t1，[I]t2，…，[I]tM，每个细线电流集合中的n个细线电流元素的上限均为Imax，下限均为Imin，同时设定最大迭代计算次数N和收敛误差e，初始迭代次数t设定为0；
S2采用所述适应值函数计算每个细线电流集合的适应值ft1,ft2,…,ftM；
S3根据每个细线电流集合的适应值ft1,ft2,…,ftM计算每个细线电流集合的选择权值P1，P2，…，PM，选择权值P1，P2，…，PM具体通过如下函数得出：
Pi表示第i个细线电流集合的选择权值，fti表示细线电流集合[I]ti的适应值，i＝1...，M；
S4按照选择权值比例从M个细线电流集合中随机选择出X个父代细线电流集合[I]ta1，[I]ta2，…，[I]taX计算得到平均值[I]tav，然后采用如下方式进行杂交操作得到X个杂交的细线电流集合[I]tb1，[I]tb2，…，[I]tbX：
[I]tb1＝[I]ta1+ε([I]ta1-[I]tav)
[I]tb2＝[I]ta2+ε([I]ta2-[I]tav)
…
[I]tbX＝[I]taX+ε([I]taX-[I]tav)
杂交的细线电流集合中的各个细线电流元素需要满足S1中的上下限要求，否则被自动替换为上下限值；其中a1到aX产生于至1到M之间的随机数，可以重复，同时M可被X整除，ε介于0到1之间；
S5重复S4步骤，直至产生M个杂交的细线电流集合[I]tb1，[I]tb2，…，[I]tbM；
S6对S5中产生的M个杂交的细线电流集合[I]tb1，[I]tb2，…，[I]tbM进行如下的变异操作，直至得到变异的细线电流集合[I]tc1，[I]tc2，…，[I]tcM：
[I]tc1＝[I]tb1+σtN(0,1)
[I]tc2＝[I]tb2+σtN(0,1)
…
[I]tcM＝[I]tbM+σtN(0,1)
变异的细线电流集合中的各个细线电流元素需要满足S1中的上下限要求，否则被自动替换为上下限值，其中N(0,1)为标准正态函数，σt为与代数t相关的变异系数；
S7选取父代细线电流集合[I]t1，[I]t2，…，[I]tM中适应值最高的前Y个细线电流集合，替换掉变异的细线电流集合[I]tc1，[I]tc2，…，[I]tcM中适应值最低的后Y个细线电流集合，然后得到子代细线电流集合[I]1 t1，[I]1 t2，…，[I]1 tM，其中Y介于0和M之间，迭代次数t自动加1；
S8判定迭代计算次数t是否大于N或者判断误差函数E是否小于收敛误差e，
若迭代计算次数t大于N或者误差函数E小于收敛误差e，则停止计算，以最后一次计算得到的M个细线电流集合中适应值最高的细线电流集合作为半导体电流分布值，反之，则进入S2步骤进行下一次计算；
其中迭代计算误差函数E为最新子代的M个细线电流集合中最低的适应值与1的差值，表达式如下：
E＝1-min{ft1,ft2,...,ftM}。
进一步的，所述磁场测试装置包括磁场测试组件和压接组件；所述压接组件压接被测半导体；所述磁场测试组件对压接的被测半导体进行磁场强度测定。
进一步的，所述磁场测试组件包括驱动装置、从动装置以及磁场强度测定件；
所述磁场强度测定件设置在所述从动装置的底端；
所述从动装置的底端靠近被测半导体的外围设置；
所述驱动装置与所述从动装置连接。
进一步的，所述从动装置包括第一转盘、第二转盘和转盘连接件；
所述第一转盘设于第二转盘上方；
所述第二转盘靠近被测半导体的外围设置；
所述磁场强度测定件设置在所述第二转盘上；
所述驱动装置与第一转盘连接，所述第一转盘和第二转盘之间采用所述转盘连接件连接。
进一步的，所述磁场强度测定件采用多个；
多个所述磁场强度测定件沿第二转盘的顶面间隔排布设置。
进一步的，所述压接组件包括支撑架、金属导体、接触电极；
所述金属导体包括第一金属导体和第二金属导体，所述接触电极包括第一接触电极和第二接触电极；
所述支撑架的顶端放置所述驱动装置；
所述支撑架内放置被测半导体；
所述被测半导体的顶面从下到上依次放置第一金属导体、第一接触电极；
所述被测半导体的底面从上到下依次放置第二金属导体、第二接触电极。
进一步的，所述压接组件还包括散热器，所述散热器包括第一散热器和第二散热器；
所述第一散热器的底端与所述被测半导体的顶面接触，所述第一散热器的顶端与所述第一金属导体底端接触；
所述第二散热器的顶端与所述被测半导体的底面接触，所述第二散热器的底端与所述第二金属导体的顶端接触。
