DE102012009746B4

DE102012009746B4 - Verfahren zum Überprüfen der thermischen Kopplung zwischen einem Halbleiterbauelement und einem Kühlkörper

Info

Publication number: DE102012009746B4
Application number: DE201210009746
Authority: DE
Inventors: Fabian Edelmann; Werner Jekutsch; Manfred Brosemer; Dipl.-Ing.(FH) Jess Ralf
Original assignee: Schneider Electric Automation GmbH
Current assignee: Schneider Electric Automation GmbH
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2014-08-21
Anticipated expiration: 2032-05-17
Also published as: DE102012009746A1

Abstract

Verfahren zum Überprüfen der thermischen Kopplung zwischen einem Halbleiterbauelement und einem wärmeleitend damit verbundenen Kühlkörper (1), wobei eine das Halbleiterbauelement und den Kühlkörper (1) aufweisende Baugruppe (2) bereitgestellt wird, wobei der Halbleiterwerkstoff des Halbleiterbauelements während einer Belastungsphase (17) derart von einem Laststrom durchströmt wird, dass sich der Halbleiterwerkstoff erwärmt, wobei nach dem Bestromen des Halbleiterbauelements mit dem Laststrom während einer Messphase (19) ein Messstrom, der kleiner ist als der Laststrom, durch den erwärmten Halbleiterwerkstoff geleitet und der am Halbleiterwerkstoff auftretende Spannungsabfall sowie mindestens ein davon abhängiger Messwert erfasst werden, und wobei der mindestens eine Messwert zum Überprüfen der thermischen Kopplung zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Kühlkörper (1) mit einem Referenzwert und/oder einem Referenzwertbereich verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der Messphase (19) der am Halbleiterwerkstoff auftretende Spannungsabfall mit einem vorbestimmten Vergleichswert verglichen wird, dass als Messwert die Zeitdauer (T1, T2) gemessen wird, die zwischen einem ersten Zeitpunkt, an dem der Laststrom abgeschaltet wird, und einem zweiten Zeitpunkt vergeht, in dem der gemessene Spannungsabfall mit dem Vergleichswert übereinstimmt oder diesen überschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen der thermischen Kopplung zwischen einem Halbleiterbauelement und einem Kühlkörper nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Ein derartiges Verfahren ist aus US 4 713 612 bekannt. Dabei wird eine ein Halbleiterbauelement und einen Kühlkörper aufweisende Baugruppe bereitgestellt. Durch den Halbleiterwerkstoff des Halbleiterbauelements wird mit während einer ersten Messphase ein Messstrom geleitet und es wird ein erster Wert für eine am Halbleiterwerkstoff auftretende Basis-Emitter-Spannung gemessen. Danach wird der Halbleiterwerkstoff während einer Belastungsphase von einem Laststrom, der größer ist als der Messstrom, durchströmt. Nachdem sich das Halbleiterbauelement auf einen stabilen Temperaturwert erwärmt hat, wird während einer zweiten Messphase der Strom in dem Halbleiterbauelement auf den Messstrom reduziert und es wird ein zweiter Wert für die am Halbleiterwerkstoff auftretende Basis-Emitter-Spannung gemessen. Aus der Differenz der beiden gemessenen Spannungswerte wird der Wärmewiderstand des Halbleiterbauelements errechnet.
