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基于热敏参数的IGBT模块结温工程测试方式

由来: 作家: 正式日期时间:2019-09-13 09:34:31
 IGBT器材因此其较好的任務有特点而被大多数操作于新趋势机电过程中规范器基本概念,但因此转换开关消费借喻大和任務原因的影向,偶然性会造成 蒸发器小题目,关键在于诱发结泄漏电流高。因此IGBT电有特点与靠受得了性等都前者任務结温直接相干,结温太高才能可能可能会诱发IGBT有效,是以准确提升结温对IGBT的任務激活能和靠受得了性都掌握首先意思就。这篇立于常常通过的结温各种公测策略,工作总结出是一种概括行不通并相比准确的热敏性能指标过程中各种公测策略。
 
1 经常利用的结温测试方式
因为IGBT芯片在模块外部,难以间接丈量,也不易间接打仗,国际外对IGBT芯片的结温测试方式有良多研讨,这也是最近几年来半导体器件的研讨热门与难点之一。现有的IGBT模块外部芯片的结温检测手艺可大抵分为以下三种方式:热敏参数法、热成像法和热电偶法。
 
1.1 热敏参数法
因为半导体器件外部物理参数与温度有着逐一对应的干系,是以半导体资料受温度影响的特征将会使得IGBT功率器件的任务电气特征显现枯燥变更的趋向,热敏参数法便是操纵了半导体器件电气参数随温度变更而变更的特征。在差别的工况下,IGBT芯片的结温会产生变更,使得对应的电气参数也产生变更。热敏参数法便是经由进程丈量IGBT的电气参数,从而逆向评价IGBT芯片的结温。热敏参数法测试IGBT结温时,普通有两个状况:任务状况和丈量状况。测试进程中,将IGBT从任务状况向丈量状况切换时,须要疾速的堵截大电流;转而将测试小电流加到器件上,从而获得此时的结电压来肯定呼应的结温。可是测试装备在切换的进程中会因为转换提早而致使zui初的一段时候的测试数据不精确。若是咱们不做任何处置间接利用测试数据,必然会致使zui终的结温误差较大。
 
1.2 热成像法
红外热成像仪能够或许或许全局检测IGBT晶圆的温度散布。在用红外热成像仪测试之前,须要将待测IGBT做特别处置。将IGBT模块的封装盖板翻开,刮掉晶圆外表的通明硅脂;而后须要将IGBT晶圆外表涂黑,因为如许能够或许增添辐射系数,从而进步温度测试的精确度。热成像法的长处是zui高结暖和热阻很是精确,可用于校验其余测试方式的精确性。可是须要粉碎器件,将IGBT模块拆开,特制IGBT黑模块,热成像法测试体系比拟庞杂,并且本钱高贵,在工程操纵中并未几见。
 
1.3 热电偶法
热电偶法是经由进程间接与IGBT模块的芯片打仗而获得结温的方式。热电偶法丈量时对模块具备必然的粉碎性,丈量温度仅能反映热电偶四周的温度,不能获得全部IGBT芯片的温度,并且热电偶与芯片间接打仗,也会致使丈量成果与实在结温误差较大。比拟之下,热敏参数法无需粉碎器件布局且无需附加装备,具备更好的可操纵性和合用性,须要处置的题目便是任务状况到丈量状况转换阶段的暂态噪声题目。
 
2 英飞凌IGBT的热阻测试方式
英飞凌测试IGBT热阻利用的测试装备是热瞬态测试仪T3Ster。T3Ster首要用于测试电子器件的热特征。国际固态手艺协会JEDEC在标准JESD51-1中界说了静态测试法与静态测试法。焦点思惟是经由进程转变半导体器件的输出功率,使器件产生温度变更,T3Ster能够或许或许及时收罗器件瞬态温度呼应曲线,从而获得电子器件的热特征。
 热瞬态测试界面法
热瞬态测试界面法具备很高的精确性和可反复性,经由进程这类高反复性的方式,能够或许便利地比拟各类器件的结壳热阻,并且这类方式一样合用于热界面资料的热特征表征(见图1)。
 
