熱阻測量方法及熱阻測量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及熱阻測量方法及熱阻測量裝置。目的在于提高熱阻測量的精度。在熱阻測量方法中，基于半導(dǎo)體元件中流過不會(huì)導(dǎo)致其發(fā)熱的程度的固定電流時(shí)的第1電極與第2電極之間的不發(fā)熱時(shí)電壓的溫度系數(shù)，來測量對應(yīng)于第1電極與第2電極之間施加的電壓而有電流從第3電極流向第2電極的半導(dǎo)體元件的元件溫度(步驟S2、S5)。此外，在熱阻測量方法中，使半導(dǎo)體元件的第1電極與第2電極之間施加的電壓固定，第3電極中流過會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體元件發(fā)熱的固定電流，基于會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體元件發(fā)熱的電流、半導(dǎo)體元件發(fā)熱時(shí)的第3電極與第2電極之間的發(fā)熱時(shí)電壓來測量功率(步驟S3、S4)。
【專利說明】
熱阻測量方法及熱阻測量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]涉及熱阻測量方法及熱阻測量裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在內(nèi)置有半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體裝置中，測量熱阻以便測量該半導(dǎo)體裝置的散熱能力。
在半導(dǎo)體元件例如為場效應(yīng)晶體管(M0SFET:金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)時(shí)的半導(dǎo)體裝置的熱阻測量中，利用如下方法:控制柵極電壓以使半導(dǎo)體元件的功率固定來進(jìn)行測量的Λ Vgs法(例如，參照專利文獻(xiàn)I)、使半導(dǎo)體元件的柵極電壓固定來進(jìn)行測量的Δ Vds法(例如，參照專利文獻(xiàn)2)等。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
[0003]專利文獻(xiàn)1:日本專利特開2012-145354號公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本專利特開平11-211786號公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0004]然而，利用Λ Vgs法來測量熱阻值的情況下，尤其對于溝道電阻較大的MOSFET而言，存在如下問題:發(fā)熱的MOSFET內(nèi)的發(fā)熱分布呈局部性，需要將MOSFET的尺寸估計(jì)得較小，無法適當(dāng)?shù)販y量熱阻。
[0005]此外，利用Λ Vds法來測量熱阻的情況下，尤其對于導(dǎo)通電壓較小的MOSFET而言，存在如下問題:溫度系數(shù)的精度不佳、無法適當(dāng)?shù)販y量熱阻。
本發(fā)明是鑒于上述方面而完成的，其目的在于提供提高熱阻測量精度的熱阻測量方法及熱阻測量裝置。
解決技術(shù)問題的手段
[0006]本發(fā)明中為了解決上述問題，提供一種熱阻測量方法，其包括:對收納有半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體裝置的外包裝溫度進(jìn)行測量的步驟，在該半導(dǎo)體元件中根據(jù)第I電極與第2電極之間施加的電壓而有電流從第3電極流向第2電極；計(jì)算出所述半導(dǎo)體元件的元件溫度的步驟，在該步驟中，使不會(huì)導(dǎo)致所述半導(dǎo)體元件發(fā)熱的程度的固定電流流過所述半導(dǎo)體元件，對被控制成使所述半導(dǎo)體元件的所述第3電極與所述第2電極之間的第I電壓固定的所述半導(dǎo)體元件的所述第I電極與所述第2電極之間的第2電壓進(jìn)行測量，基于所述第2電壓以及與所述第2電壓相關(guān)的溫度系數(shù)，來計(jì)算出所述半導(dǎo)體元件的元件溫度；使施加在所述半導(dǎo)體元件的所述第I電極與所述第2電極之間的第3電壓固定、并使所述第3電極與所述第2電極之間流過會(huì)導(dǎo)致所述半導(dǎo)體元件發(fā)熱的固定電流的步驟；計(jì)算出功率的步驟，在該步驟中，基于會(huì)導(dǎo)致所述半導(dǎo)體元件發(fā)熱的所述電流、所述半導(dǎo)體元件發(fā)熱時(shí)的所述第3電極與所述第2電極之間的第4電壓，來計(jì)算出功率；計(jì)算出半導(dǎo)體元件的元件溫度的步驟，在該步驟中，使不會(huì)導(dǎo)致所述半導(dǎo)體元件發(fā)熱的程度的固定電流流過所述半導(dǎo)體元件，對被控制成使所述半導(dǎo)體元件的所述第3電極與所述第2電極之間的第I電壓固定的所述半導(dǎo)體元件的所述第I電極與所述第2電極之間的第5電壓進(jìn)行測量，基于所述第5電壓以及與所述第5電壓相關(guān)的溫度系數(shù)，來計(jì)算出所述半導(dǎo)體元件的元件溫度；對所述半導(dǎo)體元件發(fā)熱后的所述外包裝溫度進(jìn)行測量的步驟；以及計(jì)算出所述半導(dǎo)體元件的熱阻值的步驟，在該步驟中，基于所述半導(dǎo)體元件發(fā)熱前后的所述外包裝溫度的變化量、所述元件溫度的變化量、以及所述功率，來計(jì)算出所述半導(dǎo)體元件的熱阻值。
[0007]此外，提供執(zhí)行上述熱阻測量方法的熱阻測量裝置。
發(fā)明效果
[0008]若是這種熱阻測量方法和熱阻測量裝置，則能高精度地測量熱阻。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是表示實(shí)施方式I所涉及的熱阻測量方法的流程圖。
圖2是表示實(shí)施方式I所涉及的根據(jù)時(shí)間而變化的電壓及電流的圖。
圖3是表示實(shí)施方式2所涉及的熱阻測量裝置的硬件結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例的圖。
圖4是表示實(shí)施方式2所涉及的被測量模塊的圖。
圖5是示出表示實(shí)施方式2所涉及的熱阻測量裝置所具備的功能的功能塊的一個(gè)示例的圖。
圖6是表示實(shí)施方式2所涉及的分別進(jìn)行Λ Vgs法及Λ Vds法的測量電路的結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例的圖。
圖7是表示實(shí)施方式2所涉及的熱阻測量裝置所執(zhí)行的熱阻測量處理的流程圖。
圖8是表示實(shí)施方式2所涉及的熱阻測量裝置所執(zhí)行的熱阻測量處理的細(xì)節(jié)的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0010]下面，參照附圖對實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[實(shí)施方式I]
在實(shí)施方式I的熱阻測量方法中，首選測量收納有半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體裝置的外包裝溫度，該半導(dǎo)體元件中，根據(jù)對第I電極與第2電極之間施加的電壓，有電流從第3電極流向第2電極。接著，使不會(huì)導(dǎo)致該半導(dǎo)體元件發(fā)熱的程度的固定電流流過該半導(dǎo)體元件，對該半導(dǎo)體元件的第I電極與第2電極之間的第2電壓進(jìn)行控制，使得該半導(dǎo)體元件的第3電極與第2電極之間的第I電壓固定，并且基于第I電極與第2電極之間的第2電壓的溫度系數(shù)來測量半導(dǎo)體元件的元件溫度。
[0011]接下來，使半導(dǎo)體元件的第3電壓固定，使第3電極流過會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體元件發(fā)熱的固定電流，測量半導(dǎo)體元件發(fā)熱時(shí)的第3電極與第2電極之間的功率。從而，基于半導(dǎo)體元件發(fā)熱前后的外包裝溫度及元件溫度各自的變化量、以及該功率，來計(jì)算出熱阻值。
[0012]利用圖1及圖2對這種熱阻測量方法進(jìn)行說明。
圖1是表示實(shí)施方式I所涉及的熱阻測量方法的流程圖。
圖2是表示實(shí)施方式I所涉及的根據(jù)時(shí)間變化的電壓及電流的圖，圖2(A)表示利用Δ Vgs法的情況，圖2 (B)表示利用Λ Vds法的情況，圖2 (C)表示利用實(shí)施方式I所涉及的熱阻測量方法的情況。此外，在圖2中，Vgs表示柵極-源極電極間的電壓根據(jù)時(shí)間的變化，Id表示漏極電流根據(jù)時(shí)間的變化，Vds表示漏極-源極電極間的電壓根據(jù)時(shí)間的變化。
[0013]作為熱阻值測量對象的半導(dǎo)體裝置收納有半導(dǎo)體元件，該半導(dǎo)體元件中因施加于第I電極的電壓，而有電流從第3電極流向第2電極。例如，半導(dǎo)體元件為MOSFET的情況下，第I電極對應(yīng)于柵極電極，第2電極對應(yīng)于源極電極，第3電極對應(yīng)于漏極電極，半導(dǎo)體元件為絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的情況下，第I電極對應(yīng)于柵極電極，第2電極對應(yīng)于發(fā)射極電極，第3電極對應(yīng)于集電極電極。
[0014]下面，以MOSFET用作半導(dǎo)體元件的情況為一個(gè)示例進(jìn)行說明。
首先，在收納有這種半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體裝置中，用圖2(A)對僅利用Λ Vgs法的情況下的熱阻測量方法進(jìn)行說明。
[0015]另外，在Λ Vgs法中使半導(dǎo)體元件的漏極-源極電極間的Vds成為固定(VH)。
對半導(dǎo)體元件不發(fā)熱的狀態(tài)下的半導(dǎo)體裝置的外包裝溫度(TcO)進(jìn)行測量。可利用熱電偶或紅外線相機(jī)等來測量半導(dǎo)體裝置的外包裝溫度。
[0016]將半導(dǎo)體元件通電使其流過不會(huì)導(dǎo)致該半導(dǎo)體元件發(fā)熱的程度的微小固定電流(Im)，測量此時(shí)的柵極-源極電極間的Vgs，基于所測量的Vgs( = VmO)和溫度系數(shù)(K)，來計(jì)算出半導(dǎo)體元件的元件溫度(TjO)。另外，預(yù)先測量并計(jì)算出溫度系數(shù)(K)，溫度系數(shù)(K)表示Vgs相對于半導(dǎo)體元件的溫度變化的變化率。
[0017]接下來，將半導(dǎo)體元件通電使其流過固定的Id( = IH)，從而使半導(dǎo)體元件動(dòng)作和發(fā)熱。將Vgs控制成使得Vds成為固定(Va)，并計(jì)算出功率PH( = IHXVa)。
[0018]使半導(dǎo)體元件發(fā)熱后，使流過半導(dǎo)體元件的Id再次成為微小固定電流(Im)，基于半導(dǎo)體裝置的外包裝溫度(Tcl)和溫度系數(shù)(K)(此時(shí)的Vgs為Vml)，來測量半導(dǎo)體元件的兀件溫度(Tjl)。
[0019]此處，一般能通過下式(I)計(jì)算出熱阻值(Rth)。
Rth(j-c)
={ Λ Tj ( = Tjl-TjO)-Λ Tc ( = Tcl-TcO)}/PH...(I)
通過將上述那樣測量的外包裝溫度(TcO、Tcl)、元件溫度(TjO、Tjl)以及功率(PH)輸入到式(I)，從而能計(jì)算出利用Λ Vgs法的熱阻值(Rth)。
[0020]然而，利用Λ Vgs法來測量含有半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體裝置的熱阻值的情況下，尤其對于溝道電阻較大的半導(dǎo)體元件而言，流過溝道電流的溝道區(qū)域的溫度比其它部分上升較多。因此，半導(dǎo)體元件內(nèi)的溫度分布呈局部性，發(fā)熱時(shí)電流的溫度特性成為正溫度特性，因此，無法適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行熱阻測定。而且，若半導(dǎo)體元件內(nèi)的溫度分布呈局部性，則在并聯(lián)配置多排半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體裝置中，半導(dǎo)體元件間的發(fā)熱溫度變得不均等，此時(shí)也無法適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行熱阻測量。
[0021]接下來，在收納有這種半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體裝置中，用圖2(B)對代替Λ Vgs法而僅利用Λ Vds法的情況下的熱阻測量方法進(jìn)行說明。
另外,在Λ Vds法中使半導(dǎo)體元件的柵極-源極電極間的Vgs成為固定(Bgs)。
[0022]在Λ Vds法中，與Δ Vgs法的情況相同地，也在半導(dǎo)體元件不發(fā)熱的狀態(tài)下對半導(dǎo)體裝置的外包裝溫度(TcO)進(jìn)行測量。此外，在Λ Vds法中，對與不會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體元件發(fā)熱的程度的微小固定電流(Im)相應(yīng)的源極-漏極電極間的Vds進(jìn)行測量，基于所測量的Vds ( = VmO)和溫度系數(shù)(K)，來計(jì)算出半導(dǎo)體元件的元件溫度(TjO)。另外，也預(yù)先測量并計(jì)算出該情況下的溫度系數(shù)(K)。
[0023]接下來，將半導(dǎo)體元件通電使其流過固定的Id( = IH)，從而使半導(dǎo)體元件動(dòng)作和發(fā)熱。此時(shí)，測量出與半導(dǎo)體元件的特性相應(yīng)地變化的Vds( = VH)，計(jì)算出半導(dǎo)體元件發(fā)熱時(shí)的功率PH ( = IHX VH)。
[0024]使半導(dǎo)體元件發(fā)熱后，使流過半導(dǎo)體元件的Id再次成為Im，測量半導(dǎo)體裝置的外包裝溫度(Tcl)，基于所測量的Vds ( = Vml)和溫度系數(shù)(K)，來測量半導(dǎo)體元件的元件溫度(Tjl)。
[0025]在Λ Vds法中，也通過將上述那樣測量的外包裝溫度、元件溫度和功率輸入到上述式(I)，從而能計(jì)算出熱阻值(Rth)。
然而，利用Λ Vds法來測量半導(dǎo)體元件的熱阻值(Rth)的情況下，尤其對于導(dǎo)通電壓較小的半導(dǎo)體元件而言，所計(jì)算的溫度系數(shù)(K)的精度變得非常低。因此，無法基于該溫度系數(shù)(K)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒嶙铚y定。
[0026]于是，利用圖1所示步驟和圖2(C)所示電壓-電流來進(jìn)行實(shí)施方式I所涉及的熱阻測定方法。
首先，在半導(dǎo)體元件發(fā)熱前，對收納有半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體裝置的外包裝溫度(TcO)進(jìn)行測量(步驟SI)。
[0027]將半導(dǎo)體元件通電使其流過不會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱的程度的微小固定電流(=Im)，對被控制成使半導(dǎo)體元件的漏極電極(第3電極)和源極電極(第2電極)間的第I電壓固定的半導(dǎo)體元件的柵極電極(第I電極)和源極電極(第2電極)間的第2電壓進(jìn)行測量?；谠摰?電壓和與第2電壓相關(guān)的溫度系數(shù)，來計(jì)算出半導(dǎo)體元件的元件溫度(TjO)(步驟 S2)。
[0028]S卩，在步驟S2中，利用Λ Vgs法來計(jì)算出半導(dǎo)體元件的元件溫度(TjO)。另外，表示第2電壓相對于此時(shí)的溫度變化的變化率的溫度系數(shù)(K)是預(yù)先計(jì)算出的。
[0029]使半導(dǎo)體元件的柵極電極(第I電極)和源極電極(第2電極)之間施加的第3電壓固定，在漏極電極(第3電極)和源極電極(第2電極)之間流過會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體元件發(fā)熱的固定電流(IH)(步驟S3)。
[0030]即，在步驟S3中，從Δ Vgs法進(jìn)行切換，利用Λ Vds法使半導(dǎo)體元件通電而使該半導(dǎo)體元件發(fā)熱。
在這樣發(fā)熱的半導(dǎo)體元件中，基于會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體元件發(fā)熱的固定電流(IH)、半導(dǎo)體元件發(fā)熱時(shí)的漏極電極(第3電極)及源極電極(第2電極)之間的第4電壓(VH)，來測量功率(PH = IHX VH)(步驟 S4)。
[0031]測量功率之后，將會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體元件發(fā)熱的流過漏極電極(第3電極)的電流變?yōu)椴粫?huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體元件發(fā)熱的程度的微小固定電流(Im)，再次利用Λ Vgs法計(jì)算出元件溫度(Tjl)，測量半導(dǎo)體元件發(fā)熱后的外包裝溫度(Tcl)(步驟S5、S6)。
[0032]最后，基于半導(dǎo)體元件發(fā)熱前后的外包裝溫度的變化量(Λ Tc = Tcl-TcO)和元件溫度的變化量(Λ Tj = Tjl-TjO)、以及功率(PH)，來計(jì)算出半導(dǎo)體裝置的熱阻值(Rth)(步驟S7)。
[0033]在這種熱阻測量方法中，基于半導(dǎo)體元件流過不會(huì)導(dǎo)致其發(fā)熱的程度的固定電流時(shí)的第I電極與第2電極之間的不發(fā)熱時(shí)電壓的溫度系數(shù)，來測量對應(yīng)于第I電極與第2電極之間施加的電壓而有電流從第3電極流向第2電極的半導(dǎo)體元件的元件溫度。在這種Λ Vgs法中，表示不發(fā)熱時(shí)電壓相對于溫度變化的變化量的溫度系數(shù)的精度提高，根據(jù)半導(dǎo)體元件發(fā)熱前后的不發(fā)熱時(shí)電壓的變化量得到的Λ Tj的精度提高。
[0034]此外，在這種熱阻測量方法中，使半導(dǎo)體元件的第I電極與第2電極之間施加的電壓固定，第3電極與第2電極之間流過會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體元件發(fā)熱的固定電流，基于會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體元件發(fā)熱的電流、半導(dǎo)體元件發(fā)熱時(shí)的第3電極與第2電極之間的發(fā)熱時(shí)電壓來測量功率。若利用這種Λ Vds法使半導(dǎo)體元件發(fā)熱，則作為半導(dǎo)體元件內(nèi)溫度分布呈局部性的原因的溝道電流的增加被抑制，且半導(dǎo)體元件內(nèi)整體上溫度發(fā)生變化，不需要將半導(dǎo)體元件的尺寸估計(jì)得較小。此外，并聯(lián)配置多排半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體裝置的發(fā)熱分布的偏差能得到抑制。
[0035]因而，能利用上述熱阻測量方法高精度地測量半導(dǎo)體裝置的熱阻。此外，不需要增加不必要的設(shè)計(jì)余量，能進(jìn)行最合適的設(shè)計(jì)。
[0036][實(shí)施方式2]
在實(shí)施方式2中，更具體地說明上述實(shí)施方式I。
首先，利用圖3對實(shí)施方式2所涉及的熱阻測量裝置的硬件結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例進(jìn)行說明。
[0037]圖3是表示實(shí)施方式2所涉及的熱阻測量裝置的硬件結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例的圖。 熱阻測量裝置200對測量對象即被測量模塊100的熱阻值進(jìn)行測量。
[0038]被測量模塊100是例如包含MOSFET或IGBT等開關(guān)元件的、作為熱阻測量對象的模塊(半導(dǎo)體裝置)。對于被測量模塊100的具體示例，在下面的圖4中進(jìn)行說明。
[0039]例如，如圖3所示,熱阻測量裝置200包括控制單元210、顯示單元220、輸入單元230及測量單元300。
進(jìn)一步地，控制單元210包括CPU (中央處理單元:中央處理裝置)210a、RAM (隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)210b、HDD (硬盤驅(qū)動(dòng)器)210c、圖形處理部210d、輸入輸出接口 210e。這些各部分通過總線210f相互連接。
[0040]CPU210a通過執(zhí)行HDD210c等存儲(chǔ)介質(zhì)中所存儲(chǔ)的各種程序來統(tǒng)一地控制該計(jì)算機(jī)整體。
RAM210b臨時(shí)存儲(chǔ)由CPU210a執(zhí)行的程序的至少一部分以及該程序的處理所需的各種數(shù)據(jù)。
[0041]HDD210C存儲(chǔ)由CPU210a執(zhí)行的程序以及其執(zhí)行所需的各種數(shù)據(jù)等。
圖形處理部210d與下述顯示單元220相連接。該圖形處理部210d根據(jù)來自CPU210a的命令，在顯示單元220的顯示畫面上顯示圖像。
[0042]輸入輸出接口 210e與下述輸入單元230及測量單元300相連接。輸入輸出單元210e將來自輸入單元230的輸入信號經(jīng)由總線210f發(fā)送到CPU210a。此外，輸入輸出接口210e將來自CPU210a的測量控制信號經(jīng)由總線210f通知給測量單元300，對被測量模塊100執(zhí)行測量。此外，輸入輸出單元210e將來自測量單元300的表示測量結(jié)果的信號經(jīng)由總線210f發(fā)送到CPU210a。
[0043]此外，顯示單元220是顯示器、監(jiān)視器等顯示裝置，基于來自CPU210a的圖像信息，能顯示例如被測量模塊100的熱阻值的測量結(jié)果等。
[0044]輸入單元230是鍵盤、鼠標(biāo)等輸入裝置，通過來自用戶的操作輸入來接受測量條件的設(shè)定、處理執(zhí)行要求等輸入信息，并通知給CPU210a。
[0045]測量單元300包括測量被測量模塊100的熱阻值所需的用于測量半導(dǎo)體元件的元件溫度、被測量模塊100的外包裝溫度等的單元。對于測量單元300的細(xì)節(jié)，利用下述圖5進(jìn)行說明。
[0046]接著，利用圖4對被測量模塊100的細(xì)節(jié)進(jìn)行說明。
圖4是表示實(shí)施方式2所涉及的被測量模塊的圖。
另外，圖4(A)表示被測量模塊100的剖面示意圖，圖4(B)表示被測量模塊100所具備的M0SFET110的電路結(jié)構(gòu)。
[0047]被測量模塊100中，MOSFET110通過焊層130配置在電路基板120上，MOSFET110包括分別與柵極電極、源極電極、漏極電極相連接的柵極端子111、源極端子112、漏極端子113(圖 4(B))。
[0048]MOSFET110主要由碳化硅(或硅)構(gòu)成,其結(jié)構(gòu)上內(nèi)置有二極管。
電路基板120由絕緣基板120a、形成于絕緣基板120a的表面和背面上的銅圖案120b、120c構(gòu)成。
[0049]進(jìn)一步地，在被測量模塊100中，這種配置有M0SFET110的電路基板120通過焊層140配置在被測量模塊100的外包裝上即例如由銅構(gòu)成的基板150上。
[0050]另外，在這種被測量模塊100中，在M0SFET110的表面的P點(diǎn)測量M0SFET110的元件溫度，在基板150的背面的Q點(diǎn)測量被測量模塊100的外包裝溫度。
[0051]接著，利用圖5對實(shí)施方式2所涉及的熱阻測量裝置所具備的功能的一個(gè)示例進(jìn)行說明。
圖5是示出表示實(shí)施方式2所涉及的熱阻測量裝置所具備的功能的功能塊的一個(gè)示例的圖。
[0052]熱阻測量裝置200所具備的控制單元210至少包括信息保存部211、測量控制部
212、測量值獲取部213、計(jì)算部214。
信息保存部211對由測量單元300所測量出的被測量模塊100的測量值和下述計(jì)算部214所計(jì)算出的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行保存。此外，信息保存部211保存有溫度系數(shù)(K)的信息，溫度系數(shù)(K)表示柵極-源極電極間電壓相對于被測量模塊100的M0SFET110的溫度變化的變化率。
[0053]測量控制部212控制測量單元300對被測量模塊100所進(jìn)行的測量。測量控制部212使測量單元300利用Λ Vgs法測量被測量模塊100的元件溫度，利用Λ Vds法使被測量模塊100流過會(huì)導(dǎo)致M0SFET110發(fā)熱的電流從而測量此時(shí)的電壓及電流。測量控制部212使測量單元300利用外包裝溫度測量部310測量被測量模塊100的外包裝溫度。
[0054]測量值獲取部213從測量單元300接收測量單元300測量得到的被測量模塊100的元件溫度、外包裝溫度、電流、電壓等測量值，將接收到的測量值保存在信息保存部211中。
[0055]計(jì)算部214基于信息保存部211保存的測量值，將電壓除以溫度系數(shù)來計(jì)算出元件溫度，將電壓和電流相乘來計(jì)算出功率，將元件溫度的變化量和外包裝溫度的變化量之差除以功率來計(jì)算出熱阻值。
[0056]另外，關(guān)于控制單元210的至少測量控制部212、測量值獲取部213、計(jì)算部214，例如通過由控制單元210所具備的CPU210a執(zhí)行規(guī)定程序、或者由執(zhí)行各處理的電路、裝置等構(gòu)成，來實(shí)現(xiàn)其處理功能。
[0057]此外，測量單元300包括外包裝溫度測量部310、測量切換電路320、Λ Vgs測量電路330 (第I測量部)、Λ Vds測量電路340 (第2測量部)。
外包裝溫度測量部310是對被測量模塊100的Q點(diǎn)(參照圖4Α)的溫度進(jìn)行測量的熱電偶、紅外線相機(jī)等溫度測量裝置。
[0058]測量切換電路320由使用任意元件等的電路來構(gòu)成，基于來自測量控制部212的控制信號，將被測量模塊100與Δ Vgs測量電路330、Λ Vds測量電路340中的任一方進(jìn)行連接切換，以執(zhí)行測量。
[0059]Δ Vgs測量電路330由使用任意元件等的電路來構(gòu)成,利用Λ Vgs法對被測量模塊100的M0SFET110的柵極-源極電極間的電壓進(jìn)行測量。
[0060]Δ Vds測量電路340由使用任意元件等的電路來構(gòu)成，利用Λ Vds法，使會(huì)導(dǎo)致被測量模塊100的MOSFET110發(fā)熱的電流流過該MOSFET110，并測量此時(shí)MOSFET110的電壓及電流。
[0061]接著，利用圖6對Λ Vgs測量電路330、Λ Vds測量電路340的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。 圖6是表示實(shí)施方式2所涉及的分別進(jìn)行Λ Vgs法及Λ Vds法的測量電路的結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例的圖。
[0062]另外，圖6 (A)表示利用Λ Vgs法進(jìn)行測量的Λ Vgs測量電路330，圖6⑶表示利用Λ Vds法進(jìn)行測量的Λ Vds測量電路340。
如圖6 (A)所示，Δ Vgs測量電路330包括分別與M0SFET110的柵極端子111、源極端子112、漏極端子113(參照圖4(B))相連接的柵極端子331、源極端子332、漏極端子333。
[0063]在源極端子332與漏極端子333之間、在M0SFET110的源極電極與漏極電極之間，具有向M0SFET110提供電流的恒流源334和用于施加固定電壓的電源335。
[0064]此外，Λ Vgs測量電路330具有比較器336，該比較器336設(shè)置在源極端子332與漏極端子333之間，且根據(jù)來自M0SFET110的源極電極、漏極電極的信號，向柵極端子331施加電壓使得對柵極電極而言成為規(guī)定電壓值。
[0065]而且，Λ Vgs測量電路330具有電壓表337，該電壓表337設(shè)置在柵極端子331與源極端子332之間，且對M0SFET110的柵極電極與源極電極之間的電壓進(jìn)行測量。
[0066]另一方面，如圖6(B)所示，Δ Vds測量電路340包括分別與M0SFET110的柵極端子111、源極端子112、漏極端子113相連接的柵極端子341、源極端子342、漏極端子343。
[0067]Δ Vds測量電路340在漏極端子343與源極端子342之間具有在M0SFET110的漏極電極-源極電極之間提供用于使M0SFET110發(fā)熱的電流的恒流源344、和測量M0SFET110的漏極電極-源極電極之間的電壓的電壓表345。
[0068]而且，Λ Vds測量電路340具有電源346，該電源346設(shè)置在柵極端子341與源極端子342之間，且對M0SFET110的柵極電極-源極電極之間施加固定電壓。
[0069]接著，利用圖7對由具備這種結(jié)構(gòu)的熱阻測量裝置200執(zhí)行的被測量模塊100的熱阻測量方法進(jìn)行說明。 圖7是表示實(shí)施方式2所涉及的熱阻測量裝置所執(zhí)行的熱阻測量處理的流程圖。
[0070]另外，溫度系數(shù)(K)是在圖7所示流程圖的處理執(zhí)行之前預(yù)先計(jì)算出的。例如，下述那樣計(jì)算出這種溫度系數(shù)(K)。
Δ Vgs測量電路330施加電壓使得M0SFET110的源極-漏極電極間的電壓(Vds)成為20V，并使不會(huì)導(dǎo)致M0SFET110發(fā)熱的程度的固定電流Im(例如，10mA)流過(參照圖6(A))。
[0071]Δ Vgs測量電路330在這種狀態(tài)下，改變柵極-源極電極間的電壓(VgS)，測量與對應(yīng)溫度相關(guān)的電壓(Vgs)。另外，在圖6(A)中省略溫度測量裝置的記載。測量值獲取部213從Δ Vgs測量電路330獲取與各電壓(Vgs)相關(guān)的溫度信息，并分別保存到信息保存部211中。計(jì)算部214基于信息保存部211所保存的這種電壓(Vgs)以及與該電壓(Vgs)對應(yīng)的溫度的信息，通過電壓(Vgs)變化量除以溫度變化量，從而能計(jì)算出溫度系數(shù)(K)。這樣得到的溫度系數(shù)(K)由信息保存部211所保存。
[0072]在完成這種事前準(zhǔn)備的熱阻測量裝置200中，被測量模塊100設(shè)置在規(guī)定位置，接受用戶對于輸入單元230的測量開始的操作輸入。于是，在熱阻測量裝置200中，控制單元210執(zhí)行將信息保存部211保存的信息適當(dāng)清除等初始設(shè)定，開始進(jìn)行以下處理。
[0073][步驟S10]控制單元210的測量控制部212向測量切換電路320通知利用ΛVgs法的測量要求信號。
若向測量切換電路320通知了這種信號，則測量切換電路320將被測量模塊100與Δ Vgs測量電路330 (圖6(A))相連接，對利用Λ Vgs方法的測量進(jìn)行設(shè)定。
[0074][步驟S20]控制單元210的計(jì)算部214基于ΛVgs測量電路330所測量出的MOSFET110的柵極-源極電極間的電壓(Vgs = VmO)和溫度系數(shù)(K)，計(jì)算出M0SFET110的P點(diǎn)處的溫度(TjO)。
[0075]另外，控制單元210的計(jì)算部214將計(jì)算出的溫度(TjO)保存在信息保存部211中。
此外，對于步驟S20的處理細(xì)節(jié)，將在下面闡述。
[0076][步驟S30]控制單元210的測量控制部212向外包裝溫度測量部310通知對被測量模塊100的Q點(diǎn)的溫度(TcO)進(jìn)行測量的測量要求。
外包裝溫度測量部310對被測量模塊100的Q點(diǎn)的溫度(TcO)進(jìn)行測量，將所測量出的溫度(TcO)通知給控制單元210的測量值獲取部213。
[0077]測量值獲取部213將被通知的溫度(TcO)的信息保存在信息保存部211中。
另外，只要在下述步驟S40之前進(jìn)行步驟S30的處理，則步驟S30的處理順序可以是任意時(shí)刻。
[0078][步驟S40]控制單元210的測量控制部212向測量切換電路320通知利用ΛVds法的測量要求信號。
若向測量切換電路320通知這種信號，則測量切換電路320將被測量模塊100從與Δ Vgs測量電路330進(jìn)行連接切換成與Λ Vds測量電路340進(jìn)行連接(圖6 (B))。
[0079][步驟S50]Δ Vds測量電路340對M0SFET110的柵極-源極電極間的電壓(Vgs)施加20V，使MOSFET110中流過固定電流(IH = 100Α)，使M0SFET110發(fā)熱。
[0080]此時(shí)，控制單元210的計(jì)算部214基于Λ Vds測量電路340所測量出的M0SFET110的漏極-源極電極間的電壓(Vds)，計(jì)算出功率(PH)。
[0081]此外，對于步驟S50的處理細(xì)節(jié)，將在下面闡述。
[步驟S60]控制單元210的測量控制部212向測量切換電路320通知利用Λ Vgs法的測量要求信號。
[0082]若向測量切換電路320通知這種信號，則測量切換電路320將被測量模塊100從與Λ Vds測量電路340進(jìn)行連接切換成與Λ Vgs測量電路330進(jìn)行連接(圖6 (A))。
[0083][步驟S70]與步驟S20同樣地，控制單元210的計(jì)算部214基于ΛVgs測量電路330所測量出的發(fā)熱后的M0SFET110的柵極-源極電極間的電壓(Vgs = Vml)和溫度系數(shù)(K)，計(jì)算出MOSFET110的P點(diǎn)處的溫度(Tjl)。
[0084]另外，控制單元210的計(jì)算部214將計(jì)算出的溫度(Tjl)保存在信息保存部211中。
此外，對于步驟S70的處理細(xì)節(jié)，將在下面闡述。
[0085][步驟S80]與步驟S30同樣地，控制單元210的測量控制部212向外包裝溫度測量部310通知對包含發(fā)熱后的M0SFET110的被測量模塊100的Q點(diǎn)的溫度(Tcl)進(jìn)行測量的測量要求。
[0086]外包裝溫度測量部310對被測量模塊100的Q點(diǎn)處的溫度(Tcl)進(jìn)行測量，將所測量出的溫度(Tcl)通知給控制單元210的測量值獲取部213。
測量值獲取部213將被通知的溫度(Tcl)的信息保存在信息保存部211中。
[0087]另外，優(yōu)選為，在步驟S50的處理結(jié)束后、盡可能早地執(zhí)行步驟S80的處理，例如在100 μ S以內(nèi)執(zhí)行。
[步驟S90]控制單元210的計(jì)算部214參照信息保存部211，將步驟S20、S70、S30、S80中測量和計(jì)算出的元件溫度(TjO、Tjl)、外包裝溫度(TcO、Tcl)、功率(PH)輸入到式(1)，計(jì)算出熱阻值(Rth)。
[0088]計(jì)算部214將計(jì)算出的熱阻值(Rth)的信息保存在信息保存部211中。
通過按照以上流程圖執(zhí)行處理，從而能計(jì)算出具備M0SFET110的被測量模塊100的熱阻值(Rth)。
[0089]接下來，對于上述流程圖的步驟S20、S50、S70中所執(zhí)行的處理的細(xì)節(jié)，利用圖8進(jìn)行說明。
圖8是表示實(shí)施方式2所涉及的熱阻測量裝置所執(zhí)行的熱阻測量處理的細(xì)節(jié)的流程圖。
[0090]另外，圖8㈧表示步驟S20(發(fā)熱前的模塊的元件溫度的計(jì)算處理)和步驟S70 (發(fā)熱后的模塊的元件溫度的計(jì)算處理)的流程圖，圖8 (B)表示步驟S50 (模塊發(fā)熱處理)的流程圖。此外，由于步驟S20、S70執(zhí)行相同處理，在圖8(A)中一并記載步驟S20、S70。
[0091]首先，對步驟S20、S70的處理進(jìn)行說明。
[步驟S21、S71] Δ Vgs測量電路330對M0SFET110的柵極-源極電極間的電壓(Vgs=Vm(KVml)進(jìn)行測量。
[0092]Δ Vgs測量電路330將所測量出的電壓(Vgs = VmO、Vml)通知給控制單元210的測量值獲取部213。 測量值獲取部213將被通知的電壓(Vgs = VmO、Vml)保存在信息保存部211中。
[0093][步驟S22、S72]控制單元210的計(jì)算部214參照信息保存部211，通過將電壓(Vgs=VmO, Vml)除以溫度系數(shù)(K)，從而計(jì)算出MOSFET110的P點(diǎn)處的溫度(TjO、Tjl)。
[0094]計(jì)算部214將計(jì)算出的溫度(TjO、Tjl)的信息保存在信息保存部211中。
在步驟S20、S70中，通過按照以上流程圖執(zhí)行處理，從而能計(jì)算出發(fā)熱前后的
MOSFET110 的 P 點(diǎn)處的溫度(TjO、Tjl)。
[0095]接下來，對步驟S50的處理進(jìn)行說明。
[步驟S51] ΛVds測量電路340對M0SFET110的柵極-源極電極間的電壓(Vgs)施加20V，使MOSFET110中流過固定電流(IH = 100A)，使M0SFET110動(dòng)作并發(fā)熱。
[0096]Δ Vds測量電路340將電流(IH = 100A)的信息通知給控制單元210的測量值獲取部213。
測量值獲取部213將被通知的電流(IH = 100A)保存在信息保存部211中。
[0097][步驟S52]Δ Vds測量電路340對此時(shí)的漏極-源極電極間的電壓(Vds)進(jìn)行測量。
Δ Vds測量電路340將所測量出的電壓(Vds)通知給控制單元210的測量值獲取部
213。
[0098]測量值獲取部213將被通知的電壓(Vds)保存在信息保存部211中。
[步驟S53]控制單元210的計(jì)算部214參照信息保存部211，利用電流(IH = 100A)和電壓(Vds)的乘積來計(jì)算出漏極-源極電極間的功率(PH)。
[0099]另外，計(jì)算部214將M0SFET110中流過電流(IH = 100A)的期間的電壓(Vds)的平均值、和該通電時(shí)間經(jīng)過了一半時(shí)間的時(shí)刻的電壓(Vds)中的任一個(gè)用作計(jì)算該功率(PH)時(shí)的電壓(Vds)。
[0100]計(jì)算部214將計(jì)算出的功率(PH)保存在信息保存部211中。
在步驟S50中，通過按照以上流程圖來執(zhí)行處理，從而能計(jì)算出發(fā)熱時(shí)的M0SFET110的源極_漏極電極間的功率(PH)。
[0101]在這種熱阻測量裝置200所執(zhí)行的熱阻測量方法中，基于柵極-源極電極間的電壓(Vgs)的溫度系數(shù)(K)，來計(jì)算出MOSFET110的元件溫度(TjO、Tjl)。尤其，當(dāng)M0SFET110由碳化硅或氮化鎵構(gòu)成的情況下，由于導(dǎo)通電壓非常小，因此，利用Λ Vds法計(jì)算出的溫度系數(shù)(K)的精度非常低。于是，在熱阻測量裝置200中利用這種Λ Vgs法，從而能將表示電壓相對于溫度變化(ATj = Tjl-TjO)的變化率的溫度系數(shù)(K)的精度得到提高。
[0102]此外，由這種熱阻測量裝置200所執(zhí)行的熱阻測量方法中，將施加于M0SFET110的柵極電極的電壓固定，在漏極-源極電極間流過會(huì)導(dǎo)致M0SFET110發(fā)熱的電流，從而基于會(huì)導(dǎo)致M0SFET110發(fā)熱的電流(IH) ,MOSFET110發(fā)熱時(shí)的漏極-源極電極間的電壓(Vds)，來測量功率(PH)。尤其，當(dāng)M0SFET110由碳化硅或氮化鎵構(gòu)成的情況下，由于溝道電阻較大，因此利用Λ Vgs法來發(fā)熱的情況下，M0SFET110內(nèi)的發(fā)熱分布呈局部性，而且在并聯(lián)配置多排M0SFET110的被測量模塊100中M0SFET110間的發(fā)熱溫度變得不均等，無法適當(dāng)測量熱阻。于是，若在熱阻測量裝置200中利用這種Λ Vds法使MOSFET110發(fā)熱，則作為MOSFET110內(nèi)的溫度分布的偏差呈局部性的原因的溝道電流的增加得到抑制，且M0SFET110內(nèi)整體上溫度發(fā)生變化，無需將M0SFET110的尺寸估計(jì)得較小，而且，在并聯(lián)配置多排M0SFET110的被測量模塊100中，能抑制M0SFET110的發(fā)熱分布。
[0103]因而，利用上述熱阻測量裝置200所執(zhí)行的熱阻測量方法，能高精度地測量被測量模塊100的熱阻。此外，在被測量模塊100中并聯(lián)配置多排M0SFET110的情況下，無需增加不必要的設(shè)計(jì)余量，能進(jìn)行最適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)。
標(biāo)號說明
[0104]100被測量模塊 200熱阻測量裝置 210控制單元
211信息保存部 212測量控制部 213測量值獲取部 214計(jì)算部 300測量單元 310外包裝溫度測量部 320測量切換電路 330 AVgs測量電路 340 AVds測量電路
【權(quán)利要求】
1.一種熱阻測量方法，其特征在于，包括如下步驟: 對收納有半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體裝置的外包裝溫度進(jìn)行測量的步驟，在該半導(dǎo)體元件中根據(jù)第I電極與第2電極之間施加的電壓而有電流從第3電極流向第2電極； 計(jì)算出所述半導(dǎo)體元件的元件溫度的步驟，在該步驟中，使不會(huì)導(dǎo)致所述半導(dǎo)體元件發(fā)熱的程度的固定電流流過所述半導(dǎo)體元件，對被控制成使所述半導(dǎo)體元件的所述第3電極與所述第2電極之間的第I電壓固定的所述半導(dǎo)體元件的所述第I電極與所述第2電極之間的第2電壓進(jìn)行測量，基于所述第2電壓以及與所述第2電壓相關(guān)的溫度系數(shù)，來計(jì)算出所述半導(dǎo)體元件的元件溫度； 使施加在所述半導(dǎo)體元件的所述第I電極與所述第2電極之間的第3電壓固定、并使所述第3電極與所述第2電極之間流過會(huì)導(dǎo)致所述半導(dǎo)體元件發(fā)熱的固定電流的步驟；計(jì)算出功率的步驟，在該步驟中，基于會(huì)導(dǎo)致所述半導(dǎo)體元件發(fā)熱的所述電流、所述半導(dǎo)體元件發(fā)熱時(shí)的所述第3電極與所述第2電極之間的第4電壓，來計(jì)算出功率； 計(jì)算出所述半導(dǎo)體元件的元件溫度的步驟，在該步驟中，使不會(huì)導(dǎo)致所述半導(dǎo)體元件發(fā)熱的程度的固定電流流過所述半導(dǎo)體元件，對被控制成使所述半導(dǎo)體元件的所述第3電極與所述第2電極之間的所述第I電壓固定的所述半導(dǎo)體元件的所述第I電極與所述第2電極之間的第5電壓進(jìn)行測量，基于所述第5電壓以及與所述第5電壓相關(guān)的溫度系數(shù)，來計(jì)算出所述半導(dǎo)體元件的元件溫度； 對所述半導(dǎo)體元件發(fā)熱后的所述外包裝溫度進(jìn)行測量的步驟；以及計(jì)算出所述半導(dǎo)體元件的熱阻值的步驟，在該步驟中，基于所述半導(dǎo)體元件發(fā)熱前后的所述外包裝溫度的變化量、所述元件溫度的變化量、以及所述功率，來計(jì)算出所述半導(dǎo)體元件的熱阻值。
2.如權(quán)利要求1所述的熱阻測量方法，其特征在于， 所述半導(dǎo)體元件是場效應(yīng)晶體管或絕緣柵雙極型晶體管。
3.如權(quán)利要求1所述的熱阻測量方法，其特征在于， 所述半導(dǎo)體元件由碳化娃或氮化鎵構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1所述的熱阻測量方法，其特征在于， 通過將測量出的所述第2電壓除以所述溫度系數(shù)來計(jì)算出所述元件溫度。
5.如權(quán)利要求1所述的熱阻測量方法，其特征在于， 所述半導(dǎo)體裝置的所述外包裝溫度是測量與所述半導(dǎo)體元件的背面對應(yīng)的部位。
6.如權(quán)利要求5所述的熱阻測量方法，其特征在于， 所述半導(dǎo)體裝置的所述外包裝溫度由熱電偶或紅外線相機(jī)來測量。
7.如權(quán)利要求1所述的熱阻測量方法，其特征在于， 利用會(huì)導(dǎo)致所述半導(dǎo)體元件發(fā)熱的所述電流、和所述半導(dǎo)體元件發(fā)熱時(shí)的所述第3電極與所述第2電極之間的所述第4電壓的乘積來計(jì)算出所述功率。
8.如權(quán)利要求7所述的熱阻測量方法，其特征在于， 所述半導(dǎo)體元件發(fā)熱時(shí)的所述第3電極與所述第2電極之間的所述第4電壓是所述第3電極與所述第2電極之間流過的、會(huì)導(dǎo)致所述半導(dǎo)體元件發(fā)熱的所述電流的通電開始到通電結(jié)束為止的電壓的平均。
9.如權(quán)利要求7所述的熱阻測量方法，其特征在于， 所述半導(dǎo)體元件發(fā)熱時(shí)的所述第3電極與所述第2電極之間的所述第4電壓是所述第3電極與所述第2電極之間流過的、會(huì)導(dǎo)致所述半導(dǎo)體元件發(fā)熱的所述電流的通電時(shí)間經(jīng)過了一半時(shí)間的時(shí)刻的電壓。
10.如權(quán)利要求1所述的熱阻測量方法，其特征在于， 通過將所述半導(dǎo)體元件的發(fā)熱前后的所述外包裝溫度的變化量與所述元件溫度的變化量之差除以所述功率，來計(jì)算出所述半導(dǎo)體元件的所述熱阻值。
11.一種熱阻測量裝置，其特征在于，包括: 外包裝溫度測量部，該外包裝溫度測量部在半導(dǎo)體元件發(fā)熱前后對收納有所述半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體裝置的外包裝溫度進(jìn)行測量，在該半導(dǎo)體元件中根據(jù)第I電極與第2電極之間施加的電壓而有電流從第3電極流向第2電極； 第I測量部，該第I測量部在所述半導(dǎo)體元件發(fā)熱前后，使不會(huì)導(dǎo)致所述半導(dǎo)體元件發(fā)熱的程度的固定電流流過所述半導(dǎo)體元件，對被控制成使所述半導(dǎo)體元件的所述第3電極與所述第2電極之間的電壓固定的所述半導(dǎo)體元件的所述第I電極與所述第2電極之間的不發(fā)熱時(shí)電壓進(jìn)行測量； 第2測量部，該第2測量部使所述半導(dǎo)體元件的所述第I電極與所述第2電極之間施加的電壓固定，在所述第3電極與所述第2電極之間流過會(huì)導(dǎo)致所述半導(dǎo)體元件發(fā)熱的固定電流，對所述半導(dǎo)體元件發(fā)熱時(shí)的所述第3電極與所述第2電極之間的發(fā)熱時(shí)電壓進(jìn)行測量；以及 計(jì)算部，該計(jì)算部基于所述不發(fā)熱時(shí)電壓以及與所述不發(fā)熱時(shí)電壓相關(guān)的溫度系數(shù)來計(jì)算出所述半導(dǎo)體元件的元件溫度，基于會(huì)導(dǎo)致所述半導(dǎo)體元件發(fā)熱的所述電流和所述發(fā)熱時(shí)電壓來計(jì)算出功率，進(jìn)一步地基于所述半導(dǎo)體元件發(fā)熱前后的所述外包裝溫度的變化量和所述元件溫度的變化量、以及所述功率來計(jì)算出所述半導(dǎo)體元件的熱阻值。
【文檔編號】G01N25/20GK104251872SQ201410260649
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月27日
【發(fā)明者】三柳俊之, 日向裕一朗 申請人:富士電機(jī)株式會(huì)社