Aus der Praxis ist ferner ein Verfahren zum Überprüfen der thermischen Kopplung zwischen den Halbleiterbauelementen eines IGBT-Moduls und einem flächig wärmeleitend damit verbundenen Kühlkörper bekannt. Das IGBT-Modul weist mehrere Transistoren auf, die zu einer Vollbrücke miteinander verbunden sind, welche zur Ansteuerung der Wicklung eines Servomotors dient. Damit die beim Betrieb des Servomotors an den Transistoren auftretende Verlustleistung besser über den kraftschlüssig damit verbundenen Kühlkörper an die Umgebung abgeführt werden kann, ist zwischen dem IGBT-Modul und der diesem zugewandten Oberfläche des Kühlkörpers eine dünne Schicht aus einer Wärmeleitpaste angeordnet, die Oberflächenunebenheiten und die Oberflächenrauheit der miteinander verbunden Teile ausgleicht. Dennoch kann es in der Praxis vorkommen, dass die thermische Kopplung zwischen den Halbleiterbauelementen und dem Kühlkörper aufgrund von Fertigungs- oder Montagefehlern nicht ausreichend ist. Während des Betriebs des Servo-Motors kommt es dann zu einem Wärmestau innerhalb des IGBT-Modules, der eine erheblichen Reduzierung der Lebensdauer des Gesamtproduktes, in welches die Baugruppe eingebaut ist, zur Folge hat.
Um derartige Fehler nach Möglichkeit zu vermeiden, wird die Qualität des Wärmeübergangs bei der Endmontage der Baugruppe mittels eines sogenannten Run-In Tests überprüft. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Ausfallwahrscheinlichkeit elektronischer Bauteile von der Betriebszeit des Bauelements abhängig ist und dass der Verlauf der Ausfallwahrscheinlichkeit etwa die Form einer Badewannenkurve hat. Die Ausfallwahrscheinlichkeit ist am Anfang der Betriebszeit aufgrund von Produktions- und Montagefehlern relativ hoch (Frühausfall des Bauelements) und nimmt dann schnell auf einen geringen Wert ab. Dieser bleibt im weiteren Verlauf der Betriebsdauer zunächst etwa konstant, nimmt dann aber mit zunehmendem Alter des Bauelements langsam zu. Bei dem Run-In Test werden die Produkte im Nennbetrieb über eine Zeitdauer von mehreren Stunden betrieben, um Frühausfälle zu detektieren. Dabei wird ein Laststrom durch die Transistoren geleitet, welcher den Halbleiterwerkstoff der Transistoren erwärmt. Wenn die thermischen Kopplung zwischen dem IGBT-Modul und dem Kühlkörper zu gering ist, überhitzt sich das IGBT-Modul und es kommt zu einem Frühausfall. Die damit einhergehende Funktionsstörung des IGBT-Moduls wird bei dem Run-In Test detektiert.
Da die Zuverlässigkeit moderner elektronischer Komponenten ständig zunimmt, muss die Testdauer für den Run-In Test entsprechend verlängert werden, damit Frühausfälle noch innerhalb der Testdauer detektiert werden können. Eine Verlängerung der Testzeiten wäre zwar technisch möglich, kommt aber aus wirtschaftlichen Gründen nicht in Frage.
Aus US 2002/0175694 A1 ist außerdem ein burn-in Test bekannt, bei dem ein mit einem Kühlkörper in Kontakt stehendes Halbleiterbauelement mit einer vorbestimmten elektrischen Leistung, die geringer ist als die maximal zulässige Leistung des Halbleiterbauelements, belastet wird. Nachdem sich die Temperaturen des Halbleiterbauelements und des Kühlkörpers stabilisiert haben, werden diese gemessen und es wird ein Wärmewiderstandswert errechnet, indem die Differenz der gemessenen Temperaturwerte bestimmt und durch die vorbestimmte elektrische Leistung dividiert wird. Der so erhaltene Wärmewiderstandswert wird mit einem Referenzwert verglichen.
Es besteht deshalb die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das es ermöglicht, die thermische Kopplung zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Kühlkörper präzise, schnell und auf einfache Weise zu überprüfen.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand nach Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben besondere Ausführungsarten der Erfindung an.
