DE10063444A1 - Method for determining the temperature and power loss of a semiconductor body of a semiconductor component, using surface temperature measurements so that service life can be estimated - Google Patents
Method for determining the temperature and power loss of a semiconductor body of a semiconductor component, using surface temperature measurements so that service life can be estimatedInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermitt lung der Temperatur eines Halbleiterkörpers in einem Halblei terbauelement.The present invention relates to a method for determining development of the temperature of a semiconductor body in a semi-lead terbauelement.
Halbleiterbauelemente weisen üblicherweise einen Halbleiter körper und ein den Halbleiterkörper umgebendes Gehäuse auf. Die Temperatur des Halbleiterkörpers, bzw. die Temperatur ei nes eine Sperrschicht bildenden Bereiches in dem Halbleiter körper, ist von den Betriebsbedingungen des Halbleiterbauele ments, beispielsweise der angelegten Spannung oder des durch das Halbleiterbauelement fließenden Stromes abhängig. Als Sperrschicht wird der Bereich eines Halbleiterkörpers be zeichnet, der dazu ausgebildet ist eine von außen angelegte Spannung zu sperren. Bei MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor) wird diese Sperrschicht durch einen zwischen der Drain-Zone und der Source-Zone liegenden Ab schnitt des Halbleiterkörpers gebildet.Semiconductor components usually have a semiconductor body and a housing surrounding the semiconductor body. The temperature of the semiconductor body, or the temperature ei a junction forming region in the semiconductor body, is from the operating conditions of the semiconductor device ment, for example the applied voltage or by the semiconductor component flowing current dependent. As The barrier layer is the area of a semiconductor body draws, which is designed to be created from the outside Lock voltage. With MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor) this barrier layer is replaced by a Ab between the drain zone and the source zone section of the semiconductor body formed.
Die Temperatur in dem Halbleiterkörper ist annäherungsweise gleichmäßig verteilt, so dass sich die im folgenden verwende ten Begriffe "Sperrschichttemperatur" und "Temperatur" des Halbleiterkörpers entsprechen.The temperature in the semiconductor body is approximate evenly distributed so that the following use terms "junction temperature" and "temperature" of the Semiconductor body correspond.
Informationen über die Sperrschichttemperatur werden zur Durchführung einer Abschätzung der Lebensdauer des Halblei terbauelements bei den jeweiligen Betriebsbedingungen benö tigt, wobei die Lebensdauer eines Halbleiterbauelements um so kürzer ist je höher die Temperatur Sperrschichttemperatur des Halbleiterbauelements während eines Dauerbetriebs ist. Information about the junction temperature becomes Carrying out an estimation of the lifetime of the semi-egg terbauelements under the respective operating conditions Tigt, the life of a semiconductor device so much the higher the temperature, the shorter the junction temperature Semiconductor component during continuous operation.
Die Sperrschichttemperatur, oder auch Junction-Temperatur,
eines Halbleiterbauelements lässt sich anhand der Temperatur
an einer Messstelle des Gehäuses, dem thermischen Widerstand
zwischen dem Halbleiterkörper und der Messstelle und der Ge
samtverlustleistung des Halbleiterbauelements anhand der fol
genden Beziehung ermitteln:
The junction temperature, or junction temperature, of a semiconductor component can be determined on the basis of the temperature at a measuring point of the housing, the thermal resistance between the semiconductor body and the measuring point and the total power loss of the semiconductor component using the following relationship:
Tj = Pv.Rjc + Tc (Gleichung 1),
Tj = Pv.Rjc + Tc (Equation 1),
wobei Tj die Sperrschichttemperatur, Pv die Verlustleistung, Tc die Gehäusetemperatur an der Messstelle und der Rjc der thermische Widerstand zwischen dem Halbleiterkörper und der Messstelle des Gehäuses ist.where Tj is the junction temperature, Pv the power loss, Tc the housing temperature at the measuring point and the Rjc the thermal resistance between the semiconductor body and the Measuring point of the housing.
