JP7415880B2 - 半導体デバイスの温度推定装置および温度推定方法 - Google Patents
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Description
電力変換装置に用いられる半導体デバイスの温度推定装置であって、
動作中の電力変換装置から、半導体デバイスのオン電流とオン電圧を組としたデータを取得するデータ取得部と、
前記データ取得部で取得されたオン電流、オン電圧のデータを入力とし、前記半導体デバイスのオン電流-オン電圧-温度の関係から半導体デバイスの温度を推定する温度推定処理部であって、複数のデバイス温度条件下におけるオン電流対オン電圧の関係と、複数のオン電流条件下におけるデバイス温度対オン電圧の関係をテーブル化した二次元テーブルを有し、半導体デバイスのオン電流とオン電圧の関係が温度によって依存しないクロスポイントを含む電流領域を不感帯に設定し、前記データ取得部で取得されたオン電流が前記不感帯の範囲内にあるか否かを判定し、不感帯の範囲内にないと判定された場合は、前記二次元テーブルを参照し、設定したオン電流に対応するオン電圧を全ての温度条件において求め、前記求められた全ての温度条件におけるオン電圧のうち、設定したオン電圧に対応するデバイス温度を、半導体デバイスの温度推定値として決定する温度推定処理部と、
前記データ取得部で取得されたオン電流が、前記不感帯の領域内に入ると判定された場合に、半導体デバイスのワイヤボンディングの劣化による抵抗値を推定する抵抗推定部と、
前記抵抗推定部により推定された抵抗推定値を用いて、前記データ取得部で取得されたオン電圧を補正する電圧データ補正部と、を備えたことを特徴とする。
電力変換装置に用いられる半導体デバイスの温度推定装置であって、
動作中の電力変換装置から、半導体デバイスのオン電流とオン電圧を組としたデータを取得するデータ取得部と、
前記データ取得部で取得されたオン電流、オン電圧のデータを入力とし、前記半導体デバイスのオン電流-オン電圧-温度の関係から半導体デバイスの温度を推定する温度推定処理部であって、電流、電圧を入力として温度を出力する回帰モデルであり、複数のオン電流条件下におけるデバイス温度とオン電圧の関係を示すデータを、オン電流、オン電圧に対してデバイス温度が一意に決まる複数の電流領域に分割し、それら分割した複数の電流領域毎に、各電流領域内のオン電流、オン電圧、デバイス温度のデータを用いて、学習して作成した複数の回帰モデルを有し、前記データ取得部で取得されたオン電流が前記複数の電流領域のうちどの電流領域に入るかを判定し、判定された電流領域に属する全ての回帰モデルにオン電流、オン電圧を入力し、回帰モデルから出力される温度を半導体デバイスの温度推定値として決定する温度推定処理部と、
半導体デバイスのオン電流とオン電圧の関係が温度によって依存しないクロスポイントを含む電流領域を不感帯に設定し、前記データ取得部で取得されたオン電流が、前記不感帯の領域内に入ると判定された場合に、半導体デバイスのワイヤボンディングの劣化による抵抗値を推定する抵抗推定部と、
前記抵抗推定部により推定された抵抗推定値を用いて、前記データ取得部で取得されたオン電圧を補正する電圧データ補正部と、
を備えたことを特徴とする。
電力変換装置に用いられる半導体デバイスの温度推定装置であって、
動作中の電力変換装置から、半導体デバイスのオン電流とオン電圧を組としたデータを取得するデータ取得部と、
前記データ取得部で取得されたオン電流、オン電圧のデータを入力とし、前記半導体デバイスのオン電流-オン電圧-温度の関係から半導体デバイスの温度を推定する温度推定処理部と、を備え、
前記温度推定処理部は、
電流、電圧を入力とし、温度を出力する回帰モデルであって、複数のオン電流条件下におけるデバイス温度とオン電圧の関係を示すデータを、オン電流、オン電圧に対してデバイス温度が一意に決まる複数の電流領域に分割し、それら分割した複数の電流領域毎に、各電流領域内のオン電流、オン電圧、デバイス温度のデータを用いて、学習して作成した複数の回帰モデルを有し、
前記データ取得部で取得されたオン電流が前記複数の電流領域のうちどの電流領域に入るかを判定し、判定された電流領域に属する全ての回帰モデルにオン電流、オン電圧を入力し、回帰モデルから出力される温度を半導体デバイスの温度推定値として決定することを特徴としている。