Ist die thermische Kopplung zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Kühlkörper schlecht, erwärmt sich das Halbleiterbauelement durch Rückstaueffekte während der Belastungsphase stärker als ein Halbleiterbauelement mit guter Wärmeankopplung. Bei einer schlechten thermischen Kopplung wird die Wärme außerdem auch nach Beendigung der Belastungsphase langsamer in den Kühlkörper abgeleitet, so dass die Temperatur im Halbleiterwerkstoff während der Messphase entsprechend langsamer abnimmt. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass bei Änderung der Halbleiter-Temperatur eine Verschiebung des differentiellen elektrischen Widerstandes im Halbleiterwerkstoff auftritt. Fließt während der Änderung der Temperatur ein konstanter elektrischer Strom durch den Halbleiterwerkstoff, verändert sich Spannung über der Messstrecke des Halbleiters. Bei der Erfindung wird dieser Zusammenhang genutzt, um die thermische Kopplung zwischen einem Halbleiterbauelement und dem Kühlkörper zu ermitteln bzw. zu überprüfen.
Während der Messphase wird der am Halbleiterwerkstoff auftretende Spannungsabfall erfasst und mit einem vorbestimmten Vergleichswert verglichen, wobei als Messwert die Zeitdauer gemessen wird, die zwischen einem ersten Zeitpunkt, an dem der Laststrom abgeschaltet wird, und einem zweiten Zeitpunkt vergeht, in dem der gemessene Spannungsabfall mit dem Vergleichswert übereinstimmt oder diesen überschreitet. Es wird also die Abkühlzeit gemessen, die nach dem Abschalten des Laststroms vergeht, bis die Temperatur des Halbleiterwerkstoffs der Temperatur entspricht, an dem der von dem Messstrom am Halbleiterwerkstoff hervorgerufene Spannungsabfall mit dem Vergleichswert übereinstimmt oder diesen überschreitet. Die gemessene Zeitdauer dient als Gütekriterium für die thermische Kopplung zwischen dem Halbleiterwerkstoff und dem Kühlkörper. Eine kleine Zeitdauer bedeutet eine hohe und eine große Zeitdauer eine geringe Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Halbleiterwerkstoff und dem Kühlkörper. Die Verwendung der Zeitdauer als Messwert ermöglicht eine schnelle Auswertung der Messung.
In vorteilhafter Weise ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich, die Testzeit für die Überprüfung der thermischen Kopplung von etwa 1–2 Stunden beim Run-In Test auf unter 1 Minute zu reduzieren. Außerdem kann die für den Run-In Test erforderliche Produktionsfläche eingespart werden und die Investitionskosten für Testanlagen reduzieren sich entsprechend. Gegenüber dem Run-In Test ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren außerdem eine präzisere Aussage zur Qualität des Wärmeübergangs zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Kühlkörper.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Messwert proportional zu dem vom Messstrom am Halbleiterwerkstoff hervorgerufenen Spannungsabfall. Der Messwert wird dabei bevorzugt durch Messung des Spannungsabfalls mit Hilfe eines Spannungsmessers ermittelt. Der Messwert wird bevorzugt zu einem Zeitpunkt erfasst, der einen vorbestimmten Abstand zu dem Zeitpunkt hat, in dem der Laststrom abgeschaltet bzw. die Belastungsphase beendet wurde. Die Messung muss sehr präzise und schnelle erfolgen. Bei Bedarf ist auch möglich, nach Beendigung Belastungsphase zu unterschiedlichen Zeitpunkten mehrere Messwerte für den Spannungsabfall am Halbleiterwerkstoff zu erfassen und mit dem Referenzwert zu vergleichen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Messstrom auch während einer weiteren, vor Beginn der Belastungsphase liegenden Messphase durch das Halbleiterbauelement geleitet, wobei während der weiteren Messphase ein von dem am Halbleiterwerkstoff auftretenden Spannungsabfall abhängiger weiterer Messwert erfasst wird, und wobei der Referenzwert derart gewählt wird, dass er mit diesem Messwert übereinstimmt oder betragsmäßig kleiner ist als dieser. Der Referenzwert kann dadurch mit großer Präzision in Form einer elektrischen Spannung gemessen werden. Eine hohe Messgenauigkeit für die thermische Kopplung zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Kühlkörper wird erreicht, wenn als Referenzwert der Messwert der weiteren Messphase verwendet wird. Wenn eine möglichst kurze Prüfzeit angestrebt wird, kann es zweckmäßig sein, den Referenzwert etwas kleiner zu wählen als diesen Messwert.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung wird das mindestens eine Halbleiterbauelement mit dem Kühlkörper zu der Baugruppe verbunden, wobei danach die thermische Kopplung zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Kühlkörper überprüft wird, und wobei die Baugruppe in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieser Überprüfung entweder ausgesondert oder mit mindestens einer weiteren Baugruppe und/oder wenigstens einem weiteren Bauteil verbunden wird. Die Überprüfung der thermischen Kopplung zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Kühlkörper kann also in einen Fertigungs- und/oder Montageprozess integriert sein.