Der thermische Widerstand zwischen dem Halbleiterkörper und der Messstelle des Gehäuses ist eine konstante Größe, die für alle Halbleiterbauelemente eines Typs unter Laborbedingungen ermittelt werden kann, wobei unter diesen Laborbedingungen die Sperrschichttemperatur, die Verlustleistung und die Ge häusetemperatur an der Messstelle gemessen und wobei anhand der obigen Beziehung dann der thermische Widerstand berechnet werden kann.The thermal resistance between the semiconductor body and the measuring point of the housing is a constant size, which for all semiconductor devices of one type under laboratory conditions can be determined under these laboratory conditions the junction temperature, the power loss and the Ge temperature measured at the measuring point and taking then the thermal resistance is calculated from the above relationship can be.
Der thermische Widerstand kann ferner in Kenntnis der physi kalischen Eigenschaften des Gehäusematerials ermittelt wer den.The thermal resistance can also be known with knowledge of the physi calic properties of the housing material determined the.
Ist der thermische Widerstand anhand von Labormessungen oder unter Berücksichtigung der physikalischen Eigenschaften des Gehäusematerials bekannt, so kann dieser unter Verwendung der obigen Beziehung zur Ermittlung der Sperrschichttemperatur bei verschiedensten Betriebsbedingungen, das heißt bei ver schiedensten angelegten Spannungen und Strömen ermittelt wer den, um daraus eine Lebensdauerabschätzung des Bauelements für die jeweiligen Betriebsbedingungen vornehmen zu können. Is the thermal resistance based on laboratory measurements or taking into account the physical properties of the Housing material known, this can be done using the relationship above to determine junction temperature with various operating conditions, that is with ver a wide variety of voltages and currents applied to get a lifetime estimate of the component to be able to carry out for the respective operating conditions.
Unproblematisch ist dabei die Ermittlung der Gehäusetempera tur an einer Messstelle des Gehäuses, die mit einem herkömm lichen Temperaturmessinstrument erfolgen kann.The determination of the housing temperature is unproblematic tur at a measuring point of the housing, which with a conventional Lichen temperature measuring instrument can be done.
Zur Ermittlung der Verlustleistung des Halbleiterbauelements können zeitliche Verläufe der Betriebsspannung und des Stro mes, der das Halbleiterbauelement bei den jeweiligen Be triebsspannungen durchfließt, herangezogen werden. Problema tisch ist dabei, dass die Ermittlung der Verlustleistung aus den Strom- und Spannungsverläufen wegen der immer höher wer denden Schaltfrequenz der Halbleiterbauelemente immer unge nauer wird. Dies führt zu Fehlern bei der Ermittlung der Sperrschichttemperatur und damit zu Fehlern bei der Lebens dauerabschätzung.To determine the power loss of the semiconductor component can change the operating voltage and the Stro mes that the semiconductor device at the respective Be drive voltages flows through, are used. problema The table is that the determination of the power loss the current and voltage curves because of the ever higher who the switching frequency of the semiconductor components always unsung is getting closer. This leads to errors in the determination of the Junction temperature and thus errors in life life estimation.
Außerdem ist es schwierig, einen Stromsensor an das Halblei terbauelement anzuschließen, wenn dieses in ein Endgerät ein gebaut ist. Der Einbau in das Endgerät ist andererseits unum gänglich, wenn die Temperatur des Halbleiterkörpers des Halb leiterbauelements unter Betriebsbedingungen gemessen werden soll.It is also difficult to attach a current sensor to the half lead terbauelement to connect if this into a terminal is built. On the other hand, the installation in the end device is not necessary common when the temperature of the semiconductor body of the half conductor component can be measured under operating conditions should.
