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热阻测量方法及热阻测量装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及热阻测量方法及热阻测量装置。目的在于提高热阻测量的精度。在热阻测量方法中，基于半导体元件中流过不会导致其发热的程度的固定电流时的第1电极与第2电极之间的不发热时电压的温度系数，来测量对应于第1电极与第2电极之间施加的电压而有电流从第3电极流向第2电极的半导体元件的元件温度(步骤S2、S5)。此外，在热阻测量方法中，使半导体元件的第1电极与第2电极之间施加的电压固定，第3电极中流过会导致半导体元件发热的固定电流，基于会导致半导体元件发热的电流、半导体元件发热时的第3电极与第2电极之间的发热时电压来测量功率(步骤S3、S4)。
【专利说明】
热阻测量方法及热阻测量装置

【技术领域】
[0001]涉及热阻测量方法及热阻测量装置。

【背景技术】
[0002]在内置有半导体元件的半导体装置中，测量热阻以便测量该半导体装置的散热能力。
在半导体元件例如为场效应晶体管(M0SFET:金属氧化物半导体场效应晶体管)时的半导体装置的热阻测量中，利用如下方法:控制栅极电压以使半导体元件的功率固定来进行测量的Λ Vgs法(例如，参照专利文献I)、使半导体元件的栅极电压固定来进行测量的Δ Vds法(例如，参照专利文献2)等。
现有技术文献专利文献
[0003]专利文献1:日本专利特开2012-145354号公报专利文献2:日本专利特开平11-211786号公报


【发明内容】

发明所要解决的技术问题
[0004]然而，利用Λ Vgs法来测量热阻值的情况下，尤其对于沟道电阻较大的MOSFET而言，存在如下问题:发热的MOSFET内的发热分布呈局部性，需要将MOSFET的尺寸估计得较小，无法适当地测量热阻。
[0005]此外，利用Λ Vds法来测量热阻的情况下，尤其对于导通电压较小的MOSFET而言，存在如下问题:温度系数的精度不佳、无法适当地测量热阻。
本发明是鉴于上述方面而完成的，其目的在于提供提高热阻测量精度的热阻测量方法及热阻测量装置。
解决技术问题的手段
[0006]本发明中为了解决上述问题，提供一种热阻测量方法，其包括:对收纳有半导体元件的半导体装置的外包装温度进行测量的步骤，在该半导体元件中根据第I电极与第2电极之间施加的电压而有电流从第3电极流向第2电极；计算出所述半导体元件的元件温度的步骤，在该步骤中，使不会导致所述半导体元件发热的程度的固定电流流过所述半导体元件，对被控制成使所述半导体元件的所述第3电极与所述第2电极之间的第I电压固定的所述半导体元件的所述第I电极与所述第2电极之间的第2电压进行测量，基于所述第2电压以及与所述第2电压相关的温度系数，来计算出所述半导体元件的元件温度；使施加在所述半导体元件的所述第I电极与所述第2电极之间的第3电压固定、并使所述第3电极与所述第2电极之间流过会导致所述半导体元件发热的固定电流的步骤；计算出功率的步骤，在该步骤中，基于会导致所述半导体元件发热的所述电流、所述半导体元件发热时的所述第3电极与所述第2电极之间的第4电压，来计算出功率；计算出半导体元件的元件温度的步骤，在该步骤中，使不会导致所述半导体元件发热的程度的固定电流流过所述半导体元件，对被控制成使所述半导体元件的所述第3电极与所述第2电极之间的第I电压固定的所述半导体元件的所述第I电极与所述第2电极之间的第5电压进行测量，基于所述第5电压以及与所述第5电压相关的温度系数，来计算出所述半导体元件的元件温度；对所述半导体元件发热后的所述外包装温度进行测量的步骤；以及计算出所述半导体元件的热阻值的步骤，在该步骤中，基于所述半导体元件发热前后的所述外包装温度的变化量、所述元件温度的变化量、以及所述功率，来计算出所述半导体元件的热阻值。