Die das Halbleiterbauelement und den Kühlkörper aufweisende Baugruppe kann zur Herstellung einer Endstufe für einen Frequenzumrichter verwendet werden.
Selbstverständlich sind aber auch andere Anwendungen denkbar, bei denen eine gute thermische Kopplung zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Kühlkörper vorteilhaft ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Baugruppe mindestens zwei als steuerbare Schalter ausgestaltete Halbleiterbauelemente auf, die in einer Halbbrücke angeordnet und jeweils wärmeleitend mit dem Kühlkörper verbunden sind, wobei die Baugruppe Gleichspannungsanschlüsse und wenigstens einen Ausgangsanschluss für die Halbbrücke aufweist, und wobei der Messstrom und der Belastungsphase jeweils über einen Gleichspannungsanschluss und den Ausgangsanschluss in den Halbleiterwerkstoff eingespeist wird. Der Messstrom und der Belastungsphase können dann auf einfache Weise über die vorhandenen Anschlüsse in die Halbleiterbauelemente eingespeist werden. Das Verfahren ist dadurch besonders einfach durchführbar.
Nachfolgend ist sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
1 einen Teilquerschnitt durch eine Baugruppe, die ein IGBT-Modul mit mehreren Halbleiterbauelementen und einen Kühlkörper aufweist,
2 ein Teilschaltbild einer das IGBT-Modul aufweisenden elektrischen Schaltung während des Einspeisens eines Messstroms in ein Halbleiterbauelement des IGBT-Moduls,
3 eine graphische Darstellung des Spannungsabfalls am Halbleiterwerkstoff eines Halbleiterbauelements, das von einem elektrischen Strom durchflossen ist, wobei auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate die elektrische Spannung U aufgetragen sind,
4 ein Teilschaltbild der elektrischen Schaltung während des Einspeisens eines Laststroms in das Halbleiterbauelement
5 eine graphische Darstellung ähnlich 3, wobei jedoch die Schwelle zum Ermitteln der Zeitdauer T₁ bzw. T₂ gegenüber 3 reduziert ist, und
6 eine graphische Darstellung ähnlich 3, bei welcher ein gemessener Spannungsabfall mit einem Referenzwert U_Ref verglichen wird.
Bei einem Verfahren zum Überprüfen der thermischen Kopplung zwischen Halbleiterbauelementen und einem Kühlkörper 1 wird eine Baugruppe 2 bereitgestellt, die den Kühlkörper 1 und ein IGBT-Modul 3 aufweist.
Wie in 1 erkennbar ist, hat das IGBT-Modul 3 ein keramisches Trägerteil 4, an dem als Halbleiterbauelemente Transistoren 5 und Freilaufdioden 6 angeordnet sind, die in an sich bekannter Weise in einen gemeinsamen, einen Halbleiterwerkstoff aufweisenden Halbleiterchip integriert sind. Wie in 2 erkennbar ist, sind die Transistoren 5 und Freilaufdioden 6 über Leiterbahnen zu einer Vollbrücke miteinander verbunden. Die Vollbrücke ist Teil einer Endstufe, die zur Ansteuerung einer Motorwicklung eines in der Zeichnung nicht näher dargestellten Elektromotors dient.
