DE3832273A1 - Verfahren und anordnung zur bestimmung des waermewiderstandes von igbt-bauelementen - Google Patents

Verfahren und anordnung zur bestimmung des waermewiderstandes von igbt-bauelementen

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    • G01R31/2607—Circuits therefor
    • G01R31/2621—Circuits therefor for testing field effect transistors, i.e. FET's
    • G01R31/2628—Circuits therefor for testing field effect transistors, i.e. FET's for measuring thermal properties thereof

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Bestimmung des inneren Wärmewiderstandes im stationären Betrieb sowie des transienten Wärmewiderstandes von IGBT's (Insulated Gate Bipolar Transistor). Außerdem bezieht sich die Erfindung auf eine Anordnung zur Durchführung der Verfahren.
Die Verfahren bzw. die Anordnung sollen nicht nur zur Bestimmung des Wärmewiderstandes von einzelnen IGBT-Bauelementen, sondern auch von IGBT-Modulen geeignet sein. In Leistungshalbleitermodulen sind in unterschiedlichen Schaltungsanordnungen, wie z. B. Halbbrücken, H-Brücken und Dreiphasenbrücken, mehrere IGBT's angeordnet, wobei jeweils einem IGBT eine Diode antiparallel geschaltet ist.
Nach DIN 41 781 und DIN 41 786 ist der innere Wärmewiderstand definiert als der Quotient aus der Differenz zwischen der inneren Ersatzsperrschichttemperatur und der Gehäusetemperatur einerseits und der im Halbleiterbauelement auftretenden konstanten Verlustleistung andererseits im stationären Fall. Demnach gilt die nachstehende Gleichung
R thJC = (T VJ - TTC)/P; (K/W) (1)
mit
R thJC = Wärmewiderstand Sperrschicht-Gehäuse,
T VJ = Ersatzsperrschichttemperatur,
T TC = Gehäusetemperatur an festgelegter Stelle,
P = Verlustleistung,
K = Kelwin,
W = Watt.
Während die Verlustleistung und die Gehäusetemperatur direkt meßbar sind, kann auf die Sperrschichttemperatur nur über einen temperaturabhängigen elektrischen Parameter geschlossen werden. Das kann z. B. die Temperaturabhängigkeit des Durchlaßspannungsabfalls eines pn-Übergangs sein.
Zur Messung des Wärmewiderstandes an bipolaren Transistoren sind bereits Verfahren bekannt, bei denen die Temperaturabhängigkeit der Basis-Emitter-Spannung zur Bestimmung der Sperrschichttemperatur genutzt wird. Dieses Verfahren ist jedoch bei IGBT's nicht anwendbar.
Außerdem ist ein für MOSFET's geeignetes Verfahren bekannt, wobei die temperaturabhängige Flußspannung der Body-Diode zur Bestimmung der Sperrschichttemperatur genutzt wird. Eine Anwendung dieses Verfahrens zur Wärmewiderstandsmessung an IGBT's wäre denkbar, weil die Rückwärtssperrströme des IGBT eine geeignete Temperaturabhängigkeit aufweisen. Da die gesuchte Meßmethode auch für IGBT's mit antiparallel geschalteter Diode geeignet sein soll, scheidet das für MOSFET's benutzte Verfahren aus, weil die antiparallel geschaltete Diode einen in Rückwärtsrichtung fließenden Meßstrom als Parallelweg kurzschließen würde.
Der transiente Wärmewiderstand ist in den genannten Normen definiert als "Quotient aus der am Ende einer bestimmten Zeitspanne erreichten Änderung der Differenz zwischen der inneren Ersatztemperatur und der Temperatur eines festgelegten äußeren Bezugspunktes einerseits und einer zu Beginn dieser Zeitspanne auftretenden sprungförmigen Verlustleistungsänderung (die diese Temperaturänderung verursacht) andererseits. Unmittelbar vor dieser Zeitspanne muß die Temperaturverteilung zeitlich konstant gewesen sein. Der transiente Wärmewiderstand wird in Abhängigkeit von der Zeitspanne angegeben".