很是好次丈量时候接将器件间接打仗到散热器上;第二次丈量时在器件和散热器之间增加导热胶。因为两次散热途径的转变仅仅产生在器件封装壳以外,是以布局函数上两次丈量的分界处就代表了外界情况的变更对器件热阻的影响。从右侧的测试成果看出,半导体器件是不是加导热胶在zui初的一段时候里,对热阻几近不影响。在IGBT器件手册中,供给商城市基于某一个测试前提,给定IGBT的热阻zui大值。而咱们要获得的是在差别工况下,或咱们的操纵前提下IGBT的热阻。经由进程热瞬态测试界面法的阐发可知,对统一个IGBT,不管散热前提怎样变更,在zui初的某一段时候里,IGBT的热阻曲线都是重合的。在热敏参数法中由任务状况到丈量状况切换进程中会引发噪声,致使测试成果不精确,如图2所示。可是经由进程热瞬态测试界面法的阐发可知,在t0时辰的热阻不随外界情况变更而变更。是以能够或许间接从t0时辰今后起头做数据处置,数据处置实现后,间接加上
t0时辰的热阻便可。
任务状况到丈量状况切换进程中的噪声
3 基于热敏参数Vce的IGBT模块结温工程测试方式
基于Vce的IGBT模块结温工程测试方式是参考IEC60747中IGBT的结温测试方式,测试时选用的是英飞凌汽车级IGBT模块HPDrive系列FS820R08A6P2B(见图2)。
 
很是好步:肯定小丈量电流I C1 下V CE 与结温的温度系数α VCE将被测IGBT安排在加热器上,别离加热到T 1 和T 2 ,且到达热均衡。在温度T 1 ,对应丈量小电流I C1 的电压为V CE1 。在温度T 2 ,对应的电压为V CE2 。温度系数α VCE 为:
 
 
基于FS820R08A6P2B IGBT模块W相上管,对IGBT芯片和二极管芯片在小丈量电流下VCE随结温的变更曲线。
 
第二步:丈量IGBT的热阻和结温将被测IGBT牢固在壳体上。丈量IGBT壳温为T c1 。当温度T c1时,丈量电流I C1 产生的电压为V CE3 。接通开关S,大电流I C2 畅通。当到达热均衡时,壳温T C =Tc2,且V CE =V CE4 。这时候,堵截IC2 ,且紧接着丈量对应I C1 的集电极-发射极电压V CE5 。则在该刹时有:
 
在堵截加热大电流时,在肇端阶段不可防止的会遭到电子搅扰,因此使得起头时辰短时候内测得的旌旗灯号有用。从双界面法的测试成果看,在很短的一段时候里,热阻不受外界前提影响,以是咱们在初始时辰的很短一段时候里(5ms)接纳了英飞凌数据手册中的热阻测试成果(见图5)。
小丈量电流IC1下VCE随管壳温度TC
4 热成像法测试考证
为了考证上述基于热敏参数Vce的IGBT模块结温工程测试方式的精确性,咱们挑选用热成像法在不异的外界前提下考证测试成果的精确性。
 
热成像法须要定制IGBT黑模块,咱们利用的是英飞凌的黑模块,不须要再对IGBT模块做处置。测试进程中,须要先通测试电流,并监测Vce的电压,而后直注入大电流,对IGBT芯片加热,用热成像仪及时检测IGBT芯片的温度,直到IGBT芯片的温度不变(见图6)。
 
从红外热成像仪的温度散布云图中能够或许捉拿IGBT芯片zui热门的温度,由Vce的电压和加热电流能够或许计较消耗,从而获得IGBT的热阻。
 
5 论断
经由进程基于热敏参数的IGBT模块结温的工程测试方式和热成像法的测试成果可知,两种测试方式的热阻差别很是小,结温的误差量在5℃之内,能够或许知足工程操纵的须要(见图7)。
 
在前期的名目中,能够或许按照利用前提,用基于热敏参数的IGBT模块结温工程测试方式疾速、精确、昂贵的测试IGBT的热阻及结温,从而更有用更宁静的利用IGBT器件。
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