[0007]此外，提供执行上述热阻测量方法的热阻测量装置。
发明效果
[0008]若是这种热阻测量方法和热阻测量装置，则能高精度地测量热阻。

【专利附图】

【附图说明】
[0009]图1是表示实施方式I所涉及的热阻测量方法的流程图。
图2是表示实施方式I所涉及的根据时间而变化的电压及电流的图。
图3是表示实施方式2所涉及的热阻测量装置的硬件结构的一个示例的图。
图4是表示实施方式2所涉及的被测量模块的图。
图5是示出表示实施方式2所涉及的热阻测量装置所具备的功能的功能块的一个示例的图。
图6是表示实施方式2所涉及的分别进行Λ Vgs法及Λ Vds法的测量电路的结构的一个示例的图。
图7是表示实施方式2所涉及的热阻测量装置所执行的热阻测量处理的流程图。
图8是表示实施方式2所涉及的热阻测量装置所执行的热阻测量处理的细节的流程图。

【具体实施方式】
[0010]下面，参照附图对实施方式进行说明。
[实施方式I]
在实施方式I的热阻测量方法中，首选测量收纳有半导体元件的半导体装置的外包装温度，该半导体元件中，根据对第I电极与第2电极之间施加的电压，有电流从第3电极流向第2电极。接着，使不会导致该半导体元件发热的程度的固定电流流过该半导体元件，对该半导体元件的第I电极与第2电极之间的第2电压进行控制，使得该半导体元件的第3电极与第2电极之间的第I电压固定，并且基于第I电极与第2电极之间的第2电压的温度系数来测量半导体元件的元件温度。
[0011]接下来，使半导体元件的第3电压固定，使第3电极流过会导致半导体元件发热的固定电流，测量半导体元件发热时的第3电极与第2电极之间的功率。从而，基于半导体元件发热前后的外包装温度及元件温度各自的变化量、以及该功率，来计算出热阻值。
[0012]利用图1及图2对这种热阻测量方法进行说明。
图1是表示实施方式I所涉及的热阻测量方法的流程图。
图2是表示实施方式I所涉及的根据时间变化的电压及电流的图，图2(A)表示利用Δ Vgs法的情况，图2 (B)表示利用Λ Vds法的情况，图2 (C)表示利用实施方式I所涉及的热阻测量方法的情况。此外，在图2中，Vgs表示栅极-源极电极间的电压根据时间的变化，Id表示漏极电流根据时间的变化，Vds表示漏极-源极电极间的电压根据时间的变化。
[0013]作为热阻值测量对象的半导体装置收纳有半导体元件，该半导体元件中因施加于第I电极的电压，而有电流从第3电极流向第2电极。例如，半导体元件为MOSFET的情况下，第I电极对应于栅极电极，第2电极对应于源极电极，第3电极对应于漏极电极，半导体元件为绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的情况下，第I电极对应于栅极电极，第2电极对应于发射极电极，第3电极对应于集电极电极。
[0014]下面，以MOSFET用作半导体元件的情况为一个示例进行说明。
首先，在收纳有这种半导体元件的半导体装置中，用图2(A)对仅利用Λ Vgs法的情况下的热阻测量方法进行说明。
[0015]另外，在Λ Vgs法中使半导体元件的漏极-源极电极间的Vds成为固定(VH)。
对半导体元件不发热的状态下的半导体装置的外包装温度(TcO)进行测量。可利用热电偶或红外线相机等来测量半导体装置的外包装温度。
[0016]将半导体元件通电使其流过不会导致该半导体元件发热的程度的微小固定电流(Im)，测量此时的栅极-源极电极间的Vgs，基于所测量的Vgs( = VmO)和温度系数(K)，来计算出半导体元件的元件温度(TjO)。另外，预先测量并计算出温度系数(K)，温度系数(K)表示Vgs相对于半导体元件的温度变化的变化率。
[0017]接下来，将半导体元件通电使其流过固定的Id( = IH)，从而使半导体元件动作和发热。将Vgs控制成使得Vds成为固定(Va)，并计算出功率PH( = IHXVa)。