Halbleiterbauelemente weisen üblicherweise einen Leadframe auf, womit ein üblicherweise aus einem Metall bestehendes Plättchen bezeichnet ist, auf welchen der Halbleiterkörper vor dem Herstellen des Gehäuses aufgebracht wird und der üb licherweise an wenigstens einer Stelle aus dem Gehäuse her ausragt. Der Leadframe dient zur mechanischen Stabilität des Bauelements, zur Wärmeabfuhr und zur Kontaktierung des Halb leiterkörpers. Im Idealfall wird die Temperatur zur Ermitt lung der Sperrschichttemperatur an dem Leadframe direkt unter dem Halbleiterkörper gemessen. Dies ist deshalb schwierig, weil der Leadframe üblicherweise zum Wärmeabtransport, zumin dest bei leistungsstarken Bauelementen, direkt an einem Kühlkörper befestigt ist, der den Leadframe unzugänglich für Temperaturmessungen macht. Da der Leadframe auch als Kontakt des Bauelements dient, wird das Bauelement bei der sogenann ten SMD-Montage (SMD = surface mounted device) weiterhin mit tels des Leadframe direkt auf eine Leiterplatte gelötet, wo durch der Leadframe ebenfalls unzugänglich für Messungen ist.Semiconductor components usually have a lead frame on what is usually a metal Plate is referred to, on which the semiconductor body is applied before manufacturing the housing and the ü Licher from at least one point from the housing protrudes. The lead frame serves for the mechanical stability of the Component, for heat dissipation and for contacting the half conductor body. Ideally, the temperature will be determined the junction temperature at the leadframe directly below measured the semiconductor body. So this is difficult because the lead frame is usually used for heat dissipation, at least least with powerful components, directly on one Heatsink is attached, which is inaccessible to the leadframe Temperature measurements. Because the leadframe also serves as a contact the component is used, the component in the so-called ten SMD assembly (SMD = surface mounted device) still with soldered the leadframe directly to a circuit board where is also inaccessible for measurements due to the lead frame.
Neben der Ermittlung der Sperrschichttemperatur sind Informa tionen über die Verlustleistung zur Berechnung des Wirkungs grades eines Halbleiterbauelements und zur Dimensionierung eines Kühlkörpers, der zu dessen Kühlung dient, unerlässlich.In addition to determining the junction temperature, Informa power dissipation to calculate the effect degree of a semiconductor device and for dimensioning a heat sink, which is used to cool it, is essential.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Er mittlung der Temperatur eines Halbleiterkörpers in einem Halbleiterbauelement zur Verfügung zu stellen, das die oben genannten Nachteile nicht aufweist und bei dem insbesondere auf die Ermittlung der Verlustleistung vor Ermittlung der Temperatur des Halbleiterkörpers, bzw. der Sperrschichttempe ratur, verzichtet werden kann.The aim of the present invention is to provide a method for Er averaging the temperature of a semiconductor body in one Semiconductor device to provide the above does not have the disadvantages mentioned and in particular on determining the power loss before determining the Temperature of the semiconductor body or the junction temperature rature, can be dispensed with.
Dieses Ziel wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This goal is achieved through a process according to the characteristics of the Claim 1 solved.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of subclaims.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, eine erste Tempera
tur an einer ersten Messstelle des Gehäuses und eine zweite
Temperatur und einer zweiten Messstelle des Gehäuses zu er
fassen und die erste und zweite Temperatur anschließend unter
Verwendung des Wertes eines ersten thermischen Widerstandes
zwischen dem Halbleiterkörper und der ersten Messstelle und
unter Verwendung des Wertes eines zweiten thermischen Wider
standes zwischen dem Halbleiterkörper und der zweiten Mess
stelle rechnerisch miteinander zu verknüpfen, um zu der
Sperrschichttemperatur des Halbleiterkörpers zu gelangen. Die
rechnerische Verknüpfung erfolgt dabei gemäß der folgenden
Beziehung:
The method according to the invention provides for a first temperature at a first measuring point of the housing and a second temperature and a second measuring point of the housing to be detected and then the first and second temperature using the value of a first thermal resistance between the semiconductor body and the first Measuring point and using the value of a second thermal resistance between the semiconductor body and the second measuring point arithmetically linked to one another to arrive at the junction temperature of the semiconductor body. The arithmetic link is based on the following relationship:
