DE102013212925A1

DE102013212925A1 - Kontrollvorrichtung und Verfahren zum Überwachen einer Funktion eines Halbleiterbauelements während dessen Betrieb sowie Elektrische Baugruppe mit einer Kontrollvorrichtung

Info

Publication number: DE102013212925A1
Application number: DE102013212925.4A
Authority: DE
Inventors: Heinz Weissmann; Bernhard Dömel
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2015-01-08
Also published as: WO2015000651A1; CN105378906A; CN105378906B; US20170309539A1; US10453767B2

Abstract

Eine Kontrollvorrichtung (2) zum Überwachen einer Funktion eines Halbleiterbauelements (18a, b) während dessen Betriebs umfasst eine Eingangsschnittstelle (4), die ausgebildet ist, um ein Sensorsignal (12) zu empfangen, das zu einer berührungslos bestimmten Temperaturverteilung auf einer Oberfläche des Halbleiterbauelements (18a, b) korrespondiert und eine Auswerteeinrichtung (6), die ausgebildet ist, um basierend auf dem Sensorsignal (12) zu bestimmen, ob die Temperaturverteilung ein vorbestimmtes Entscheidungskriterium erfüllt, welches zu einem Betrieb des Halbleiterbauelements (18a, b) außerhalb eines normalen Betriebszustandes korrespondiert. Eine Ausgangsschnittstelle (8) ist ausgebildet, um ein Notfallsignal (10) auszugeben, wenn das Entscheidungskriterium erfüllt ist, wobei das Notfallsignal (10) das Durchführen einer Notfallmaßnahme bewirkt.

Description

Ausführungsbeispiele befassen sich mit einer Kontrollvorrichtung und mit einem Verfahren zum Überwachen einer Funktion eines Halbleiterbauelements während dessen Betrieb.
Anwendungen, in denen eine Funktion eines Halbleiterbauelements während dessen Betrieb überwacht werden soll, sind vielfältig. Beispielsweise altern Halbleiterbauelemente, wie beispielsweise Leistungshalbleiter, schneller, wenn diese mit hohen Temperaturen betrieben werden. Eine Alterung von Leistungshalbleitern führt, abseits von deren Zerstörung, möglicherweise auch zu einem Verschieben der Kennlinie der Halbleiterbauelemente, so dass aufgrund von Alterungseffekten möglicherweise die Bauelemente außerhalb der gewünschten Spezifikation betrieben werden, ohne dass dieses bekannt wäre. Im Hinblick auf die Langlebigkeit einer elektrischen Baugruppe, die Halbleiterbauelemente oder Leistungshalbleiter, wie beispielsweise Insulated Gate Bipolar Transistoren (IGBT) einsetzt, ist das Überwachen einer Funktion der eingesetzten Halbleiterbauelemente, beispielsweise im Hinblick auf deren thermische Belastung, wünschenswert. Typischerweise wird bei der Auswahl von Halbleiterbauelementen oder Leistungshalbleiterchips darauf geachtet bzw. diese werden derart gewählt, dass sie durch ihre Dimensionierung die gewünschte Lebensdauer erreichen, ohne überdimensioniert zu sein, um auch Kostenerwägungen Rechnung zu tragen.
Beispielsweise bei Leistungshalbleiterchips hängt die Lebensdauer des Chips also auch von der Baustein-Temperatur des Halbleiterbauelements während dessen Betrieb ab, so dass die Temperatur während des bestimmungsgemäßen Betriebes als der für die Dimensionierung des Halbleiterbauelements bzw. -chips kritischste Parameter für die Leistungselektronik gelten mag. Jedes Halbleiterbauelement unterliegt also Verschleiß durch die Temperatur und durch die elektronischen Parameter. Soll beispielsweise ein Inverter bzw. ein Wechselrichter für einen bestimmten Einsatzfall optimal dimensioniert werden, setzt dies bislang eine genaue Kenntnis über die Stressbelastung bzw. über die thermische Belastung der Halbleiterbauelemente bzw. Komponenten voraus. Während dabei die elektrischen Parameter, wie beispielsweise der Strom durch ein Halbleiterbauelement und die an diesem anliegende Spannung während des Betriebs des Halbleiterbauelements mit herkömmlichen Methoden, beispielsweise einem Oszilloskop und Strom- bzw. Spannungstastköpfen relativ einfach erfasst werden kann, ist die Messung bzw. permanente Überwachung der Temperatur der Halbleiterbauelemente nicht ohne Weiteres zu bewerkstelligen.
Herkömmlicherweise erfolgt daher die Dimensionierung der verwendeten Halbleiterbauelemente im Hinblick auf deren thermische Belastung oftmals auf Basis der vom Hersteller des Halbleiterbauelements spezifizierten Werte in Kombination mit einer Simulation der Verlustleistung im Halbleiterbauelement. Wenngleich dabei beispielsweise auch die Alterungseffekte des Halbleiterbauelements als zusätzliches theoretisches Modell berücksichtigt werden können, so können beispielsweise sonstige geometrische Rahmenbedingungen, wie beispielsweise der Effekt eines das Halbleiterbauelement möglicherweise thermisch kapselnden Gehäuses bzw. weitere benachbarte und eine Verlustleistung erzeugende Bauteile nicht oder nur zum Teil berücksichtigt werden.
