测量装置

功率半导体器件IGBT结温测试方法

发布时间:2023/2/1 21:15:53   

功率循环试验中最重要的是准确在线测量结温,直接影响试验结果和结论。比较总结了各种温度测量方法的一致性、线性、灵敏度、难度和物理意义。基于通态特性的电学参数法更适用于设备导向状态的测试。国际电工技术委员会IEC该标准还指出,在功率循环、热阻或瞬态热阻抗试验中或瞬态热阻抗试验VGE(th)(T)法律(以下简称VGE(th)(T)或小电流饱和压降VCE(T)法律(以下简称VCE(T)法)测量结温。

虽然这两种方法获得的温度可以类似于芯片表面的平均温度,但实际上表示的物理位置是不同的,VGE(th)(T)法律表示发射极端沟区的温度,VCE(T)法律表示集电极侧PN的温度。60V以下),芯片电压等级低,基区薄,测量温差小;对于功率器件(通常是V以上),电压等级高,芯片基础厚度增加,增加差异。

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这个位置的差异使得这个位置的差异VGE(th)(T)法测温度必然比VCE(T)法大,随着电压等级的升高而增加。这是由于IGBT芯片工作时产生的热量几乎从集电极侧散开,使芯片内部有纵向温度梯度。IGBT芯片电压等级越高,基面越厚,纵向温度梯度越大,两种方法的差异就越大。正是由于这种差异,不同的研究机构在功率循环过程中采用不同的温度测量方法,不方便测试结果的共享和标杆。

规定必须在功率循环测试中使用VCE(T)结温测量法,但不代表VCE(T)法就一定比VGE(th)(T)实际上,法律更好VGE(th)(T)在某些情况下,法律更适用。以下将从两种方法的测试电路原理图、难度和优缺点进行全面比较,方便读者根据自己的需要选择合适的方法。没有必要改变功率循环的主测试回路和被测试环IGBT状态,被测IGBT在两端施加小电流源。主回路负载电流的切换只需通过外部辅助开关进行监测和测量IGBT两端电压可获得装置饱和压降和结温,实现简单。

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为了实现相应的控制时序,需要增加2个辅助开关。需要测量循环加热阶段的功率IGBT(S2开通,S3打开,同时打开S1.关闭负载电流加热装置;S切断负载电流并测量IGBT将设备转换为阈值电压模式(S2关断,S3打开)测量结温。可以看到,VGE(th)(T)该方法不仅电路结构复杂,而且控制时间相对复杂,测量延迟的选择也至关重要。同时,一个合适的电阻必须并联在栅极和发射极的两端,kΩ为消除测量延时的影响,电阻提供栅极放电电路。

VGE(th)(T)法和VCE(T)法一样,在最大结温测量过程同样需要一定的测量延时tMD,一方面是时序控制的需要,另一方面是载流子复合仍需要时间。因此,不管哪种结温测量方法,必然存在一定的测量延时,器件的最大结温也必然会降低,而带来一定的测量误差。

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针对这种情况,标准提出了用根号

t

法来修正这段由测量延时带来的测量误差,此方法的前提条件是热量在同一材料内可近似看成一维单向热传导问题,降温曲线与时间的根号为线性关系。通过测量的降温曲线,线性反推即可获得芯片在

t=0

时刻的最高结温。

在功率半导体器件领域,发热源必须是面热源,如二极管和MOSFET,而IGBT芯片状态下芯片的热源主要来自沟通、基区和集电极PN结,属于体热源。进一步,可以看出VCE(T)本质上,该方法的测量是芯片下表面的温度,使其不能严格满足根号T法的前提,并带来一定的误差。当然,这个误差与设备的功率密度和电压等级有关。

因此,VCE(T)法律适用于二极管或MOSFET测量延迟造成的最大结温误差可以用根号t法近似修正;然而,它应用于IGBT有时,根号t法仍有一定程度的偏差。同时,这种偏差还会导致设备瞬态热阻抗曲线测量的偏差,最终影响设备与壳热阻结的结合Rthjc测量精度。

虽然高精度[32]可以通过有限元仿真等其他方法进行修正,但是难以实现,过程复杂,尤其不利于在线修正。这是目前VCE(T)法应用在IGBT设备的最大缺点也是功率循环测试过程中必须

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