进一步的，所述压接组件还包括引出铜排，所述引出铜排包括第一引出铜排和第二引出铜排；
所述第一引出铜排与所述第一接触电极连接；
所述第二引出铜排与所述第二接触电极连接。
进一步的，所述支撑架包括支撑底板、支撑顶板和多个支撑杆，
所述支撑顶板上放置所述驱动装置；
所述支撑底板上开设盲孔；
所述支撑顶板上开设通孔；
多个所述支撑杆的底端与所述盲孔固定连接；
多个所述支撑杆的顶端与所述通孔固定连接。
进一步的，所述压接组件还包括均压台，所述均压台包括第一均压台和第二均压台；
所述第一均压台的底端接触所述第一接触电极，所述第一均压台的顶端接触所述支撑顶板；
所述第二均压台的底端接触所述支撑底板，所述第二均压台的顶端接触所述第二接触电极。
进一步的，所述压接组件还包括均压板和均压球；
所述均压球设在所述第一均压台的上方，均压球的顶端接触所述均压板的底端，均压球的底端接触所述第一均压台的顶端；
所述均压板的顶端接触所述支撑顶板。
进一步的，所述第二转盘上开设多个弧形槽孔，弧形槽孔的数目与所述支撑杆的数目对应；
所述支撑杆的杆身对应贯穿弧形槽孔。
和最接近的现有技术比，本发明的技术方案具备如下有益效果：
本发明提供一种用于半导体电流密度分析的磁场反演电流计算方法，通过磁场测定装置测定被测半导体同平面近处指定同心圆位置的切向磁场，得到切向磁场测定集合；计算被测半导体同平面近处所述指定同心圆位置的叠加磁场，得到切向磁场计算集合；根据所述切向磁场测定集合与所述切向磁场计算集合构建适应值函数；基于所述适应值函数进行半导体电流的启发式搜索计算，在不改变器件封装结构的情况下通过探测被测半导体附近区域的磁场变化来反演被测半导体内部的电流密度信息。
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，下面将对实施例或现有技术描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实施例的用于半导体电流密度分析的磁场反演电流计算方法的流程框图；
图2为本实施例的按矩形基元对被测半导体区域进行等效细线电流簇划分的示意图；
图3为本实施例的按扇形基元对被测半导体区域进行等效细线电流簇划分的示意图；
图4为本实施例针对矩形基元划分被测半导体区域等效细线电流簇的情形下磁场测量点Qj的叠加磁场计算原理示意图；
图5为本实施例的磁场测试装置的整体结构示意图；
图6为本实施例的磁场测试装置的剖视图；
图7为本实施例的支撑杆位于第二转盘上弧形槽孔的中间位置的示意图；
图8为本实施例的支撑杆位于第二转盘上弧形槽孔一端位置的示意图；
图9为本实施例的支撑杆位于第二转盘上弧形槽孔另一端位置的示意图。
其中，1-被测半导体，2-驱动装置，3-磁场强度测定件，4-1-第一转盘，4-2-第二转盘，4-3-转盘连接件，5-1-支撑底板，5-2-支撑顶板，5-3-支撑杆，6-1-第一金属导体，6-2-第二金属导体，7-1-第一接触电极，7-2-第二接触电极，8-1-第一散热器，8-2-第二散热器，9-1-第一引出铜排，9-2-第二引出铜排，10-1-第一均压台，10-2-第二均压台，11-均压板，12-均压球，13-散热水管，14-螺栓。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明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作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。
本实施例的技术构思是在不改变被测半导体封装结构的情况下通过探测被测半导体附近区域的磁场变化来反演被测半导体内部的电流密度信息，理论依据是：在圆柱型导体结构通流时，如果在某一薄圆柱层存在电流密度的不均匀分布，那么与其共面的同心圆位置上的磁场分量(如径向磁场分量)将会存在明显特征，在控制周围引出回路的影响下，紧邻不均匀通流层外围的同心圆的分量磁场强度特征变化为最明显区域，越向外由于空间其他支路的分量磁场叠加影响，其变化特征将不够突出。
本实施例的用于半导体电流密度分析的磁场反演电流计算方法，如图1所示，具体包括如下步骤：
1、首先需要确定适应值函数计算方法,具体如下：
P1通过磁场测定装置测定被测半导体同平面近处指定同心圆位置的切向磁场，得到切向磁场测定集合，具体如下：
在被测半导体同平面近处指定同心圆位置设定m个磁场测量点Q1…Qm；