wobei Tj die Sperrschichttemperatur des Halbleiterkörpers, bzw. die Temperatur des Halbleiterkörpers, Tc1 die gemessene Temperatur an der ersten Messstelle, Tc2 die gemessene Tempe ratur an der zweiten Messstelle, Rjc1 der thermische Wider stand zwischen dem Halbleiterkörper und der ersten Messstelle an dem Gehäuse und Rjc2 der thermische Widerstand zwischen dem Halbleiterkörper und der zweiten Messstelle an dem Gehäu se ist. Die thermischen Widerstände sind für Bauelemente mit identischem Aufbau konstante Größen, die unter Laborbedingun gen, unter denen die Sperrschichttemperatur und die Gesamt verlustleistung messbar sind, anhand der Gleichung 1 für die verschiedenen Messstellen des Gehäuses ermittelbar sind. Die Temperaturwiderstände zwischen dem Halbleiterkörper und den Messstellen des Gehäuses sind unter anderem von der Material beschaffenheit des Gehäuses und dessen Dicke abhängig.where Tj is the junction temperature of the semiconductor body, or the temperature of the semiconductor body, Tc1 the measured Temperature at the first measuring point, Tc2 the measured temp temperature at the second measuring point, Rjc1 the thermal resistance stood between the semiconductor body and the first measuring point on the housing and Rjc2 the thermal resistance between the semiconductor body and the second measuring point on the housing se is. The thermal resistances are for components with identical structure constant sizes that under laboratory conditions conditions, including the junction temperature and the total power loss are measurable, using equation 1 for the different measuring points of the housing can be determined. The Temperature resistances between the semiconductor body and the Measuring points of the housing include the material Condition of the housing and its thickness.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann damit auf die Er mittlung der mit einer Unsicherheit behafteten Verlustleis tung zur Bestimmung der Sperrschichttemperatur verzichtet werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden nur solche Größen herangezogen, die mit hoher Genauigkeit messbar sind, wie die Temperaturen an dem Gehäuse, oder die unter Laborbe dingungen genau bestimmbar sind, wie die Temperaturwiderstän de, wobei letztere bei den in der Halbleitertechnologie ver wendeten exakten Herstellungsverfahren genau reproduzierbar sind und somit für alle identischen Bauelemente als identisch angenommen werden können.In the method according to the invention, the Er averaging the loss line with uncertainty device for determining the junction temperature become. In the method according to the invention, only such Sizes that can be measured with high accuracy, like the temperatures on the case, or those under laboratory conditions can be precisely determined, such as the temperature resistances de, the latter in the ver in semiconductor technology applied exact manufacturing processes exactly reproducible and are therefore identical for all identical components can be accepted.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass bei einem Halbleiterbauelement, das einen Leadframe und ein teilweise aus Kunststoff bestehendes Gehäuse aufweist ei ner der Messwerte für die Temperatur an dem Leadframe und der andere Messwert für die Temperatur an dem Kunststoffgehäuse gemessen wird. According to one embodiment of the invention, that with a semiconductor device that has a leadframe and a housing partially made of plastic has egg ner of the measured values for the temperature on the lead frame and the other measured value for the temperature on the plastic housing is measured.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorge sehen, drei Temperaturen an unterschiedlichen Messstellen des Gehäuses, für welche jeweils der thermische Widerstand zwi schen dem Halbleiterkörper und der Messstelle des Gehäuses bekannt ist, zu erfassen und eine erste Sperrschichttempera tur unter Verwendung der Gleichung 2 anhand einer Gruppe aus zwei Temperaturwerten und den zugehörigen Temperaturwider ständen zu ermitteln und eine zweite Sperrschichttemperatur unter Verwendung von Gleichung 2 anhand einer anderen Gruppe aus zwei Messwerten und den zugehörigen Temperaturwiderstän den zu erfassen und anschließend den Mittelwert der ermittel ten Sperrschichttemperaturen zu bilden, um einen Wert für die Sperrschichttemperatur zu erhalten.According to a further embodiment of the invention is pre see three temperatures at different measuring points of the Housing, for which the thermal resistance between the semiconductor body and the measuring point of the housing is known to record and a first junction tempera structure using equation 2 from a group two temperature values and the associated temperature resistance to determine and a second junction temperature using another group using Equation 2 from two measured values and the associated temperature resistances to record the and then the average of the determined th junction temperatures to form a value for the Obtain junction temperature.