Die Temperatur eines Halbleiterbauelementes wird beispielsweise auch mittels Thermoelementen, die auf das Halbleiterbauelement aufgeklebt bzw. innerhalb des Halbleiterbauelements bzw. dessen Substrats verwirklicht sind, bestimmt werden. Die so bestimmte Temperatur gibt jedoch lediglich eine punktuelle Temperatur an, das heißt, die Temperatur des Halbleiterbauelements am Ort des Thermoelementes. Üblicherweise erhöht sich die Temperatur eines Halbleiterbauelements während dessen Betrieb jedoch nicht gleichmäßig über die gesamte Fläche des Halbleitermaterials bzw. über das gesamte Volumen desselben. Das heißt, die Temperatur wird sich ungleichmäßig über den Chip bzw. das Halbleiterbauelement verteilen. Dies birgt die Gefahr, dass der Chip bzw. das Halbleiterbauelement beispielsweise an einer anderen Stelle, an der das Thermoelement nicht aufgebracht ist, eine weit höhere Temperatur haben kann, als die mittels des Thermoelements an dessen Ort bestimmte Temperatur des Halbleiterchips. Das heißt, mögliche Notfallmaßnahmen können nicht mit der erforderlichen Genauigkeit getroffen werden, wenn die Alterung bzw. eine starke Temperaturerhöhung nicht am Ort des Thermoelements auftreten. Dabei ist zu beachten, dass selbst wenn ein theoretisches Modell die am Halbleiterbauelement auftretende maximale Erwärmung für den Fall eines isoliert betrachtenden Halbleiters möglicherweise vorhersagen kann, dieser Ort sich aufgrund der oben bereits angedeuteten unterschiedlichen Einbausituationen stark ändern kann, so dass die Zuverlässigkeit der Verwendung eines Thermoelements für beliebige Konfigurationen nicht gewährleistet werden kann.
Es besteht somit ein Bedarf, die Überwachung einer Funktion eines Halbleiterbauelements während dessen Betrieb zu verbessern.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen dies, indem zum Überwachen einer Funktion eines Halbleiterbauelementes eine Kontrollvorrichtung verwendet wird, die ausgebildet ist, um eine Information zu verarbeiten, die zu einer berührungslos bestimmten Temperaturverteilung auf einer Oberfläche des Halbleiterbauelements korrespondiert. Zu diesem Zweck weist die Kontrollvorrichtung eine Eingangsschnittstelle auf, um ein Sensorsignal zu empfangen, das zu einer berührungslos bestimmten Temperaturverteilung auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements korrespondiert. Eine Auswerteeinrichtung der Kontrollvorrichtung dient dazu, um basierend auf dem Sensorsignal zu bestimmen, ob die Temperaturverteilung erkennen lässt, ob das Halbleiterbauelement außerhalb eines normalen Betriebszustandes betrieben wird. Zu diesem Zweck wertet die Auswerteeinrichtung das Sensorsignal auf das Erfüllen eines vorbestimmten Entscheidungskriteriums hin aus. Die Kontrollvorrichtung ermöglicht es ferner, ein Notfallsignal auszugeben bzw. zu erzeugen, welches das Durchführen einer Notfallmaßnahme bewirkt, wenn das vorbestimmte Entscheidungskriterium erfüllt ist.
Das heißt, mittels einer solchen Kontrollvorrichtung kann die Funktion eines Halbleiterbauelements basierend auf einer Temperaturverteilung auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements überwacht werden, so dass gegebenenfalls geeignete Notfallmaßnahmen ergriffen werden können, wenn festgestellt wird, dass das Halbleiterbauelement außerhalb eines normalen Betriebszustands betrieben wird. Dadurch, dass eine Temperaturverteilung der Temperatur auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements berücksichtigt wird, können nicht nur punktuell auftretende Übertemperaturen erkannt werden, sondern es können möglicherweise auch dann, wenn durch die Einbausituation des überwachten Halbleiterbauelementes dessen Temperaturverteilung bzw. die Erzeugung der auftretenden Maximaltemperaturen gegenüber dem isoliert betrachteten Halbleiterbauelement verändert werden, zuverlässig und präzise Aussagen über den Betriebszustand des Halbleiterbauelements getroffen werden. Insbesondere kann beispielsweise zuverlässig bestimmt werden, ob das Halbleiterbauelement eine zu hohe Temperatur aufweist bzw. ob durch das Halbleiterbauelement eine zu hohe Verlustleistung entsteht, so dass gegebenenfalls Maßnahmen ergriffen werden können, wobei durch die Beobachtung der Temperaturverteilung auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements gleichzeitig unterschiedliche bauliche Anordnungen von Sensoren, unterschiedliche Wärmeausdehnungen und Effekte von möglichen zusätzlichen Kühlkörpern und dergleichen automatisch korrekt miterfasst werden können. Die so gewonnenen Daten über die Temperaturverteilung können mittels Ausführungsbeispielen von Kontrollvorrichtungen ausgewertet bzw. an diese übermittelt werden, welche beispielsweise bei einer Überhitzung der Chips bzw. der überwachten Halbleiterbauelemente den durch das Halbleiterbauelement fließenden Strom begrenzen können, was als eine mögliche Notfallmaßnahme zu einer Reduzierung der Temperatur innerhalb des Halbleiterbauelementes führen kann. Durch Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung kann somit die tatsächliche Chiptemperatur bzw. die tatsächliche Temperaturverteilung des Halbleiterbauelements bestimmt werden, ohne dass einbaubedingt Verfälschungen eines zugrunde liegenden theoretischen Rechenmodells das Ergebnis verfälschen könnten.