通过所述磁场测定装置对所述m个磁场测量点Q1…Qm测定切向磁场，构成切向磁场测定集合。
P2计算被测半导体同平面近处所述指定同心圆位置的叠加磁场，得到切向磁场计算集合，具体如下：
P2-1对被测半导体内部进行区域划分，构建等效细线电流集合，具体如下：
本实施例的被测半导体内部的区域划分可以采用两种方式，第一种方式为矩形基元划分，按照Δx，Δy的间距进行划分，如图2所示，第一种方式为扇形基元划分，按照Δr，Δθ的间距进行划分，如图3所示；然后在每个划分的格点上都设定一条无限长细线电流，每个细线电流等效近似其附近区域内的总电流。
P2-2根据所述切向磁场，通过毕奥-萨伐尓定律计算等效细线电流集合内n个细线电流Ii在磁场测量点Qj的叠加磁场，得到切向磁场计算集合，其中，i＝1....,n,j＝1...,m，图4所示为以矩形基元划分等效细线电流簇为例，磁场测量点Qj的叠加磁场计算原理示意图。
其中，叠加磁场通过下式计算得出：
其中，Bcj表示叠加磁场，lij为磁场测量点Qj指向细线电流Ii的位移向量，rj为磁场测量点Qj指向原点的位移向量，θij为位移向量lij与位移向量rj的夹角,μ0表示真空磁导率常数，j＝1...，m。
具体的，所述切向磁场计算集合与细线电流集合关系满足如下矩阵：
[Bc]＝[C][I]
其中，[Bc]表示切向磁场计算集合，[I]表示细线电流集合，[C]表示关系矩阵。
上述矩阵具体展开形式如下：
关系矩阵[C]中，
其中，i＝1...m，j＝1....n。
P3根据所述切向磁场测定集合与所述切向磁场计算集合构建适应值函数，具体的，所述适应值函数具体表示如下：
其中，f表示适应值函数，0＜f≤1，[Bc]表示切向磁场计算集合，[Bt]表示切向磁场测定集合。
2、然后基于所述适应值函数进行半导体电流的启发式搜索计算，具体如下：
S1随机生成M个细线电流集合[I]t1，[I]t2，…，[I]tM，每个细线电流集合中的n个细线电流元素的上限均为Imax，下限均为Imin，同时设定最大迭代计算次数N和收敛误差e，初始迭代次数t设定为0；
S2采用所述适应值函数计算每个细线电流集合的适应值ft1,ft2,…,ftM；
S3根据每个细线电流集合的适应值ft1,ft2,…,ftM计算每个细线电流集合的选择权值P1，P2，…，PM，选择权值P1，P2，…，PM具体通过如下函数得出：
Pi表示第i个细线电流集合的选择权值，fti表示细线电流集合[I]ti的适应值，i＝1...，M；
S4按照选择权值比例从M个细线电流集合中随机选择出X个父代细线电流集合[I]ta1，[I]ta2，…，[I]taX计算得到平均值[I]tav，然后采用如下方式进行杂交操作得到X个杂交的细线电流集合[I]tb1，[I]tb2，…，[I]tbX：
[I]tb1＝[I]ta1+ε([I]ta1-[I]tav)
[I]tb2＝[I]ta2+ε([I]ta2-[I]tav)
…
[I]tbX＝[I]taX+ε([I]taX-[I]tav)
杂交的细线电流集合中的各个细线电流元素需要满足S1中的上下限要求，否则被自动替换为上下限值；其中a1到aX产生于至1到M之间的随机数，可以重复，同时M可被X整除，ε介于0到1之间；
S5重复S4步骤，直至产生M个杂交的细线电流集合[I]tb1，[I]tb2，…，[I]tbM；
S6对S5中产生的M个杂交的细线电流集合[I]tb1，[I]tb2，…，[I]tbM进行如下的变异操作，直至得到变异的细线电流集合[I]tc1，[I]tc2，…，[I]tcM：
[I]tc1＝[I]tb1+σtN(0,1)
[I]tc2＝[I]tb2+σtN(0,1)
…
[I]tcM＝[I]tbM+σtN(0,1)
变异的细线电流集合中的各个细线电流元素需要满足S1中的上下限要求，否则被自动替换为上下限值，其中N(0,1)为标准正态函数，σt为与代数t相关的变异系数；
S7选取父代细线电流集合[I]t1，[I]t2，…，[I]tM中适应值最高的前Y个细线电流集合，替换掉变异的细线电流集合[I]tc1，[I]tc2，…，[I]tcM中适应值最低的后Y个细线电流集合，然后得到子代细线电流集合[I]1 t1，[I]1 t2，…，[I]1 tM，其中Y介于0和M之间，迭代次数t自动加1；
S8判定迭代计算次数t是否大于N或者判断误差函数E是否小于收敛误差e，