Wenngleich die Verlustleistung bei dem erfindungsgemäßen Ver
fahren zur Ermittlung der Sperrschichttemperatur nicht ermit
telt werden muss, besteht die Möglichkeit, die Verlustleis
tung rechnerisch anhand derselben Messwerte wie für die Er
mittlung der Sperrschichttemperatur zu ermitteln. Setzt man
die Gleichung 2 für die Sperrschichttemperatur in Gleichung 1
ein, so folgt nach Auflösen der Gleichung nach der
Verlustleistung:
Although the power loss in the method according to the invention for determining the junction temperature does not have to be determined, it is possible to calculate the power loss using the same measured values as for the determination of the junction temperature. If Equation 2 is used for the junction temperature in Equation 1, then after solving the equation after the power loss follows:
Zur Ermittlung der Verlustleistung eines Halbleiterbauele ments sieht das erfindungsgemäße Verfahren damit vor, die Temperatur an einer ersten Messstelle des Gehäuses und die Temperatur an einer zweiten Messstelle des Gehäuses zu erfas sen und die Messwerte unter Verwendung eines ersten thermi schen Widerstandes zwischen dem Halbleiterkörper und der ers ten Messstelle und unter Verwendung eines zweiten thermischen Widerstandes zwischen dem Halbleiterkörper und der zweiten Messstelle des Gehäuses rechnerisch miteinander zu verknüp fen. To determine the power loss of a semiconductor device The method according to the invention thus provides for the Temperature at a first measuring point of the housing and the Temperature to be recorded at a second measuring point of the housing and the measured values using a first thermi resistance between the semiconductor body and the first th measuring point and using a second thermal Resistance between the semiconductor body and the second To connect the measuring point of the housing with each other fen.
Wie bei der Ermittlung der Sperrschichttemperatur werden da bei vorzugsweise drei Messwerte für die Temperatur an drei verschiedenen Messstellen des Gehäuses ermittelt und an schließend zwei Werte für die Verlustleistung anhand zweier unterschiedlicher Gruppen aus jeweils zwei Messwerten und den zugehörigen Temperaturwiderständen rechnerisch ermittelt, wo bei anschließend der Mittelwert der beiden Werte für die Ver lustleistung, die idealerweise übereinstimmen, ermittelt wird. Anstelle einer Mittelwertbildung kann eine andere ge eignete Verknüpfung der Werte der Verlustleistung unter un terschiedlicher Gewichtung der Einzelwerte durchgeführt wer den.As in determining the junction temperature, there will be with preferably three measured values for the temperature at three different measuring points of the housing determined and on finally two values for the power loss based on two different groups of two measurements and the associated temperature resistances calculated where then the mean of the two values for the ver pleasure performance that ideally match is determined becomes. Instead of averaging, another ge suitable combination of the values of the power loss under un different weighting of the individual values the.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand einer Dar stellung eines Halbleiterbauelements in der beigefügten Figur erläutert.The present invention is described below using a Dar position of a semiconductor device in the accompanying figure explained.
Die Figur zeigt ein Halbleiterbauelement, beispielsweise einen MOSFET oder IGBT mit einem Gehäuse 20, in dessen Inneren ein nicht näher dargestellter Halbleiterkörper ausgebildet ist, in welchem aktive Bereiche des Halbleiterbauelements reali siert sind. Das Gehäuse wird bei dem Bauelement nach der Fi gur durch einen Leadframe 22 gebildet, der die Rückseite des Bauelements bildet und auf den der Halbleiterkörper im Innern des Gehäuses 20 aufgebracht ist. Der Leadframe besteht übli cherweise aus einem Metall beispielsweise Kupfer und weist in dem Beispiel an einem überstehenden Teil eine Bohrung 23 zur Befestigung an einem nicht näher dargestellten Kühlkörper auf. Der übrige Teil des Gehäuses wird durch eine den Halb leiterkörper umgebende Kunststoffummantelung 21 gebildet.The figure shows a semiconductor component, for example a MOSFET or IGBT with a housing 20 , in the interior of which a semiconductor body, not shown, is formed, in which active regions of the semiconductor component are realized. The housing is formed in the component after the fi gure by a lead frame 22 which forms the back of the component and on which the semiconductor body is applied in the interior of the housing 20 . The leadframe usually consists of a metal, for example copper, and in the example has a bore 23 on a projecting part for attachment to a heat sink, not shown. The remaining part of the housing is formed by a plastic sheath 21 surrounding the semiconductor body.