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen bewirkt das Notfallsignal das Anzeigen eines Hinweises darauf, dass das Halbleiterbauelement außerhalb eines normalen Betriebszustandes betrieben wird. Dies kann es beispielsweise einem Benutzer ermöglichen, vorab auf einen baldigen Ausfall des Halbleiterbauelements bzw. der dieses Bauelement verwendenden Baugruppe zu schließen, um das Eintreten des tatsächlichen Schadensfalles abzuwenden. Diese Notfallmaßnahme kann beispielsweise dann getroffen werden, wenn ein bestimmtes Halbleiterbauelement wiederholt überhitzt bzw. wenn sich das betreffende Halbleiterbauelement regelmäßig äußerst schnell aufheizt, was als Indiz für einen bevorstehenden Ausfall bzw. Schaden des betreffenden Halbleiterbauelements gewertet werden kann. Mittels eines Notfallsignals kann ein Benutzer also von der Kontrollvorrichtung aktiv über auftretende Überhitzung bzw. eine voraussichtlich nur noch geringe Lebensdauer des Halbleiterbauelements informiert werden.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen wird mittels zumindest eines Sensors die Temperaturverteilung für einen Flächenbereich erfasst, der die gesamte Oberfläche des Halbleiterbauelementes umfasst, so dass zur Entscheidung, ob das Halbleiterbauelement außerhalb eines normalen Betriebszustandes betrieben wird oder nicht die gesamte Fläche desselben verwendet werden kann, was insgesamt die Diagnosegenauigkeit erhöhen kann.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen wird mittels eines Sensors die von der Oberfläche des Halbleiterbauelements emittierte elektromagnetische Strahlung berührungslos erfasst, beispielsweise mittels eines im mittleren Infrarotbereich sensitiven Infrarot-Sensors (IR-Sensor), der in der Lage ist, einen ausgedehnten Oberflächenbereich beispielsweise auch ortsaufgelöst zu beobachten. Mit anderen Worten können Ausführungsbeispiele solcher Sensoren möglicherweise einzeln oder in einer größeren Anzahl flächendeckend über dem Halbleiterbauelement schwebend angeordnet werden. Durch die Verwendung eines Sensors, der die Temperatur basierend auf der emittierten thermischen Strahlung, beispielsweise innerhalb des Wellenlängenintervalls von 3 µm bis 50 µm, erfasst, kann die Bestimmung der Temperatur bzw. des Temperaturverlaufs potentialgetrennt vom eigentlichen Halbleiterbauelement erfolgen, was in der weiteren Signalverarbeitung eine effizientere Verarbeitung ermöglichen kann. Ferner ermöglicht es die Verwendung von derartigen Sensoren, den Temperaturverlauf auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements ohne Flächenverlust im Halbleitersubstrat des Halbleiterbauelements selbst zu bestimmen. Bei Ausführungsbeispielen, bei denen die Halbleiterbauelemente zusätzlich gekühlt werden, beispielsweise indem diese thermisch leitend auf einem Kühlkörper angebracht werden, kann darüber hinaus die Reduktion von Kühlfläche verhindert werden, die anderenfalls erfolgen würde, um Thermoelemente auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements anzuordnen.
Durch die direkte Beobachtung der Temperaturverteilung auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements kann auf eine Simulation des Bauelements verzichtet werden, was die Genauigkeit der Analyse des Betriebszustands des Halbleiterbauelements verbessern kann, indem Ungenauigkeiten, die einer Simulation eines Stromflusses im Halbleitersubstrat inhärent innewohnen, vermieden werden können.
Zur Entscheidungsfindung können beliebige Entscheidungskriterien herangezogen werden, aufgrund derer geschlossen werden kann, dass das Halbleiterbauelement außerhalb des normalen Betriebszustandes betrieben wird. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann eine absolute Temperatur für das gesamte Halbleiterbauelement bestimmt werden, beispielsweise indem bei ortsaufgelöster Bestimmung der Temperaturverteilung ein gewichteter Mittelwert über die einzelnen Temperaturwerte, die zu jeweils einem Oberflächenbereich korrespondieren, gebildet wird. Ein Beispiel für ein Entscheidungskriterium, das auf einer solchen Analyse basieren könnte, wäre beispielsweise das Überschreiten eines Temperaturwertes für die derart bestimmte integrale mittlere Temperatur.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen können beispielsweise punktuell auftretende Überhitzungen genügen, um das Entscheidungskriterium als erfüllt anzusehen. Beispielsweise kann bei einem Sensor, der eine Mehrzahl von Temperaturen bzw. eine Mehrzahl von zu den jeweiligen Temperaturen korrespondierende Strahlungsintensitäten in mehreren Pixeln nachweisen kann, das Entscheidungskriterium als erfüllt angesehen werden, wenn die zu einem beliebigen Pixel korrespondierende Temperatur den vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Es versteht sich von selbst, dass beliebige Arten von Entscheidungskriterien problemangepasst verwendet werden können, beispielsweise Temperaturmittelwerte für eine Mehrzahl von benachbarten Pixeln gebildet werden können oder ähnliches.
Insofern als Notfallmaßnahme die Begrenzung eines durch das beobachtete Halbleiterbauelement fließenden Stromes bewirkt wird, kann die Lebensdauer des Halbleiterbauelements durch kontrollierte Bestromung möglicherweise auch über das der ursprünglichen Auslegung der elektrischen Baugruppe definierte Lebensdauerziel hinaus erhöht werden.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen werden insbesondere Leistungshalbleiter mittels eines Ausführungsbeispiels einer Kontrollvorrichtung überwacht, da diesen das Problem der temperaturbedingten Alterung inhärent innewohnt. Beispiele für Leistungshalbleiter sind Power MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), IGBTs, oder, verallgemeinert ausgedrückt, vertikale Halbleiterleistungsbauelemente. Als Leistungshalbleiter im hierin verwendeten Sinne soll dabei insbesondere jedes Halbleiterbauelement verstanden werden, dessen primärer Verwendungszweck es ist, von einem elektrisch leitenden in einen elektrisch nicht leitenden Zustand geschaltet zu werden, um hohe Ströme bzw. hohe Leistungen von einem Eingang des Leistungshalbleiterbauelements bzw. -chips zu einem Ausgang des Leistungshalbleiterchips zu schalten.