Demnach gilt Gleichung
Z thJC = ( Δ T VJ,t 2-t 1 - Δ T C,t 2-t 1)/P t 1; (K/W) (2)
mit
Z thJC = transienter Wärmewiderstand;
Δ T VJ,t 2-t 1 = Differenz zwischen der Ersatzsperrschichttemperatur T VJ am Ende t 2 einer Zeitspanne t 2-t 1 und einer Ersatzsperrschichttemperatur T VJ am Anfang t 1 der Zeitspanne t 2-t 1, zu der eine sprunghafte Änderung der Verlustleistung auftritt; Δ T C,t 2-t 1 = Differenz zwischen den Gehäusetemperaturen zu den oben angeführten Zeitpunkten t 2 und t 1; P t 1 = sprunghafte Änderung der Verlustleistung am Anfang t 1 der Zeitspanne t 2-t 1.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Verfahren zur Messung des inneren Wärmewiderstandes sowie des transienten Wärmewiderstandes an IGBT's anzugeben, die auch eine Messung bei antiparallel geschalteter Diode erlauben. Außerdem soll eine geeignete Meßeinrichtung zur Durchführung der Verfahren angegeben werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Bestimmung des Wärmewiderstandes bei IGBT's gelöst, das in Anspruch 1 angegeben ist, bzw. durch ein Verfahren zur Bestimmung des transienten Wärmewiderstandes, das in Anspruch 2 angegeben ist. Eine geeignete Meßeinrichtung zur Durchführung der Verfahren ist in Anspruch 4 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Vorteile der erfindungsgemäßen Verfahren bestehen darin, daß keine Messung am Gehäuse des IGBT erforderlich ist und daß auch Messungen an IGBT's möglich sind, die bereits in einem Modul eingebaut sind und denen eine Diode antiparallel geschaltet ist. Die Wahl der Kollektor-Emitterspannung als temperaturabhängiger Parameter ist vorteilhaft, weil eine starke Abhängigkeit von der Temperatur gegeben ist, also deutliche Spannungsunterschiede meßbar sind, eine praktisch lineare Abhängigkeit gegeben ist und weil nur eine geringe Streuung bei typgleichen IGBT's gegeben ist. Die Verfahren zur Bestimmung des stationären und des transienten Wärmewiderstandes lassen sich kombinieren und mit einer relativ einfachen Meßeinrichtung realisieren. Obwohl mit einer rechteckförmigen Impulsbelastung gemessen wird, kann der Temperaturverlauf, und damit auch der transiente Wärmewiderstand auf der Grundlage der Meßwerte für beliebige Formen des Leistungsimpulses ermittelt werden. Grundsätzlich kann der gesamte Temperaturverlauf nach einem Leistungsimpuls erfaßt werden. Im praktischen Testbetrieb kann jedoch auch nur der Beginn des Temperaturabklingens erfaßt werden, wenn dies z. B. zur Bestimmung eines Lötkontakts ausreicht.
Die vorgeschlagene Meßeinrichtung ist nicht nur zur Durchführung der Verfahren zur Bestimmung des stationären und transienten Wärewiderstandes eines IGBT geeignet, sondern auch zur Wärmewiderstandsmessung an einer gegenparallel geschalteten Diode. Außerdem können mit dem Gerät Eichkurven aufgenommen werden zur Ermittlung des Zusammenhangs UCE=f(T) zwischen der Kollektor-Emitterspannung U CE und der Temperatur T bei IGBT's und Dioden sowie der Abkühlkurven Δ U CE=f( Δ t) für IGBT's und Dioden.
Eine Beschreibung der Erfindung erfolgt anhand der Zeichnung und der darin dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen:
Fig. 1 Eichkurve für die Temperaturabhängigkeit der Kollektor-Emitterspannung von drei IGBT-Typen,
Fig. 2a und 2b Beispiele für Abkühlkurven eines IGBT,
Fig. 3 Blockschema einer Meßanordnung,
Fig. 4 Prüfschaltung, die in der Meßanordnung nach Fig. 3 realisiert ist.
Als temperaturabhängiger Parameter zur Bestimmung der Ersatzsperrschichttemperatur eines IGBT wurde die Kollektor-Emitterspannung gewählt. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Wärmewiderstandsmessung wird zunächst eine Eichkurve für den zu prüfenden IGBT-Typ aufgenommen. Eine solche Eichkurve ist in Fig. 1 beispielhaft angegeben. Dort ist die Kollektor-Emitterspannung U CE in Abhängigkeit von der Temperatur T aufgetragen für drei verschiedene IGBT-Typen. Es zeigt sich, daß eine lineare Abhängigkeit besteht, so daß aus der Funktion U CE=f(T) eine Konstante C=Δ T/ Δ U CE errechnet werden kann. Die gemessenen Eichkurven zeigen außerdem, daß die Temperaturabhängigkeit der Kollektor-Emitterspannung, insbesondere bezüglich der Steigung der Kurven, bei unterschiedlichen IGBT-Typen etwa gleich ist und somit die Konstante C etwa gleich ist. Wesentlich ist auch, daß auch eine große Temperaturabhängigkeit besteht, die mit entsprechend kleinem Fehler meßbar ist. Typische Werte für die Konstante C liegen bei etwa -0,3 K/mV.