Die Vollbrücke weist drei Halbbrücken 7A, 7B, 7C auf, die jeweils zwei in Reihe geschaltete Brückenzweige haben, in denen jeweils ein Transistor 5 und eine parallel dazu geschaltete Freilaufdiode 6 angeordnet sind. Die Transistoren 5 weisen Steueranschlüsse auf G1, G2, G3, G4, G5, G6 auf, die mit einer Ansteuereinrichtung 8 verbunden sind.
Eine erster Brückenzweig jeder Halbbrücke 7A, 7B, 7C verbindet jeweils einen ersten, auf Massepotential liegenden Gleichspannungsanschluss P1 mit einem Ausgangsanschluss U, V, W zum Anschließen einer Phase der Motorwicklung. Eine zweiter Brückenzweig jeder Halbbrücke 7A, 7B, 7C verbindet jeweils einen zweiten Gleichspannungsanschluss EU, EV, EW mit dem Ausgangsanschluss U, V, W der betreffenden Halbbrücke.
Der Gleichspannungsanschluss P1 ist mit einem ersten Ausgangsanschluss eines in der Zeichnung nicht näher dargestellten Gleichspannungszwischenkreises und die Gleichspannungsanschlüsse EU, EV, EW sind jeweils mit einem zweiten Anschluss des Gleichspannungszwischenkreises verbindbar. Der Gleichspannungszwischenkreis weist einen Pufferkondensator auf, der über eine Gleichrichterschaltung 9 mit dem Drehstromnetz verbindbar ist.
Wie in 1 erkennbar ist, weist das keramische Trägerteil 4 eine Bodenplatte 10 mit einer planen Außenfläche 11 auf, die über eine in der Zeichnung nicht näher dargestellte dünne Schicht einer Wärmeleitpaste flächig wärmeleitend mit einer Wärmeübertragungsfläche 12 des Kühlkörpers 1 verbunden ist. Die Transistoren 5 und Freilaufdioden 6 sind an einer der Außenfläche 11 abgewandt gegenüberliegenden Innenfläche 13 der Bodenplatte 10 des Trägerteils 4 angeordnet und können bei Bedarf in die Innenfläche 13 eingelassen sein. Das IGBT-Modul 3 ist kraftschlüssig mit dem Kühlkörper 1 verbunden.
Zum Überprüfen der thermischen Kopplung zwischen den Halbleiterbauelementen 5, 6 und dem Kühlkörper 1 wird in einem ersten Verfahrensschritt während einer ersten Messphase 14, während der die Endstufe vom Gleichspannungszwischenkreises getrennt ist, ein Messstrom derart in einen ersten Brückenzweig eingespeist, dass der Messstrom durch die Freilaufdiode 6 hindurchfließt. Wie in 2 erkennbar ist, wird zu diesem Zweck eine Messstromquelle 15 zwischen dem mit dem einen Ende des betreffenden Brückenzweigs verbundenen Ausgangsanschluss W und dem mit dem anderen Ende dieses Brückenzweigs verbundenen Gleichspannungsanschluss P1 angeschlossen. Die Stromstärke des Messstroms ist so gering gewählt, dass das Halbleiterbauelement 5, 6 nach Beaufschlagung mit dem Messstrom bei konstanter Umgebungstemperatur seine Temperatur im Wesentlichen beibehält. Der Messstrom kann beispielsweise zwischen 1 und 100 mA, ggf. zwischen 2 und 50 mA, insbesondere zwischen 5 und 20 mA liegen und beträgt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa 10 mA.
Aufgrund des Messstroms tritt an dem Halbleiterwerkstoff der Freilaufdiode 6 ein Spannungsabfall auf, der vom elektrischen Widerstand des Halbleiterwerkstoffs und somit von der Temperatur des Halbleiterwerkstoffs abhängig ist. Während der Messstrom durch den Halbleiterwerkstoff hindurchfließt, wird der Spannungsabfall mit Hilfe eines Spannungsmessers 16 gemessen. Ein erster Anschluss des Spannungsmessers 16 ist zu diesem Zweck mit dem Ausgangsanschluss W und ein zweiter Anschluss des Spannungsmessers 16 ist mit dem Gleichspannungsanschluss P1 verbunden. Der mit Hilfe des Spannungsmessers 16 gemessene Messwert U₀ wird zwischengespeichert (3).
