CN116879702A - SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断方法、系统、装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断方法、系统、装置、计算机设备、计算机可读存储介质、计算机程序产品。该方法包括：控制待测的SiC MOSFET工作在预设状态下，其中，SiC芯片包括栅极、漏极、第一源极，SiC MOSFET还包括第二源极。获取第一电压信号、第二电压信号、第一电流信号。在确定SiC MOSFET失效的情况下，根据第一电压信号、第二电压信号、第一电流信号，确定SiC MOSFET的失效机理，其中，失效机理包括SiC芯片失效和封装组件失效中的至少一种。采用本申请的方法，能够在功率循环试验中SiC MOSFET失效时，确定出SiC MOSFET失效的原因具体是SiC MOSFET的芯片本身失效，还是封装组件失效，避免依据单一退化参数的判据而发生误判。
Description
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，特别是涉及一种SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断方法、系统、装置、计算机设备、计算机可读存储介质、计算机程序产品。
背景技术
功率循环试验主要是用来评估封装的薄弱环节的，但由于SiC MOSFET(碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管)栅氧、衬底等仍然存在未解决的可靠性问题，在功率循环正负交替的栅极应力以及温度波动下，芯片也会同时发生退化，因此，退化特征变得更加复杂，原来用来表征封装退化的失效判据也需要重新考量。
例如，SiC MOSFET相比Si MOSFET界面缺陷密度更高，阈值电压漂移更加严重，阈值电压的变化会引起沟道电阻和导通压降的变化。对于Si基功率器件，导通压降Von上升被认为是键合退化，Von大于5％即为失效，而对于SiC MOSFET由于导通压降同时耦合了封装和芯片的退化，失效的判定需要区分两者的退化程度。因此，本发明提出了一种SiC MOSFET功率循环退化机理的在诊断方法，利用开尔文源极与功率源极的同时监测区分芯片和封装的退化状态，实现在线同步监测和诊断SiC MOSFET的老化特征变化和退化机理。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种理SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断方法、系统、装置、计算机设备、计算机可读存储介质、计算机程序产品，避免依据单一退化参数的判据而发生误判。
一种SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断方法，所述SiC MOSFET包括SiC芯片和封装组件，所述方法包括：控制待测的SiC MOSFET工作在预设状态下，其中，所述SiC芯片包括栅极、漏极、第一源极，所述SiC MOSFET还包括第二源极，所述第一源极和所述第二源极通过所述封装组件连接；获取第一电压信号、第二电压信号、第一电流信号，其中，所述第一电压信号为所述SiC芯片的漏极和所述第一源极之间的导通电压降，所述第二电压信号为所述SiC芯片的漏极和所述第二源极之间的导通电压降，所述第一电流信号为所述SiCMOSFET导通时的电流；在确定所述SiC MOSFET失效的情况下，根据所述第一电压信号、所述第二电压信号、所述第一电流信号，确定所述SiC MOSFET的失效机理，其中，所述失效机理包括所述SiC芯片失效和所述封装组件失效中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述根据所述第一电压信号、所述第二电压信号、所述第一电流信号，确定所述SiC MOSFET的失效机理，包括：根据所述第一电压信号、所述第一电流信号，确定所述SiC芯片的第一电阻值；根据所述第二电压信号、所述第一电流信号确定所述SiC MOSFET的总电阻值；根据所述总电阻值和所述第一电阻值确定所述封装组件的第二电阻值；根据所述第一电阻值、所述第二电阻值、预设的所述SiC芯片的第一基准电阻值、预设的所述封装组件的第二基准电阻值，确定所述SiC MOSFET的失效机理。
在其中一个实施例中，所述根据所述第一电阻值、所述第二电阻值、预设的所述SiC芯片的第一基准电阻值、预设的所述封装组件的第二基准电阻值，确定所述SiC MOSFET的失效机理，包括：根据所述第一电阻值、所述第一基准电阻值，确定所述SiC芯片的第一电阻变化率；根据所述第二电阻值、所述第二基准电阻值，确定所述封装组件的第二电阻变化率；在所述第一电阻变化率减去所述第二电阻变化率大于第一阈值的情况下，确定所述SiC芯片失效；在所述第二电阻变化率减去所述第一电阻变化率大于第二阈值的情况下，确定所述封装组件失效；在所述第一电阻变化率和所述第二电阻变化率均大于第三阈值的情况下，确定所述SiC芯片和所述封装组件同时失效。
在其中一个实施例中，SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断方法还包括：获取所述SiC MOSFET的热阻值；在所述SiC MOSFET的热阻值相对于预设的基准热阻值的变化率大于第四阈值的情况下，确定所述SiC MOSFET的封装焊料层失效。
