[发明专利]一种功率半导体模块结温在线评估方法及装置

说明书

本发明公开了一种功率半导体模块结温在线评估方法及装置，属于电子器件电学和热学测量技术领域，方法包括：记录温度传感器处的瞬态温升曲线；记录芯片处的瞬态温降曲线；将芯片处的瞬态温降曲线转化为芯片处的瞬态温升曲线；根据芯片处的瞬态温升曲线和温度传感器处的瞬态温升曲线，计算芯片到温度传感器的瞬态热阻；根据预构建的热阻热容网络FOSTER模型，对芯片到温度传感器的瞬态热阻进行拟合，以获取芯片到温度传感器的瞬态热阻曲线；根据芯片到温度传感器的瞬态热阻曲线，计算芯片到温度传感器的脉冲热阻；根据芯片到温度传感器的脉冲热阻，计算功率半导体模块的结温。本发明通过芯片到温度传感器的脉冲热阻，能够计算功率半导体模块的结温。

技术领域

本发明涉及一种功率半导体模块结温在线评估方法及装置，属于电子器件电学和热学测量技术领域。

背景技术

功率半导体模块的内部温度评估对其可靠性至关重要，结温是指功率半导体模块内部芯片有源区温度，一般是内部温度最高的点，目前对于结温的测量主要通过结壳热阻进行计算，即通过测量散热外壳温度结合结壳热阻计算结温，但是在实际应用过程中，壳温的测量较为困难。

部分功率半导体模块在模块内部嵌入温度传感器(如热敏电阻NTC)，通过测量温度传感器温度，简洁评估结温，但是传感器温度与结温有较大差距，且在不同的应用条件下，差距也不同，无法准确评估结温。

发明内容

本发明的目的在于提供一种功率半导体模块结温在线评估方法及装置，通过芯片到温度传感器的脉冲热阻，计算功率半导体模块的结温。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种功率半导体模块结温在线评估方法，包括：

将功率半导体模块接通电源，使功率半导体模块升温，通过温度采集设备，记录温度传感器处的瞬态温升曲线N(t)；

将功率半导体模块断开电源，并通过液冷平台，使功率半导体模块由升温转换为降温，通过温度采集设备，记录芯片处的瞬态温降曲线b(t)；

将芯片处的瞬态温降曲线b(t)转化为芯片处的瞬态温升曲线a(t)；

根据芯片处的瞬态温升曲线a(t)和温度传感器处的瞬态温升曲线N(t)，计算芯片到温度传感器的瞬态热阻Zth；

根据预构建的热阻热容网络FOSTER模型，对芯片到温度传感器的瞬态热阻Zth进行拟合，以获取芯片到温度传感器的瞬态热阻曲线Zthj-N；

根据芯片到温度传感器的瞬态热阻曲线Zthj-N，计算芯片到温度传感器的脉冲热阻Zthj-N(pulse)；

根据芯片到温度传感器的脉冲热阻Zthj-N(pulse)，结合实际应用中测得的温度传感器处的温度，计算功率半导体模块的结温。

结合第一方面，进一步的，将所述温度传感器替换为测温二极管，以使采样率达到1MHz。

结合第一方面，进一步的，将功率半导体模块断开电源，并通过液冷平台，使功率半导体模块由升温转换为降温的过程，所采用的时间小于10μs。

结合第一方面，进一步的，将芯片处的瞬态温降曲线b(t)转化为芯片处的瞬态温升曲线a(t)所采用的计算公式如公式(1)所示：

a(t)＝deltaTjmax-b(t) (1)

公式(1)中，a(t)为芯片处的瞬态温升曲线，b(t)为芯片处的瞬态温降曲线，deltaTjmax为功率半导体模块升温时芯片的最高结温升。

结合第一方面，进一步的，根据芯片处的瞬态温升曲线a(t)和温度传感器处的瞬态温升曲线N(t)，计算芯片到温度传感器的瞬态热阻Zth所采用的计算公式如公式(2)所示：