[发明专利]一种功率半导体器件热特性参数的确定方法及系统

说明书

本发明公开了一种功率半导体器件热特性参数的确定方法及系统，该确定方法包括：首先对获取的被测功率半导体器件的热瞬态响应信号，采用Richardson‑Lucy算法进行处理得到福斯特网络模型的热特性参数；其次根据福斯特网络模型的热特性参数，采用Mathematica软件计算考尔网络模型的热特性参数，并对考尔网络模型的热特性参数按阶累加处理、累加求导处理得到积分结构函数和微分结构函数；最后根据积分结构函数和微分结构函数，计算被测功率半导体器件的热阻参数和热容参数。因此，本发明提供的确定方法或系统，克服了现在技术的缺陷，具有准确度高、适用性强、且简单、易于软件实现等优点。

技术领域

本发明涉及功率半导体器件测试领域，特别是涉及一种功率半导体器件热特性参数的确定方法及系统。

背景技术

功率半导体器件由于高电压、大电流、开关性能优良等优点，现已逐渐应用于高压直流输电、轨道交通等大功率应用场合。热特性一直是功率半导体器件应用时备受关注的一个问题。55％的电力电子器件失效都是由热相关问题引起的。因此，准确确定功率半导体器件的热特性参数十分重要，热特性参数不仅有助于优化功率半导体器件封装散热结构，而且能指导用户充分发挥功率半导体器件性能，延长功率半导体器件使用寿命。

传统的稳态电学测试法只能确定功率半导体器件的整体热阻值，限制了对功率半导体器件内部封装结构的进一步热分析。同时传统的热阻测试方法由于热电偶的存在会使确定结果存在一定的误差，并不能很准确的表征功率半导体器件的相关热特性。基于结构函数的热瞬态测试技术(以下简称“热瞬态测试技术”)能全面地分析功率半导体器件内部从芯片到散热器热传导路径上各层结构的热学性能，构建功率半导体器件等效热学模型，为功率半导体器件热特性研究提供可靠的依据，是目前最有效的功率半导体器件热特性分析测试方法。

热瞬态测试技术的基本原理是通过确定功率半导体器件在降温过程中的热瞬态响应曲线(也可以是结温变化曲线或是热阻抗曲线)，再对其进行一系列数学运算得到可以表征功率半导体器件内部封装结构热学信息的积分和微分结构函数，如求导、反卷积和模型转换等。在整个分析过程或数学运算过程中，反卷积算法及网络模型转换是决定热瞬态测试技术得到的结构函数能否真实反映功率半导体器件内部热流路径的关键，也是热瞬态测试技术的难点所在，目前应用于热瞬态测试技术中的反卷积算法主要有傅里叶反卷积、贝叶斯反卷积两种，但傅里叶反卷积算法最优参数会随测量信号变化而变化，基于概率统计的贝叶斯反卷积算法存在依赖于主观信念，没有客观依据的问题，影响功率半导体器件热特性参数的准确度。目前应用于热瞬态测试技术中的模型转换主要采用GMP(GNUMPBignum Library)开源数学运算库。该运算库支持任意精度的数学运算。然而，GMP开源数学运算库的函数由C语言编写，在基于解释性语言编程的软件中调用时需要编写专门的接口函数，或者也可以直接在基于C语言的软件中实现，无论是那种方式都需要有一定编程基础的专业人员才可以使用，难以推广应用。综上所述，如何获得一种准确度高、适用性强、且简单、易于软件实现的功率半导体器件热特性参数确定方法，是功率半导体器件测试领域急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供了一种准确度高、适用性强、且简单、易于软件实现的功率半导体器件热特性参数的确定方法及系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种功率半导体器件热特性参数的确定方法，所述确定方法包括：

获取被测功率半导体器件的热瞬态响应信号a(t)；

采用Richardson-Lucy算法，对所述热瞬态响应信号a(t)进行处理，得到时间常数谱R(z)；

根据所述时间常数谱R(z)，计算福斯特网络模型的热特性参数；

根据所述福斯特网络模型的热特性参数，采用Mathematica软件，计算考尔网络模型的热特性参数；