若迭代计算次数t大于N或者误差函数E小于收敛误差e，则停止计算，以最后一次计算得到的M个细线电流集合中适应值最高的细线电流集合作为半导体电流分布值，反之，则进入S2步骤进行下一次计算；
其中迭代计算误差函数E为最新子代的M个细线电流集合中最低的适应值与1的差值，表达式如下：
E＝1-min{ft1,ft2,...,ftM}。
具体的，上述磁场测试装置包括磁场测试组件和压接组件，压接组件压接被测半导体1，磁场测试组件对压接的被测半导体进行磁场强度测定，图5为本实施例的磁场测试装置的整体结构示意图，图6为本实施例的磁场测试装置的剖视图。
从图中可以看出，磁场测试组件包括驱动装置2、从动装置以及磁场强度测定件3，磁场强度测定件3设置在从动装置的底端，从动装置的底端靠近被测半导体1的外围设置；驱动装置2与从动装置连接。
驱动装置2采用现有驱动电机即可，从动装置包括第一转盘4-1、第二转盘4-2和转盘连接件4-3；第一转盘4-1设于第二转盘4-2上方，第二转盘4-2靠近被测半导体1的外围设置，磁场强度测定件3设置在第二转盘4-2上，驱动装置2与第一转盘4-1连接，第一转盘4-1和第二转盘4-2之间采用转盘连接件4-3连接。
具体的，转盘连接件4-3采用连接螺杆，第一转盘4-1上开设第一螺纹孔，第二转盘4-2上开设第二螺纹孔，连接螺杆的顶端与第一螺纹孔螺纹通过螺栓14固定连接，连接螺杆的底端与第二螺纹孔螺纹连接。
磁场强度测定件3采用多个，多个磁场强度测定件3沿第二转盘4-2的顶面间隔排布设置，磁场强度测定件3可以采用磁场传感器，磁场传感器优选采用隧道结磁阻传感器，可满足大范围量程的交直流磁场强度测试；
如图7、8或9所示，图中示意第二转盘4-2上均匀排布4个磁场传感器，分别测试被测半导体1的四个方向的径向磁场分量，磁场传感器根据第二转盘4-2上的定位槽可以移动，进而调节测试被测半导体1的同心圆的半径。
压接组件包括支撑架、金属导体、接触电极、散热器、引出铜排、均压台、均压板、均压球以及散热水管。
支撑架内放置被测半导体；
支撑架包括支撑底板5-1、支撑顶板5-2和多个支撑杆5-3，支撑顶板5-2上放置驱动装置2；
支撑底板5-1上开设盲孔；
支撑顶板5-2上开设通孔；
多个支撑杆5-3的底端与盲孔固定连接；
多个支撑杆5-3的顶端与通孔固定连接。
上述第二转盘4-2上开设多个弧形槽孔，弧形槽孔的弧度不超过90度，弧形槽孔的数目与支撑杆5-3的数目对应，支撑杆5-3的杆身对应贯穿弧形槽孔，如图7、8或9所示，弧形槽孔的数目为4个，支撑杆5-3的数目也为4个。
金属导体包括第一金属导体6-1和第二金属导体6-2，接触电极包括第一接触电极7-1和第二接触电极7-2，散热器包括第一散热器8-1和第二散热器8-2，引出铜排包括第一引出铜排9-1和第二引出铜排9-2，均压台包括第一均压台10-1和第二均压台10-2；
被测半导体1的顶面从下到上依次放置第一散热器8-1、第一金属导体6-1、第一接触电极7-1、第一均压台10-1、均压球12以及均压板11；
第一引出铜排9-1与第一接触电极7-1连接，第二引出铜排9-2与第二接触电极7-2连接。
第一散热器8-1的底端与被测半导体1的顶面接触，第一散热器8-1的顶端与第一金属导体6-1底端接触；
第一接触电极7-1的底端与第一金属导体6-1的顶端接触，第一接触电极7-1的顶端与第一均压台10-1的底端接触，第一均压台10-1的顶端与均压球12底端接触，均压球12的顶端与均压板11的底端接触，均压板11的顶端与支撑顶板5-2接触。
被测半导体1的底面从上到下依次放置第二散热器8-2、第二金属导体6-2、第二接触电极7-2、第二均压台10-2。
第二散热器8-2的顶端与被测半导体1的底面接触，第二散热器8-2的底端与第二金属导体6-2的顶端接触，第二接触电极7-2的顶端与第二金属导体6-2的底端接触，第二接触电极7-2的底端与第二均压台10-2的顶端接触，第二均压台10-2的底端与支撑底板5-1接触。
散热水管13与第二接触电极7-2连接。
磁场测试装置的组装操作如下：在组装时先将压接组件和磁场测试组件的第二转盘4-2安装好，然后安装磁场测试组件的其余零件，最后连接散热水管13和引出铜排。
磁场测试装置对压接的被测半导体1进行磁场强度测定的工作过程如下：驱动装置1控制第一转盘4-1转动，第一转盘4-1通过连接螺杆带动第二转盘4-2转动，第二转盘4-2上的磁场传感器进行弧形槽孔所设角度范围内的往返运动，通过磁场传感器的采样率S与电极转速v的倍数关系可以提取不同方位下的被测半导体1周围磁场强度值，最终实现接近360度的全方位磁场信息采集。