Insbesondere umfassen Ausführungsbeispiele von Baugruppen mindestens sechs derartiger Leistungshalbleiter bzw. Halbleiterbauelemente, die zu einem 3phasigen Wechselrichter verschaltet sind, wobei die Funktion jedes der Halbleiterbauelemente von einem Ausführungsbeispiel einer Kontrollvorrichtung überwacht wird. Insbesondere bei der Verwendung von Wechselrichtern, die aufgrund der Elektrifizierung von Kraftfahrzeugen beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich zur Ansteuerung von elektromotorischen Antrieben des Fahrzeugs zunehmend Verwendung finden, kann eine Fehlfunktion eines Halbleiterelements durch Ausführungsbeispiele von Kontrollvorrichtungen vermieden oder zumindest frühzeitig erkannt werden. Dies kann dazu führen, dass eine Einschränkung der Mobilität eines betreffenden Kraftfahrzeuges durch Ausführungsbeispiele von Kontrollvorrichtungen bzw. elektrischen Baugruppen, die eine solche Kontrollvorrichtung umfassen, vermieden werden können.
Das heißt, Ausführungsbeispiele umfassen ebenfalls ein Kraftfahrzeug mit einem elektromotorischen Antrieb und einem Steuergerät zur Steuerung eines Elektromotors des elektromotorischen Antriebs, wobei das Steuergerät eine elektrische Baugruppe bzw. eine Kontrollvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst. Leistungshalbleiter im hierin betrachteten Sinne bzw. im Sinne der hierin beschriebenen Halbleiterbauelemente können dabei insbesondere bei der Anwendung in Wechselrichtern auch Dioden sein, die bei der Beschaltung eines Wechselrichters typischerweise als Freilaufdioden parallel zu den verwendeten IGBTs geschaltet sind.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen bewirkt das Notfallsignal, dass der Stromfluss durch das überwachte Halbleiterbauelement verringert wird, wohingegen der Stromfluss durch ein redundantes bzw. funktionsgleiches oder funktionsähnliches Halbleiterbauelement einer entsprechenden elektrischen Baugruppe erhöht wird, so dass die gesamte zur Verfügung stehende Leistung nicht verringert wird, wenngleich die vorzeitige Alterung bzw. Zerstörung des überwachten Halbleiterbauelements vermieden werden kann.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel einer Kontrollvorrichtung zum Überwachen einer Funktion eines Halbleiterbauelements während dessen Betriebs;
2 eine schematische Darstellung einer Kontrollvorrichtung gemäß der Fig. 1 und dessen Anwendung zur Überwachung von gehäusten Halbleiterbauelementen; und
3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Überwachen einer Funktion eines Halbleiterbauelements in Form eines Blockdiagramms.
Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind. In den Figuren können die Dickenabmessungen von Linien, Schichten und/oder Regionen um der Deutlichkeit Willen übertrieben dargestellt sein.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Figuren, die lediglich einige exemplarische Ausführungsbeispiele zeigen, können gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten bezeichnen. Ferner können zusammenfassende Bezugszeichen für Komponenten und Objekte verwendet werden, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in einer Zeichnung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich einzelner, mehrerer oder aller Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen, gleich, jedoch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt.
Obwohl Ausführungsbeispiele auf verschiedene Weise modifiziert und abgeändert wer-den können, sind Ausführungsbeispiele in den Figuren als Beispiele dargestellt und werden hierin ausführlich beschrieben. Es sei jedoch klargestellt, dass nicht beabsichtigt ist, Ausführungsbeispiele auf die jeweils offenbarten Formen zu beschränken, sondern dass Ausführungsbeispiele vielmehr sämtliche funktionale und/oder strukturelle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die im Bereich der Erfindung liegen, abdecken sollen. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in der gesamten Figurenbeschreibung gleiche oder ähnliche Elemente.
Man beachte, dass ein Element, das als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „verkoppelt“ bezeichnet wird, mit dem anderen Element direkt verbunden oder verkoppelt sein kann oder dass dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Wenn ein Element dagegen als „direkt verbunden“ oder „direkt verkoppelt“ mit einem anderen Element bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden. Andere Begriffe, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollten auf ähnliche Weise interpretiert werden (z.B., „zwischen“ gegenüber „direkt da-zwischen“, „angrenzend“ gegenüber „direkt angrenzend“ usw.).
Die Terminologie, die hierin verwendet wird, dient nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele und soll die Ausführungsbeispiele nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ einer,” „ eine”, „eines ” und „der, die, das“ auch die Pluralformen beinhalten, solange der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt. Ferner sei klargestellt, dass die Ausdrücke wie z.B. „beinhaltet“, „beinhaltend“, aufweist“ und/oder „aufweisend“, wie hierin verwendet, das Vorhandensein von genannten Merk-malen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen und/oder Komponenten angeben, aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem bzw. einer oder mehreren Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.