Aus dem Gehäuse ragen in dem Beispiel drei Anschlussbeine 11, 12, 13 zur Kontaktierung des Bauelements, wobei eine weitere Verschaltung des Bauelements im vorliegenden Fall nicht dar gestellt ist. In the example, three connection legs 11 , 12 , 13 protrude from the housing for contacting the component, a further connection of the component not being shown in the present case.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, bei einem an eine Versorgungsspannung angeschlossenen, bzw. bei einem in einer Schaltungsanordnung verschalteten, Bauelement eine erste Tem peratur Tc1 an einer ersten Stelle M1 des Gehäuse, in dem Beispiel an dem Leadframe, und eine zweite Temperatur Tc2 an einer zweiten Stelle M2 des Gehäuses 20, in dem Beispiel an der Kunststoffummantelung 21 zu messen. Die unterschiedlichen Messstellen M1, M2 sind in der Figur durch Pfeile gekenn zeichnet. Anschließend wird die Temperatur des Halbleiterkör pers anhand der ersten und zweiten Temperatur Tc1, Tc2 unter Verwendung eines ersten thermischen Widerstandes Rjc1 zwi schen dem Halbleiterkörper und der ersten Messstelle M1 und unter Verwendung eines zweiten thermischen Widerstandes Rjc2 zwischen dem Halbleiterkörper und der zweiten Messstelle M2 des Gehäuses 20 rechnerisch ermittelt. Die Temperaturwider stände Rjc1 und Rjc2 sind dabei für das jeweilige Halbleiter bauelement konstante Größen, die anhand von Labormessungen oder anhand der physikalischen Eigenschaften des Gehäuses er mittelbar sind. Zur rechnerischen Ermittlung der Temperatur des Halbleiterkörpers werden die ermittelten Größen Tc1, Tc2 und die bekannten Größen Rjc1, Rjc2 erfindungsgemäß in Glei chung 2 eingesetzt.The method according to the invention provides for a first temperature Tc1 at a first point M1 of the housing, in the example on the leadframe, and a second temperature Tc2 at a component connected to a supply voltage or in a circuit arrangement connected in a circuit arrangement second point M2 of the housing 20 , in the example on the plastic casing 21 . The different measuring points M1, M2 are marked by arrows in the figure. The temperature of the semiconductor body is then determined using the first and second temperature Tc1, Tc2 using a first thermal resistance Rjc1 between the semiconductor body and the first measuring point M1 and using a second thermal resistance Rjc2 between the semiconductor body and the second measuring point M2 of the housing 20 calculated. The temperature resistances Rjc1 and Rjc2 are constant values for the respective semiconductor component, which are indirect based on laboratory measurements or based on the physical properties of the housing. For the mathematical determination of the temperature of the semiconductor body, the quantities Tc1, Tc2 and the known quantities Rjc1, Rjc2 determined according to the invention are used in equation 2.
Unter Verwendung der Messwerte für die Temperatur Tc1, Tc2 und der bekannten Werte für die Temperaturwiderstände Rjc1, Rjc2 ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren weiterhin vorge sehen, die Verlustleistung anhand obiger Gleichung 3 zu er mitteln.Using the measured values for the temperature Tc1, Tc2 and the known values for the temperature resistances Rjc1, Rjc2 is also featured in the method according to the invention see the power loss using equation 3 above convey.