采用上述磁场测试装置对被测半导体1进行磁场强度测定，能够保证压接组件的垂直通路长度，从而减小其他方向电流在测试点叠加的磁场干扰量，并且压接组件的高度能够根据磁场测试精度进行调整。
本实施例的被测半导体1可以为正常工作状态下的器件或者是需要长时通流的失效器件，例如压接式IEGT、IGBT以及IGCT等器件。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (17)
1.一种用于半导体电流密度分析的磁场反演电流计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过磁场测定装置测定被测半导体同平面近处指定同心圆位置的切向磁场，得到切向磁场测定集合；
计算被测半导体同平面近处所述指定同心圆位置的叠加磁场，得到切向磁场计算集合；
根据所述切向磁场测定集合与所述切向磁场计算集合构建适应值函数；
基于所述适应值函数进行半导体电流的启发式搜索计算，具体包括：
S1对被测半导体内部进行区域划分，构建等效细线电流集合，随机生成M个细线电流集合[I]t1，[I]t2，…，[I]tM，每个细线电流集合中的n个细线电流元素的上限均为I max，下限均为I min，同时设定最大迭代计算次数N和收敛误差e，初始迭代次数t设定为0；
S2采用所述适应值函数计算每个细线电流集合的适应值f t1,f t2,…,f tM；
S3根据每个细线电流集合的适应值f t1,f t2,…,f tM计算每个细线电流集合的选择权值P1，P2，…，PM，选择权值P1，P2，…，PM具体通过如下函数得出：
Pi表示第i个细线电流集合的选择权值， fti表示细线电流集合[I]ti的适应值，i=1...，M；
S4按照选择权值比例从M个细线电流集合中随机选择出X个父代细线电流集合[I]ta1，[I]ta2，…，[I]taX计算得到平均值[I]tav，然后采用如下方式进行杂交操作得到X个杂交的细线电流集合[I]tb1，[I]tb2，…，[I]tbX：
[I]tb1＝[I]ta1+ε([I]ta1-[I]tav)
[I]tb2＝[I]ta2+ε([I]ta2-[I]tav)
…
[I]tbX＝[I]taX+ε([I]taX-[I]tav)
杂交的细线电流集合中的各个细线电流元素需要满足S1中的上下限要求，否则被自动替换为上下限值；其中a1到aX产生于至1到M之间的随机数，可以重复，同时M可被X整除，ε介于0到1之间；
S5重复S4步骤，直至产生M个杂交的细线电流集合[I]tb1，[I]tb2，…，[I]tbM；
S6对S5中产生的M个杂交的细线电流集合[I]tb1，[I]tb2，…，[I]tbM进行如下的变异操作，直至得到变异的细线电流集合[I]tc1，[I]tc2，…，[I]tcM：
[I]tc1＝[I]tb1+σtN(0,1)
[I]tc2＝[I]tb2+σtN(0,1)
…
[I]tcM＝[I]tbM+σtN(0,1)
变异的细线电流集合中的各个细线电流元素需要满足S1中的上下限要求，否则被自动替换为上下限值，其中N(0,1)为标准正态函数，σt为与代数t相关的变异系数；
S7选取细线电流集合[I]t1，[I]t2，…，[I]tM中适应值最高的前Y个细线电流集合，替换掉变异的细线电流集合[I]tc1，[I]tc2，…，[I]tcM中适应值最低的后Y个细线电流集合，然后得到子代细线电流集合[I]1 t1，[I]1 t2，…，[I]1 tM，其中Y介于0和M之间，迭代次数t自动加1；
S8判定迭代计算次数t是否大于N或者判断误差函数E是否小于收敛误差e，
若迭代计算次数t大于N或者误差函数E小于收敛误差e，则停止计算，以最后一次计算得到的M个细线电流集合中适应值最高的细线电流集合作为半导体电流分布值，反之，则进入S2步骤进行下一次计算；
其中迭代计算误差函数E为最新子代的M个细线电流集合中最低的适应值与1的差值，表达式如下：
E＝1-min{ft1,ft2,...,ftM}。
2.根据权利要求1所述的用于半导体电流密度分析的磁场反演电流计算方法，其特征在于，通过磁场测定装置测定被测半导体同平面近处指定同心圆位置的切向磁场，得到切向磁场测定集合，具体包括：
在被测半导体同平面近处指定同心圆位置设定m个磁场测量点Q1…Qm；
