一种高开关频率下的SiC器件结温估算方法与流程

一种高开关频率下的sic器件结温估算方法
技术领域
1.本发明涉及半导体器件检测技术领域，尤其涉及一种高开关频率下的sic器件结温估算方法。


背景技术：

2.碳化硅(sic)材料具有诸多优异的特性，使得碳化硅的功率半导体器件，在大功率和高温应用环境中非常具有吸引力和应用前景。在高开关频率下，sic器件产生的热量很高，导致器件的芯片温度很高，将加速器件性能的退化，因此，快速、准确地测量sic器件在工高开关频率下的结温具有重要意义。
3.但是现有技术的sic器件结温估算方法所分析出来的数值与理论计算结果差异较大，并且操作方式复杂，实施起来困难。因而，我们提出了一种高开关频率下的sic器件结温估算方法。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种高开关频率下的sic器件结温估算方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种高开关频率下的sic器件结温估算方法，包括以下步骤：
7.s1：测算结电压：对处于高开关频率下的sic器件施加预设栅源负电压和预设源漏电流，以测量sic器件在高开关频率下的源-漏二极管结电压；
8.s2：测算导热热阻：在mcpcb上预留测温点进行sic器件结温估算，需在mcpcb上布线设计测温点，将sic器件底部热沉焊盘延伸至器件外同时在白油阻焊层上开出的窗口，该窗口即为测温点，估算出sic器件的导热热阻；
9.s3：制作测试基板：将sic器件焊接在铝基板上作为实验板，然后进行实验，实验完成后，将实验数据与s1中的源-漏二极管结电压数值构建线性关系式；
10.s4：数值模拟构建：为了验证在mcpcb上预留测温点进行sic器件结温估算方法的可行性，在热分析软件icepak中建立了测量实验的三维模型，并对模型进行网格划分。
11.作为本发明的进一步改进方案，所述s3的实验方式为：先通电10-15min，待热平衡后使用热电偶温度计测量测温点的温度。
12.作为本发明的进一步改进方案，所述s4的模型主要由测试基板和测试器件组成，对模型的边界条件设置为：测试基板采用简化模型，根据基板多层结构将基板设置为各向异性导热体。
13.作为本发明的进一步改进方案，所述s2中实际线路板上每个sic器件的测温点的测量温度因位置及散热条件不同会有差异，通常先分析出温度可能最高的一个点，取该点测量温度来计算sic器件的结温。
14.作为本发明的进一步改进方案，所述s1中sic器件的源-漏二极管结电压不随测试时间变化而变化，且sic器件的源-漏二极管结电压的大小与预设栅源负电压的大小无关。
15.作为本发明的进一步改进方案，所述s1中sic器件由于材料工艺不同，其允许的最大频率下结温有一定的差别，在估算sic器件结温是否超过结温极限值时，需依具体情况对照各个sic器件参数进行判别。
16.通过采用上述技术方案，
17.本发明的有益效果为：
18.1、本发明通过数值模拟采用热模拟软件对sic器件的详细结构进行建模，通过建模模型能真实反映在高开关频率下sic器件温度分布；
19.2、利用在mcpcb上预留测温点进行sic器件结温估算的方法，计算得到sic器件结区温度与模拟结果的相对误差较小，表明本文方法能较准确地估算结温，并且操作方式简单，方便实施。
附图说明
20.图1为本发明提出的一种高开关频率下的sic器件结温估算方法的结构示意图；
具体实施方式
21.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。
22.实施例1，参照图1，一种高开关频率下的sic器件结温估算方法，包括以下步骤：
23.s1：对处于高开关频率下的sic器件施加预设栅源负电压和预设源漏电流，以测量sic器件在高开关频率下的源-漏二极管结电压；
24.s1中sic器件的源-漏二极管结电压不随测试时间变化而变化，且sic器件的源-漏二极管结电压的大小与预设栅源负电压的大小无关；
25.s1中sic器件由于材料工艺不同，其允许的最大频率下结温有一定的差别，在估算sic器件结温是否超过结温极限值时，需依具体情况对照各个sic器件参数进行判别；
26.s2：在mcpcb上预留测温点进行sic器件结温估算，需在mcpcb上布线设计测温点，将sic器件底部热沉焊盘延伸至器件外同时在白油阻焊层上开出的窗口，该窗口即为测温点，估算出sic器件的导热热阻；
27.s2中实际线路板上每个sic器件的测温点的测量温度因位置及散热条件不同会有差异，通常先分析出温度可能最高的一个点，取该点测量温度来计算sic器件的结温；
28.本实施例利用在mcpcb上预留测温点进行sic器件结温估算的方法，计算得到sic器件结区温度与模拟结果的相对误差较小，表明本文方法能较准确地估算结温，并且操作方式简单，方便实施。
29.实施例2，参照图1，本实施例是在实施例1的基础上进行优化，具体是：一种高开关频率下的sic器件结温估算方法，还包括以下步骤：
30.s3：制作测试基板，将sic器件焊接在铝基板上作为实验板，然后进行实验，实验完成后，将实验数据与s1中的源-漏二极管结电压数值构建线性关系式；
31.s3的实验方式为：先通电10-15min，待热平衡后使用热电偶温度计测量测温点的温度；
32.s4：为了验证在mcpcb上预留测温点进行sic器件结温估算方法的可行性，在热分
析软件icepak中建立了测量实验的三维模型，并对模型进行网格划分；
33.s4的模型主要由测试基板和测试器件组成，对模型的边界条件设置为：测试基板采用简化模型，根据基板多层结构将基板设置为各向异性导热体；
34.本实施例通过数值模拟采用热模拟软件对sic器件的详细结构进行建模，通过建模模型能真实反映在高开关频率下sic器件温度分布。
35.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种高开关频率下的sic器件结温估算方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：测算结电压：对处于高开关频率下的sic器件施加预设栅源负电压和预设源漏电流，以测量sic器件在高开关频率下的源-漏二极管结电压；s2：测算导热热阻：在mcpcb上预留测温点进行sic器件结温估算，需在mcpcb上布线设计测温点，将sic器件底部热沉焊盘延伸至器件外同时在白油阻焊层上开出的窗口，该窗口即为测温点，估算出sic器件的导热热阻；s3：制作测试基板：将sic器件焊接在铝基板上作为实验板，然后进行实验，实验完成后，将实验数据与s1中的源-漏二极管结电压数值构建线性关系式；s4：数值模拟构建：为了验证在mcpcb上预留测温点进行sic器件结温估算方法的可行性，在热分析软件icepak中建立了测量实验的三维模型，并对模型进行网格划分。2.根据权利要求1所述的一种高开关频率下的sic器件结温估算方法，其特征在于，所述s3的实验方式为：先通电10-15min，待热平衡后使用热电偶温度计测量测温点的温度。3.根据权利要求1所述的一种高开关频率下的sic器件结温估算方法，其特征在于，所述s4的模型主要由测试基板和测试器件组成，对模型的边界条件设置为：测试基板采用简化模型，根据基板多层结构将基板设置为各向异性导热体。4.根据权利要求1所述的一种高开关频率下的sic器件结温估算方法，其特征在于，所述s2中实际线路板上每个sic器件的测温点的测量温度因位置及散热条件不同会有差异，通常先分析出温度可能最高的一个点，取该点测量温度来计算sic器件的结温。5.根据权利要求1所述的一种高开关频率下的sic器件结温估算方法，其特征在于，所述s1中sic器件的源-漏二极管结电压不随测试时间变化而变化，且sic器件的源-漏二极管结电压的大小与预设栅源负电压的大小无关。6.根据权利要求1所述的一种高开关频率下的sic器件结温估算方法，其特征在于，所述s1中sic器件由于材料工艺不同，其允许的最大频率下结温有一定的差别，在估算sic器件结温是否超过结温极限值时，需依具体情况对照各个sic器件参数进行判别。

技术总结
本发明公开了一种高开关频率下的SiC器件结温估算方法，涉及半导体器件检测技术领域，针对现有技术的SiC器件结温估算方法所分析出来的数值与理论计算结果差异较大的问题，现提出如下方案，其包括以下步骤：S1：测算结电压；S2：测算导热热阻；S3：制作测试基板；S4：数值模拟构建：在热分析软件ICEPAK中建立了测量实验的三维模型，并对模型进行网格划分。本发明通过数值模拟采用热模拟软件对SiC器件的详细结构进行建模，通过建模模型能真实反映在高开关频率下SiC器件温度分布；利用在MCPCB上预留测温点进行SiC器件结温估算的方法，计算得到SiC器件结区温度与模拟结果的相对误差较小，表明本文方法能较准确地估算结温，并且操作方式简单，方便实施。方便实施。方便实施。


技术研发人员：周铭浩
受保护的技术使用者：宿迁苏哈新能源科技有限公司
技术研发日：2022.09.01
技术公布日：2022/12/1