[发明专利]用于封闭式半导体器件模块的光学传感器系统和检测方法

说明书

发明领域

本发明涉及用于封闭式半导体器件模块的光学传感器系统和检测方法，并且具体是涉及在功率电子模块或者带有壳体的微处理器中使用的实施例。

背景技术

功率电子模块是容纳多个功率系统部件一种装置，所述功率系统部件例如是通常被用来切换高电流和高电压的半导体器件。在这些应用中，半导体器件通常是MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）或者IGBT（绝缘栅双极性晶体管），因为它们提供高的效率和快速切换。

一种已知的功率电子模块10在现在将谈及到的图1和2中示出。

图1示出了模块10的外型。模块10包括塑料壳体102，所述塑料壳体102通过一个或多个螺钉（未示出）和/或粘合剂被附接到金属基板104上。所述金属基板104提供其上能够安装壳体内部的电子部件的坚固的基部，并且允许该装置作为一个整体通过保持螺丝孔106被安装在电气柜或者其它结构中。

多个金属初级电气端子108设置在模块的塑料壳体102的表面上可接近的位置上，同时多个二级端子110位于侧部处。

图2示出了在图1中图示的模块的内部。在该视图中，所述金属基板104可以被看出是支撑DCB（直接覆铜陶瓷结构）204的多个部分202，每个部分202又支撑多个半导体器件。在示出的示例中，每个部分202支撑位于铜汇流条210和212之间的两个IGBT206和两个二极管部件208。每个铜汇流条210具有突片211，以用于与在初级电气端子108的下侧上的对应的连接部接合。在金属基板104上设置对应的铜端子214，以用于与二级端子110接合。

塑料壳体的内部通常为了安全而填充有绝缘材料，例如灌封材料或者泡沫（未示出）。

使用中，铜汇流条210或者212中的一个被用作输入端子，而另一个被用作输出端子，其中电子部件IGBT206和二极管208控制端子之间的切换动作。由于操作和切换损耗，形成IGBT206和二极管208的半导体器件会变得非常热，并且出于安全原因有必要仔细监控它们的温度，同时避免模块的失效。

存在很多已知的测量在诸如在图1和2中所示的功率电子模块内部的部件的温度的方法，然而如将在下面说明的，所有的方法目前都是不能令人满意的并且还有很多固有的缺点。

一种已知的方法是根据对流过功率模块的部件的瞬时电流的测量来计算在这些部件中的耗损功率。该技术作为示例在US2008/0191686中被描述。如这样的电流分配测量在商业实施中通常是不切实际的。

另一种已知的方法是使用交叉连接半导体器件IGBT206和二极管208的热电偶。然而，由于IGBT206中的切换噪音，为了测量热电偶电流，通常有必要使所述开关失效，并且之后立刻测量电流。在被有效地冷却的系统中，这样会导致测量不能准确地反映功率电子部件的运行温度。作为热电偶装置的替代，一些温度感测系统使用铂电阻温度计或者电热调节器，例如PTC（正温度系数）或NTC（负温度系数）电热调节器。然而，操作这些装置必须必要地分走一些电流。

这些技术的缺点在于为了感测和控制的目的它们需要从功率电子模块的内部延伸到外部的流电连接。如果该连接没有正确地隔离，这可能导致装置运行中的冲突，可能从模块露出噪声，并且可能危及安全。

因此我们已经意识到存在对用于功率电子模块的改进的传感器系统的需求。

发明内容

在将谈及的独立权利要求中对本发明进行了限定。有利特征在将谈及的从属权利要求中陈述。

在本发明提供的第一方面，半导体器件模块具有限定内部的壳体，在所述内部中容纳至少一个半导体器件；所述模块包括光纤，所述光纤至少部分地位于壳体内部并且被布置成检测指示壳体中的情形的运行参数。

光纤的使用允许在不打断壳体内的敏感电子部件的运行的情况下进行检测。此外，光纤本身不容易被模块内高的运行温度损害。

在一个实施例中，运行参数是壳体内部的温度或者壳体内部的电子器件的温度。在替代实施例中，所述运行参数是：壳体内部的一个位置处所经历的应变或者壳体内部的电子器件所经历的应变；壳体内部的一个位置处的电场强度或磁场强度或者流过壳体内部的电子器件的电流；或者壳体内部是否发生放电或电弧事件的指示。

在一个实施例中，至少一个电子器件形成为裸片（die），并且所述光纤通过耐热粘合剂附接到所述裸片上，因此确保安全的热接触并提高传感器的精确性。耐热粘合剂可以是玻璃增强环氧树脂。

在一个实施例中，所述光纤通过形成在光纤上的键合线附接到所述裸片。