CN105589024A - 一种检测igbt功率器件可靠性的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及功率器件领域，尤其涉及一种检测IGBT功率器件可靠性的方法及装置，该方法采用显微红外测量方法，获得不同衬底材料和功率器件的显微红外热像图，从而得到不同基板温度和偏置条件下的峰值结温，采用热敏参数测量方法得到功率器件的平均热阻，通过峰值结温、平均热阻和显微红外热像图对功率器件的材料、结构和工艺进行有效评估，进而准确地对IGBT功率器件的可靠性进行评价。
Description
技术领域
本发明涉及功率器件领域，尤其涉及一种检测IGBT功率器件可靠性的方法及装置。
背景技术
功率器件结温是衡量IGBT功率器件热可靠性的主要因素之一，因此，在功率器件设计中，准确测定结温就很重要，但是，由于器件热阻不是一个恒量，而是随结温的提高相应变大，在测定器件热阻过程中，只有器件处于工作状态，测得的结温才是严格有效的。
器件的结温不仅与器件的热响应时间紧密相关，而且还要受期间上的功率分配及热斑所限制，热斑的存在使其功率下降，在估计器件失效前平均时间中更为重要的是热斑，因为在最热的点上失效最容易发生。
由于器件内部电流的不均匀造成温度分布的不均匀，而温度梯度的存在将再促使电流集中，形成正反馈，大功率晶体管由于具有较大的电极面积，不可避免的存在器件结构以及外延材料的不均匀性，正是这种不均匀性，使得在平行于异质结平面的方向产生温度梯度和电场梯度，出现电流不均匀和热流不均匀，形成显著的局部过热点。
发明内容
本发明的目的在于提出一种检测IGBT功率器件可靠性的方法及装置，能够提高IGBT功率器件的可靠性检测的准确性。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种检测IGBT功率器件可靠性的方法，包括：
步骤110、测量IGBT功率器件在不同栅压下漏压值和漏电值，计算得到所述IGBT功率器件的直流稳态功率；
步骤120、检测所述IGBT功率器件的峰值结温，得到所述IGBT功率器件的峰值结温值和显微红外热像图；
步骤130、采用热敏参数法测量IGBT功率器件的平均热阻；
步骤140、根据所述IGBT功率器件的直流稳态功率、所述峰值结温和所述平均热阻，通过数学拟合方法分别得到峰值结温与直流稳态功率的关系和平均热阻与直流稳态功率的关系；
步骤150、根据峰值结温与直流稳态功率的关系和平均热阻与直流稳态功率的关系，对所述显微红外热像图进行分析，得到所述IGBT功率器件的可靠性的检测结果。
其中，所述检测IGBT功率器件的峰值结温具体为：通过所述显微红外热像设备检测所述IGBT功率器件芯片的辐射能量密度分布，将所述辐射能量密度分布转换成所述IGBT功率器件的表面各点的温度值，得到所述峰值结温。
其中，所述平均热阻的计算公式为：
Rth＝(TJ-TA)/PC
其中，TJ为瞬时结温，TA为环境温度，PC为直流稳态功率。
其中，所述步骤150具体包括：
根据所述IGBT功率器件的外延材料、所述IGBT功率器件的器件结构、所述峰值结温与直流稳态功率的关系和平均热阻与直流稳态功率的关系，对所述显微红外热像图的热斑进行分析，判断所述IGBT功率器件的可靠性。
一种检测IGBT功率器件可靠性的装置，包括：
直流稳态功率测量单元，用于测量IGBT功率器件在不同栅压下漏压值和漏电值，计算得到所述IGBT功率器件的直流稳态功率；
峰值结温测量单元，用于检测所述IGBT功率器件的峰值结温，得到所述IGBT功率器件的峰值结温值和显微红外热像图；
平均热阻测量单元，用于采用热敏参数法测量IGBT功率器件的平均热阻；
拟合单元，用于根据所述IGBT功率器件的直流稳态功率、所述峰值结温和所述平均热阻，通过数学拟合方法分别得到峰值结温与直流稳态功率的关系和平均热阻与直流稳态功率的关系；
可靠性分析单元，用于根据峰值结温与直流稳态功率的关系和平均热阻与直流稳态功率的关系，对所述显微红外热像图进行分析，得到所述IGBT功率器件的可靠性的检测结果。
其中，所述检测IGBT功率器件的峰值结温具体为：通过所述显微红外热像设备检测所述IGBT功率器件芯片的辐射能量密度分布，将所述辐射能量密度分布转换成所述IGBT功率器件的表面各点的温度值，得到所述峰值结温。
其中，所述平均热阻的计算公式为：
Rth＝(TJ-TA)/PC
其中，TJ为瞬时结温，TA为环境温度，PC为直流稳态功率。
其中，所述可靠性分析单元的工作流程包括：
根据所述IGBT功率器件的外延材料、所述IGBT功率器件的器件结构、所述峰值结温与直流稳态功率的关系和平均热阻与直流稳态功率的关系，对所述显微红外热像图的热斑进行分析，判断所述IGBT功率器件的可靠性。