Es versteht sich, dass das Halbleiterbauelement sowohl zur Ermittlung der Sperrschichttemperatur als auch zur Ermittlung der Verlustleistung über die Anschlussbeine 11, 12, 13 an ei ner Versorgungsspannung und weitere Schaltungskomponenten an geschlossen sein muss. Das erfindungsgemäße Verfahren ermög licht dabei eine Ermittlung der Sperrschichttemperatur unter realen Betriebsbedingungen des Bauelements, das heißt die Sperrschichttemperatur und die Verlustleistung können durch Temperaturmessungen an der Außenseite des Bauelements an des sen Einsatzort ermittelt werden.It goes without saying that the semiconductor component must be connected to a supply voltage and other circuit components both for determining the junction temperature and for determining the power loss via the connecting legs 11 , 12 , 13 . The method according to the invention makes it possible to determine the junction temperature under real operating conditions of the component, that is to say the junction temperature and the power loss can be determined by temperature measurements on the outside of the component at its place of use.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, die Temperatur an einer dritten Messstelle M3, beispielsweise an einem der Anschlussbeine 12 zu messen und unter Verwendung der Gleichung 2 zunächst einen ersten Wert für die Sperrschichttemperatur unter Verwendung von zwei der drei Temperaturmesswerte, beispielsweise des ersten und dritten Temperaturmesswerts Tc1, Tc3, und der zugehörigen Temperaturwiderstände Rjc1, Rjc3 zu ermitteln und anschlie ßend anhand der Gleichung 2 einen zweiten Wert für die Sperr schichttemperatur anhand einer anderen Gruppe aus zwei Mess werte, beispielsweise anhand des zweiten Messwerts Tc2 und anhand des dritten Messwerts Tc3 und der zugehörigen Tempera turwiderstände zu ermitteln. Die Sperrschichttemperatur kann dann durch Bildung des Mittelwertes der beiden für die Sperr schichttemperaturen erhaltenen Werte ermittelt werden.According to one embodiment of the method according to the invention, provision is made for the temperature to be measured at a third measuring point M3, for example on one of the connecting legs 12 , and, using equation 2, first of all a first value for the junction temperature using two of the three temperature measured values, for example the first and to determine the third temperature measured value Tc1, Tc3, and the associated temperature resistances Rjc1, Rjc3 and then using equation 2 to determine a second value for the barrier layer temperature using another group of two measured values, for example using the second measured value Tc2 and using the third measured value Tc3 and the associated temperature resistances. The junction temperature can then be determined by averaging the two values obtained for the junction temperatures.
Gleiches gilt für die Ermittlung der Verlustleistung, bei welcher ein erster Wert und ein zweiter Wert für die Verlust leistung aus zwei unterschiedlichen Gruppen von jeweils zwei Temperaturmesswerten ermittelt werden, wobei anschließend der Mittelwert der berechneten Verlustleistungen gebildet wird.The same applies to the determination of the power loss at which is a first value and a second value for the loss service from two different groups of two Temperature measurements are determined, with the Average of the calculated power losses is formed.
Claims (9)
- - Ermitteln einer ersten Temperatur an einer ersten Messstel le (M1) eines Gehäuses (20) des Halbleiterbauelements,
- - Ermitteln einer zweiten Temperatur an einer zweiten Mess stelle (M2) des Gehäuses (20), die beabstandet zu der ersten Messstelle (M1) angeordnet ist,
- - Rechnerische Verknüpfung der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur unter Verwendung des Wertes eines ersten thermischen Widerstandes zwischen dem Halbleiterkörper und der ersten Messstelle (M1) des Gehäuses und des Wertes eines zweiten thermischen Widerstandes zwischen dem Halbleiterkör per und der zweiten Messstelle (M2) Stelle des Gehäuses (20).