[0018]使半导体元件发热后，使流过半导体元件的Id再次成为微小固定电流(Im)，基于半导体装置的外包装温度(Tcl)和温度系数(K)(此时的Vgs为Vml)，来测量半导体元件的兀件温度(Tjl)。
[0019]此处，一般能通过下式(I)计算出热阻值(Rth)。
Rth(j-c)
={ Λ Tj ( = Tjl-TjO)-Λ Tc ( = Tcl-TcO)}/PH...(I)
通过将上述那样测量的外包装温度(TcO、Tcl)、元件温度(TjO、Tjl)以及功率(PH)输入到式(I)，从而能计算出利用Λ Vgs法的热阻值(Rth)。
[0020]然而，利用Λ Vgs法来测量含有半导体元件的半导体装置的热阻值的情况下，尤其对于沟道电阻较大的半导体元件而言，流过沟道电流的沟道区域的温度比其它部分上升较多。因此，半导体元件内的温度分布呈局部性，发热时电流的温度特性成为正温度特性，因此，无法适当地进行热阻测定。而且，若半导体元件内的温度分布呈局部性，则在并联配置多排半导体元件的半导体装置中，半导体元件间的发热温度变得不均等，此时也无法适当地进行热阻测量。
[0021]接下来，在收纳有这种半导体元件的半导体装置中，用图2(B)对代替Λ Vgs法而仅利用Λ Vds法的情况下的热阻测量方法进行说明。
另外,在Λ Vds法中使半导体元件的栅极-源极电极间的Vgs成为固定(Bgs)。
[0022]在Λ Vds法中，与Δ Vgs法的情况相同地，也在半导体元件不发热的状态下对半导体装置的外包装温度(TcO)进行测量。此外，在Λ Vds法中，对与不会导致半导体元件发热的程度的微小固定电流(Im)相应的源极-漏极电极间的Vds进行测量，基于所测量的Vds ( = VmO)和温度系数(K)，来计算出半导体元件的元件温度(TjO)。另外，也预先测量并计算出该情况下的温度系数(K)。
[0023]接下来，将半导体元件通电使其流过固定的Id( = IH)，从而使半导体元件动作和发热。此时，测量出与半导体元件的特性相应地变化的Vds( = VH)，计算出半导体元件发热时的功率PH ( = IHX VH)。
[0024]使半导体元件发热后，使流过半导体元件的Id再次成为Im，测量半导体装置的外包装温度(Tcl)，基于所测量的Vds ( = Vml)和温度系数(K)，来测量半导体元件的元件温度(Tjl)。
[0025]在Λ Vds法中，也通过将上述那样测量的外包装温度、元件温度和功率输入到上述式(I)，从而能计算出热阻值(Rth)。
然而，利用Λ Vds法来测量半导体元件的热阻值(Rth)的情况下，尤其对于导通电压较小的半导体元件而言，所计算的温度系数(K)的精度变得非常低。因此，无法基于该温度系数(K)进行适当的热阻测定。
[0026]于是，利用图1所示步骤和图2(C)所示电压-电流来进行实施方式I所涉及的热阻测定方法。
首先，在半导体元件发热前，对收纳有半导体元件的半导体装置的外包装温度(TcO)进行测量(步骤SI)。
[0027]将半导体元件通电使其流过不会导致发热的程度的微小固定电流(=Im)，对被控制成使半导体元件的漏极电极(第3电极)和源极电极(第2电极)间的第I电压固定的半导体元件的栅极电极(第I电极)和源极电极(第2电极)间的第2电压进行测量。基于该第2电压和与第2电压相关的温度系数，来计算出半导体元件的元件温度(TjO)(步骤 S2)。
[0028]S卩，在步骤S2中，利用Λ Vgs法来计算出半导体元件的元件温度(TjO)。另外，表示第2电压相对于此时的温度变化的变化率的温度系数(K)是预先计算出的。
[0029]使半导体元件的栅极电极(第I电极)和源极电极(第2电极)之间施加的第3电压固定，在漏极电极(第3电极)和源极电极(第2电极)之间流过会导致半导体元件发热的固定电流(IH)(步骤S3)。
[0030]即，在步骤S3中，从Δ Vgs法进行切换，利用Λ Vds法使半导体元件通电而使该半导体元件发热。
