[发明专利]一种芯片热源分层的热模型建模方法

权利要求书

1.一种芯片热源分层的热模型建模方法，其特征在于：将芯片分为第一面热源(P₁)和第二面热源(P₃)以及一个在所述第一面热源和第二面热源之间的体热源(P₂)；

所述第一面热源的芯片集电极侧PN结距离集电极表面非常近，该部分产生的热量定义在集电极表面，在热模型中定义为面热源，表示为P₁＝I·V_P+N；

所述第二面热源的沟道区距离芯片发射极表面非常近，该部分产生的热量定义在发射极表面，在热模型中定义为面热源，表示为P₃＝I²·R_CH；

所述体热源的基区厚度占整个芯片厚度的98％左右，该部分产生的热量定义在整个芯片有源区中，在热模型中定义为体热源，表示为P₂＝I²·F_RN(I)；

其中：V_P+N是芯片集电极侧PN结开启电压，F_RN(I)是芯片基区电阻，R_CH是芯片发射极侧沟道区的电阻。

2.根据权利要求1所述的一种芯片热源分层的热模型建模方法，其特征在于：所述芯片集电极侧PN结开启电压V_P+N通过如下方式提取：

在较小电流范围(100mA以内)测量IGBT模块的I-V正向导通曲线，在如此小的测量电流内，沟道电阻和封装电阻上的导通压降忽略不计，但是基区的电阻较大，但是由于电流变化范围很小，基区电阻可以认为是恒定的，因此小电流下IGBT模块的导通压降可以表示为：

在较小电流范围内，I-V曲线几乎是线性的，对该线性区间进行反向延长，与横轴的交点即为V_P+N。

3.根据权利要求2所述的一种芯片热源分层的热模型建模方法，其特征在于：所述基区电阻F_RN(I)通过如下方式提取：

在较大电流范围内(100A以内)测量IGBT模块的I-V正向导通曲线，在小电流时呈现非线性，在大电流时呈现线性，通过变换得到基区电阻在任意电流下的微分表达式：

根据IGBT模块在小电流范围内的I-V曲线，可以得到特定电流时的具体基区电阻，以此作为初始值，然后利用四阶龙格库塔算法对上述微分表达式进行求解，得到任意电流下的基区电阻值F_RN(I)。

4.根据权利要求2所述的一种芯片热源分层的热模型建模方法，其特征在于：所述沟道电阻R_CH通过如下方式提取：

沟道电阻和栅极电压紧密相关，当器件工作在饱和区时，沟道电阻可以表示为：

其中L_CH、Z、μ_ni和C_OX都是芯片的物理参数，和外部测试条件无关，因此用一个无量纲的数R_CH0来表示，V_G是施加的栅极电压，V_TH则为阈值电压；

在不同栅极电压下测量模块的I-V曲线，电流相同时，不同栅极电压下通态压降的差值可以表示为：

上述公式中存在两个未知数R_CH0和V_TH，因此只需要3个栅压下的(I,V)值便可建立两个方程组，求解两个未知数，然后求出沟道电阻。

5.根据权利要求1所述的一种芯片热源分层的热模型建模方法，其特征在于：热模型建模中封装电阻上的导通压降产生的热量不能定义在芯片中。

6.根据权利要求5所述的一种芯片热源分层的热模型建模方法，其特征在于：所述封装电阻R_package通过如下方式提取：

根据已提取的V_P+N、F_RN(I)和R_CH，可直接计算R_package：