前記抵抗推定部は、
前記半導体デバイスのオン電流とオン電圧の関係が温度によって依存しないクロスポイントの電流値におけるオン電圧の変化量から抵抗値を計算し、前記計算した抵抗値の平均値を抵抗推定値とすることを特徴としている。
前記抵抗推定部は、
前記半導体デバイスのオン電流とオン電圧の関係が温度によって依存しないクロスポイントの電流値におけるオン電圧の変化量から抵抗値を計算し、前記計算した抵抗値の中央値を抵抗推定値とすることを特徴としている。
前記抵抗推定部は、
前記計算した抵抗値の中央値が正のときに抵抗推定値を更新することを特徴としている。
前記抵抗推定部は、
今回計算した抵抗値の中央値が前回計算した抵抗値の中央値よりも大きいときに抵抗推定値を更新することを特徴としている。
請求項1から7のいずれか1項に記載の半導体デバイスの温度推定装置によって、前記半導体デバイスの温度を推定することを特徴とする。
(2)請求項1、2、4~7に記載の発明によれば、半導体デバイスのワイヤボンディングの劣化による抵抗値を推定する抵抗推定部と、推定した抵抗推定値を用いてオン電圧を補正する電圧データ補正部を設けたので、半導体デバイスの温度推定精度が向上し、これによって、半導体デバイスの劣化原因であるチップの温度変化量を正確に推定でき、半導体デバイスの劣化推定精度が向上する。
(3)請求項4に記載の発明によれば、測定データの外れ値が小さい装置に対して高精度にデバイス温度を推定することができる。
(4)請求項5に記載の発明によれば、測定データの外れ値が大きい装置に対して高精度にデバイス温度を推定することができる。
(5)請求項6に記載の発明によれば、データ取得の頻度が少ない装置および測定データの外れ値が大きい装置に対して、高精度にデバイス温度を推定することができる。
(6)請求項7に記載の発明によれば、データ取得の頻度が多い装置および測定データの外れ値が大きい装置に対して、高精度にデバイス温度を推定することができる。
回帰モデルは2入力1出力の重回帰であれば何でも良い。
なお、テーブルデータVcen(Tj,Ic)は電流と温度の条件を振って電圧を計測することで得られ、テーブルデータ取得時のワイヤボンディングの抵抗値を含んでいる。実施例1では、テーブルデータから導出した温度=f(電流,電圧)の関係と測定した(電流,電圧)を比較することでデバイス温度を推定している。
Vce_in=Vcen(Ic_cp)…(3)
Vce_inはワイヤボンディング劣化前、Vce_enはワイヤボンディング劣化後のオン電圧である。なお、クロスポイント電流値Ic_cpはテーブルデータもしくは実駆動の開始直後に測定したデータから導出してもよい。
従って、式(4)から、クロスポイント電流値におけるオン電圧の変化量(Vce_en-Vce_in)に基づいて、ワイヤボンディングの劣化により増加した抵抗値を推定できる。
Ic0.5~Ic100…Tj-Vce曲線
Claims (8)
- 電力変換装置に用いられる半導体デバイスの温度推定装置であって、
動作中の電力変換装置から、半導体デバイスのオン電流とオン電圧を組としたデータを取得するデータ取得部と、
前記データ取得部で取得されたオン電流、オン電圧のデータを入力とし、前記半導体デバイスのオン電流-オン電圧-温度の関係から半導体デバイスの温度を推定する温度推定処理部であって、複数のデバイス温度条件下におけるオン電流対オン電圧の関係と、複数のオン電流条件下におけるデバイス温度対オン電圧の関係をテーブル化した二次元テーブルを有し、半導体デバイスのオン電流とオン電圧の関係が温度によって依存しないクロスポイントを含む電流領域を不感帯に設定し、前記データ取得部で取得されたオン電流が前記不感帯の範囲内にあるか否かを判定し、不感帯の範囲内にないと判定された場合は、前記二次元テーブルを参照し、設定したオン電流に対応するオン電圧を全ての温度条件において求め、前記求められた全ての温度条件におけるオン電圧のうち、設定したオン電圧に対応するデバイス温度を、半導体デバイスの温度推定値として決定する温度推定処理部と、
前記データ取得部で取得されたオン電流が、前記不感帯の領域内に入ると判定された場合に、半導体デバイスのワイヤボンディングの劣化による抵抗値を推定する抵抗推定部と、