在这样发热的半导体元件中，基于会导致半导体元件发热的固定电流(IH)、半导体元件发热时的漏极电极(第3电极)及源极电极(第2电极)之间的第4电压(VH)，来测量功率(PH = IHX VH)(步骤 S4)。
[0031]测量功率之后，将会导致半导体元件发热的流过漏极电极(第3电极)的电流变为不会导致半导体元件发热的程度的微小固定电流(Im)，再次利用Λ Vgs法计算出元件温度(Tjl)，测量半导体元件发热后的外包装温度(Tcl)(步骤S5、S6)。
[0032]最后，基于半导体元件发热前后的外包装温度的变化量(Λ Tc = Tcl-TcO)和元件温度的变化量(Λ Tj = Tjl-TjO)、以及功率(PH)，来计算出半导体装置的热阻值(Rth)(步骤S7)。
[0033]在这种热阻测量方法中，基于半导体元件流过不会导致其发热的程度的固定电流时的第I电极与第2电极之间的不发热时电压的温度系数，来测量对应于第I电极与第2电极之间施加的电压而有电流从第3电极流向第2电极的半导体元件的元件温度。在这种Λ Vgs法中，表示不发热时电压相对于温度变化的变化量的温度系数的精度提高，根据半导体元件发热前后的不发热时电压的变化量得到的Λ Tj的精度提高。
[0034]此外，在这种热阻测量方法中，使半导体元件的第I电极与第2电极之间施加的电压固定，第3电极与第2电极之间流过会导致半导体元件发热的固定电流，基于会导致半导体元件发热的电流、半导体元件发热时的第3电极与第2电极之间的发热时电压来测量功率。若利用这种Λ Vds法使半导体元件发热，则作为半导体元件内温度分布呈局部性的原因的沟道电流的增加被抑制，且半导体元件内整体上温度发生变化，不需要将半导体元件的尺寸估计得较小。此外，并联配置多排半导体元件的半导体装置的发热分布的偏差能得到抑制。
[0035]因而，能利用上述热阻测量方法高精度地测量半导体装置的热阻。此外，不需要增加不必要的设计余量，能进行最合适的设计。
[0036][实施方式2]
在实施方式2中，更具体地说明上述实施方式I。
首先，利用图3对实施方式2所涉及的热阻测量装置的硬件结构的一个示例进行说明。
[0037]图3是表示实施方式2所涉及的热阻测量装置的硬件结构的一个示例的图。 热阻测量装置200对测量对象即被测量模块100的热阻值进行测量。
[0038]被测量模块100是例如包含MOSFET或IGBT等开关元件的、作为热阻测量对象的模块(半导体装置)。对于被测量模块100的具体示例，在下面的图4中进行说明。
[0039]例如，如图3所示,热阻测量装置200包括控制单元210、显示单元220、输入单元230及测量单元300。
进一步地，控制单元210包括CPU (中央处理单元:中央处理装置)210a、RAM (随机存取存储器)210b、HDD (硬盘驱动器)210c、图形处理部210d、输入输出接口 210e。这些各部分通过总线210f相互连接。
[0040]CPU210a通过执行HDD210c等存储介质中所存储的各种程序来统一地控制该计算机整体。
RAM210b临时存储由CPU210a执行的程序的至少一部分以及该程序的处理所需的各种数据。
[0041]HDD210C存储由CPU210a执行的程序以及其执行所需的各种数据等。
图形处理部210d与下述显示单元220相连接。该图形处理部210d根据来自CPU210a的命令，在显示单元220的显示画面上显示图像。
[0042]输入输出接口 210e与下述输入单元230及测量单元300相连接。输入输出单元210e将来自输入单元230的输入信号经由总线210f发送到CPU210a。此外，输入输出接口210e将来自CPU210a的测量控制信号经由总线210f通知给测量单元300，对被测量模块100执行测量。此外，输入输出单元210e将来自测量单元300的表示测量结果的信号经由总线210f发送到CPU210a。