Im kalten Zustand entspricht die Ersatzsperrschichttemperatur der Gehäusetemperatur. Auf eine Messung der Gehäusetemperatur kann also verzichtet werden, wenn man eine erste Kollektor-Emitterspannung U CEK im kalten Zustand mißt und eine zweite Messung bei erhöhter Sperrschichttemperatur durchführt. Dazu wird der IGBT mit einem definierten Leistungsimpuls P V belastet, wofür ein Impuls von z. B. 100 W während einer Dauer von 10 ms bis 10 s geeignet ist. Diese Verlustleistung P V wird mit einem Strom von etwa 5 A erreicht. Nach Abschluß dieses Leistungsimpulses, der die Sperrschichttemperatur erhöht hat, wird die zweite Messung durchgeführt, so daß man eine Kollektor-Emitterspannung U CEW des erwärmten IGBT mißt.
Da die Kollektor-Emitterspannung U CEK im kalten Zustand mit Hilfe der Konstante C umgerechnet werden kann in eine Temperatur, die der Gehäusetemperatur entspricht, und die Kollektor-Emitterspannung U CEW in eine Temperatur, die der Ersatzsperrschichttemperatur in oben angegebener Gleichung (1) für den Wärmewiderstand entspricht, können die gemessenen Werte eingesetzt werden in die nachstehende Gleichung
R thJC = (U CEW - UCEK) · C/PV; K/W . (3)
Zur Bestimmung des transienten Wärmewiderstandes wird ebenfalls die Kollektor-Emitterspannung als temperaturabhängiger Parameter verwendet, wobei die zeitabhängige Änderung der Kollektor-Emitterspannung U CE nach einem erfolgten Leistungsimpuls erfaßt wird. Der Leistungsimpuls kann identisch sein mit demjenigen der oben beschrieben wurde zur Wärmewiderstandsbestimmung. Der Leistungsimpuls ist bezüglich seiner Leistung P V und Dauer D so gewählt, daß die in der DIN-Norm-Definition verlangte zeitlich konstante Temperaturverteilung gegeben ist.
Am Ende des Leistungsimpulses tritt die in Gleichung (2) mit P t 1 bezeichnete sprunghafte Änderung der Verlustleistung in Höhe der Impulsleistung P V auf, nämlich durch die Änderung von P V auf Null, so daß in die Gleichung (2) anstelle P t 1 die Leistung P V eingesetzt werden kann.
Die Wärmewiderstandsmessung wird an Prüflingen (zu prüfende IGBT's) durchgeführt, die auf einen Kühlkörper montiert sind, der wassergekühlt ist. Dadurch ist die Gehäusetemperatur des IGBT während der Messung praktisch gleichbleibend, so daß die Gehäusetemperaturdifferenz Δ T C,t 2-t 1 zu Null wird.
Anstelle der Ersatzsperrschichttemperatur T VJ, bzw. deren Differenz Δ T VJ,t 2-t 1, wird die Kollektor-Emitterspannung U CE gemessen, die mit Hilfe der aus einer Eichkurve ermittelten Konstante C in eine Temperatur umgerechnet werden kann. Die Kollektor-Emitterspannung U CE wird erstmals am Ende des Leistungsimpulses als Kollektor-Emitterspannung U CEti=1 gemessen, dann wiederholt im Zeitabstand von z. B. 100 µs, mindestens einmal, so daß in die Gleichung zur Berechnung des transienten Wärmewiderstandes als zweiter Wert zur Differenzbildung die Kollektor-Emitterspannung U CEti eingesetzt ist. Praktische Werte für i können im Bereich von 1 bis etwa 100 000 liegen. Dabei kann ein kleiner Wert für i ausreichend sein, wenn es zur Beurteilung des IGBT genügt, einen Trend des Verlaufs der Abkühlkurve zu erkennen. Große Werte werden z B. für die Aufnahme von vollständigen Kurven für Datenblätter benutzt.
Aufgrund der dargelegten Zusammenhänge kann der für eine Zeitspanne t i gültige transiente Wärmewiderstand berechnet werden nach der nachstehenden Gleichung
Z th(ti) = C(U CEti - UCEti=1)/P V . (4)
Eine Beurteilung eines zu prüfenden IGBT kann erfolgen durch Vergleich der am Prüfling gemessenen Kollektor-Emitterspannungswerte während des Abkühlens mit gespeicherten Werte einer Eichkurve. Die Fig. 2a und 2b zeigen solche Abkühlkurven, die an IGBT's gemessen wurden, wobei Fig. 2a den Verlauf der Kollektor-Emitterspannung in einer Anfangsphase zeigt und Fig. 2b (bei geändertem Zeitmeßstab) den Verlauf über eine längere Abkühldauer.
Mit Hilfe der Konstante C läßt sich der in den Fig. 2a und 2b angegebene Spannungsverlauf umrechnen in einen Temperaturverlauf T(ti).
Außerdem läßt sich aus einer Meßkurve T(ti), die nach einem rechteckförmigen Leistungsimpuls mit der Leistung P v aufgenommen wurde, auch ein Temperaturverlauf für eine beliebige Form des Leistungsimpulses ermitteln, und zwar nach der nachstehenden Gleichung
wobei, wie bereits oben definiert, die Temperatur mit T bezeichnet ist, die Zeit mit t und die Leistung mit P. t ist die Integrationsvariable.