通过所述磁场测定装置对所述m个磁场测量点Q1…Qm测定切向磁场，构成切向磁场测定集合。
3.根据权利要求2所述的用于半导体电流密度分析的磁场反演电流计算方法，其特征在于，所述计算被测半导体同平面近处所述指定同心圆位置的叠加磁场强度，具体包括：
根据所述切向磁场，通过毕奥-萨伐尓定律计算等效细线电流集合内n个细线电流
在磁场测量点Qj的叠加磁场，得到切向磁场计算集合，其中，i=1....,n,j=1...,m。
4.根据权利要求3所述的用于半导体电流密度分析的磁场反演电流计算方法，其特征在于，所述叠加磁场通过下式计算得出：
其中，Bcj表示叠加磁场，
为磁场测量点Qj指向细线电流
的位移向量，
为磁场测量点Qj指向原点的位移向量，
为位移向量
与位移向量
的夹角,μ0表示真空磁导率常数，j=1...，m。
5.根据权利要求4所述的用于半导体电流密度分析的磁场反演电流计算方法，其特征在于，所述切向磁场计算集合与细线电流集合关系满足如下矩阵：
其中，[Bc]表示切向磁场计算集合，[I]表示细线电流集合，[C]表示关系矩阵。
6.根据权利要求3所述的用于半导体电流密度分析的磁场反演电流计算方法，其特征在于，所述适应值函数具体表示如下：
其中，f表示适应值函数，0＜f≤1，[B c]表示切向磁场计算集合，[B t]表示切向磁场测定集合。
7.根据权利要求2所述的一种用于半导体电流密度分析的磁场反演电流计算方法，其特征在于，所述磁场测试装置包括磁场测试组件和压接组件；所述压接组件压接被测半导体；所述磁场测试组件对压接的被测半导体进行磁场强度测定。
8.根据权利要求7所述的一种用于半导体电流密度分析的磁场反演电流计算方法，其特征在于，所述磁场测试组件包括驱动装置、从动装置以及磁场强度测定件；
所述磁场强度测定件设置在所述从动装置的底端；
所述从动装置的底端靠近被测半导体的外围设置；
所述驱动装置与所述从动装置连接。
9.根据权利要求8所述的一种用于半导体电流密度分析的磁场反演电流计算方法，其特征在于，所述从动装置包括第一转盘、第二转盘和转盘连接件；
所述第一转盘设于第二转盘上方；
所述第二转盘靠近被测半导体的外围设置；
所述磁场强度测定件设置在所述第二转盘上；
所述驱动装置与第一转盘连接，所述第一转盘和第二转盘之间采用所述转盘连接件连接。
10.根据权利要求9所述的用于半导体电流密度分析的磁场反演电流计算方法，其特征在于，所述磁场强度测定件采用多个；
多个所述磁场强度测定件沿第二转盘的顶面间隔排布设置。
11.根据权利要求8所述的用于半导体电流密度分析的磁场反演电流计算方法，其特征在于，所述压接组件包括支撑架、金属导体、接触电极；
所述金属导体包括第一金属导体和第二金属导体，所述接触电极包括第一接触电极和第二接触电极；
所述支撑架的顶端放置所述驱动装置；
所述支撑架内放置被测半导体；
所述被测半导体的顶面从下到上依次放置第一金属导体、第一接触电极；
所述被测半导体的底面从上到下依次放置第二金属导体、第二接触电极。
12.根据权利要求11所述的用于半导体电流密度分析的磁场反演电流计算方法，其特征在于，所述压接组件还包括散热器，所述散热器包括第一散热器和第二散热器；
所述第一散热器的底端与所述被测半导体的顶面接触，所述第一散热器的顶端与所述第一金属导体底端接触；
所述第二散热器的顶端与所述被测半导体的底面接触，所述第二散热器的底端与所述第二金属导体的顶端接触。
13.根据权利要求11所述的用于半导体电流密度分析的磁场反演电流计算方法，其特征在于，所述压接组件还包括引出铜排，所述引出铜排包括第一引出铜排和第二引出铜排；
所述第一引出铜排与所述第一接触电极连接；
所述第二引出铜排与所述第二接触电极连接。
14.根据权利要求11所述的用于半导体电流密度分析的磁场反演电流计算方法，其特征在于，所述支撑架包括支撑底板、支撑顶板和多个支撑杆，
所述支撑顶板上放置所述驱动装置；
所述支撑底板上开设盲孔；
所述支撑顶板上开设通孔；
多个所述支撑杆的底端与所述盲孔固定连接；
多个所述支撑杆的顶端与所述通孔固定连接。
15.根据权利要求14所述的用于半导体电流密度分析的磁场反演电流计算方法，其特征在于，所述压接组件还包括均压台，所述均压台包括第一均压台和第二均压台；
所述第一均压台的底端接触所述第一接触电极，所述第一均压台的顶端接触所述支撑顶板；
所述第二均压台的底端接触所述支撑底板，所述第二均压台的顶端接触所述第二接触电极。