[0043]此外，显示单元220是显示器、监视器等显示装置，基于来自CPU210a的图像信息，能显示例如被测量模块100的热阻值的测量结果等。
[0044]输入单元230是键盘、鼠标等输入装置，通过来自用户的操作输入来接受测量条件的设定、处理执行要求等输入信息，并通知给CPU210a。
[0045]测量单元300包括测量被测量模块100的热阻值所需的用于测量半导体元件的元件温度、被测量模块100的外包装温度等的单元。对于测量单元300的细节，利用下述图5进行说明。
[0046]接着，利用图4对被测量模块100的细节进行说明。
图4是表示实施方式2所涉及的被测量模块的图。
另外，图4(A)表示被测量模块100的剖面示意图，图4(B)表示被测量模块100所具备的M0SFET110的电路结构。
[0047]被测量模块100中，MOSFET110通过焊层130配置在电路基板120上，MOSFET110包括分别与栅极电极、源极电极、漏极电极相连接的栅极端子111、源极端子112、漏极端子113(图 4(B))。
[0048]MOSFET110主要由碳化硅(或硅)构成,其结构上内置有二极管。
电路基板120由绝缘基板120a、形成于绝缘基板120a的表面和背面上的铜图案120b、120c构成。
[0049]进一步地，在被测量模块100中，这种配置有M0SFET110的电路基板120通过焊层140配置在被测量模块100的外包装上即例如由铜构成的基板150上。
[0050]另外，在这种被测量模块100中，在M0SFET110的表面的P点测量M0SFET110的元件温度，在基板150的背面的Q点测量被测量模块100的外包装温度。
[0051]接着，利用图5对实施方式2所涉及的热阻测量装置所具备的功能的一个示例进行说明。
图5是示出表示实施方式2所涉及的热阻测量装置所具备的功能的功能块的一个示例的图。
[0052]热阻测量装置200所具备的控制单元210至少包括信息保存部211、测量控制部
212、测量值获取部213、计算部214。
信息保存部211对由测量单元300所测量出的被测量模块100的测量值和下述计算部214所计算出的计算结果进行保存。此外，信息保存部211保存有温度系数(K)的信息，温度系数(K)表示栅极-源极电极间电压相对于被测量模块100的M0SFET110的温度变化的变化率。
[0053]测量控制部212控制测量单元300对被测量模块100所进行的测量。测量控制部212使测量单元300利用Λ Vgs法测量被测量模块100的元件温度，利用Λ Vds法使被测量模块100流过会导致M0SFET110发热的电流从而测量此时的电压及电流。测量控制部212使测量单元300利用外包装温度测量部310测量被测量模块100的外包装温度。
[0054]测量值获取部213从测量单元300接收测量单元300测量得到的被测量模块100的元件温度、外包装温度、电流、电压等测量值，将接收到的测量值保存在信息保存部211中。
[0055]计算部214基于信息保存部211保存的测量值，将电压除以温度系数来计算出元件温度，将电压和电流相乘来计算出功率，将元件温度的变化量和外包装温度的变化量之差除以功率来计算出热阻值。
[0056]另外，关于控制单元210的至少测量控制部212、测量值获取部213、计算部214，例如通过由控制单元210所具备的CPU210a执行规定程序、或者由执行各处理的电路、装置等构成，来实现其处理功能。
[0057]此外，测量单元300包括外包装温度测量部310、测量切换电路320、Λ Vgs测量电路330 (第I测量部)、Λ Vds测量电路340 (第2测量部)。
外包装温度测量部310是对被测量模块100的Q点(参照图4Α)的温度进行测量的热电偶、红外线相机等温度测量装置。
[0058]测量切换电路320由使用任意元件等的电路来构成，基于来自测量控制部212的控制信号，将被测量模块100与Δ Vgs测量电路330、Λ Vds测量电路340中的任一方进行连接切换，以执行测量。