Auf diese Weise kann vorteilhaft der Temperaturverlauf für eine der vorgesehenen Anwendung entsprechende Form der Belastung, z. B. für eine sinusförmige Belastung, angegeben werden.
Die beschriebenen Verfahren zur Messung des inneren Wärmewiderstandes und des transienten Wärmewiderstandes lassen sich zu einem kombinierten Verfahren verbinden, so daß mit einem Leistungsimpuls Kollektor-Emitterspannungswerte gewonnen werden können zur Bestimmung der Wärmewiderstände im stationären und transienten Fall sowie zur Darstellung von Abkühlkurven.
Außerdem können mit einer geeigneten Meßanordnung auch Wärmewiderstände von zum IGBT antiparallel geschalteten Dioden nach einem bekannten Verfahren bestimmt werden. Der Verlustleistungsimpuls zur Messung an Dioden wird dabei mit relativ hohem Strom, z. B. mit 40 A erzeugt, wobei die Durchlaßspannung gemessen wird zur Berechnung der Verlustleistung.
Eine solche geeignete Meßanordnung ist in Fig. 3 als Blockschema dargestellt. Sie enthält einen Personal-Computer 1, der über einen 8-Bit-Datenbus 2 und einen 8-Bit-Steuerbus 3 über ein Interface 4 mit einer modular aufgebauten Meßeinrichtung 5 verbunden ist. An die Meßeinrichtung 5 kann ein Prüfling 6, z. B. ein IGBT-Modul, elektrisch und thermisch angekoppelt werden. Die Meßeinrichtung 5 enthält eine Heizeinrichtung 7, mit deren Hilfe eine Eichkurve U CE=f(T) aufgenommen werden kann zur Bestimmung der Konstanten C, die benötigt wird für die Umrechnung von gemessenen Kollektor-Emitterspannungen in Temperaturwerte. Weiterhin enthält die Meßeinrichtung 5 eine Meßwertkarte 8, die erforderliche Einrichtungen zur Erfassung von Meßwerten am Prüfling 6 enthält, wozu z. B. Meßwertverstärker, Sample-and-Hold-Verstärker und A/D-Umsetzer gehören. Sie enthält auch eine Präzisionsstromquelle, die einen Meßstrom von 100 µA liefert. Die zur Erfassung der Eichkurve erforderliche Temperaturmessung erfolgt mit einem Thermoelement, dessen Spannung über einen nachgeschalteten Verstärker gemessen wird. Der vorgesehene Meßverstärker dient zur Erfassung der Durchlaßspannungen, die am IGBT als Spannung U CE bei einem Strom von 100 µA gemessen werden, sowie an der Diode. Der Sample-and-Hold-Verstärker sorgt für eine konstante Spannung am Eingang des Analog/Digital-Umsetzers während der Umsetzungszeit.
Die Meßwerte werden im PC 1 erfaßt, wo auch Vergleichswerte (Eichkurven) abgelegt sind und Berechnungen durchgeführt werden. Vom PC 1 wird auch die Durchführung der Messungen gesteuert, und zwar unter Mitwirkung einer Diodenkarte 9 und Relaiskarten 10 für Messungen an einer Diode bzw. unter Mitwirkung einer IGBT-Karte 11 und der Relaiskarten 10 für Messungen am IGBT. Die Relaiskarten 10 dienen zur Anpassung an unterschiedliche Prüflinge 6. Die Diodenkarte 9 ist mit einer 40-A-Stromversorgungseinrichtung 12 verbunden und regelt den Strom durch die Diode. Die IGBT-Karte 11 ist mit einer 2-A-Stromversorgungseinrichtung 13 verbunden und wird nachstehend anhand der Fig. 4 ausführlicher beschrieben. In Fig. 4 ist eine bevorzugte Prüfschaltung beschrieben, die als IGBT-Karte 11 realisiert ist. In der Prüfschaltung ist der Prüfling 6 eingesetzt, der aus einem IGBT 14 besteht, ggf. mit antiparallel geschalteter Diode DI. Der IGBT 14 ist kollektorseitig über einen Halbleiterschalter 15 mit dem Pluspol der 2-A-Stromversorgungseinrichtung 13 verbunden, die eine Spannung von z. B. 50 V liefert. Der Emitter E des IGBT 14 ist über einen Meßwiderstand 16 mit dem Minuspol der Stromversorgungseinrichtung 13 verbunden. Mit dem beschriebenen Stromkreis wird der für die IGBT-Messung benötigte Belastungsimpuls mit der Leistung P V erzeugt, indem der Halbleiterschalter 15, der z. B. ein MOSFET sein kann, während der festgelegten Impulszeit den Stromkreis schließt. Der Halbleiterschalter 15 wird dazu vom PC 1 über eine Ansteuerschaltung 17 angesteuert, wobei die Ansteuerschaltung 17 potentialgetrennt das erforderliche Steuersignal mit z. B. 10 V liefert. Das Gate G des IGBT 14 ist mit dem Ausgang eines Operationsverstärkers 18 verbunden, der aus einer 15-V-Spannungsversorgung gespeist ist. Der Minus-Eingang des Operationsverstärkers 18 ist mit einem ersten Anschluß des Meßwiderstandes 16 verbunden, der an den Emitter E des IGBT 14 angeschlossen ist, der Plus-Eingang des Operationsverstärkers 18 über eine Referenzspannungsquelle 19 mit dem zweiten Anschluß des Meßwiderstandes 16. Am Kollektor C bzw. Emitter E des IGBT 14 ist eine Spannungsmeßeinrichtung 20 zur Messung der Kollektor-Emitterspannung U CE angeschlossen. Schließlich wird der Meßstrom von etwa 100 µA von einer Meßstromquelle 21 geliefert, die an den Kollektor C des IGBT 14 bzw. an den mit dem Minuspol der Stromversorgungseinrichtung 13 verbundenen Anschluß des Meßwiderstandes 16 angeschlossen ist.