本发明的有益效果为：一种检测IGBT功率器件可靠性的方法及装置，该方法采用显微红外测量方法，获得不同衬底材料和功率器件的显微红外热像图，从而得到不同基板温度和偏置条件下的峰值结温，采用热敏参数测量方法得到功率器件的平均热阻，通过峰值结温、平均热阻和显微红外热像图对功率器件的材料、结构和工艺进行有效评估，进而准确地对IGBT功率器件的可靠性进行评价。
附图说明
图1是本发明具体实施方式提供的一种检测IGBT功率器件可靠性的方法流程图。
图2是本发明具体实施方式提供的一种检测IGBT功率器件可靠性的装置结构图。
具体实施方式
下面结合图1及图2并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
图1是本发明具体实施方式提供的一种检测IGBT功率器件可靠性的方法流程图。
一种检测IGBT功率器件可靠性的方法，包括：
步骤110、测量IGBT功率器件在不同栅压下漏压值和漏电值，计算得到所述IGBT功率器件的直流稳态功率；
步骤120、检测所述IGBT功率器件的峰值结温，得到所述IGBT功率器件的峰值结温值和显微红外热像图；
步骤130、采用热敏参数法测量IGBT功率器件的平均热阻；
步骤140、根据所述IGBT功率器件的直流稳态功率、所述峰值结温和所述平均热阻，通过数学拟合方法分别得到峰值结温与直流稳态功率的关系和平均热阻与直流稳态功率的关系；
步骤150、根据峰值结温与直流稳态功率的关系和平均热阻与直流稳态功率的关系，对所述显微红外热像图进行分析，得到所述IGBT功率器件的可靠性的检测结果。
在本实施例中，采用显微红外测量方法，获得不同衬底材料和功率器件的显微红外热像图，从而得到不同基板温度和偏置条件下的峰值结温，采用热敏参数测量方法得到功率器件的平均热阻，通过峰值结温、平均热阻和显微红外热像图对功率器件的材料、结构和工艺进行有效评估，进而准确地对IGBT功率器件的可靠性进行评价。
在本实施例中，所述检测IGBT功率器件的峰值结温具体为：通过所述显微红外热像设备检测所述IGBT功率器件芯片的辐射能量密度分布，将所述辐射能量密度分布转换成所述IGBT功率器件的表面各点的温度值，得到所述峰值结温。
在本实施例中，所述平均热阻的计算公式为：
Rth＝(TJ-TA)/PC
其中，TJ为瞬时结温，TA为环境温度，PC为直流稳态功率。
在本实施例中，所述步骤150具体包括：
根据所述IGBT功率器件的外延材料、所述IGBT功率器件的器件结构、所述峰值结温与直流稳态功率的关系和平均热阻与直流稳态功率的关系，对所述显微红外热像图的热斑进行分析，判断所述IGBT功率器件的可靠性。
一种检测IGBT功率器件可靠性的装置，包括：
直流稳态功率测量单元，用于测量IGBT功率器件在不同栅压下漏压值和漏电值，计算得到所述IGBT功率器件的直流稳态功率；
峰值结温测量单元，用于检测所述IGBT功率器件的峰值结温，得到所述IGBT功率器件的峰值结温值和显微红外热像图；
平均热阻测量单元，用于采用热敏参数法测量IGBT功率器件的平均热阻；
拟合单元，用于根据所述IGBT功率器件的直流稳态功率、所述峰值结温和所述平均热阻，通过数学拟合方法分别得到峰值结温与直流稳态功率的关系和平均热阻与直流稳态功率的关系；
可靠性分析单元，用于根据峰值结温与直流稳态功率的关系和平均热阻与直流稳态功率的关系，对所述显微红外热像图进行分析，得到所述IGBT功率器件的可靠性的检测结果。
在本实施例中，所述检测IGBT功率器件的峰值结温具体为：通过所述显微红外热像设备检测所述IGBT功率器件芯片的辐射能量密度分布，将所述辐射能量密度分布转换成所述IGBT功率器件的表面各点的温度值，得到所述峰值结温。
在本实施例中，所述平均热阻的计算公式为：
Rth＝(TJ-TA)/PC
其中，TJ为瞬时结温，TA为环境温度，PC为直流稳态功率。
在本实施例中，所述可靠性分析单元的工作流程包括：
根据所述IGBT功率器件的外延材料、所述IGBT功率器件的器件结构、所述峰值结温与直流稳态功率的关系和平均热阻与直流稳态功率的关系，对所述显微红外热像图的热斑进行分析，判断所述IGBT功率器件的可靠性。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方法，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种检测IGBT功率器件可靠性的方法，其特征在于，包括：
步骤110、测量IGBT功率器件在不同栅压下漏压值和漏电值，计算得到所述IGBT功率器件的直流稳态功率；
步骤120、检测所述IGBT功率器件的峰值结温，得到所述IGBT功率器件的峰值结温值和显微红外热像图；
步骤130、采用热敏参数法测量IGBT功率器件的平均热阻；
步骤140、根据所述IGBT功率器件的直流稳态功率、所述峰值结温和所述平均热阻，通过数学拟合方法分别得到峰值结温与直流稳态功率的关系和平均热阻与直流稳态功率的关系；