[0059]Δ Vgs测量电路330由使用任意元件等的电路来构成,利用Λ Vgs法对被测量模块100的M0SFET110的栅极-源极电极间的电压进行测量。
[0060]Δ Vds测量电路340由使用任意元件等的电路来构成，利用Λ Vds法，使会导致被测量模块100的MOSFET110发热的电流流过该MOSFET110，并测量此时MOSFET110的电压及电流。
[0061]接着，利用图6对Λ Vgs测量电路330、Λ Vds测量电路340的电路结构进行说明。 图6是表示实施方式2所涉及的分别进行Λ Vgs法及Λ Vds法的测量电路的结构的一个示例的图。
[0062]另外，图6 (A)表示利用Λ Vgs法进行测量的Λ Vgs测量电路330，图6⑶表示利用Λ Vds法进行测量的Λ Vds测量电路340。
如图6 (A)所示，Δ Vgs测量电路330包括分别与M0SFET110的栅极端子111、源极端子112、漏极端子113(参照图4(B))相连接的栅极端子331、源极端子332、漏极端子333。
[0063]在源极端子332与漏极端子333之间、在M0SFET110的源极电极与漏极电极之间，具有向M0SFET110提供电流的恒流源334和用于施加固定电压的电源335。
[0064]此外，Λ Vgs测量电路330具有比较器336，该比较器336设置在源极端子332与漏极端子333之间，且根据来自M0SFET110的源极电极、漏极电极的信号，向栅极端子331施加电压使得对栅极电极而言成为规定电压值。
[0065]而且，Λ Vgs测量电路330具有电压表337，该电压表337设置在栅极端子331与源极端子332之间，且对M0SFET110的栅极电极与源极电极之间的电压进行测量。
[0066]另一方面，如图6(B)所示，Δ Vds测量电路340包括分别与M0SFET110的栅极端子111、源极端子112、漏极端子113相连接的栅极端子341、源极端子342、漏极端子343。
[0067]Δ Vds测量电路340在漏极端子343与源极端子342之间具有在M0SFET110的漏极电极-源极电极之间提供用于使M0SFET110发热的电流的恒流源344、和测量M0SFET110的漏极电极-源极电极之间的电压的电压表345。
[0068]而且，Λ Vds测量电路340具有电源346，该电源346设置在栅极端子341与源极端子342之间，且对M0SFET110的栅极电极-源极电极之间施加固定电压。
[0069]接着，利用图7对由具备这种结构的热阻测量装置200执行的被测量模块100的热阻测量方法进行说明。 图7是表示实施方式2所涉及的热阻测量装置所执行的热阻测量处理的流程图。
[0070]另外，温度系数(K)是在图7所示流程图的处理执行之前预先计算出的。例如，下述那样计算出这种温度系数(K)。
Δ Vgs测量电路330施加电压使得M0SFET110的源极-漏极电极间的电压(Vds)成为20V，并使不会导致M0SFET110发热的程度的固定电流Im(例如，10mA)流过(参照图6(A))。
[0071]Δ Vgs测量电路330在这种状态下，改变栅极-源极电极间的电压(VgS)，测量与对应温度相关的电压(Vgs)。另外，在图6(A)中省略温度测量装置的记载。测量值获取部213从Δ Vgs测量电路330获取与各电压(Vgs)相关的温度信息，并分别保存到信息保存部211中。计算部214基于信息保存部211所保存的这种电压(Vgs)以及与该电压(Vgs)对应的温度的信息，通过电压(Vgs)变化量除以温度变化量，从而能计算出温度系数(K)。这样得到的温度系数(K)由信息保存部211所保存。
[0072]在完成这种事前准备的热阻测量装置200中，被测量模块100设置在规定位置，接受用户对于输入单元230的测量开始的操作输入。于是，在热阻测量装置200中，控制单元210执行将信息保存部211保存的信息适当清除等初始设定，开始进行以下处理。
