Igbt器件的故障检测方法及相应的检测电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种IGBT器件的故障检测方法，以及用于实现上述IGBT器件的故障检测方法的检测电路。
【背景技术】
[0002]绝缘栅双极晶体管(简称IGBT模块)是比较理想的全控型器件，具有工作频率高、处理功率大和驱动简单等优点。IGBT模块在电力电子设备中、尤其是高频大中型功率设备中应用越来越广泛。目前模块容量已经达到400A-2400A/1200V-6500V，满足电力电子与电力传动领域应用要求。然而，IGBT失效引发的设备故障往往会带来巨大的人力、物力损失。
[0003]IGBT模块失效是模块内部疲劳逐渐积累并与外部运行环境等多种因素相互作用的结果，涉及电、热、机械等方面因素。键合引线的键合点及焊料层封装是IGBT模块最为脆弱的部位。目前，研究人员对器件承受热冲击后的性能变化和可靠性衰退进行了大量的研究工作，基本认清了 IGBT模块的主要失效模式，完善了器件制造及模块封装工艺，整体上提闻了 1旲块可罪性。
[0004]目前，现有方法需要在IGBT模块故障后对导致该系统故障的原因进行判断，判断出该故障是否由IGBT模块失效导致。但该方法不能进行故障的提前预报，从而无法减少因系统故障而造成的损失。同时，IGBT失效种类较多，在判断时，需要通过拆解模块进行失效类型判断。但拆解模块时，要求去除IGBT模块塑料外壳及硅凝胶等物质，属于破坏性观察，观察完失效点后模块无法使用，成本较高。此外，拆解模块进行检验时，有时需要利用扫描电镜设备，但该设备价格昂贵，投资较大，且利用扫描电镜设备进行观察时，需要较长时间制样，且观察范围有限。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明提供了一种IGBT器件的故障检测方法、以及用于实现上述IGBT器件的故障检测方法的检测电路。
[0006]为了实现上述目的之一，本发明的一种IGBT器件的故障检测方法，所述IGBT器件包括芯片、及与所述芯片电性连接的若干键合引线，所述故障检测方法包括如下步骤:
[0007]S1.设置与所述若干键合弓I线数量相对应的比较器，预设若干比较器中的比较值，所述比较值为脱落相应数量的键合引线时IGBT器件的栅极电压值，设置与所述若干比较器电性连接的可编程器件；
[0008]S2.待IGBT器件开通后，测量IGBT器件的栅极电压值，将栅极电压值输入到若干比较器中与比较器中的比较值进行比较，若测量的栅极电压值大于或等于相应的预设值，则相应的比较器反馈第一信号给可编程器件，若测量的栅极电压值小于相应的预设值，则相应的比较器反馈第二信号给可编程器件；
[0009]S3.可编程器件将若干比较器的反馈结果进行输出，生成输出信号，当可编程器件接收到第一信号时，则可编程器件生成的输出信号代表IGBT器件的键合引线出现脱落；当可编程器件只接收到第二信号时，则可编程器件生成的输出信号代表IGBT器件的键合引线运行正常。
[0010]作为本发明的进一步改进，所述SI还包括:设定所述可编程器件中的判断值，所述判断值为保证IGBT器件正常运行时所需导通的键合引线的最少根数；
[0011]所述S3还包括:所述可编程器件将测量的栅极电压下导通的键合引线的根数与判断值比较，当小于该判断值时，可编程器件关断IGBT器件；当大于或等于该判断值时，可编程器件保证IGBT器件处于工作状态。
[0012]作为本发明的进一步改进，所述S2中可编程器件在IGBT器件开通后，经过预设时间，可编程器件接收第二次信号，所述预设时间小于所述IGBT器件的米勒平台电压持续的时间。
[0013]作为本发明的进一步改进，所述可编程器件为CPLD或FPGA。
[0014]为实现上述另一发明目的，本发明的一种用于实现如上所述IGBT器件的故障检测方法的检测电路，所述IGBT器件包括芯片、及与所述芯片电性连接的若干键合引线，所述检测电路包括若干相互并联的比较器、及与所述若干比较器相串联的可编程器件，所述比较器的数量与所述键合引线的数量相对应，所述若干比较器具有相应的比较值，所述比较值为脱落相应数量的键合引线时IGBT器件的栅极电压值。
[0015]作为本发明的进一步改进，所述可编程器件具有判断值，所述判断值为保证IGBT器件正常运行时所需导通的键合引线的最少根数。
[0016]作为本发明的进一步改进，所述可编程器件为CPLD或FPGA。
[0017]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明的IGBT器件的故障检测方法无需拆解IGBT器件即可对其键合引线是否存在脱落现象、以及脱落的根数提前做出判断，避免因一根引线脱落而导致其它引线脱落，最终造成IGBT器件的故障，甚至系统瘫痪。该方法易于操作，且成本较低。
【附图说明】
[0018]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为本发明的IGBT器件的栅极电压随时间变化的曲线，其中A曲线代表未出现键合引线脱落时栅极电压变化曲线，B曲线代表出现键合引线脱落时栅极电压变化曲线，且图中与A、B曲线交叉的两条直线之间的部分代表米勒平台电压的变化情况；
[0020]图2为本发明的检测电路的部分结构的一【具体实施方式】的电路图。
【具体实施方式】
[0021 ] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0022]如图1所示，IGBT器件包括芯片、以及与所述芯片电性连接的若干条键合引线，键合引线与芯片进行连接的位置为键合点，在实际过程中键合点存在开裂的问题。本发明的IGBT器件的故障检测方法即用于对IGBT器件运行过程中键合点是否开裂，也即键合引线是否脱落进行检验。
[0023]本发明的IGBT器件的故障检测方法时基于如下发明构思:IGBT器件的键合引线在脱落时，往往存在着某个或某些主导电性参数的偏移(例如栅极电压)，这使得IGBT器件的动态波形显著地偏离正常状态。因此，可通过隐含在器件动态波形中的信息来提前判断器件的故障，进而避免器件失效导致的器件无法正常运行。
[0024]具体地，IGBT模块中由于键合引线和芯片两种不同材料的热膨胀系数的差异，功率循环过程中，温度波动使得键合引线和芯片连接位置产生交变热应力以及引线自身弯曲形变应力，这将导致键合引线与芯片间连接位置产生裂纹并逐渐扩散，最终导致键合引线脱落，上述是导致IGBT器件失效的最常见问题。同时，一根键合引线脱落会加速其它键合引线相继脱落，最终造成IGBT器件故障。
[0025]基于上述发明构思，本发明的IGBT器件的故障检测方法包括如下步骤:
[0026]S1.设置与所述若干键合弓I线数量相对应的比较器，预设若干比较器中的比较值，所述比较值为脱落相应数量的键合引线时IGBT器件的栅极电压值，设置与所述若干比较器电性连接的可编程器件。
[0027]其中，设置若干比较器中的相应比较值时，可预先对IGBT器件脱落不同根数的键合引线时栅极电压的电压值进行测量。例如，当脱落I根键合引线时，对应的栅极电压为V1，则设置相应的比较器中的比较值为V1 ;同理，当脱落2根键合引线时，对应的栅极电压为V2，则设置相应的比较器中的比较值为V2。
[0028]优选地，上述步骤SI还包括:设定所述可编程器件中的判断值，所述判断值为保证IGBT器件正常运行时所需导通的键合引线的最少根数。如此设置的目的在于，使可编程器件能够根据脱落的键合引线的数量来控制IGBT器件是否停止工作。优选地，所述可编程器件可以为CPLD或FPGA。
[0029]