16.根据权利要求15所述的用于半导体电流密度分析的磁场反演电流计算方法，其特征在于，所述压接组件还包括均压板和均压球；
所述均压球设在所述第一均压台的上方，均压球的顶端接触所述均压板的底端，均压球的底端接触所述第一均压台的顶端；
所述均压板的顶端接触所述支撑顶板。
17.根据权利要求9所述的用于半导体电流密度分析的磁场反演电流计算方法，其特征在于，第二转盘上开设多个弧形槽孔，弧形槽孔的数目与支撑杆的数目对应；
支撑杆的杆身对应贯穿弧形槽孔。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110016867.6A CN112858862B (zh) | 2021-01-07 | 2021-01-07 | 一种用于半导体电流密度分析的磁场反演电流计算方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110016867.6A CN112858862B (zh) | 2021-01-07 | 2021-01-07 | 一种用于半导体电流密度分析的磁场反演电流计算方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112858862A CN112858862A (zh) | 2021-05-28 |
| CN112858862B true CN112858862B (zh) | 2022-06-28 |
Family
ID=76004685
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110016867.6A Active CN112858862B (zh) | 2021-01-07 | 2021-01-07 | 一种用于半导体电流密度分析的磁场反演电流计算方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112858862B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116430103B (zh) * | 2023-06-14 | 2023-08-15 | 兰州大学 | 高温超导带材电流密度反演方法、设备及介质 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105911489B (zh) * | 2016-04-10 | 2018-11-02 | 北京工业大学 | 共源双频励磁式多功能微磁信号同步检测方法 |
| CN106199257A (zh) * | 2016-07-01 | 2016-12-07 | 哈尔滨工程大学 | 集成电路电磁辐射分析方法 |
| CN106291061B (zh) * | 2016-08-31 | 2019-01-29 | 无锡乐尔科技有限公司 | 一种电流传感器、处理模块及电流测量方法 |
| JP7213621B2 (ja) * | 2018-04-04 | 2023-01-27 | デクセリアルズ株式会社 | 半導体装置 |
| CN109856441B (zh) * | 2019-04-15 | 2024-05-10 | 华北电力大学 | 压接型igbt器件芯片电流在线测量系统 |
| CN110245414B (zh) * | 2019-06-11 | 2023-06-23 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种压接式igbt模块多物理场耦合仿真方法 |
-
2021
- 2021-01-07 CN CN202110016867.6A patent/CN112858862B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112858862A (zh) | 2021-05-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bana et al. | Experimental investigation on power output of different photovoltaic array configurations under uniform and partial shading scenarios | |
