[发明专利]一种功率半导体器件壳温多点测量装置

说明书

本发明提供一种功率半导体器件壳温多点测量装置，设置于换热器(2)上，其包括测温基板(1‑1)和多个测温元件(1‑2)；所述测温基板(1‑1)安装于换热器(2)上，所述多个测温元件(1‑2)安装于所述测温基板(1‑1)上；测量时，所述多个测温元件(1‑2)置于半导体功率器件的外壳上，用于对功率半导体器件壳温进行多点测量，测试过程简单，提高了测试效率和准确性；多个测温元件(1‑2)实现功率半导体器件壳温的多点测量，测温基板内部的丰字型沟槽结构布置有效避开了芯片位置，对被测器件电热机械等性能影响小，容易加工；可用于不同封装形式的功率半导体器件壳温测量，通用性好。

技术领域

本发明涉及功率半导体技术领域，具体涉及一种功率半导体器件壳温多点测量装置。

背景技术

一般将控制电流达到100A或者工作电压达到1200V的半导体器件称之为功率半导体器件，主要的功率半导体器件包括IGBT、二极管、MOSFET等。随着这些功率半导体器件在工业、电力、轨道交通等领域的大量应用，在复杂运行工况和功率密度集中情况下的可靠性问题也越来越被广泛重视。由于开通、关断以及导通功耗原因，器件自身温度大幅度升高，对温度非常敏感的芯片而言，过高温度会使其工作不稳定，甚至导致烧坏。据统计，在各类失效因素中，约55％的失效主要由温度因素诱发，由此可见温度诱发的失效是影响器件可靠性的重要因素，所以芯片会设计限定最高允许结温。在测试或应用中，会根据功率半导体器件的热特性和使用条件，选择相匹配的热管理方式，通过冷却或加热等途径对功率半导体器件的温度进行控制，并利用结温检测验证热管理的有效性。与功率半导体器件相关的热特性研究与热管理设计均与器件结温密切相关，但由于功率半导体器件本身由硅基等芯片等多种材料多层次封装而成，在不破坏功率半导体器件封装结构的前提下，无法直接测量功率半导体器件正常运行时芯片的温度，所以只能通过测量功率半导体器件封装外壳的壳温间接获取芯片的温度。现有技术中通常有以下两种间接测量功率半导体器件温度壳温的方式：

(1)将NTC电阻封装在芯片内部，实现芯片温度的间接测量，但是需要先查询预先测量的芯片温度-NTC电阻温度关系曲线，间接预估芯片温度，这种方式需要提前确定芯片温度和温度传感器的关系曲线，NTC电阻的设置增加了封装难度，并且影响到封装结构的可靠性，测量过程复杂，测量效率低；

(2)采用热阻抗模型方式，利用功率半导体器件发热功耗和功率半导体器件外壳温度，对模型热阻和结温进行推算。功率半导体器件功耗通过检测电参数代入计算公式得出；功率半导体器件外壳温度一般采用热电偶或热电阻测量器件外壳中心位置温度或直接测量安装功率半导体器件的换热器温度。对于功率半导体器件而言，其内部封装有较多芯片，受芯片并列排布影响，导致功率半导体器件外壳温度分布不均匀，采用热阻抗模型方式针对性差，测温点不一定是热阻抗模型对应外壳位置，得到的壳温不一定是最高壳温，与实际壳温偏差较大，准确性低。

发明内容

为了克服上述现有技术中测量过程复杂、测量效率和准确性均较低的不足，本发明提供一种功率半导体器件壳温多点测量装置，设置于换热器(2)上，其包括测温基板(1-1)和多个测温元件(1-2)；

所述测温基板(1-1)安装于换热器(2)上，所述多个测温元件(1-2)安装于所述测温基板(1-1)上；

测量时，所述多个测温元件(1-2)置于半导体功率器件的外壳上，用于对功率半导体器件壳温进行多点测量。

所述测温基板(1-1)上开有多条纵向主沟槽，在每条纵向主沟槽上开有多条横向分支沟道；每条纵向主沟槽和连接的横向分支沟道形成丰字型沟槽(1-1-1)，所述丰字型沟槽(1-1-1)贯通测温基板(1-1)的上表面和下表面，所述丰字型沟槽(1-1-1)的一端与第一条横向分支沟道连接，其另一端外延至测温基板1-1的侧面；

所述测温元件(1-2)安装于丰字型沟槽(1-1-1)内部。