Solange nichts anderes definiert ist, haben sämtliche hierin verwendeten Begriffe (ein-schließlich von technischen und wissenschaftlichen Begriffen) die gleiche Bedeutung, die ihnen ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem die Ausführungsbeispiele gehören, beimisst. Ferner sei klargestellt, dass Ausdrücke, z.B. diejenigen, die in allgemein verwendeten Wörterbüchern definiert sind, so zu interpretieren sind, als hätten sie die Bedeutung, die mit ihrer Bedeutung im Kontext der einschlägigen Technik konsistent ist, und nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinn zu interpretieren sind, solange dies hierin nicht ausdrücklich definiert ist.
1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Kontrollvorrichtung 2 zum Überwachen einer Funktion eines Halbleiterbauelements während dessen Betrieb. Die Kontrollvorrichtung umfasst eine Eingangsschnittstelle 4, die ausgebildet ist, um ein Sensorsignal zu empfangen, das zu einer berührungslos bestimmten Temperaturverteilung auf einer Oberfläche des Halbleiterbauelements korrespondiert. Die Kontrollvorrichtung 2 weist ferner eine Auswerteeinrichtung 6 auf, die ausgebildet ist, um basierend auf dem Sensorsignal zu bestimmen, ob die Temperaturverteilung ein vorbestimmtes Entscheidungskriterium erfüllt, welches auf einen Betrieb des Halbleiterbauelements außerhalb dessen normalen Betriebszustandes hinweist bzw. zu einem Betrieb des Halbleiterbauelements außerhalb eines normalen Betriebszustandes korrespondiert.
Eine Ausgangsschnittstelle 8 ist ausgebildet, um ein Notfallsignal auszugeben, wenn das Entscheidungskriterium erfüllt ist. Das hier nur schematisch angedeutete Notfallsignal 10 ist ausgebildet, um das Durchführen einer Notfallmaßnahme zu bewirken. Das heißt, das Notfallsignal ist derart gestaltet, dass es in Interaktion mit weiteren mit der Kontrollvorrichtung verbundenen Komponenten dazu führt, dass die betreffende Notfallmaßnahme bewirkt wird. Diese kann beispielsweise bewirken, dass der Strom, der durch das Halbleiterbauelement fließt, reduziert wird, oder dass ein Hinweis an einen Benutzer erzeugt wird, dass das überwachte Halbleiterbauelement möglicherweise außerhalb seines normalen Betriebszustandes betrieben wird. Dabei ist das Notfallsignal selbstverständlich als unabhängig von dessen konkreter Implementierung, beispielsweise als digitales oder analoges Signal, zu verstehen. Ähnliches gilt für das Sensorsignal, das dazu dient, die Information über die Temperaturverteilung auf der Oberfläche des überwachten Halbleiterbauelements zu vermitteln bzw. zu transportieren. Dies ist unabhängig von der konkreten Implementierung. Ein Beispiel für die Übermittlung der betreffenden Information mittels des Sensorsignals ist die direkte Übermittlung eines 2-dimensionalen Arrays von Temperaturwerten, insofern der Sensor selbst aufgrund der empfangenen Strahlungsintensität auf absolute oder relative Temperaturwerte rückschließen kann. Eine alternative Form, die betreffenden Informationen zu übermitteln, ist beispielsweise eine 2-dimensionale oder eine 1-dimensionale Anordnung von Intensitätswerten, die mittels des Sensors berührungslos ermittelt bzw. empfangen wurden. Das heißt, alternativ zu tatsächlichen Temperaturwerten können Intensitätswerte übermittelt werden, die mittelbar oder unmittelbar die Intensität der von einem einzelnen Sensorelement empfangenen Strahlung angeben. Bei solchen Ausführungsbeispielen kann beispielsweise in Kenntnis der Strahlungsempfindlichkeit bzw. der wellenlängenabhängigen Empfindlichkeit des Sensors bestimmt werden, zu welcher absoluten oder relativen Temperatur der konkret übermittelte Intensitätswert korrespondiert.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen ist der Sensor beispielsweise ausgebildet, um elektromagnetische Strahlung, insbesondere aus dem Wellenlängenintervall von 3 µm bis 50 µm, nachweisen zu können, da unter Annahme des Vorliegens eines schwarzen oder grauen Strahlers in diesem Wellenlängenbereich die durch die Temperatur an der Oberfläche des beobachteten Halbleiterbauelements verursachte Strahlung emittiert wird.
2 zeigt schematisch eine elektrische Baugruppe 14, die sowohl ein Ausführungsbeispiel einer Kontrollvorrichtung 2, als auch zumindest einen, vorliegend drei Sensoren 16a–16c umfasst, die mit der Eingangsschnittstelle 4 derart verbunden sind, dass diese die von ihnen jeweils erzeugten Sensorsignale an die Eingangsschnittstelle 4 übermitteln. Jeder einzelne der Sensoren 16a–16c ist wiederum ausgebildet, die Temperaturverteilung auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements berührungslos zu erfassen, indem dieser die von den Halbleiterbauelementen aufgrund ihrer Temperatur emittierte thermischen Strahlung nachweist. In diesem Sinne können die Sensoren 16a bis 16c verallgemeinert auch als Infrarot-Sensoren bezeichnet werden, da die thermische emittierte Strahlung im Allgemeinen innerhalb des Wellenlängenbereichs des fernen Infrarot (FIR) emittiert wird.