[0073][步骤S10]控制单元210的测量控制部212向测量切换电路320通知利用ΛVgs法的测量要求信号。
若向测量切换电路320通知了这种信号，则测量切换电路320将被测量模块100与Δ Vgs测量电路330 (图6(A))相连接，对利用Λ Vgs方法的测量进行设定。
[0074][步骤S20]控制单元210的计算部214基于ΛVgs测量电路330所测量出的MOSFET110的栅极-源极电极间的电压(Vgs = VmO)和温度系数(K)，计算出M0SFET110的P点处的温度(TjO)。
[0075]另外，控制单元210的计算部214将计算出的温度(TjO)保存在信息保存部211中。
此外，对于步骤S20的处理细节，将在下面阐述。
[0076][步骤S30]控制单元210的测量控制部212向外包装温度测量部310通知对被测量模块100的Q点的温度(TcO)进行测量的测量要求。
外包装温度测量部310对被测量模块100的Q点的温度(TcO)进行测量，将所测量出的温度(TcO)通知给控制单元210的测量值获取部213。
[0077]测量值获取部213将被通知的温度(TcO)的信息保存在信息保存部211中。
另外，只要在下述步骤S40之前进行步骤S30的处理，则步骤S30的处理顺序可以是任意时刻。
[0078][步骤S40]控制单元210的测量控制部212向测量切换电路320通知利用ΛVds法的测量要求信号。
若向测量切换电路320通知这种信号，则测量切换电路320将被测量模块100从与Δ Vgs测量电路330进行连接切换成与Λ Vds测量电路340进行连接(图6 (B))。
[0079][步骤S50]Δ Vds测量电路340对M0SFET110的栅极-源极电极间的电压(Vgs)施加20V，使MOSFET110中流过固定电流(IH = 100Α)，使M0SFET110发热。
[0080]此时，控制单元210的计算部214基于Λ Vds测量电路340所测量出的M0SFET110的漏极-源极电极间的电压(Vds)，计算出功率(PH)。
[0081]此外，对于步骤S50的处理细节，将在下面阐述。
[步骤S60]控制单元210的测量控制部212向测量切换电路320通知利用Λ Vgs法的测量要求信号。
[0082]若向测量切换电路320通知这种信号，则测量切换电路320将被测量模块100从与Λ Vds测量电路340进行连接切换成与Λ Vgs测量电路330进行连接(图6 (A))。
[0083][步骤S70]与步骤S20同样地，控制单元210的计算部214基于ΛVgs测量电路330所测量出的发热后的M0SFET110的栅极-源极电极间的电压(Vgs = Vml)和温度系数(K)，计算出MOSFET110的P点处的温度(Tjl)。
[0084]另外，控制单元210的计算部214将计算出的温度(Tjl)保存在信息保存部211中。
此外，对于步骤S70的处理细节，将在下面阐述。
[0085][步骤S80]与步骤S30同样地，控制单元210的测量控制部212向外包装温度测量部310通知对包含发热后的M0SFET110的被测量模块100的Q点的温度(Tcl)进行测量的测量要求。
[0086]外包装温度测量部310对被测量模块100的Q点处的温度(Tcl)进行测量，将所测量出的温度(Tcl)通知给控制单元210的测量值获取部213。
测量值获取部213将被通知的温度(Tcl)的信息保存在信息保存部211中。
[0087]另外，优选为，在步骤S50的处理结束后、尽可能早地执行步骤S80的处理，例如在100 μ S以内执行。
[步骤S90]控制单元210的计算部214参照信息保存部211，将步骤S20、S70、S30、S80中测量和计算出的元件温度(TjO、Tjl)、外包装温度(TcO、Tcl)、功率(PH)输入到式(1)，计算出热阻值(Rth)。