In einem zweiten Verfahrensschritt wird eine Belastungsphase 17 durchgeführt, bei dem durch das Halbleitersubstart der Freilaufdiode 6, durch die zuvor der Messstrom geleitet wurde, ein Laststrom geleitet wird, der deutlich größer ist als der Messstrom. Der Laststrom ist so groß gewählt, dass sich der Halbleiterwerkstoff der Freilaufdiode 6 während der Belastungsphase gegenüber der Temperatur, die er während der ersten Messphase 14 hatte, bei konstanter Umgebungstemperatur erwärmt. Wie in 4 erkennbar ist, wird zu diesem Zweck eine Laststromquelle 18 zwischen dem Ausgangsanschluss W und dem mit Gleichspannungsanschluss P1 angeschlossen. Die Stromstärke des Messstroms liegt bevorzugt im Amperebereich und beträgt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel 20 A. Die Dauer der Belastungsphase wird derart gewählt, dass die Temperatur des Halbleiterwerkstoffs der Freilaufdiode 6 am Ende der Belastungsphase bei einer Freilaufdiode 6, die gut wärmeleitend mit dem Kühlkörper 1 verbunden ist, größer ist als die Temperatur einer entsprechenden der Freilaufdiode 6, der eine schlechte Wärmekopplung zum Kühlkörper 1 aufweist.
In einem dritten Verfahrensschritt wird nach Abschalten des Laststroms während einer zweiten Messphase 19 erneut der Messstrom durch den Halbleiterwerkstoff der Freilaufdiode 6 geleitet. Zu diesem Zweck wird die Messstromquelle 15 zwischen dem Ausgangsanschluss W und dem Gleichspannungsanschluss P1 angeschlossen, während die Laststromquelle 18 von dem Ausgangsanschluss W getrennt ist. Nach dem Abschalten des Laststroms nimmt die Temperatur des Halbleiterwerkstoffs der Freilaufdiode 6 ab, weil der Messstrom den Halbleiterwerkstoff praktisch nicht erwärmt und die noch in dem Halbleiterwerkstoff gespeicherte Wärme über den Kühlkörper 1 an die Umgebung abgeleitet wird. Wie in 3 erkennbar ist, fällt der Spannungsabfall beim Abschalten des Laststroms sprungartig ab und steigt danach langsamer bis auf den Wert U₀ an.
Die Zeitdauer T₁ bzw. T₂, die der Spannungsabfall hierfür benötigt, also die Zeitdauer die zwischen einem ersten Zeitpunkt, an dem der Laststrom abgeschaltet wird, und einem zweiten Zeitpunkt liegt, in dem der gemessene Spannungsabfall mit dem Vergleichswert übereinstimmt, wird während des dritten Verfahrensschritts gemessen. Diese Zeitdauer T₁ bzw. T₂ ist von der thermischen Kopplung zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Kühlkörper 1 abhängig. In 3 ist der Verlauf des Spannungsabfalls an einem eine gute thermischen Kopplung aufweisenden Halbleiterbauelement durch eine durchgezogene Linie und der Verlauf des Spannungsabfalls an einem eine schlechtere thermische Kopplung aufweisenden Halbleiterbauelement durch eine strichpunktierte Linie dargestellt. Deutlich ist erkennbar, dass die bei dem die schlechtere thermische Kopplung aufweisenden Halbleiterbauelement gemessene Zeitdauer T₂ wesentlich größer ist als die entsprechende Zeitdauer T₁ des die gute thermische Kopplung aufweisenden Halbleiterbauelements.
Wie in 5 erkennbar ist, kann die Schwelle U₁, deren Erreichen die Messung der Zeitdauer T₁ bzw. T₂ beendet wird, auch kleiner gewählt werden als der Messwert U₀, der bei der ersten Messphase 14 ermittelt wurde.
Bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel werden die erste Messphase und die Lastphase wie bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel durchgeführt, so dass die dortige Beschreibung hier entsprechend gilt. Abweichend von dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 in der zweiten Messphase 19 der am Halbleiterwerkstoff gemessene Spannungsabfall mit einem Referenzwert U_Ref verglichen, der kleiner ist als der während der ersten Messphase gemessene Messwert U₀. Wenn der Spannungsabfall am Halbleiterwerkstoff den Referenzwert U_Ref während der zweiten Messphase nicht unterschreitet (durchgezogene Linie), wird davon ausgegangen, dass eine gute thermische Kopplung zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Kühlkörper 1 vorhanden ist. Anderenfalls wird die Baugruppe 2 als fehlerhaft aus dem Produktionsprozess ausgesondert (strichlinierte Line).

Claims

Verfahren zum Überprüfen der thermischen Kopplung zwischen einem Halbleiterbauelement und einem wärmeleitend damit verbundenen Kühlkörper (1), wobei eine das Halbleiterbauelement und den Kühlkörper (1) aufweisende Baugruppe (2) bereitgestellt wird, wobei der Halbleiterwerkstoff des Halbleiterbauelements während einer Belastungsphase (17) derart von einem Laststrom durchströmt wird, dass sich der Halbleiterwerkstoff erwärmt, wobei nach dem Bestromen des Halbleiterbauelements mit dem Laststrom während einer Messphase (19) ein Messstrom, der kleiner ist als der Laststrom, durch den erwärmten Halbleiterwerkstoff geleitet und der am Halbleiterwerkstoff auftretende Spannungsabfall sowie mindestens ein davon abhängiger Messwert erfasst werden, und wobei der mindestens eine Messwert zum Überprüfen der thermischen Kopplung zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Kühlkörper (1) mit einem Referenzwert und/oder einem Referenzwertbereich verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der Messphase (19) der am Halbleiterwerkstoff auftretende Spannungsabfall mit einem vorbestimmten Vergleichswert verglichen wird, dass als Messwert die Zeitdauer (T₁, T₂) gemessen wird, die zwischen einem ersten Zeitpunkt, an dem der Laststrom abgeschaltet wird, und einem zweiten Zeitpunkt vergeht, in dem der gemessene Spannungsabfall mit dem Vergleichswert übereinstimmt oder diesen überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwert proportional zu dem vom Messstrom am Halbleiterwerkstoff hervorgerufenen Spannungsabfall ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Messstrom auch während einer weiteren, vor Beginn der Belastungsphase liegenden Messphase (14) durch das Halbleiterbauelement geleitet wird, dass während der weiteren Messphase (14) ein von dem am Halbleiterwerkstoff auftretenden Spannungsabfall abhängiger weiterer Messwert erfasst wird, und dass der Referenzwert derart gewählt wird, dass er mit diesem Messwert übereinstimmt oder betragsmäßig kleiner ist als dieser.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Halbleiterbauelement mit dem Kühlkörper (1) zu der Baugruppe (2) verbunden wird, dass danach die thermische Kopplung zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Kühlkörper (1) überprüft wird, und dass die Baugruppe (2) in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieser Überprüfung entweder ausgesondert oder mit mindestens einer weiteren Baugruppe und/oder wenigstens einem weiteren Bauteil verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die das Halbleiterbauelement und den Kühlkörper (1) aufweisende Baugruppe (2) zur Herstellung einer Endstufe für einen Frequenzumrichter verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (2) mindestens zwei als steuerbare Schalter ausgestaltete Halbleiterbauelemente aufweist, die in einer Halbbrücke angeordnet und jeweils wärmeleitend mit dem Kühlkörper verbunden sind, dass die Baugruppe Gleichspannungsanschlüsse (P1, P2) und wenigstens einen Ausgangsanschluss (U, V, W) für die Halbbrücke aufweist, und dass der Messstrom und der Belastungsstrom jeweils über einen Gleichspannungsanschluss (P1, P2) und den Ausgangsanschluss (U, V, W) in den Halbleiterwerkstoff eingespeist wird.