在其中一个实施例中，所述控制待测的SiC MOSFET工作在预设状态下，包括：控制所述SiC芯片正向导通，并向所述SiC芯片的栅极提供正电压，以使所述SiC MOSFET工作在第一状态下；或者，控制所述SiC芯片反向导通，并向所述SiC芯片的栅极提供负电压，以使所述SiC MOSFET工作在第二状态下。
在其中一个实施例中，SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断方法还包括：在所述SiC MOSFET工作在第一状态的情况下，若所述第一电压信号与预设的基准导通电压的比值大于第五阈值，则确定所述SiC MOSFET失效。
在其中一个实施例中，SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断方法还包括：确定所述SiC MOSFET工作在第一状态时的第一电压信号相对于预设的基准导通电压的第一变化率；确定所述SiC MOSFET工作在第二状态时的第一电压信号相对于预设的反偏基准电压的第二变化率；在所述第一变化率与所述第二变化率的比值大于第六阈值的情况下，确定所述SiC MOSFET失效。
一种SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断系统，所述SiC MOSFET包括SiC芯片和封装组件，所述系统包括：
输出模块，分别与待测的SiC MOSFET的SiC芯片的栅极、漏极、以及所述SiCMOSFET的第二源极连接，用于向所述SiC MOSFET提供测试信号并控制所述SiC MOSFET工作在预设状态下，其中，所述SiC芯片包括栅极、漏极、第一源极，所述SiC MOSFET包括第二源极，所述第一源极和所述第二源极通过所述封装组件连接；
测量模块，分别与所述漏极、第一源极、第二源极连接，用于测量第一电压信号、第二电压信号、第一电流信号，其中，所述第一电压信号为所述SiC芯片的漏极和所述第一源极之间的导通电压降，所述第二电压信号为所述SiC芯片的漏极和所述第二源极之间的导通电压降，所述第一电流信号为所述SiC MOSFET导通时的电流；
处理模块，与所述测量模块连接，用于在确定所述SiC MOSFET失效的情况下，根据所述第一电压信号、所述第二电压信号、所述第一电流信号，确定所述SiC MOSFET的失效机理，其中，所述失效机理包括所述SiC芯片失效和所述封装组件失效中的至少一种。
一种SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断装置，SiC MOSFET包括SiC芯片和封装组件，所述装置包括：
信号提供模块，用于控制待测的SiC MOSFET工作在预设状态下，其中，所述SiC芯片包括栅极、漏极、第一源极，所述SiC MOSFET还包括第二源极，所述第一源极和所述第二源极通过所述封装组件连接；
参数获取模块，用于获取第一电压信号、第二电压信号、第一电流信号，其中，所述第一电压信号为所述SiC芯片的漏极和所述第一源极之间的导通电压降，所述第二电压信号为所述SiC芯片的漏极和所述第二源极之间的导通电压降，所述第一电流信号为所述SiCMOSFET导通时的电流；
判断模块，用于在确定所述SiC MOSFET失效的情况下，根据所述第一电压信号、所述第二电压信号、所述第一电流信号，确定所述SiC MOSFET的失效机理，其中，所述失效机理包括所述SiC芯片失效和所述封装组件失效中的至少一种。
在其中一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现前述的SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断方法。
在其中一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断方法。
在其中一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现前述的SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断方法。
上述SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断方法、系统、装置、计算机设备、计算机可读存储介质、计算机程序产品。该方法首先控制待测的SiC MOSFET工作在预设状态下，从而使得SiC MOSFET处于工作状态，便于后续对SiC MOSFET的性能的测试。然后获取SiC芯片的漏极和第一源极之间的第一电压信号、SiC芯片的漏极和第二源极之间的第二电压信号、以及能够表征流经SiC MOSFET的电流的第一电流信号，然后在确定SiC MOSFET失效的情况下，根据第一电压信号、第二电压信号、第一电流信号，确定SiC MOSFET的失效机理，由于第一电压信号为SiC芯片的漏极和第一源极之间的导通电压降，第二电压信号为SiC芯片的漏极和第二源极之间的导通电压降，再结合第一电流信号，从而即可确定SiC芯片的导通电阻和封装组件的电阻，进而便于分析出SiC MOSFET的失效机理具体是SiC芯片失效和/或封装组件失效。综上，采用本申请的方法，能够在线诊断SiC MOSFET功率循环的退化机理，避免依据单一退化参数的判据而发生误判。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统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申请的一些实施例，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他的附图。