| McIntosh et al. | The choice of silicon wafer for the production of low-cost rear-contact solar cells | |
| CN112858862B (zh) | 一种用于半导体电流密度分析的磁场反演电流计算方法 | |
| CN104899379B (zh) | 基于ansys的交联聚乙烯绝缘电缆温度场有限元计算方法 | |
| Zhou et al. | Experimental and CFD investigation on temperature distribution of a serpentine tube type photovoltaic/thermal collector | |
| CN107704012B (zh) | 一种非均匀辐照下光伏逆变器最大功率跟踪方法 | |
| CN110633496B (zh) | 一种基于热-力耦合模型的锂离子电池放电过程中热应力和温度的确定方法 | |
| CN214310847U (zh) | 一种用于半导体电流密度反演的磁场测试装置 | |
| CN103471735A (zh) | 动力电池组内部温度在线检测方法及系统 | |
| Liu et al. | Development of fast simulation models for photovoltaic generation system based on Simulink | |
| CN112834894B (zh) | 一种用于半导体电流密度反演的磁场测试装置 | |
| Maatallah et al. | Simulation and performance analysis of concentrating photovoltaic/thermal collector (CPV/T) with three-sided thermal insulation based on coupled optothermal model | |
| Marco Tina | Simulation model of photovoltaic and photovoltaic/thermal module/string under nonuniform distribution of irradiance and temperature | |
| CN114707373A (zh) | 一种高压直流gil电场等效及其结构快速优化方法 | |
| CN113536600A (zh) | 一种功率模块绑定线布局优化设计方法 | |
| CN108519406A (zh) | 一种架空地线轴向的导体热阻和对流热阻的计算方法 | |
| CN106991271A (zh) | 一种适用于east偏滤器探针诊断数据处理的软件系统 | |
| CN105811881A (zh) | 一种在线的光伏阵列故障诊断系统实现方法 | |
| Antón et al. | Performance prediction of concentrator solar cells and modules from dark I–V characteristics | |
| CN113064023B (zh) | 一种同塔多回输电线路故障识别方法与系统 | |
| Zhu et al. | Research on parameter distribution features of photovoltaic array under the cover and shadow shading conditions | |
| Bouacha et al. | Modeling and simulation of 1MW grid connected photovoltaic system | |
| CN207573311U (zh) | 双面太阳辐照模拟测试系统 | |
| CN115485833A (zh) | 测试结构以及测试方法 | |
| CN107508549A (zh) | 一种组串的pid衰减的检测方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |