[发明专利]用于监测功率半导体裸芯的器件和方法

说明书

一种器件(1)包括涂覆有金属化层(5)的至少一个功率半导体裸芯(3)和具有两个相对端(71；72)的至少一个光导(7)。所述第一端(71)能够至少连接到光源(11)和光接收器(13)。所述第二端(72)被永久固定成面对所述金属化层(5)的表面(51)，从而形成朝向所述表面(51)的光路(91)和源自所述表面(51)的光路(92)。

技术领域

本发明属于功率半导体的技术领域。更具体地，本发明涉及包括此功率半导体的器件和用于监测此器件的方法。

背景技术

通常，在功率半导体器件中，通过机械、热和电气方式将一个或几个功率半导体裸芯附接到基板。裸芯的底面通常被焊接或烧结到基板。顶面通常连接到接合线。

这些器件经受高热变化和高热-机械应力。由于构成器件的不同部件的成分和结构有多样性，因此裂缝、空隙、分层和其他效应造成互连失效。很难在器件发生一般故障之前预测或检测到这些失效。

在使用中，这些器件通常难以接近，例如，密封在不可去除的密封壳体中。对每个器件进行检查在经济上是不明智的，尤其是当许多器件装备在使用中的整个车队(如同火车)或难以接近的风车上时。通常，对于整个一套器件，理论上的寿命期被任意地固定的。不管器件的真实状态如何，只有在实际的意外故障之后或者当超过任意寿命期时，才更换它们。

在某些情况下，测量电阻和/或温度。可对温度周期进行计数。为了对温度周期进行计数，估计裸芯温度并且对温度漂移进行计数。可使用诸如Coffin Manson类型这样的损伤模型来估计与每个温度周期关联的损伤。使用损伤累积规则对每次温度漂移的损伤进行求和，并且估计整体健康状态。这使得能够根据器件所经历的状况而稍微调整寿命期。这些估计是基于应力计数，而非器件本身的状态。该估计是不精确的。器件本身的状态是未知的。

为了测量电阻，测量在高电流下结构两端的电压。电压给出了关于仅半导体叠堆的顶面界面的指示。为了测量热阻，要么使用专用传感器估计裸芯温度。这样提供了与底面界面基本上相关的指示。这些估计是基于状态监测。它们需要精确测量电压和/或电流和/或温度。

发明内容

本发明改善了该情形。

申请人提出了一种器件，该器件包括涂覆有金属化层的至少一个功率半导体裸芯和具有两个相对端的至少一个光导，第一端能够至少连接到光源和光接收器，第二端被永久固定成面对所述金属化层的表面，从而形成朝向所述表面的光路和源自所述表面的光路。

这种器件适于在不进行拆卸操作的情况下进行检查。诊断工具可例如在维护操作期间被临时插入该器件。该器件还可包括嵌入式诊断工具，该嵌入式诊断工具与功率半导体永久地关联，以自动地监测器件健康并且在检测到缺陷时生成特定信号，诸如周期性报告和/或警告。因此，可在功能障碍之前以及只是在确实需要时计划合适的维护操作，这包括更换器件。

在本发明的另一方面，申请人提出了一种用于监测涂覆有金属化层的功率半导体裸片的方法，该方法包括以下步骤：

-将光导永久固定成面对所述金属化层的表面，

-通过所述光导收集在所述表面上被反射的光束，

-将收集到的所述光束转换成电信号，

-将所述信号与至少一个参考进行比较，

-根据比较结果生成监测信号。

该器件和/或该方法可包括以下特征，这些特征要么是单独地要么与其他特征组合：

-所述器件还包括光源和光接收器，所述光源和所述光接收器都连接到所述光导的所述第一端。至少所述光接收器能够连接到处理器。此器件准备好供维护操作员使用。可使用光源和光接收器的标准端口连接任何命令设备，例如，安装有兼容和更新软件的计算机。更容易例如在维护期间进行检查操作。