图1为一个实施例中SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断方法的流程示意图；
图2为一个实施例中功率循环试验电路的结构示意图；
图3为一个实施例中确定失效机理的方法的流程示意图；
图4为另一个实施例中确定失效机理的方法的流程示意图；
图5为另一个实施例中SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断方法的流程示意图；
图6为一个实施例中确定SiC MOSFET是否失效的方法的流程示意图；
图7为一个实施例中SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断系统的结构示意图；
图8为一个实施例中SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断装置的结构示意图；
图9为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
附图标记说明：
10-SiC芯片，20-封装组件，30-电源模块，K1-第一开关，K2-第二开关，K3-第三开关，31-第一电压源，32-第二电压源，41-第一电压测量单元，42-第二电压测量单元，43-电流测量单元，T1-第一二极管，T2-第二二极管，40-测量模块，50-输出模块，60-处理模块。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断方法，SiC MOSFET包括SiC芯片和封装组件，该方法包括：
步骤S100，控制待测的SiC MOSFET工作在预设状态下。
其中，SiC芯片包括栅极、漏极、第一源极，SiC MOSFET还包括第二源极，第一源极和第二源极通过封装组件连接。其中，第一源极即为SiC MOSFET的开尔文源极，第二源极即为SiC MOSFET的共源极。
其中，通过控制SiC MOSFET上流经的电流的大小和方向、SiC MOSFET的栅极电压，可以控制SiC MOSFET的导通状态和工作状态。工作状态包括饱和模式恒电流、饱和模式恒结温、体二极管模式恒电流、体二极管模式恒结温等等，这是为了激发SiC MOSFET在不同工作状态下的多种失效机理，从而得到不同失效机理与在线参数的对应关系，后续试验则可以通过这种对应关系在线诊断SiC MOSFET的退化机理。。
示例性地，SiC MOSFET的功率循环测试电路如图2所示，设置电源模块30、第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第一电压源31、第二电压源32、第一电压测量单元41、第二电压测量单元42、电流测量单元43、第二二极管T2，其中：
电源模块30的一端通过第一开关K1与SiC芯片10的漏极D连接，电源模块30的另一端与封装组件20连接。
第三开关K3和第二电压源32串联，并设置在SiC芯片10的栅极G和漏极D之间。
第二开关K2和第一电压源31串联，并设置在SiC芯片10的栅极G和第二源极S2之间。
第一电压测量单元41设置在SiC芯片10的漏极D和第一源极S1之间。
第二电压测量单元42设置在SiC芯片10的漏极D和SiC MOSFET的第二源极S2之间。
第二二极管T2与电流测量单元43串联，并设置在SiC芯片10的漏极D和SiC MOSFET的第二源极S2之间。
具体地，对功率循环测试电路的工作流程进行说明：
首先，使SiC MOSFET升温，将K1、K2闭合，K3断开，并将第一电压源31设置为正向栅源导通电压，正向栅源导通电压通常大于或等于+15V。此时SiC芯片10的沟道导通，SiC芯片10为正向导通模式，由SiC芯片10的漏极D向SiC芯片10的第一源极S1流通的电流为加热电流，加热电流为安培(A)级，SiC芯片10导通加热，SiC芯片10在第一预设时间段内升温。之后，使SiC MOSFET降温，将K1、K2断开，K3闭合，并将第二电压源32设置为负向栅源导通电压，SiC芯片10为反向体二极管导通模式，负向栅源导通电压通常为-4V至-10V。此时电流流过第一二极管T1，由SiC芯片10的第一源极S1通过PN结向SiC芯片10的漏极D流通的电流为测试电流，测试电流为毫安(mA)级，使SiC芯片10在第二预设时间段内降温。并通过SiC芯片10的漏源电压与结温之间的对应关系监测SiC芯片10的结温，即利用第一二极管T1的结电压来计算SiC芯片10的结温。可以在升温结束时刻测量最高结温，在降温结束时刻测量最低结温。在这个过程中，第一电压测量单元41可以测量第一电压信号，第二电压测量单元42可以测量第二电压信号，电流测量单元43可以测量第一电流信号，在SiC芯片10为正向导通模式时，将电源模块30提供的总电流减去第一电流信号，即可得到流经SiC芯片10的电流值，在SiC芯片10为反向体二极管导通模式时，第一电流信号的电流值即为流经SiC芯片10的电流值。
其中，待测的SiC MOSFET可以为SiC MOSFET器件(碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管)。功率循环试验是通过外部负载电流流通和关断来模拟器件实际应用的结温波动过程，用于考核功率器件的封装可靠性以及进行功率器件寿命的评估。预设功率循环试验条件，包括结温差、最大结温、导通时间、关断时间、加热电流、冷却液流量等参数，然后采用如图2所示的电路开始功率循环试验，在功率循环试验过程中每个循环在线监测第一电压信号和第二电压信号。同时每隔一定的循环数(例如1000次)，离线测试SiC MOSFET在常温下的静态参数变化(例如阈值电压、热电阻等等)。
步骤S110，获取第一电压信号、第二电压信号、第一电流信号。
其中，第一电压信号为SiC芯片的漏极和第一源极之间的导通电压降，第二电压信号为SiC芯片的漏极和第二源极之间的电压降，第一电流信号为SiC MOSFET导通时的电流。
步骤S120，在确定SiC MOSFET失效的情况下，根据第一电压信号、第二电压信号、第一电流信号，确定SiC MOSFET的失效机理。
其中，失效机理包括SiC芯片失效和封装组件失效中的至少一种。
其中，SiC MOSFET失效有可能是SiC芯片失效和/或封装组件失效导致的。传统试验监测无法区分SiC MOSFET失效的具体原因到底是SiC芯片失效还是封装组件失效。本方法通过监测第一电压信号、第二电压信号、第一电流信号，能够确定漏极和第一源极之间的导通电压降，以及漏极和第二源极之间的电压降，从而可以区分SiC芯片失效和封装组件失效。
在本实施例中，首先控制待测的SiC MOSFET工作在预设状态下，从而使得SiCMOSFET处于工作状态，便于后续对SiC MOSFET的性能的测试。然后获取SiC芯片的漏极和第一源极之间的第一电压信号、SiC芯片的漏极和第二源极之间的第二电压信号、以及能够表征流经SiC MOSFET的电流的第一电流信号，然后在确定SiC MOSFET失效的情况下，根据第一电压信号、第二电压信号、第一电流信号，确定SiC MOSFET的失效机理，由于第一电压信号为SiC芯片的漏极和第一源极之间的导通电压降，第二电压信号为SiC芯片的漏极和第二源极之间的电压降，再结合第一电流信号，从而即可确定SiC芯片的导通电阻和封装组件的电阻，进而便于分析出SiC MOSFET的失效机理具体是SiC芯片失效和/或封装组件失效。综上，采用本申请的方法，能够在SiC MOSFET失效时，确定出SiC MOSFET失效的原因具体是SiC MOSFET的芯片本身失效，还是封装组件失效，进而便于后续的维护和优化。
在一个实施例中，如图3所示，步骤S120，在确定SiC MOSFET失效的情况下，根据第一电压信号、第二电压信号、第一电流信号，确定SiC MOSFET的失效机理。包括：
步骤S300，根据第一电压信号、第一电流信号，确定SiC芯片的第一电阻值。
具体地，第一电压信号为SiC芯片的漏极和第一源极之间的导通电压降，第一电流信号可以表征流经SiC MOSFET的电流，所以根据第一电压信号和第一电流信号可以计算出SiC芯片的第一电阻值。
示例性地，请继续参考图2以及上述实施例中的说明，在SiC芯片10为正向导通模式时，将电源模块30提供的总电流减去第一电流信号，即可得到流经SiC芯片10的电流值，在SiC芯片10为反向体二极管导通模式时，第一电流信号的电流值即为流经SiC芯片10的电流值。所以通过第一电流信号，可以确定流经SiC芯片10的电流，再结合第一电压信号，即可确定SiC芯片10的第一电阻值。
步骤S310，根据第二电压信号、第一电流信号确定SiC MOSFET的总电阻值。
具体地，第二电压信号为SiC芯片的漏极和第二源极之间的电压降，第一电流信号可以表征流经SiC MOSFET的电流，所以根据第二电压信号和第一电流信号可以计算出SiCMOSFET的总电阻值，总电阻值即为SiC芯片和封装组件的电阻值之和。
步骤S320，根据总电阻值和第一电阻值确定封装组件的第二电阻值。
具体地，将总电阻值减去第一电阻值即可得到封装组件的第二电阻值。
步骤S330，根据第一电阻值、第二电阻值、预设的SiC芯片的第一基准电阻值、预设的封装组件的第二基准电阻值，确定SiC MOSFET的失效机理。
具体地，第一电阻值即为SiC芯片的导通电阻值，第二电阻值即为封装组件的电阻值，预设的SiC芯片的第一基准电阻值为SiC芯片正常工作时的额定电阻值，预设的封装组件的第二基准电阻值即为封装组件正常时的额定电阻值。从而根据第一电阻值和第一基准电阻值能够确定SiC芯片的导通电阻值变化程度，进而判定SiC芯片是否失效，根据第二电阻值和第二基准电阻值能够确定封装组件的电阻值变化程度，进而判定封装组件是否失效。
在本实施例中，根据第一电压信号、第二电压信号、第一电流信号能够分别计算出SiC芯片的第一电阻值和封装组件的第二电阻值，进而根据SiC芯片的第一电阻值和封装组件的第二电阻值去分别判断SiC芯片和封装组件是否失效，从而准确的确定了SiC MOSFET的失效机理。
在一个实施例中，如图4所示，步骤S330，根据第一电阻值、第二电阻值、预设的SiC芯片的第一基准电阻值、预设的封装组件的第二基准电阻值，确定SiC MOSFET的失效机理。包括：
步骤S400，根据第一电阻值、第一基准电阻值，确定SiC芯片的第一电阻变化率。
具体地，根据第一电阻值相对于第一基准电阻值的变化率，即可确定第一电阻变化率。
其中，本申请里提到的变化率，即为一个数值相对于另一个数值变化的百分比，例如第一电阻值相对于第一基准电阻值的变化率即为第一电阻值减去第一基准电阻值，再除以第一基准电阻值，再乘上100％。
步骤S410，根据第二电阻值、第二基准电阻值，确定封装组件的第二电阻变化率。
具体地，根据第二电阻值相对于第二基准电阻值的变化率，即可确定第二电阻变化率。
