[发明专利]用于确定半导体器件的热阻抗的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定半导体器件的热阻抗的方法。

背景技术

在技术产品中越来越多地采用半导体器件如二极管或晶体管。由于构造与连接技术（AVT）的各个材料层之间的不同的热特性和运行中的主动和被动的温度上升，在半导体器件的各个材料层之间的热连接退化。

由制造决定的管腔（材料中的气穴）的裂纹或放大可能形成，所述裂纹或放大直至半导体器件出故障大多还保持未被发现。这导致热电阻的放大并且（在正温度系数的情况下）导致感生的损耗功率的上升。

半导体器件大多被焊接到用作热沉的底板上。在此，被焊接的陶瓷衬底位于比较厚的、用作热沉的铜板上，半导体器件又位于所述陶瓷衬底上。陶瓷衬底大多利用铜导面来制造，所述铜导面允许焊接到热沉上。在较大规模的两个刚性的平的器件之间的这种焊接连接的情况下，通过具有不同的热膨胀系数的不同的材料在半导体器件显著加热直至最大大约200摄氏度的情况下出现热应力。这些热应力仅能在较为刚性的焊接连接中不充分地被消除，使得上面提及的裂纹在焊接中形成。

由DE 102 37 112 B4已知一种用于在热完善性方面监控焊接段的方法，在该方法中基于功率模块上的温度传感器估计阻挡层温度。在此，半导体器件的要研究的材料层的至少一个子区域短时间被加热并且该子区域的温度被监控。基于冷却行为、即基于衰减的温度来判断，半导体器件的材料层的焊接段是否满足关于热完善性的要求。

然而，在此只能二元地判断焊接段是否满足要求并且因此判断是否存在缺陷。在此不能执行各个热参数、特别是热阻抗或热电阻或热质量或热电容的定量的确定。但是常常可能有利的是，可以准确地确定这些热参数本身、特别是热阻抗。

此外，在此需要温度传感器。然而麻烦并且耗费的是，将温度传感器集成到半导体器件中。在温度传感器失效的情况下不能再执行对焊接段的监控。

因此值得期望的是，提供一种可以确定半导体器件的热阻抗的可能性。

发明内容

根据本发明，建议一种具有独立权利要求1的特征的用于确定半导体器件的热阻抗的方法。有利的构型是从属权利要求以及随后的说明书的主题。

本发明的优点

通过根据本发明的方法可以以最小的硬件花费确定半导体器件的热阻抗。在此不需要附加的器件，根据本发明的方法可以利用常规的半导体器件无需改建或改变地来执行。不需要附加的温度传感器。由半导体器件的电流或电压值来确定热阻抗，所述电流或电压值可以无需大的花费地平常地被检测。根据本发明的方法因此成本低地被保持并且可以无需金钱花费而被执行。

通过给半导体器件通加热电流，半导体器件被加热。作为用于检测加热电流或加热电流的电流强度的测量装置在此特别是使用相电流传感器、特别是分流器。半导体器件上的依赖于半导体器件的温度的、特别是依赖于半导体器件的阻挡层温度的电压降关于时间被检测。特别是检测半导体器件的导通电阻上的电压降。如果半导体器件例如被构造为场效应晶体管（特别是金属氧化物半导体场效应晶体管，MOSFET），那么特别是检测MOSFET的本征体二极管上的电压降。如果半导体器件例如被构造为双极晶体管（特别是具有绝缘栅电极的双极晶体管，IGBT），那么特别是检测集电极-发射极电压作为电压降。

在每个时间点，由该被检测的电压降确定半导体器件的（绝对）温度、特别是阻挡层温度。半导体器件的该温度根据本发明无需任何温度传感器、仅仅通过所检测的电压降（并且必要时通过加热电流，如进一步在下面被解释的）来确定。由关于时间被确定的温度确定半导体器件的加热曲线，该加热曲线描述半导体器件通过加热电流的升温。关于时间的热阻抗作为半导体器件的所确定的温度和所确定的损耗功率的商来确定。

在此适宜地选择加热电流的电流强度。加热电流的较大的电流强度导致半导体器件的较剧烈的升温。因此可以在根据本发明的方法的过程中改进各个测量装置的信噪比并且增大根据本发明的方法的结果的稳固性。