[发明专利]用于探明功率半导体的温度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于探明功率半导体的温度的方法。

背景技术

集成半导体部件作为所谓的半导体芯片或简称芯片一般由基板(例如硅晶片)通过工艺步骤制成。同样地，功率半导体(例如IGBT)被制造成此类芯片。

功率半导体一般具有控制触点，通过该控制触点来驱控该功率半导体。例如，在IGBT的情形中控制触点是栅极，通过其触发IGBT中的开关过程。带有集成串联电阻的功率半导体是公知的。串联电阻于是在功率半导体内部串联于控制触点。

此处，该驱控始终通过控制触点来实行。内部的、匹配于相应的功率半导体的栅极电阻应例如补偿不同地构造成的或者形成的米勒平台并且引起功率半导体的更稳定的开关。

新一代功率半导体同样是公知的，其除了所提及的第一控制触点之外具有第二触点，也就是说在芯片上具有通常较小的接触窗或者所谓的辅助窗。该辅助窗与功率半导体中实际上的内部的控制触点或者控制接头处在直接接触中且由此绕开串联电阻。

换而言之，在芯片中集成的电阻于是处在两个控制触点之间。该电阻的第一电极那么与第一控制触点相连接，其第二电极与第二控制触点相连接。内部的栅极电阻在正常情况下举例而言具有大约10Ω的电阻值。通常，只有第一控制触点的称作主窗的接触窗在这样的芯片上被键合或者被触点连接。串联电阻自身在触点连接方面是难以触及的，因为其处在功率半导体内部。

对于这样的功率半导体的寿命而言，尤其地，该功率半导体在工作时间的过程中承受的温度应力或者温度负荷是决定性的。在此，尤其在功率半导体开关中，所谓的结温是决定性的。值得做的是：尽可能精确地追踪功率半导体在其工作期间的结温；因此例如对芯片的可预期的剩余寿命的粗略估计变得可能。于是在可预期到芯片的失效之前，还可及时地且计划地实行更换。

已知的是，半导体芯片布置在基底上且尽可能靠近在半导体芯片处安装常规的温度传感器，例如呈NTC(负温度系数)电阻形式的温度传感器。该传感器采集基底的温度且因此间接地或者非常大概地采集芯片的温度且由此采集结温。然而此处，在实际结温与测得的温度之间可预期有大约直至80℃的温度差。

同样已知的是，在芯片自身上(例如在其灌封壳体上)安装热传感器，例如呈热电元件形式的热传感器。温度采集更靠近地在实际上的芯片或者耗尽层处实行。然而，此处同样地仅实行带有大约直至20℃的差值的不精确的结温采集。该通过热电元件的温度采集例如由DE 102009045068.8(尚未公开，申请日：2009年9月28日，我方卷号：SE/P090076DE01)公知。

总之，那么未出现功率半导体的当前温度或者结温的令人满意的采集。因此，目前不能实现应力状态的足够精确的评估，且因此不能足够精确地实现功率半导体的寿命推断或者寿命预测或类似的。

发明内容

本发明的目的是，说明一种用于探明功率半导体的温度的改进的方法。

该目的通过根据权利要求1的方法来实现。

本发明基于如下知识，即，集成栅极电阻特别靠近耗尽层且依赖于温度。因此，其电阻值依赖于芯片中的实际内部温度。

本发明基于如下思想，即，在实施成芯片的功率半导体的情形中第二控制触点同样可借助于键合线被联接，以便于此处与第一控制触点的键合一起创造至内部栅极电阻的直接的双侧电气通道。内部电阻的两个接头那么可通过电气触点来变得可触及。因为内部栅极电阻依赖于温度，所以此处可通过内部栅极电阻间接地进行温度采集。芯片上的所谓的辅助窗，其构成第二控制触点，由其几何尺寸看一般是足够的，以便于其可例如与75μm直径的键合线键合。

因此根据本发明，芯片的第一和第二控制触点各通过键合线与第一和第二接线端子相连接，即键合。于是，只有接线端子可由外部通过另外的电气布线或者触点连接来触及。根据本发明，通过在这两个接线端子之间的电气测量探明串联电阻的电阻值。借助串联电阻的电阻值和温度-电阻特性曲线紧接着探明串联电阻的温度来作为功率半导体的温度。

根据本发明，通过联接线和接线端子创造至电阻的双侧电气通道。芯片内部的集成串联电阻对温度的依赖性与电荷载体的迁移率的倒数成比例。该迁移率随着温度增加而降低，因此电阻随着温度增加而增加。为了计算电阻须测量在内部栅极电阻处的电流和电压。电流和电压于是可简单地被换算成等价的电阻值且通过特性曲线被换算成温度值。