步骤S420，在第一电阻变化率减去第二电阻变化率大于第一阈值的情况下，确定SiC芯片失效。
具体地，在第一电阻变化率减去第二电阻变化率大于第一阈值的情况下，则代表第一电阻变化率远大于第二电阻变化率，这种情况代表SiC芯片中出现了故障(可能是温度系数变化、阈值电压漂移、电极退化等)，所以导致第一电阻变化率特别大，同时第二电阻变化率又相对较小，代表封装组件的电阻没有发生较大的变化，所以判断是SiC芯片失效。
步骤S430，在第二电阻变化率减去第一电阻变化率大于第二阈值的情况下，确定封装组件失效。
具体地，在第二电阻变化率减去第一电阻变化率大于第二阈值的情况下，则代表第二电阻变化率远大于第一电阻变化率，这种情况代表封装组件的电阻变化过大，所以导致第二电阻变化率特别大，同时第一电阻变化率又相对较小，代表SiC芯片的导通电阻没有发生较大的变化，所以判断是封装组件失效。
示例性地，封装组件可以包括键合线，键合线失效是由周期的冷热变化引起的，温度变化导致键合线反复膨胀和收缩，当热机械形变累积到一定程度时，就会发生键合点开裂或脱开，键合点接触电阻增加导致SiC MOSFET的导通电阻增加。
步骤S440，在第一电阻变化率和第二电阻变化率均大于第三阈值的情况下，确定SiC芯片和封装组件同时失效。
具体地，当第一电阻变化率和第二电阻变化率均大于第三阈值的情况下，这种情况代表SiC MOSFET的电阻和封装组件的电阻同时变化过大，例如指数级增长，则可以判定为SiC芯片和封装组件同时失效。出现这种情况可能是键合线热熔、极间短路、氧化层开裂等导致的。
在本实施例中，通过SiC芯片和封装组件的电阻值变化率来分别判断SiC芯片和封装组件是否失效，从而可以在SiC MOSFET失效时，准确的确定其失效机理，找出SiC MOSFET失效具体的失效的原因。
在一个实施例中，如图5所示，SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断方法还包括：
步骤S500，获取SiC MOSFET的热阻值。
具体地，将SiC MOSFET与热阻测试仪连接，在SiC MOSFET每经过一定的循环测试后，就通过热阻测试仪测量SiC MOSFET的热阻值。
步骤S510，在SiC MOSFET的热阻值相对于预设的基准热阻值的变化率大于第四阈值的情况下，确定SiC MOSFET的封装膜层脱落。
具体地，预设的基准热阻值即为SiC MOSFET的额定热阻值，在SiC MOSFET的热阻值相对于预设的基准热阻值的变化率大于第四阈值的情况下，则代表SiC芯片和焊料材料之间的热膨胀系数失配，剪切应力逐渐在焊料层中产生裂纹和空隙，这些裂纹和空隙减少了SiC芯片和基板之间的有效导热面积，导致热阻增加，芯片温度升高。从而判断为SiCMOSFET的焊料层脱层或开裂，。
示例性地，SiC MOSFET的热阻值相对于预设的基准热阻值的变化率大于第四阈值也可以理解为SiC MOSFET的热阻值相对于预设的基准热阻值的变化率大于20％。
在本实施例中，可以根据SiC MOSFET的热阻值，确定SiC MOSFET中的焊料层是否失效。
在一个实施例中，步骤S100，控制待测的SiC MOSFET工作在预设状态下。
包括：
控制SiC芯片正向导通，并向SiC芯片的栅极提供正电压，以使SiC MOSFET工作在第一状态下。
具体地，可继续参见图2及上述实施例中的说明，将K1、K2闭合，K3断开，并将第一电压源31设置为正向栅源导通电压，正向栅源导通电压通常大于或等于+15V。此时SiC芯片10的沟道导通，SiC芯片10为正向导通模式，电流从SiC芯片10的漏极D向SiC芯片10的第一源极S1流动。
或者，控制SiC芯片反向导通，并向SiC芯片的栅极提供负电压，以使SiC MOSFET工作在第二状态下。
具体地，可继续参见图2及上述实施例中的说明，将K1、K2断开，K3闭合，并将第二电压源32设置为负向栅源导通电压，SiC芯片10为反向体二极管导通模式，负向栅源导通电压通常为-4V至-10V。此时电流流过第一二极管T1，电流由SiC芯片10的第一源极S1通过PN结向SiC芯片10的漏极D流动。
在本实施例中，通过控制SiC芯片的导通状态以及调整SiC芯片的栅极电位，可以控制SiC MOSFET的工作状态，从而便于测试不同工作状态下的SiC MOSFET的失效机理，得到的测试结果更加全面。
在一个实施例中，SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断方法还包括：在SiCMOSFET工作在第一状态的情况下，若第一电压信号与预设的基准导通电压的比值大于第五阈值，则确定SiC MOSFET失效。
其中，在SiC MOSFET工作在第一状态的情况下，根据SiC MOSFET的导通电压来判断SiC MOSFET是否失效，即将第一电压信号与预设的基准导通电压进行比较，若比值大于第五阈值，则代表SiC MOSFET的导通电压发生了较大的偏移，意味着SiC MOSFET失效了。
示例性地，可以是第一电压信号相对于预设的基准导通电压的变化率大于5％时，判断SiC MOSFET失效。
在本实施例中，在SiC MOSFET处于正向导通状态的情况下，根据SiC MOSFET的导通电压，判断SiC MOSFET是否失效。
在一个实施例中，如图6所示，SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断方法还包括：