- - determining a first temperature at a first measuring point (M1) of a housing ( 20 ) of the semiconductor component,
- - determining a second temperature at a second measuring point (M2) of the housing ( 20 ) which is arranged at a distance from the first measuring point (M1),
- - Computational linkage of the first temperature and the second temperature using the value of a first thermal resistance between the semiconductor body and the first measuring point (M1) of the housing and the value of a second thermal resistance between the semiconductor body and the second measuring point (M2) of the Housing ( 20 ).
wobei Tj die Temperatur des Halbleiterkörpers, Tc1 die erste Temperatur, Tc2 die zweite Temperatur, Rjc1 der erste thermi sche Widerstand und Rjc2 der zweite thermische Widerstand ist.2. The method according to claim 1, wherein the computational linkage for determining the temperature of the semiconductor body satisfies the following relationship:
where Tj is the temperature of the semiconductor body, Tc1 the first temperature, Tc2 the second temperature, Rjc1 the first thermal resistance and Rjc2 the second thermal resistance.
wobei eine erste Temperatur des Halbleiterkörpers durch rech nerische Verknüpfung der Temperaturwerte einer ersten Gruppe von zwei Temperaturwerten unter Verwendung der zugehörigen Temperaturwiderstände ermittelt wird,
wobei eine zweite Temperatur des Halbleiterkörpers durch rechnerische Verknüpfung der Temperaturwerte einer zweiten Gruppe von zwei Temperaturwerten, die zu der ersten Gruppe verschieden ist, unter Verwendung der zugehörigen Temperatur widerstände ermittelt wird.3. The method according to claim 1 or 2, in which a third temperature is measured at a third measuring point (M3) of the housing, which is arranged at a distance from the first and second measuring points (M1, M2),
a first temperature of the semiconductor body being determined by arithmetically linking the temperature values of a first group of two temperature values using the associated temperature resistances,
wherein a second temperature of the semiconductor body is determined by arithmetically linking the temperature values of a second group of two temperature values, which is different from the first group, using the associated temperature resistances.
- - Ermitteln einer ersten Temperatur an einer ersten Messstel le (M1) eines Gehäuses (20) des Halbleiterbauelements,
- - Ermitteln einer zweiten Temperatur an einer zweiten Mess stelle (M2) des Gehäuses (20), die beabstandet zu der ersten Messstelle (M1) angeordnet ist,
- - Rechnerische Verknüpfung der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur unter Verwendung des Wertes eines ersten thermischen Widerstandes zwischen dem Halbleiterkörper und der ersten Messstelle des Gehäuses (20) und des Wertes eines zweiten thermischen Widerstandes zwischen dem Halbleiterkör per und der zweiten Stelle (M2) des Gehäuses (20).
- - determining a first temperature at a first measuring point (M1) of a housing ( 20 ) of the semiconductor component,
- - determining a second temperature at a second measuring point (M2) of the housing ( 20 ) which is arranged at a distance from the first measuring point (M1),
- - Computational linkage of the first temperature and the second temperature using the value of a first thermal resistance between the semiconductor body and the first measuring point of the housing ( 20 ) and the value of a second thermal resistance between the semiconductor body and the second point (M2) of the housing ( 20 ).
wobei Pv die Verlustleistung, Tc1 die erste Temperatur, Tc2 die zweite Temperatur, Rjc1 der erste thermische Widerstand und Rjc2 der zweite thermische Widerstand ist.6. The method according to claim 5, wherein the computational link is sufficient to determine the power loss of the following relationship:
where Pv is the power loss, Tc1 the first temperature, Tc2 the second temperature, Rjc1 the first thermal resistance and Rjc2 the second thermal resistance.
wobei ein erster Wert für die Verlustleistung durch rechneri sche Verknüpfung der Temperaturwerte einer ersten Gruppe von zwei Temperaturwerten unter Verwendung der zugehörigen Tempe raturwiderstände ermittelt wird,
wobei ein zweiter Wert für die Verlustleistung durch rechne rische Verknüpfung der Temperaturwerte einer zweiten Gruppe von zwei Temperaturwerten, die von der ersten Gruppe ver schieden ist, unter Verwendung der zugehörigen Temperaturwi derstände ermittelt wird.7. The method according to claim 5, wherein a third temperature is measured at a third measuring point (M3) of the housing, which is arranged at a distance from the first and second measuring points (M1, M2).
wherein a first value for the power loss is determined by arithmetically linking the temperature values of a first group of two temperature values using the associated temperature resistances,
wherein a second value for the power loss is determined by arithmetic logic of the temperature values of a second group of two temperature values, which is different from the first group, using the associated temperature resistances.
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