Wenn ein Prüfling 6 in die Prüfschaltung eingesetzt wird, fließt zunächst der 100-µA-Meßstrom, der aus der Quelle 21 gespeist wird, und wobei die Kollektor-Emitterspannung U CE im kalten Zustand gemessen wird. Dann wird der Halbleiterschalter 15 für die Impulsdauer D geschlossen, wobei der Operationsverstärker 18 den Kollektor-Emitterstrom auf einen Sollwert begrenzt und regelt. Sobald der Halbleiterschalter 15 abschaltet, versucht der Operationsverstärker 18 durch Änderung der Ansteuerung des Gates den Kollektor-Emitterstrom von z. B. 2A zu halten, wodurch das Gate so gesteuert wird, daß der Meßstrom von 100 µA fließen kann und die Kollektor-Emitterspannung U CEW des erwärmten IGBT 14 mit Hilfe der Spannungsmeßeinrichtung 20 gemessen werden kann.

Claims (5)

1. Verfahren zur Bestimmung des inneren Wärmewiderstandes eines IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) gekennzeichnet durch nachstehende Verfahrensschritte:
  • a) Messung einer ersten Kollektor-Emitter-Spannung (U CEK) im kalten Zustand des zu prüfenden IGBT,
  • b) Belastung des IGBT mit einem bezüglich Leistung (P V) und Dauer (D) festgelegten elektrischen Leistungsimpuls,
  • c) Messung einer zweiten Kollektor-Emitter-Spannung (U CEW) unmittelbar nach dem Ende des Leistungsimpulses, und
  • d) Berechnung des Wärmewiderstandes (R thJC) nach der Gleichung R thJC = (U CEW - UCEK) · C/PVwobei gilt:
    R thJC = stationärer Wärmewiderstand (K/W),
    U CEW = Kollektor-Emitter-Spannung des erwärmten IGBT (V),
    U CEK = Kollektor-Emitter-Spannung des kalten IGBT (V),
    P V = Leistung des Leistungsimpulses (W), C = Konstante, die zuvor für den zu prüfenden oder einen typgleichen IGBT ermittelt wurde durch Messung einer Eichkurve (U CE=f(T)), d. h. durch Messung der Abhängigkeit (U CE) von der Temperatur (T), die praktisch linear ist, so daß sich die Konstante (C) aus zwei Meßpunkten der Eichkurve für eine Temperaturdifferenz ( Δ T) errechnen läßt zu (C=Δ T/ Δ U CE, (K/V)).
2. Verfahren zur Bestimmung des transienten Wärmewiderstandes eines IGBT, gekennzeichnet durch nachstehende Verfahrensschritte:
  • a) Erwärmung des IGBT durch einen bezüglich Leistung (P V) und Dauer (D) festgelegten elektrischen Leistungsimpuls,
  • b) Messung der Kollektor-Emitter-Spannung (U CE) in Zeitabständen ( Δ t) in einem vorgegebenen Zeitraum, beginnend mit einem Zeitpunkt (t 1) unmittelbar am Zeitpunkt des Abschlusses des Leistungsimpulses, c) Berechnung des transienten Wärmewiderstands nach der Gleichung Z th(ti) = C(U CEti - UCEti=1)/P V , wobei gilt:
    Z th(ti) = transienter Wärmewiderstand (K/W) für einen Zeitraum (t i),
    P V = Leistung eines rechteckförmigen Leistungsimpulses, mit sprunghafter Leistungsänderung auf Null zum Zeitpunkt (t i=1, (W)),
    C = Konstante, die zuvor für den zu prüfenden oder einen typgleichen IGBT ermittelt wurde durch Messung einer Eichkurve (U CE=f(T)), d. h. durch Messung der Abhängigkeit (U CE) von der Temperatur (T), die praktisch linear ist, so daß sich die Konstante (C) aus zwei Meßpunkten der Eichkurve für eine Temperaturdifferenz ( Δ T) errechnen läßt zu (C=Δ T/ Δ U CE, (K/V)),
    U CEti=1 = Kollektor-Emitterspannung zum Zeitpunkt der sprunghaften Leistungsänderung,
    U CEti = Kollektor-Emitterspannung am Ende des Meßzeitstromes; praktische Werte für die Zahl (i) der Meßzeitpunkte liegen bei 1 bis 100 000, bei einem Zeitabstand ( Δ t) von etwa 100 µs zwischen den Meßzeitpunkten.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Kollektor-Emitterspannungswerten (U CE), die nach einem rechteckförmigen Leistungsimpuls mit der Leistung (P V) gemessen wurden, ein Temperaturverlauf (Abkühlkurve) für einen beliebig geformten Leistungsimpuls ermittelt wird nach der Gleichung mit
T = Temperatur der Sperrschicht (K),
t = Zeit (s),
P = Leistung des Impulses (W),
P V = Leistung des rechteckförmigen Impulses (W),
τ = Integrationsvariable.
4. Meßanordnung zur Durchführung der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rechner (1) über Busleitungen (2, 3) mit einer Meßeinrichtung (5) verbunden ist, in die ein IGBT (14) als Prüfling (6) eingesetzt werden kann, wobei die Meßeinrichtung (5) sowohl zur Durchführung der Messungen erforderliche Heiz- und Kühleinrichtungen als auch Mittel zur Lieferung und Einstellung der Belastungs- und Meßströme enthält, sowie Einrichtungen zur Meßwerterfassung, wobei der Rechner (1) die Meßvorgänge steuert und eine Verarbeitung und Speicherung der Meßwerte durchführt.
5. Meßanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Meßeinrichtung (5) eine Prüfschaltung realisiert ist, bei der ein als Prüfling (6) eingesetzter IGBT (14)
  • a) in einen Belastungsstromkreis geschaltet ist, der vom Kollektor (C) des IGBT (14) über einen Halbleiterschalter (15) zum Pluspol einer Stromversorgungseinrichtung (13) führt, die einen Belastungsstrom von z. B. 2A für den Leistungsimpuls liefert und vom Minuspol der Stromversorgungseinrichtung (13) über einen Meßwiderstand (16) zum Emitter (E) des IGBT (14),
  • b) in einem Meßstromkreis geschaltet ist, der vom Kollektor (C) des IGBT (14) über den Pluspol einer Meßstromquelle (21) über den Meßwiderstand (16) zum Emitter (E) des IGBT (14) führt und wobei ein Meßstrom von z. B. 100 µA fließt,
  • c) über sein Gate (G) von einem Operationsverstärker (18) angesteuert wird, dessen Minuseingang mit einem emitterseitigen ersten Anschluß des Meßwiderstandes (16) verbunden ist und dessen Pluseingang über eine Referenzspannungsquelle (19) mit dem zweiten Anschluß des Meßwiderstandes (16) verbunden ist, wobei der Operationsverstärker (18) den IGBT (14) bei fehlendem Belastungsstrom so steuert, daß der Meßstrom fließen kann und dabei mit Hilfe einer zum Kollektor (C) und Emitter (E) des IGBT (14) parallelgeschalteten Spannungsmeßeinrichtung die Kollektorspannung (U CE) gemessen werden kann.