步骤S600，确定SiC MOSFET工作在第一状态时的第一电压信号相对于预设的基准导通电压的第一变化率。
具体地，在SiC MOSFET工作在第一状态的情况下，将第一电压信号与预设的基准导通电压进行比较，确定SiC MOSFET的导通电压的变化率。
步骤S610，确定SiC MOSFET工作在第二状态时的第一电压信号相对于预设的反偏基准电压的第二变化率。
具体地，在SiC MOSFET工作在第二状态的情况下，将第二电压信号与预设的反偏基准电压进行比较，确定SiC MOSFET的反偏导通电压的变化率。
步骤S620，在第一变化率与第二变化率的比值大于第六阈值的情况下，确定SiCMOSFET失效。
具体地，在第一变化率与第二变化率的比值大于第六阈值的情况下，确定SiCMOSFET失效，即第一变化率相对于第二变化率的变化率大于第六阈值的情况下，代表SiCMOSFET失效了。
示例性地，可以是第一变化率相对于第二变化率的变化率大于5％时，判断SiCMOSFET失效。
在本实施例中，根据SiC MOSFET工作在第一状态时的导通电压的变化率和工作在第二状态时的导通电压的变化率，判断SiC MOSFET是否失效。
应该理解的是，虽然图1、图3-6的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1、图3-6中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图7所示，提供了一种SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断系统，SiC MOSFET包括SiC芯片10和封装组件20，系统包括：输出模块50、测量模块40、处理模块60，其中：
输出模块50分别与待测的SiC MOSFET的SiC芯片10的栅极、漏极、以及SiC MOSFET的第二源极连接，用于向SiC MOSFET提供测试信号并控制SiC MOSFET工作在预设状态下。
具体地，输出模块50能够向SiC MOSFET提供测试信号并控制SiC MOSFET工作在预设状态下。可参见图2所示的功率循环测试电路中的各开关、电源模块30、和各电压源。
其中，SiC芯片10包括栅极、漏极、第一源极，SiC MOSFET包括第二源极，第一源极和第二源极通过封装组件20连接。
测量模块40分别与漏极、第一源极、第二源极连接，用于测量第一电压信号、第二电压信号、第一电流信号。
其中，第一电压信号为SiC芯片10的漏极和第一源极之间的导通电压降，第二电压信号为SiC芯片10的漏极和第二源极之间的电压降，第一电流信号为SiC MOSFET导通时的电流。
其中，测量模块40可以包括电压测量单元、电流测量单元等，可参见图2所示的功率循环测试电路中的第一电压测量单元41、第二电压测量单元42、电流测量单元43。
处理模块60与测量模块40连接，用于在确定SiC MOSFET失效的情况下，根据第一电压信号、第二电压信号、第一电流信号，确定SiC MOSFET的失效机理。
其中，失效机理包括SiC芯片10失效和封装组件20失效中的至少一种。处理模块60通过监测第一电压信号、第二电压信号、第一电流信号，能够确定漏极和第一源极之间的导通电压降，以及漏极和第二源极之间的电压降，从而可以区分SiC芯片10失效和封装组件20失效。
在本实施例中，通过输出模块控制待测的SiC MOSFET工作在预设状态下，从而使得SiC MOSFET处于工作状态，便于后续对SiC MOSFET的性能的测试。然后通过测量模块获取SiC芯片的漏极和第一源极之间的第一电压信号、SiC芯片的漏极和第二源极之间的第二电压信号、以及能够表征流经SiC MOSFET的电流的第一电流信号，然后通过处理模块在确定SiC MOSFET失效的情况下，根据第一电压信号、第二电压信号、第一电流信号，确定SiCMOSFET的失效机理，由于第一电压信号为SiC芯片的漏极和第一源极之间的导通电压降，第二电压信号为SiC芯片的漏极和第二源极之间的电压降，再结合第一电流信号，从而即可确定SiC芯片的导通电阻和封装组件的电阻，进而便于分析出SiC MOSFET的失效机理具体是SiC芯片失效和/或封装组件失效。综上，采用本申请的方法，能够在SiC MOSFET失效时，确定出SiC MOSFET失效的原因具体是SiC MOSFET的芯片本身失效，还是封装组件失效，进而便于后续的维护和优化。
在一个实施例中，如图8所示，提供了一种SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断装置，SiC MOSFET包括SiC芯片和封装组件，该装置包括：信号提供模块801、参数获取模块802、判断模块803，其中：
信号提供模块801，用于控制待测的SiC MOSFET工作在预设状态下，其中，SiC芯片包括栅极、漏极、第一源极，SiC MOSFET还包括第二源极，第一源极和第二源极通过封装组件连接。
参数获取模块802，用于获取第一电压信号、第二电压信号、第一电流信号，其中，第一电压信号为SiC芯片的漏极和第一源极之间的导通电压降，第二电压信号为SiC芯片的漏极和第二源极之间的电压降，第一电流信号为SiC MOSFET导通时的电流。
判断模块803，用于在确定SiC MOSFET失效的情况下，根据第一电压信号、第二电压信号、第一电流信号，确定SiC MOSFET的失效机理，其中，失效机理包括SiC芯片失效和封装组件失效中的至少一种。
在一个实施例中，判断模块803进一步包括：第一电阻确定单元、第二电阻确定单元、第三电阻确定单元、机理确定单元，其中：
