[发明专利]用于监测多晶片功率的装置及方法

说明书

本发明涉及一种用于监测包括处于半桥开关配置中的晶片的多晶片功率模块(15)的方法及装置(10)。本发明：‑将晶片设置为非导通状态，‑选择阻断电压的一个晶片，‑在被选晶片的栅极中注入电流，以对被选晶片的输入寄生电容进行充电，‑监测代表被选晶片的栅极电压的电压，‑当所监测的电压的值稳定时，存储所监测的电压的值。

技术领域

本发明总体上涉及用于在线监测功率半导体器件的装置及方法。

背景技术

功率半导体器件的在线健康监测需要收集作为功率半导体器件的健康状态的指标的数据。

传统上，已经对功率半导体器件的内部结温度或导通状态电压的监测进行了很多开发工作。

压控功率半导体器件(即，IGBT或MOSFET)中的一个关键但经常被忽略的参数是阈值电压。

尽管此参数需要在制造后在晶片级进行测量，但该参数也是关于由于栅极过电压、高温操作或其它栅极应力而导致的与栅极氧化物击穿有关的失效机制的指标。此外，阈值电压的值在晶片封装之后对于确保最终产品中的功能性也很重要。

由于阈值电压Vth是功率半导体器件开始传导电流的电压电平，因此存在几种离线方法来测量此参数。

在定义的电流阈值下，相应的栅极电压被定义为阈值电压值。然而，精确电流测量值和可变栅极电压二者的存在使得在线测量具有挑战性，尤其是在考虑成本的情况下。

发明内容

本发明旨在提供一种在线监测方法及装置，其将测量结果与晶片换向电流定时分离，这在多晶片功率模块中潜在的成本过高。

为此，本发明涉及一种用于监测包括处于半桥开关配置中的2*N个晶片的多晶片功率模块的方法，其中，该方法包括以下步骤：

-将晶片设置为非导通状态，

-选择阻断电压的一个晶片，

-在被选晶片的栅极注入电流，以对被选晶片的输入寄生电容进行充电，

-监测代表被选晶片的栅极电压的电压，

-当所监测的电压的值稳定时，存储所监测的电压的值。

因此，可以通过该方法根据电压平稳值来测量功率模块的晶片当中的单个晶片的阈值电压，而无需对集电极电流进行任何测量或同步，从而降低了实现成本。

根据特定特征，在开始对被选晶片的栅极注入电流之后的第一预定时间段之后执行电压的监测，第一预定时间段值是根据第一基准电压确定的，第一基准电压的值严格低于多晶片功率模块的晶片的阈值电压的最小值。

根据特定特征，该方法还包括检测在第二预定时间段期间是否执行电压的监测或者所监测的电压是否等于或超过最大定义的基准的步骤，并且如果在第二预定时间段期间没有执行电压的检测，或者如果所监测的电压等于或超过最大定义的基准，则该方法还包括通知晶片故障的步骤。

因此，多晶片功率模块的用户能够检测功率晶片上的故障并且可以估计晶片的故障类型。基于这样的信息，用户能够判断是否以降级模式继续功率模块的操作，以便完成关键的任务/操作。

根据特定特征，晶片被分为第一组和第二组，并且一旦针对一组的晶片执行了本算法，则针对另一组的晶片执行本算法。

因此，测量可以连续地在两组晶片之间交替进行。可以在没有任何干预或外部命令的情况下原位测量组成功率模块的所有晶片的阈值电压。

本发明还涉及一种用于监测包括处于半桥开关配置中的2*N个晶片的多晶片功率模块的装置，其中，该装置包括：

-用于将晶片设置为非导通状态的单元，

-用于选择阻断电压的一个晶片的单元，