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Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0657743A2 (de) * 1993-12-10 1995-06-14 Texas Instruments Incorporated Testen von Halbleiterbauelementen
DE10237112A1 (de) * 2002-08-10 2004-02-26 Danfoss Silicon Power Gmbh Leistungsmodul mit Halbleiterschaltung und Verfahren zur Überwachung der thermischen Integrität einer Wärmeübertragungsstrecke
US6984064B1 (en) * 2002-07-31 2006-01-10 Advanced Micro Devices, Inc. Thermal transfer measurement of an integrated circuit
WO2006107579A2 (en) * 2005-04-01 2006-10-12 Raytheon Company Integrated smart power switch
DE102012005815A1 (de) * 2012-03-17 2013-09-19 Technische Universität Chemnitz Verfahren und Einrichtung zur Ermittlung der Temperaturkalibrierkennlinie eines Halbleiterbauelements der Leistungselektronik
DE102012222481A1 (de) * 2012-12-06 2014-06-12 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Ermitteln einer Sperrschichttemperatur eines Leistungshalbleiters unter Berücksichtigung der Degradation und Mittel zu dessen Implementierung
WO2014198617A1 (de) * 2013-06-13 2014-12-18 Siemens Aktiengesellschaft Bereitstellen einer information über einen alterungszustand eines halbleiterbauelements
CN104465316A (zh) * 2013-09-20 2015-03-25 罗伯特·博世有限公司 用于确定半导体器件的热阻抗的方法
DE102014100122B3 (de) * 2014-01-08 2015-04-16 Zf Lenksysteme Gmbh Ermittlung der Sperrschichttemperatur eines Fet durch die Bodydiode
US9030054B2 (en) 2012-03-27 2015-05-12 Raytheon Company Adaptive gate drive control method and circuit for composite power switch
CN105911447A (zh) * 2016-04-22 2016-08-31 全球能源互联网研究院 一种功率半导体器件内部接触热阻测量方法及测量夹具
DE102012109745B4 (de) * 2011-10-14 2017-10-19 Infineon Technologies Ag Schaltungsanordnung
CN107622958A (zh) * 2017-09-13 2018-01-23 北京工业大学 一种异质半导体器件纵向热阻的精确测量方法
US10996260B2 (en) * 2016-11-16 2021-05-04 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor test circuit, semiconductor test apparatus, and semiconductor test method
CN113125927A (zh) * 2021-04-09 2021-07-16 东风汽车动力零部件有限公司 一种用于获取功率模块结温热阻模型的测试电路及方法
DE102020204769A1 (de) 2020-04-15 2021-10-21 Airbus S.A.S. System und verfahren zum bestimmen des wärmewiderstands einer leistungshalbleitervorrichtung
DE102020204771A1 (de) 2020-04-15 2021-10-21 Airbus S.A.S. System und Verfahren zum Schätzen von Sperrschichttemperaturen eines Leistungshalbleitermoduls
CN113721122A (zh) * 2020-05-25 2021-11-30 中车永济电机有限公司 焊层寿命失效的测试方法
CN116068453A (zh) * 2023-03-20 2023-05-05 广州锐速智能科技股份有限公司 用于直流生态的igbt大功率电源模块检测方法及系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3253221A (en) * 1962-02-07 1966-05-24 Rca Corp Method of measuring the thermal resistance of a semiconductor device by providing a stabilized temperature difference between the case and a pn junction therein and thereafter obtaining measurements of a temperature sensitive parameter

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3253221A (en) * 1962-02-07 1966-05-24 Rca Corp Method of measuring the thermal resistance of a semiconductor device by providing a stabilized temperature difference between the case and a pn junction therein and thereafter obtaining measurements of a temperature sensitive parameter

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DE-Z: HEMPEL, Hans-Peter: Zur Bestimmung des höch-sten Augenblickswertes der Ersatzsperrschicht- temperatur bei Leistungs-Halbleiterbauelementen. In: Elektrotechnische Zeitschrift-A, Bd.93, 1972, H.1, S. 32-35 *
DE-Z: WERNER, Kurt: Die Temperaturbestimmung an Einzelhalbleitern und IC . In: Elektronikpraxis, Nr.6, Juni 1976, Jg.11, S.7-10 *
DE-Z: ZIMMERMANN, Rainer: Thermische Kennwerte vonTransistoren. In. radio fernsehen elektronik 29, 1980, H.12, S.692-695 u. S.759-763 *
GILBERT, D.B. *
HAWRYLO, D.Z.: Measurement of the Thermal Resistance of Packaged Laser Diodes. In: RCA-Review, Vol.46, June 1985, H.2, S.200-213 *
US-Z: HUGHES, J.J. *
US-Z: MAHALINGAM, Mali:Thermal Management in Semi-conductor Device Packaging. In: Proceedings of theIEEE, Vol.73, No.9, Sptember 1985, S.1396-1404 *

Cited By (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0657743A2 (de) * 1993-12-10 1995-06-14 Texas Instruments Incorporated Testen von Halbleiterbauelementen
EP0657743A3 (de) * 1993-12-10 1995-12-06 Texas Instruments Inc Testen von Halbleiterbauelementen.