第一电阻确定单元，用于根据第一电压信号、第一电流信号，确定SiC芯片的第一电阻值。
第二电阻确定单元，用于根据第二电压信号、第一电流信号确定SiC MOSFET的总电阻值。
第三电阻确定单元，用于根据总电阻值和第一电阻值确定封装组件的第二电阻值。
机理确定单元，用于根据第一电阻值、第二电阻值、预设的SiC芯片的第一基准电阻值、预设的封装组件的第二基准电阻值，确定SiC MOSFET的失效机理。
在一个实施例中，机理确定单元进一步包括：第一变化率确定子单元、第二变化率确定子单元、第一判断子单元、第二判断子单元、第三判断子单元，其中：
第一变化率确定子单元，用于根据第一电阻值、第一基准电阻值，确定SiC芯片的第一电阻变化率。
第二变化率确定子单元，用于根据第二电阻值、第二基准电阻值，确定封装组件的第二电阻变化率。
第一判断子单元，用于在第一电阻变化率减去第二电阻变化率大于第一阈值的情况下，确定SiC芯片失效。
第二判断子单元，用于在第二电阻变化率减去第一电阻变化率大于第二阈值的情况下，确定封装组件失效。
第三判断子单元，用于在第一电阻变化率和第二电阻变化率均大于第三阈值的情况下，确定SiC芯片和封装组件同时失效。
在一个实施例中，信号提供模块801进一步包括：第一控制单元和第二控制单元，其中：
第一控制单元，用于控制SiC芯片正向导通，并向SiC芯片的栅极提供正电压，以使SiC MOSFET工作在第一状态下。
第二控制单元，用于控制SiC芯片反向导通，并向SiC芯片的栅极提供负电压，以使SiC MOSFET工作在第二状态下。
在一个实施例中，SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断装置还包括：热阻获取模块、脱落判断模块，其中：
热阻获取模块，用于获取SiC MOSFET的热阻值。
脱落判断模块，用于在SiC MOSFET的热阻值相对于预设的基准热阻值的变化率大于第四阈值的情况下，确定SiC MOSFET的封装膜层脱落。
在一个实施例中，SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断装置还包括：第一失效确定模块。第一失效确定模块，用于在SiC MOSFET工作在第一状态的情况下，若第一电压信号与预设的基准导通电压的比值大于第五阈值，则确定SiC MOSFET失效。
在一个实施例中，SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断装置还包括：第一变化率确定模块、第二变化率确定模块、第二失效确定模块，其中：
第一变化率确定模块，用于确定SiC MOSFET工作在第一状态时的第一电压信号相对于预设的基准导通电压的第一变化率。
第二变化率确定模块，用于确定SiC MOSFET工作在第二状态时的第一电压信号相对于预设的反偏基准电压的第二变化率。
第二失效确定模块，用于在第一变化率与第二变化率的比值大于第六阈值的情况下，确定SiC MOSFET失效。
关于SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断装置的具体限定可以参见上文中对于SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断方法的限定，在此不再赘述。上述SiCMOSFET功率循环退化机理的在线诊断装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。需要说明的是，本申请实施例中对模块的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备内部结构图可以如图9所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断方法。
本领域技术人员可以理解，图9中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (12)
1.一种SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断方法，其特征在于，所述SiC MOSFET包括SiC芯片和封装组件，所述方法包括：
控制待测的SiC MOSFET工作在预设状态下，其中，所述SiC芯片包括栅极、漏极、第一源极，所述SiC MOSFET还包括第二源极，所述第一源极和所述第二源极通过所述封装组件连接；
获取第一电压信号、第二电压信号、第一电流信号，其中，所述第一电压信号为所述SiC芯片的漏极和所述第一源极之间的导通电压降，所述第二电压信号为所述SiC芯片的漏极和所述第二源极之间的导通电压降，所述第一电流信号用于表征流经所述SiC MOSFET的电流；
在确定所述SiC MOSFET失效的情况下，根据所述第一电压信号、所述第二电压信号、所述第一电流信号，确定所述SiC MOSFET的失效机理，其中，所述失效机理包括所述SiC芯片失效和所述封装组件失效中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断方法，其特征在于，所述根据所述第一电压信号、所述第二电压信号、所述第一电流信号，确定所述SiC MOSFET的失效机理，包括：
根据所述第一电压信号、所述第一电流信号，确定所述SiC芯片的第一电阻值；
根据所述第二电压信号、所述第一电流信号确定所述SiC MOSFET的总电阻值；
根据所述总电阻值和所述第一电阻值确定所述封装组件的第二电阻值；
