[发明专利]一种功率半导体器件的结温提取方法

说明书

本发明涉及了一种功率半导体器件的结温提取方法，通过仿真软件搭建双脉冲实验电路，以SiC MOSFET为例，选其作为开关管，测量功率器件漏源电压v_ds的电压尖峰和功率半导体的结温，分析发现引起电压尖峰的原因包括跨导系数、门极阈值电压以及栅漏电容，而这些影响因素同样受到结温影响，通过仿真实验得到结温和关断电压尖峰存在着负的对应关系。该方法对开关管两端的电压波动有着很好的屏蔽作用，只需通过测量漏源电压v_ds的尖峰即可得到结温大小，该方法测量过程相较于其他结温提取方法读数更容易，精确度更高。

技术领域

本发明涉及半导体器件测试技术领域，具体涉及一种功率半导体器件的结温提取方法。

背景技术

功率半导体器件被广泛应用于通讯、交通和电力等诸多领域，并且正在朝着高电压、高频率和大功率的方向发展。以上系统的高安全性要求使得功率器件的可靠性的要求提高。电力变流器的主要故障来源之一是功率器件的失效，而功率器件的失效故障主要来自于热应力。器件工作结温越高，安全运行裕度越小；结温波动越大，热循环寿命越短。在正常工作温度范围内，器件结温每上升10℃，失效率将会翻倍。因此，监测功率器件的工作结温对于失效机理分析和寿命预测非常关键。除此之外，结温监测为功率器件的状态监测、可靠性评估和热平衡控制提供了数据支撑，使其成为可能。

目前，有研究提出热传感器法、红外热成像法、热敏电参数法和RC热阻网络法，其中热敏电参数法以所用不同的热敏电参数区分，以电压变化率为热敏电参数的方法易受扰动影响，以导通电压降为热敏电参数的方法难以保证精度，以阈值电压为热敏电参数的方法精确性难以保证，以最大电流变化率为热敏电参数的方法其测量难以集成，均未提出系统全面的热敏电参数方法。

热敏电参数敏感性低导致精度难以保证，测量难度高导致测量装置难以集成，选择不恰当的热敏电参数使得结果易受扰动影响等是本领域技术人员亟待解决的问题，因此，对功率半导体器件设计结温提取方法是非常有必要的。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种功率半导体器件的结温提取方法。本发明从软件方向进行设计，测量关断电压尖峰，通过仿真实验发现关断电压尖峰和结温的对应关系，进而达到提取结温的目的。测量关断电压尖峰能够有效规避漏源电压波动引起的测量错误，此测量过程读数简单、准确度高。

本发明通过仿真软件分析关断电压尖峰和被提取结温的关系，分析被提取结温和跨导系数、阈值电压以及栅漏电容的关系。

随着半导体器件结温的升高，将会导致跨导系数减小、阈值电压减小以及栅漏电容升高，以上四个中间量的改变最终均导致关断电压尖峰下降，根据所述关系，可以得到结温和关断电压尖峰的关系。

考虑不同的半导体器件结温条件下，结合双脉冲测试电路使用仿真软件设计进行实验。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种双脉冲测试电路，包括：直流电源U_s、双脉冲发生器、支撑电容C_o、空心电感L₀、碳化硅MOSFET功率单元和负电压源DC，

所述碳化硅MOSFET功率单元包括上管和下管；

所述直流电源U_s的正极与支撑电容C_o的一端连接，所述直流电源U_s的负极与支撑电容C_o的另一端连接，支撑电容C_o的一端与上管的漏极连接，支撑电容C_o的另一端与下管的源极连接；

所述空心电感L₀与下管并联；

所述双脉冲发生器与上管的栅极连接；

所述负电压源DC的负极与下管的栅极连接，所述负电压源DC的正极与下管的源极连接。