US5623215A (en) * 1993-12-10 1997-04-22 Texas Instruments Incorporated Testing of semiconductor devices
US6984064B1 (en) * 2002-07-31 2006-01-10 Advanced Micro Devices, Inc. Thermal transfer measurement of an integrated circuit
DE10237112A1 (de) * 2002-08-10 2004-02-26 Danfoss Silicon Power Gmbh Leistungsmodul mit Halbleiterschaltung und Verfahren zur Überwachung der thermischen Integrität einer Wärmeübertragungsstrecke
DE10237112B4 (de) * 2002-08-10 2006-12-28 Danfoss Silicon Power Gmbh Verfahren zur Überwachung einer Lötstrecke auf thermische Integrität
DE10237112C5 (de) * 2002-08-10 2009-10-29 Danfoss Silicon Power Gmbh Verfahren zur Überwachung einer Lötstrecke auf thermische Integrität
WO2006107579A2 (en) * 2005-04-01 2006-10-12 Raytheon Company Integrated smart power switch
WO2006107579A3 (en) * 2005-04-01 2007-03-08 Raytheon Co Integrated smart power switch
US7839201B2 (en) 2005-04-01 2010-11-23 Raytheon Company Integrated smart power switch
US8076967B2 (en) 2005-04-01 2011-12-13 Raytheon Company Integrated smart power switch
US10036771B2 (en) 2011-10-14 2018-07-31 Infineon Technologies Ag Circuit arrangement
DE102012109745B4 (de) * 2011-10-14 2017-10-19 Infineon Technologies Ag Schaltungsanordnung
WO2013139325A1 (de) 2012-03-17 2013-09-26 Technische Universität Chemnitz Verfahren und einrichtung zur ermittlung der temperaturkalibrierkennlinie eines halbleiterbauelements der leistungselektronik
CN104303063A (zh) * 2012-03-17 2015-01-21 西门子公司 用于测定功率电子装置的半导体器件的温度标定特征曲线的方法和装置
US9927483B2 (en) 2012-03-17 2018-03-27 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for determining the temperature calibration characteristic curve of a semiconductor component appertaining to power electronics
DE102012005815B4 (de) * 2012-03-17 2015-10-29 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Einrichtung zur Ermittlung der Temperaturkalibrierkennlinie eines Halbleiterbauelements der Leistungselektronik
DE102012005815A1 (de) * 2012-03-17 2013-09-19 Technische Universität Chemnitz Verfahren und Einrichtung zur Ermittlung der Temperaturkalibrierkennlinie eines Halbleiterbauelements der Leistungselektronik
CN104303063B (zh) * 2012-03-17 2017-07-11 西门子公司 用于测定功率电子装置的半导体器件的温度标定特征曲线的方法和装置
US9030054B2 (en) 2012-03-27 2015-05-12 Raytheon Company Adaptive gate drive control method and circuit for composite power switch
DE102012222481A1 (de) * 2012-12-06 2014-06-12 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Ermitteln einer Sperrschichttemperatur eines Leistungshalbleiters unter Berücksichtigung der Degradation und Mittel zu dessen Implementierung
WO2014198617A1 (de) * 2013-06-13 2014-12-18 Siemens Aktiengesellschaft Bereitstellen einer information über einen alterungszustand eines halbleiterbauelements
CN105431745A (zh) * 2013-06-13 2016-03-23 西门子公司 提供关于半导体元器件的老化状态的信息
CN104465316A (zh) * 2013-09-20 2015-03-25 罗伯特·博世有限公司 用于确定半导体器件的热阻抗的方法
DE102013218909A1 (de) * 2013-09-20 2015-03-26 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Bestimmen einer thermischen Impedanz eines Halbleiterbauelements
DE102014100122B3 (de) * 2014-01-08 2015-04-16 Zf Lenksysteme Gmbh Ermittlung der Sperrschichttemperatur eines Fet durch die Bodydiode
CN105911447A (zh) * 2016-04-22 2016-08-31 全球能源互联网研究院 一种功率半导体器件内部接触热阻测量方法及测量夹具
US10996260B2 (en) * 2016-11-16 2021-05-04 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor test circuit, semiconductor test apparatus, and semiconductor test method
CN107622958A (zh) * 2017-09-13 2018-01-23 北京工业大学 一种异质半导体器件纵向热阻的精确测量方法
CN107622958B (zh) * 2017-09-13 2019-11-15 北京工业大学 一种异质半导体器件纵向热阻的精确测量方法
DE102020204771A1 (de) 2020-04-15 2021-10-21 Airbus S.A.S. System und Verfahren zum Schätzen von Sperrschichttemperaturen eines Leistungshalbleitermoduls
DE102020204769A1 (de) 2020-04-15 2021-10-21 Airbus S.A.S. System und verfahren zum bestimmen des wärmewiderstands einer leistungshalbleitervorrichtung
US11674856B2 (en) 2020-04-15 2023-06-13 Airbus (S.A.S.) System and method for estimating junction temperatures of a power semiconductor module
CN113721122A (zh) * 2020-05-25 2021-11-30 中车永济电机有限公司 焊层寿命失效的测试方法
CN113721122B (zh) * 2020-05-25 2024-04-05 中车永济电机有限公司 焊层寿命失效的测试方法
CN113125927A (zh) * 2021-04-09 2021-07-16 东风汽车动力零部件有限公司 一种用于获取功率模块结温热阻模型的测试电路及方法
CN113125927B (zh) * 2021-04-09 2024-02-09 东风汽车动力零部件有限公司 一种用于获取功率模块结温热阻模型的测试电路及方法
CN116068453A (zh) * 2023-03-20 2023-05-05 广州锐速智能科技股份有限公司 用于直流生态的igbt大功率电源模块检测方法及系统
CN116068453B (zh) * 2023-03-20 2023-07-18 广州锐速智能科技股份有限公司 用于直流生态的igbt大功率电源模块检测方法及系统

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