Im in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel werden mittels der Kontrollvorrichtung 2 sowie den mit dieser verbundenen Sensoren 16a–16c zwei Halbleiterbauelemente 18a und 18b überwacht, die auf einer gemeinsamen Platine bzw. auf einem gemeinsamen „Printed Circuit Board“ (PCB) angeordnet sind. Zur passiven oder aktiven Kühlung der Halbleiterbauelemente 18a und 18b kann, wie in 2 schematisch angedeutet, die Platine 20 wiederum auf einem Kühlkörper 22 montiert sein, um die von den Halbleiterbauelementen 18a und 18b erzeugte Verlustwärme abzuführen. Wie bereits erwähnt, können Halbleiterbauelemente, die mittels Kontrollvorrichtungen überwacht werden können, insbesondere Leistungshalbleiterbauelemente bzw. Leistungshalbleiterchips, insbesondere IGBTs, Feldeffekttransistoren (FET), Dioden oder ähnliche Bauelemente sein, die vielfach beispielsweise in Steuergeräten, auch in automobilen Anwendungen, verwendet werden. Wie in 2 dargestellt, wird die Chiptemperatur bzw. eine Temperaturverteilung auf einer Oberfläche des Halbleiterbauelements durch einen berührungslosen thermischen Sensor auf optischer bzw. Infrarot-Basis ermittelt. Diese Ermittlung kann beispielsweise basierend auf einem Wärmebild erfolgen, also basierend auf einer 2-dimensionalen Darstellung von Intensitätswerten, die zu einer Temperatur auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements korrespondieren und die entweder von den Sensoren 16a–16c selbst oder von einer Kontrollvorrichtung 2 gemäß einiger Ausführungsbeispiele ausgewertet werden. Insoweit betreffen einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung also Möglichkeiten zur berührungslosen thermischen Überwachung von Leistungshalbleiterchips bzw. Halbleiterbauelementen mittels der Verwendung von thermischen Sensoren auf optischer bzw. Infrarot-Basis.
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können es insbesondere ermöglichen, die tatsächliche Chiptemperatur auch unter Berücksichtigung sämtlicher einbaurelevanter Nebenbedingungen korrekt zu bestimmen. Haben beispielsweise zwei Verlustleistung erzeugende Bauelemente bzw. Halbleiterbauelemente einen geringen räumlichen Abstand zueinander, so kann dies zu einer gegenseitigen Erwärmung der Elemente führen, bzw. die dem Modell des einzelnen Halbleiterbauelements zugrunde liegende Abführung der Wärme beeinträchtigen. Geometrische Einbausituationen bzw. ähnliche Konstellationen können daher bislang kaum oder nur bedingt im thermischen Modell berücksichtigt werden, weswegen es zu Abweichungen der tatsächlichen Situation vom zugrunde liegenden Modell kommen kann. Dies kann zum Beispiel dazu führen, dass die Alterung des elektrischen Bauelements bzw. des Halbleiterbauelements nicht korrekt erfasst und demzufolge auch nicht richtig berücksichtigt werden kann. Dies wiederum kann dazu führen, dass die Funktion, die durch die Verwendung der Halbleiterbauelemente, beispielsweise der Leistungshalbleiter, erreicht werden soll, nur noch ungenügend erfüllt wird. Beispielsweise ändert sich die Kennlinie eines Halbleiterbauelements, also beispielsweise der von dem Halbleiterbauelement schaltbare Strom in Abhängigkeit von der Alterung und der Temperatur. Ebenso ändert sich beispielsweise bei demselben Stromfluss durch ein Halbleiterbauelement wie beispielsweise einen IGBT die Temperatur des Halbleiterbauelements in Abhängigkeit von den schon aufgetretenen Alterungseffekten. Das heißt, eine Simulation der Temperatur basierend auf dem Stromfluss weist eine alterungsbedingte intrinsische Ungenauigkeit auf.
Um diese Nachteile zu vermeiden oder zu verringern können, können die Sensoren beispielsweise einzeln oder auch flächendeckend über dem Halbleiterbauelement bzw. dessen Platine 20 schwebend angeordnet werden. Gemäß dem in 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Halbleiterbauelemente 18a und 18b von einem gemeinsamen Gehäuse 24 gehäust, wobei die Sensoren 16a–16c an einer den Halbleiterbauelementen 18a und 18b gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 24 derart angeordnet sind, dass von den Sensoren eine Temperaturverteilung eines jeweils ausgedehnten Flächenbereiches erfasst wird, der die gesamte Oberfläche der Halbleiterbauelemente 18a, b umfasst.
Bei in das Halbleiterbauelement integrierten Thermoelementen, also solchen, die in demselben Halbleitersubstrat angeordnet sind bzw. durch dasselbe Halbleitersubstrat gebildet werden, wird ein möglicherweise erheblicher Teil der Fläche des Halbleiterbauelements für die Bestimmung der Temperatur benutzt, was insbesondere bei Leistungshalbleitern dazu führt, dass diese Fläche nicht für die Leistungsführung zur Verfügung steht, was die effiziente Gesamtanordnung erheblich verringern kann. Darüber hinaus ist bei solchen Lösungen die Bestimmung der Temperatur nicht potential getrennt, was im weiteren Verlauf der Verarbeitung zu zusätzlichem Aufwand führt. Auch diese Nachteile können von Ausführungsbeispielen der Erfindung verringert werden.
