[发明专利]计算半导体器件的频率与电流关系的方法和装置

说明书

本申请公开了一种计算半导体器件的频率与电流关系的方法和装置，半导体器件包括多个分层，计算半导体器件的频率与电流的方法包括：获取半导体器件的基础参数；基于热扩散角原理根据基础参数计算半导体器件的结壳稳态热阻，以及根据基础参数获得半导体器件的总功耗的表达式，表达式是结温、工作频率和集电极电流的函数；根据总功耗的表达式、结壳稳态热阻，利用一组预设的工作频率和集电极电流进行迭代计算，获得半导体器件的结温；在一组预设的工作频率和集电极电流当中，确定与获得的结温相对应的工作频率和集电极电流。

技术领域

本公开涉及半导体领域，更具体地，涉及一种计算半导体器件的频率与电流关系的方法和装置，其主要适用于TO封装系列。

背景技术

功率半导体器件被广泛地应用在电子设备中，例如在功放电路中作为放大晶体管或者在电源电路中作为开关晶体管。功率半导体器件包括双极型晶体管(BipolarJunction Transistor,BJT)、金属氧化物半导体晶体管(MOSFET)和绝缘栅型双极晶体管(IGBT)等。

IGBT兼具MOSFET的高输入阻抗，以及BJT的载流能力，可简化栅极驱动要求，同时增强导通状态性能。它具有低饱和电压、大电流密度、高阻断能力和高达100kHz的频率范围等优点，故能迅速取代较低功率应用中的BJT，以及较高功率应用中的栅极夹断流硅控整流体(Gate Turn-offThyristor,GTO)。

随着现代电子产品不断向轻、薄、短、小的趋势发展，作为半导体分立器件中的一个重要组成部分，晶体管外形封装(Transistor Out-line，TO)IGBT产品的功率也逐渐增大，这就对TO封装IGBT产品的热管理提出了新的挑战。

TO封装IGBT产品主要应用在变频器领域，发热源为TO封装内部的IGBT芯片，IGBT芯片产生的热损耗与芯片的温度、工作频率以及集电极的电流有关，而一般应用规格会规定IGBT芯片的最高结温不允许超过175℃，最大的集电极电流不允许超过额定电流的3倍，因此，在这两个条件的限制下，不同工作频率会对应一个最大的集电极电流，可以绘制出一条工作频率与最大集电极电流的关系曲线，让用户了解该TO封装IGBT产品在不同的工作频率下，输出的最大集电极电流是多少，以供实际使用中参考，以避免用户使用的集电极电流过大，而导致芯片温度超出175℃，从而导致产品的寿命降低，甚至很快失效。

在现有技术中，工作频率与集电极电流的关系曲线的测试具有较大的难度，且实测不仅需要花费人力物力，且测试耗时较长，不利于产品开发的进行，因此，就亟待一种可以自动计算工作频率与集电极电流关系曲线的仿真系统，该仿真系统提供可参数化输入的窗体，用户可以手动选择相应TO封装的类型，并输入相关参数。仿真系统的后台根据这些用户所选择以及输入的参数，来计算在不同壳温TC(case temperature，TC)条件下，任意TO封装IGBT产品的工作频率与集电极电流关系曲线，以供用户使用参考。

发明内容

有鉴于此，本公开提供了一种计算半导体器件的频率与电流的方法和装置，可以根据所获取的半导体器件的基础参数，自动计算工作频率与最大集电极电流的关系曲线。

根据本发明的一方面，提供一种计算半导体器件的频率与电流关系的方法，所述半导体器件包括多个分层，其特征在于，所述方法包括：获取所述半导体器件的基础参数；基于热扩散角原理根据所述基础参数计算所述半导体器件的结壳稳态热阻，以及根据所述基础参数获得所述半导体器件的总功耗的表达式，所述表达式是结温、工作频率和集电极电流的函数；根据所述总功耗的表达式与所述结壳稳态热阻，利用一组预设的工作频率和集电极电流进行迭代计算，获得所述半导体器件的结温；在所述一组预设的工作频率和集电极电流当中，确定与所述获得的结温相对应的工作频率和集电极电流。