[发明专利]功率半导体模块及其使用寿命检测方法和逆变器装置

说明书

本发明提供了一种功率半导体模块及其寿命检测方法和逆变器装置，包括：功率半导体器件；饱和压降检测单元，与所述功率半导体器件电性连接，以用于检测所述功率半导体器件的饱和压降V_CESAT；以及寿命提示单元，与所述饱和压降检测单元相连接，并能够根据所述饱和压降V_CESAT发出提示信息，所述提示信息指示所述功率半导体器件的使用寿命，由于影响功率半导体器件寿命的主要原因是功率半导体器件材料结合部连接劣化，一般主要发生在绑定线与芯片结合处、芯片与DBC绝缘基板焊锡层、DBC绝缘基板与铜底板焊锡层，以上三处的连接劣化(松脱或剥离)都会导致连接处的电阻升高，进而导致饱和压降V_CESAT的升高，通过对饱和压降V_CESAT的检测，测算功率半导体器件的使用寿命。

技术领域

本发明涉及半导体功率器件封装技术领域，更详细地说，本发明涉及一种功率半导体模块及其使用寿命检测方法和逆变器装置。

背景技术

功率半导体器件主要用于电力设备的电能变换和控制电路方面大功率的电子器件(通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上)，由于功率半导体各个组成材料的热膨胀系数(CTE)有所差异，在循环负荷变化的工况下长期工作或经常发生剧烈的负荷变动，可能会产生材料结合部连接劣化，该劣化一般发生在绑定线与芯片结合处、芯片与DBC绝缘基板焊锡层以及DBC绝缘基板与铜底板焊锡层，材料结合部连接劣化也成为影响功率半导体模块的寿命的主要原因，现有的逆变器装置基本上只是在设计阶段采集典型的运行工况来进行结温变动幅值及循环次数的计算或实测，通过对比器件厂商给出的典型功率循环寿命曲线来进行寿命的推算，由于厂家给出的功率循环寿命曲线只是特定条件下的实验值，与客户的实际运行工况差别较大，而且实验的样本很少，因此，按照此曲线来推测的功率循环寿命精度很低，有可能在推测寿命前模块就已损坏从而导致异常停机或者早于模块寿命之前就更换模块从而导致不必要的浪费.

因此，有必要对现有的功率半导体模块加以改进。

发明内容

鉴于现有技术中功率半导体模块存在的模块寿命难于准确预测的问题，本发明提供了一种功率半导体模块，包括：功率半导体器件；饱和压降检测单元，与所述功率半导体器件电性连接，以用于检测所述功率半导体器件的饱和压降V_CESAT；以及寿命提示单元，与所述饱和压降检测单元相连接，并能够根据所述饱和压降V_CESAT发出提示信息，所述提示信息指示所述功率半导体器件的使用寿命。

由于影响功率半导体器件寿命的主要原因是功率半导体器件材料结合部连接劣化，一般主要发生在绑定线与芯片结合处、芯片与DBC绝缘基板焊锡层、DBC绝缘基板与铜底板焊锡层，以上三处的连接劣化(松脱或剥离)都会导致连接处的电阻升高，进而导致饱和压降V_CESAT的升高，因此，可以通过对饱和压降V_CESAT的检测，测算功率半导体器件的使用寿命。

虽然功率半导体器件在购入时，厂家会给出典型功率循环寿命曲线以供用户对功率半导体器件的使用寿命进行测算，但是由于厂家给出的功率循环寿命曲线只是特定条件下的实验值，和使用者的实际运行工况差别较大，本发明所提供的功率半导体器件的使用寿命信息，相比较于厂家给出的功率循环寿命曲线，更接近于功率半导体器件实际应用的工况，提高功率半导体器件使用寿命推测的精度，避免了在推测寿命前功率半导体器件就已损坏导致的异常停机和早于推测寿命前更换功率半导体器件导致的不必要浪费。

在本发明的较优技术方案中，所述寿命提示单元包括：压降比较单元，与所述饱和压降检测单元电性连接，将所述饱和压降检测单元检测到的所述饱和压降V_CESAT与饱和压降阈值V_CESAT(TH)进行比较。

在本发明的较优技术方案中，所述寿命提示单元还包括：警报单元，与所述压降比较单元的输出端相连接，以在V_CESAT＞V_CESAT(TH)时发送警报信号。