Das Verwenden eines geschlossenen Gehäuses kann möglicherweise die Genauigkeit der Bestimmung der Temperatur der Halbleiterbauelemente erhöhen, da möglicherweise störende externe Strahlung von dem Gehäuse abgehalten wird.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann von der Kontrollvorrichtung 2 oder von weiteren nachgelagerten Auswertevorrichtungen die Speicherung der auftretenden Temperaturen über den gesamten Lebensdauerzyklus eines Halbleiterelements 18a, b vorgenommen werden, so dass basierend auf den gespeicherten Messwerten der Vergangenheit eine Abschätzung über die bereits stattgefundene Alterung der Halbleiterbauelemente erfolgen kann, beispielsweise wenn ein langfristiger Temperaturanstieg über eine gewisse Zeitdauer erkannt wird, was durch systematische Alterungseffekte im Halbleitermaterial hervorgerufen werden kann.
Insgesamt kann gemäß einigen Ausführungsbeispielen die Lebensdauer der überwachten Halbleiterbauelemente durch kontrollierte Bestromung verlängert werden.
Zur Vervollständigung der Darstellung zeigt 3 schematisch in Form eines Blockdiagramms ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Überwachen einer Funktion eines Halbleiterbauelements. In einem Empfangsschritt 30 wird ein Sensorsignal empfangen, das zu einer berührungslos bestimmten Temperaturverteilung auf einer Oberfläche des Halbleiterbauelements korrespondiert.
In einem Auswerteschritt 32 wird, basierend auf dem Sensorsignal, bestimmt, ob die Temperaturverteilung ein vorgegebenes Entscheidungskriterium erfüllt, welches zu einem Betrieb des Halbleiterbauelements außerhalb eines normalen Betriebszustandes korrespondiert. Wenn das Entscheidungskriterium erfüllt ist, wird in einem Notfallschritt 34 ein Notfallsignal ausgegeben, das das Durchführen einer Notfallmaßnahme bewirkt. Anderenfalls kann optional das Verfahren erneut begonnen werden, das heißt, beim Nichterfüllen des Entscheidungskriteriums kann gemäß optionalen weiteren Ausführungsbeispielen erneut ein Sensorsignal empfangen werden, wie in 3 schematisch angedeutet.
Wenngleich in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen und Erläuterungen überwiegend in Verbindung mit dem elektromotorischen Antrieb bzw. einer Anwendung der Ausführungsbeispiele der Erfindung in einem Kraftfahrzeug beschrieben, versteht es sich von selbst, dass weitere Ausführungsbeispiele nicht auf Anwendungen im Kraftfahrzeugsektor beschränkt sind. Vielmehr können überall, wo Leistungshalbleiter in Verbindung mit hohen geschalteten oder zu transportierenden Leistungen verwendet werden, Ausführungsbeispiele der Erfindung mit großen Vorteilen eingesetzt werden. Beispiele hierfür sind unter anderem die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien, beispielsweise im Bereich von Windkraft- und Solar- bzw. Thermal-Energieanlagen, sowie der Betrieb von stationären Energiegeneratoren im Produktionsbereich sowie im Bereich von stationären Antrieben oder dergleichen.
Im Fall der Anwendung im Kfz-Bereich umfassen Ausführungsbeispiele auch ein Kraftfahrzeug mit einem elektromotorischen Antrieb und einem Steuergerät zur Steuerung eines Elektromotors desselben, wobei das Steuergerät eine Kontrollvorrichtung zum Überwachen einer Funktion eines Halbleiterbauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst, um dem Verlust der Funktionalität des Elektromotors durch Ausfall des Steuergeräts bzw. Ermüdung der darin verwendeten Halbleiterbauelemente vorzubeugen.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den beigefügten Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln wie auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung eines Ausführungsbeispiels in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein und implementiert werden.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-Ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einer programmierbaren Hardwarekomponente derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird.
Eine programmierbare Hardwarekomponente kann durch einen Prozessor, einen Computerprozessor (CPU = Central Processing Unit), einen Grafikprozessor (GPU = Graphics Processing Unit), einen Computer, ein Computersystem, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC = Application-Specific Integrated Circuit), einen integrierten Schaltkreis (IC = Integrated Circuit), ein Ein-Chip-System (SOC = System on Chip), ein programmierbares Logikelement oder ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor (FPGA = Field Programmable Gate Array) gebildet sein.
Das digitale Speichermedium kann daher maschinen- oder computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem oder einer programmierbare Hardwarekomponente derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird. Ein Ausführungsbeispiel ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Programm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Programm, Firmware, Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode oder als Daten implementiert sein, wobei der Programmcode oder die Daten dahin gehend wirksam ist bzw. sind, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente abläuft. Der Programmcode oder die Daten kann bzw. können beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger oder Datenträger gespeichert sein. Der Programmcode oder die Daten können unter anderem als Quellcode, Maschinencode oder Bytecode sowie als anderer Zwischencode vorliegen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist ferner ein Datenstrom, eine Signalfolge oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Programm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom, die Signalfolge oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, um über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet oder ein anderes Netzwerk, transferiert zu werden. Ausführungsbeispiele sind so auch Daten repräsentierende Signalfolgen, die für eine Übersendung über ein Netzwerk oder eine Datenkommunikationsverbindung geeignet sind, wobei die Daten das Programm darstellen.