前記抵抗推定部により推定された抵抗推定値を用いて、前記データ取得部で取得されたオン電圧を補正する電圧データ補正部と、
を備えたことを特徴とする半導体デバイスの温度推定装置。 - 電力変換装置に用いられる半導体デバイスの温度推定装置であって、
動作中の電力変換装置から、半導体デバイスのオン電流とオン電圧を組としたデータを取得するデータ取得部と、
前記データ取得部で取得されたオン電流、オン電圧のデータを入力とし、前記半導体デバイスのオン電流-オン電圧-温度の関係から半導体デバイスの温度を推定する温度推定処理部であって、電流、電圧を入力として温度を出力する回帰モデルであり、複数のオン電流条件下におけるデバイス温度とオン電圧の関係を示すデータを、オン電流、オン電圧に対してデバイス温度が一意に決まる複数の電流領域に分割し、それら分割した複数の電流領域毎に、各電流領域内のオン電流、オン電圧、デバイス温度のデータを用いて、学習して作成した複数の回帰モデルを有し、前記データ取得部で取得されたオン電流が前記複数の電流領域のうちどの電流領域に入るかを判定し、判定された電流領域に属する全ての回帰モデルにオン電流、オン電圧を入力し、回帰モデルから出力される温度を半導体デバイスの温度推定値として決定する温度推定処理部と、
半導体デバイスのオン電流とオン電圧の関係が温度によって依存しないクロスポイントを含む電流領域を不感帯に設定し、前記データ取得部で取得されたオン電流が、前記不感帯の領域内に入ると判定された場合に、半導体デバイスのワイヤボンディングの劣化による抵抗値を推定する抵抗推定部と、
前記抵抗推定部により推定された抵抗推定値を用いて、前記データ取得部で取得されたオン電圧を補正する電圧データ補正部と、
を備えたことを特徴とする半導体デバイスの温度推定装置。 - 電力変換装置に用いられる半導体デバイスの温度推定装置であって、
動作中の電力変換装置から、半導体デバイスのオン電流とオン電圧を組としたデータを取得するデータ取得部と、
前記データ取得部で取得されたオン電流、オン電圧のデータを入力とし、前記半導体デバイスのオン電流-オン電圧-温度の関係から半導体デバイスの温度を推定する温度推定処理部と、を備え、
前記温度推定処理部は、
電流、電圧を入力とし、温度を出力する回帰モデルであって、複数のオン電流条件下におけるデバイス温度とオン電圧の関係を示すデータを、オン電流、オン電圧に対してデバイス温度が一意に決まる複数の電流領域に分割し、それら分割した複数の電流領域毎に、各電流領域内のオン電流、オン電圧、デバイス温度のデータを用いて、学習して作成した複数の回帰モデルを有し、
前記データ取得部で取得されたオン電流が前記複数の電流領域のうちどの電流領域に入るかを判定し、判定された電流領域に属する全ての回帰モデルにオン電流、オン電圧を入力し、回帰モデルから出力される温度を半導体デバイスの温度推定値として決定することを特徴とする半導体デバイスの温度推定装置。 - 前記抵抗推定部は、
前記半導体デバイスのオン電流とオン電圧の関係が温度によって依存しないクロスポイントの電流値におけるオン電圧の変化量から抵抗値を計算し、前記計算した抵抗値の平均値を抵抗推定値とすることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体デバイスの温度推定装置。 - 前記抵抗推定部は、
前記半導体デバイスのオン電流とオン電圧の関係が温度によって依存しないクロスポイントの電流値におけるオン電圧の変化量から抵抗値を計算し、前記計算した抵抗値の中央値を抵抗推定値とすることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体デバイスの温度推定装置。 - 前記抵抗推定部は、
前記計算した抵抗値の中央値が正のときに抵抗推定値を更新することを特徴とする請求項5に記載の半導体デバイスの温度推定装置。 - 前記抵抗推定部は、
今回計算した抵抗値の中央値が前回計算した抵抗値の中央値よりも大きいときに抵抗推定値を更新することを特徴とする請求項5に記載の半導体デバイスの温度推定装置。 - 請求項1から7のいずれか1項に記載の半導体デバイスの温度推定装置によって、前記半導体デバイスの温度を推定することを特徴とする半導体デバイスの温度推定方法。
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