步骤150、根据峰值结温与直流稳态功率的关系和平均热阻与直流稳态功率的关系，对所述显微红外热像图进行分析，得到所述IGBT功率器件的可靠性的检测结果。
2.根据权利要求1所述的一种检测IGBT功率器件可靠性的方法，其特征在于，所述检测IGBT功率器件的峰值结温具体为：通过所述显微红外热像设备检测所述IGBT功率器件芯片的辐射能量密度分布，将所述辐射能量密度分布转换成所述IGBT功率器件的表面各点的温度值，得到所述峰值结温。
3.根据权利要求1所述的一种检测IGBT功率器件可靠性的方法，其特征在于，所述平均热阻的计算公式为：
Rth＝(TJ-TA)/PC
其中，TJ为瞬时结温，TA为环境温度，PC为直流稳态功率。
4.根据权利要求1所述的一种检测IGBT功率器件可靠性的方法，其特征在于，所述步骤150具体包括：
根据所述IGBT功率器件的外延材料、所述IGBT功率器件的器件结构、所述峰值结温与直流稳态功率的关系和平均热阻与直流稳态功率的关系，对所述显微红外热像图的热斑进行分析，判断所述IGBT功率器件的可靠性。
5.一种检测IGBT功率器件可靠性的装置，其特征在于，包括：
直流稳态功率测量单元，用于测量IGBT功率器件在不同栅压下漏压值和漏电值，计算得到所述IGBT功率器件的直流稳态功率；
峰值结温测量单元，用于检测所述IGBT功率器件的峰值结温，得到所述IGBT功率器件的峰值结温值和显微红外热像图；
平均热阻测量单元，用于采用热敏参数法测量IGBT功率器件的平均热阻；
拟合单元，用于根据所述IGBT功率器件的直流稳态功率、所述峰值结温和所述平均热阻，通过数学拟合方法分别得到峰值结温与直流稳态功率的关系和平均热阻与直流稳态功率的关系；
可靠性分析单元，用于根据峰值结温与直流稳态功率的关系和平均热阻与直流稳态功率的关系，对所述显微红外热像图进行分析，得到所述IGBT功率器件的可靠性的检测结果。
6.根据权利要求5所述的一种检测IGBT功率器件可靠性的装置，其特征在于，所述检测IGBT功率器件的峰值结温具体为：通过所述显微红外热像设备检测所述IGBT功率器件芯片的辐射能量密度分布，将所述辐射能量密度分布转换成所述IGBT功率器件的表面各点的温度值，得到所述峰值结温。
7.根据权利要求5所述的一种检测IGBT功率器件可靠性的装置，其特征在于，所述平均热阻的计算公式为：
Rth＝(TJ-TA)/PC
其中，TJ为瞬时结温，TA为环境温度，PC为直流稳态功率。
8.根据权利要求5所述的一种检测IGBT功率器件可靠性的装置，其特征在于，所述可靠性分析单元的工作流程包括：
根据所述IGBT功率器件的外延材料、所述IGBT功率器件的器件结构、所述峰值结温与直流稳态功率的关系和平均热阻与直流稳态功率的关系，对所述显微红外热像图的热斑进行分析，判断所述IGBT功率器件的可靠性。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105865634A (zh) * | 2016-05-25 | 2016-08-17 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种功率器件的温度检测装置、方法及功率器件 |
| CN108414909A (zh) * | 2018-02-02 | 2018-08-17 | 北京航空航天大学 | 一种基于电学法的达林顿管稳态热阻测量方法 |
| CN108732481A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-11-02 | 四川蓝彩电子科技有限公司 | 一种大功率igbt模块的电流检测方法 |
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2014
- 2014-10-24 CN CN201410580089.3A patent/CN105589024A/zh active Pending
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| CN108414909A (zh) * | 2018-02-02 | 2018-08-17 | 北京航空航天大学 | 一种基于电学法的达林顿管稳态热阻测量方法 |
| CN108414909B (zh) * | 2018-02-02 | 2019-11-29 | 北京航空航天大学 | 一种基于电学法的达林顿管稳态热阻测量方法 |
| CN108732481A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-11-02 | 四川蓝彩电子科技有限公司 | 一种大功率igbt模块的电流检测方法 |
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