Ein Programm gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eines der Verfahren während seiner Durchführung beispielsweise dadurch umsetzen, dass dieses Speicherstellen ausliest oder in diese ein Datum oder mehrere Daten hinein schreibt, wodurch gegebenenfalls Schaltvorgänge oder andere Vorgänge in Transistorstrukturen, in Verstärkerstrukturen oder in anderen elektrischen, optischen, magnetischen oder nach einem anderen Funktionsprinzip arbeitenden Bauteile hervorgerufen werden. Entsprechend können durch ein Auslesen einer Speicherstelle Daten, Werte, Sensorwerte oder andere Informationen von einem Programm erfasst, bestimmt oder gemessen werden. Ein Programm kann daher durch ein Auslesen von einer oder mehreren Speicherstellen Größen, Werte, Messgrößen und andere Informationen erfassen, bestimmen oder messen, sowie durch ein Schreiben in eine oder mehrere Speicherstellen eine Aktion bewirken, veranlassen oder durchführen sowie andere Geräte, Maschinen und Komponenten ansteuern.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
Bezugszeichenliste

2: Kontrollvorrichtung
4: Eingangsschnittstelle
6: Auswerteeinrichtung
8: Ausgangsschnittstelle
10: Notfallsignal
12: Sensorsignal
14: elektrische Baugruppe
16a, b, c: Sensoren
18a, b: Halbleiterbauelement
20: Platine
22: Kühlkörper
24: Gehäuse
30: Empfangsschritt
32: Auswerteschritt
34: Notfallschritt

Claims

Kontrollvorrichtung (2) zum Überwachen einer Funktion eines Halbleiterbauelements (18a, b) während dessen Betrieb, umfassend: eine Eingangsschnittstelle (4), die ausgebildet ist, um ein Sensorsignal (12) zu empfangen, das zu einer berührungslos bestimmten Temperaturverteilung auf einer Oberfläche des Halbleiterbauelements (18a, b) korrespondiert; eine Auswerteeinrichtung (6), die ausgebildet ist, um basierend auf dem Sensorsignal (12) zu bestimmen, ob die Temperaturverteilung ein vorbestimmtes Entscheidungskriterium erfüllt, welches zu einem Betrieb des Halbleiterbauelements (18a, b) außerhalb eines normalen Betriebszustandes korrespondiert; und einer Ausgangsschnittstelle (8), die ausgebildet ist, um ein Notfallsignal (10) auszugeben, wenn das Entscheidungskriterium erfüllt ist, wobei das Notfallsignal (10) das Durchführen einer Notfallmaßnahme bewirkt.
Kontrollvorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei das Notfallsignal (10) eine Begrenzung eines durch das Halbleiterbauelement (18a, b) fließenden Stromes bewirkt.
Kontrollvorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Notfallsignal (10) das Anzeigen eines Hinweises darauf bewirkt, dass das Halbleiterbauelement (18a, b) außerhalb eines normalen Betriebszustandes betrieben wird.
Kontrollvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend: Zumindest einen mit der Eingangsschnittstelle (4) verbundenen Sensor (16a, b, c), der ausgebildet ist, die Temperaturverteilung auf einer Oberfläche des Halbleiterbauelements (18a, b) berührungslos zu erfassen und das zu der Temperaturverteilung korrespondierende Sensorsignal (12) bereitzustellen.
Kontrollvorrichtung (2) nach Anspruch 4, wobei der Sensor (16a, b, c) ausgebildet ist, eine Temperaturverteilung für einen ausgedehnten Flächenbereich zu erfassen, der die gesamte Oberfläche des Halbleiterbauelements (18a, b) umfasst.
Kontrollvorrichtung (2) nach Anspruch 5, wobei der Sensor (16a, b, c) ausgebildet ist, um eine von einer Oberfläche des Halbleiterbauelements emittierte elektromagnetische Strahlung zu erfassen.
Kontrollvorrichtung (2) nach Anspruch 6, wobei der Sensor (16a, b, c) ausgebildet ist, um eine elektromagnetische Strahlung aus dem Wellenlängenintervall von 3 µm bis 50 µm zu erfassen.
Elektrische Baugruppe (14), umfassend: zumindest ein Halbleiterbauelement (18a, b); und eine Kontrollvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Elektrische Baugruppe (14) nach Anspruch 8, wobei die elektrische Baugruppe (14) zumindest sechs einen Stromfluss schaltende Halbleiterbauelemente umfasst, die zu einem 3-phasigen Wechselrichter verschalten sind, wobei die Funktion jedes der Halbleiterbauelemente von der Kontrollvorrichtung überwacht wird.
Elektrische Baugruppe (14) nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Halbleiterbauelement ein Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) ist.
Elektrische Baugruppe (14) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Halbleiterbauelement und der Sensor innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet sind, wobei der Sensor an einer dem Halbleiterbauelement gegenüberliegenden Seite des Gehäuses derart angeordnet ist, dass von dem Sensor eine Temperaturverteilung eines ausgedehnten Flächenbereichs erfasst wird, der die gesamte Oberfläche des Halbleiterbauelements umfasst.
Kraftfahrzeug mit einem elektromotorischen Antrieb und einem Steuergerät zur Steuerung eines Elektromotors des elektromotorischen Antriebs, wobei das Steuergerät eine Elektrische Baugruppe (14) nach einem der Ansprüche 8 bis 11 umfasst.
Verfahren zum Überwachen einer Funktion eines Halbleiterbauelements während dessen Betrieb, umfassend: empfangen (30) eines Sensorsignals, das zu einer berührungslos bestimmten Temperaturverteilung auf einer Oberfläche des Halbleiterbauelements korrespondiert; bestimmen (32), basierend auf dem Sensorsignal, ob die Temperaturverteilung ein vorgegebenes Entscheidungskriterium erfüllt, welches zu einem Betrieb des Halbleiterbauelements außerhalb eines normalen Betriebszustandes korrespondiert; und ausgeben (34) eines das Durchführen einer Notfallmaßnahme bewirkenden Notfallsignals, wenn das Entscheidungskriterium erfüllt ist.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend: berührungsloses Bestimmen der Temperaturverteilung auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements.