功率器件热设计根底（十）——功率半导体器件的构造函数

/ 媒介 /本文援用地点：功率半导体热计划是实现IGBT、碳化硅SiC高功率密度的基本，只有控制功率半导体的热计划基本常识，才干实现准确热计划，进步功率器件的应用率，下降体系本钱，并保障体系的牢靠性。功率器件热计划基本系列文章会比拟体系地讲授热计划基本常识，相干尺度跟工程丈量方式。为什么引入构造函数？在功率器件的热计划基本系列文章?《功率半导体壳平和散热器温度界说跟测试方式》?跟?《功率半导体芯片温度跟测试方式》?分辨讲了功率半导体结温、芯片温度、壳平和散热器温度的测试方式，用的测温仪器是热电偶、红外成像仪跟模块中的NTC跟芯片上的二极管。但是，因为被测器件名义跟传感器探头之间的打仗热阻、传感器导线的热流泄露跟被测物体名义上的温度散布等起因，丈量成果都不雷同，丈量成果是弗成反复的。比拟应用热传感器，瞬态热丈量技巧供给了更好的处理计划，但不便利的是，失掉的Z?th?曲线。部分收集模子(Foster模子)是在时域上的，不任何构造意思，以是很难用其正确评价产物封装。从数学上看能够将Foster模子转换Cauer模子，Python跟Matlab都有响应的东西，但这种转换成果并不惟一。就是说转换发生的热阻(R?th?)跟热容 (C?th?)数组并不惟一断定的，在新的持续收集模子(Cauer模子)也不任何物理意思。因而，兼并互不和谐的Cauer模子可能会招致很年夜的偏差。参考?《功率器件热计划基本（七）----热等效电路模子》构造函数剖析方式战胜了这些缺点。它将瞬态热丈量成果改变成热阻跟热容的曲线图，供给了从结到情况的每一层具体的热信息。这能够很轻易并正确地辨认各层的物理特征，如芯片、DCB、铜基板、导热层TIM跟散热器，乃至能读出焊料层，以及像电扇如许的冷却安装。双界面法瞬态双界面法是获取构造函数的基本，在JEDEC尺度JESD51-14《用于丈量半导体器件结壳热阻的瞬态双界面测试法》中有界说。这尺度是T3Ster团队跟英飞凌于2005年提出来的，2010年尺度宣布。瞬态双界面(TDI)丈量方式是对装置在温控散热统一功率半导体器件停止两次Z?thJC?丈量。第一次丈量不涂导热硅脂，第二次装置畸形工艺标准涂上一层薄薄的导热脂。因为不涂导热硅脂的热阻年夜，两条Z?thJC?曲线会在某一时辰t?S?处开端显明分别。因为热流一进入热界面层，两条Z?thJC?曲线就开端分别，因而此时候界点的Z?thJC?值Z?thJC?(t?s?)就是稳态热阻R?thJC?。构造函数构造函数是一种用于剖析半导体器件热传导门路上热学机能的东西。它经由过程将瞬态热丈量成果转换为热阻与热容的关联曲线，供给热量经由的每一层（从结到情况）的具体热信息。X轴是从结到情况热阻R?th?的累计值，Y轴是热容C?th?的累计值。图中每一种色彩地区代表的一层资料，如凑近原点的狭窄粉白色地区是芯片，第二局部是芯片焊接层……(本图是借用JESD51-14，附录A图10，尺度不做资料层解读，本文用作定性示例解读)构造函数能够明白表征热传导门路，展现半导体器件从芯片结到情况的一维散热门路。在这个门路上，差别资料的热阻跟热容参数会产生变更，构造函数经由过程曲线的斜率、波峰等特点来反应这些变更。构造函数盘算资料热学机能，经由过程构造函数，能够读出每一层封装资料的热阻跟热容值。这对评价资料的导热机能、优化计划封装构造存在主要意思。实测案例这是1000A 1700V PrimePACK?3 DF1000R17IE4D的热阻测试进程：起首取得降温曲线：转换发生积分构造函数，但发明每一层的分界点不是很明白：经由过程微分找出分界点：标出地区，读出数值：区间1：结到壳的热阻=0.0239K/W区间2：壳到散热器的热阻=0.0244K/W区间3：散热器到情况构造函数的更多利用构造函数为热计划供给了主要的参考数据。经由过程剖析构造函数，热计划职员能够懂得器件在差别前提下的热学机能，从而计划出更高效的散热体系。构造函数还能够用于剖析半导体器件的牢靠性。经由过程监测器件在长时光任务中的热学机能变更，能够实时发明潜伏的热生效危险，进步器件的牢靠性。