根据所述第一电阻值、所述第二电阻值、预设的所述SiC芯片的第一基准电阻值、预设的所述封装组件的第二基准电阻值，确定所述SiC MOSFET的失效机理。
3.根据权利要求2所述的SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断方法，其特征在于，所述根据所述第一电阻值、所述第二电阻值、预设的所述SiC芯片的第一基准电阻值、预设的所述封装组件的第二基准电阻值，确定所述SiC MOSFET的失效机理，包括：
根据所述第一电阻值、所述第一基准电阻值，确定所述SiC芯片的第一电阻变化率；
根据所述第二电阻值、所述第二基准电阻值，确定所述封装组件的第二电阻变化率；
在所述第一电阻变化率减去所述第二电阻变化率大于第一阈值的情况下，确定所述SiC芯片失效；
在所述第二电阻变化率减去所述第一电阻变化率大于第二阈值的情况下，确定所述封装组件失效；
在所述第一电阻变化率和所述第二电阻变化率均大于第三阈值的情况下，确定所述SiC芯片和所述封装组件同时失效。
4.根据权利要求1-3任一项所述的SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取所述SiC MOSFET的热阻值；
在所述SiC MOSFET的热阻值相对于预设的基准热阻值的变化率大于第四阈值的情况下，确定所述SiC MOSFET的封装焊料层失效。
5.根据权利要求1-3任一项所述的SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断方法，其特征在于，所述控制待测的SiC MOSFET工作在预设状态下，包括：
控制所述SiC芯片正向导通，并向所述SiC芯片的栅极提供正电压，以使所述SiCMOSFET工作在第一状态下；
或者，控制所述SiC芯片反向导通，并向所述SiC芯片的栅极提供负电压，以使所述SiCMOSFET工作在第二状态下。
6.根据权利要求5所述的SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述SiC MOSFET工作在第一状态的情况下，若所述第一电压信号与预设的基准导通电压的比值大于第五阈值，则确定所述SiC MOSFET失效。
7.根据权利要求5所述的SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断方法，其特征在于，所述方法还包括：
确定所述SiC MOSFET工作在第一状态时的第一电压信号相对于预设的基准导通电压的第一变化率；
确定所述SiC MOSFET工作在第二状态时的第一电压信号相对于预设的反偏基准电压的第二变化率；
在所述第一变化率与所述第二变化率的比值大于第六阈值的情况下，确定所述SiCMOSFET失效。
8.一种SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断系统，其特征在于，所述SiC MOSFET包括SiC芯片和封装组件，所述系统包括：
输出模块，分别与待测的SiC MOSFET的SiC芯片的栅极、漏极、以及所述SiC MOSFET的第二源极连接，用于向所述SiC MOSFET提供测试信号并控制所述SiC MOSFET工作在预设状态下，其中，所述SiC芯片包括栅极、漏极、第一源极，所述SiC MOSFET包括第二源极，所述第一源极和所述第二源极通过所述封装组件连接；
测量模块，分别与所述漏极、第一源极、第二源极连接，用于测量第一电压信号、第二电压信号、第一电流信号，其中，所述第一电压信号为所述SiC芯片的漏极和所述第一源极之间的导通电压降，所述第二电压信号为所述SiC芯片的漏极和所述第二源极之间的导通电压降，所述第一电流信号为所述SiC MOSFET导通时的电流；
处理模块，与所述测量模块连接，用于在确定所述SiC MOSFET失效的情况下，根据所述第一电压信号、所述第二电压信号、所述第一电流信号，确定所述SiC MOSFET的失效机理，其中，所述失效机理包括所述SiC芯片失效和所述封装组件失效中的至少一种。
9.一种SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断装置，其特征在于，SiC MOSFET包括SiC芯片和封装组件，所述装置包括：
信号提供模块，用于控制待测的SiC MOSFET工作在预设状态下，其中，所述SiC芯片包括栅极、漏极、第一源极，所述SiC MOSFET还包括第二源极，所述第一源极和所述第二源极通过所述封装组件连接；
参数获取模块，用于获取第一电压信号、第二电压信号、第一电流信号，其中，所述第一电压信号为所述SiC芯片的漏极和所述第一源极之间的导通电压降，所述第二电压信号为所述SiC芯片的漏极和所述第二源极之间的导通电压降，所述第一电流信号为SiC MOSFET导通时的电流；
判断模块，用于在确定所述SiC MOSFET失效的情况下，根据所述第一电压信号、所述第二电压信号、所述第一电流信号，确定所述SiC MOSFET的失效机理，其中，所述失效机理包括所述SiC芯片失效和所述封装组件失效中的至少一种。
10.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
12.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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