[0088]计算部214将计算出的热阻值(Rth)的信息保存在信息保存部211中。
通过按照以上流程图执行处理，从而能计算出具备M0SFET110的被测量模块100的热阻值(Rth)。
[0089]接下来，对于上述流程图的步骤S20、S50、S70中所执行的处理的细节，利用图8进行说明。
图8是表示实施方式2所涉及的热阻测量装置所执行的热阻测量处理的细节的流程图。
[0090]另外，图8㈧表示步骤S20(发热前的模块的元件温度的计算处理)和步骤S70 (发热后的模块的元件温度的计算处理)的流程图，图8 (B)表示步骤S50 (模块发热处理)的流程图。此外，由于步骤S20、S70执行相同处理，在图8(A)中一并记载步骤S20、S70。
[0091]首先，对步骤S20、S70的处理进行说明。
[步骤S21、S71] Δ Vgs测量电路330对M0SFET110的栅极-源极电极间的电压(Vgs=Vm(KVml)进行测量。
[0092]Δ Vgs测量电路330将所测量出的电压(Vgs = VmO、Vml)通知给控制单元210的测量值获取部213。 测量值获取部213将被通知的电压(Vgs = VmO、Vml)保存在信息保存部211中。
[0093][步骤S22、S72]控制单元210的计算部214参照信息保存部211，通过将电压(Vgs=VmO, Vml)除以温度系数(K)，从而计算出MOSFET110的P点处的温度(TjO、Tjl)。
[0094]计算部214将计算出的温度(TjO、Tjl)的信息保存在信息保存部211中。
在步骤S20、S70中，通过按照以上流程图执行处理，从而能计算出发热前后的
MOSFET110 的 P 点处的温度(TjO、Tjl)。
[0095]接下来，对步骤S50的处理进行说明。
[步骤S51] ΛVds测量电路340对M0SFET110的栅极-源极电极间的电压(Vgs)施加20V，使MOSFET110中流过固定电流(IH = 100A)，使M0SFET110动作并发热。
[0096]Δ Vds测量电路340将电流(IH = 100A)的信息通知给控制单元210的测量值获取部213。
测量值获取部213将被通知的电流(IH = 100A)保存在信息保存部211中。
[0097][步骤S52]Δ Vds测量电路340对此时的漏极-源极电极间的电压(Vds)进行测量。
Δ Vds测量电路340将所测量出的电压(Vds)通知给控制单元210的测量值获取部
213。
[0098]测量值获取部213将被通知的电压(Vds)保存在信息保存部211中。
[步骤S53]控制单元210的计算部214参照信息保存部211，利用电流(IH = 100A)和电压(Vds)的乘积来计算出漏极-源极电极间的功率(PH)。
[0099]另外，计算部214将M0SFET110中流过电流(IH = 100A)的期间的电压(Vds)的平均值、和该通电时间经过了一半时间的时刻的电压(Vds)中的任一个用作计算该功率(PH)时的电压(Vds)。
[0100]计算部214将计算出的功率(PH)保存在信息保存部211中。
在步骤S50中，通过按照以上流程图来执行处理，从而能计算出发热时的M0SFET110的源极_漏极电极间的功率(PH)。
[0101]在这种热阻测量装置200所执行的热阻测量方法中，基于栅极-源极电极间的电压(Vgs)的温度系数(K)，来计算出MOSFET110的元件温度(TjO、Tjl)。尤其，当M0SFET110由碳化硅或氮化镓构成的情况下，由于导通电压非常小，因此，利用Λ Vds法计算出的温度系数(K)的精度非常低。于是，在热阻测量装置200中利用这种Λ Vgs法，从而能将表示电压相对于温度变化(ATj = Tjl-TjO)的变化率的温度系数(K)的精度得到提高。
[0102]此外，由这种热阻测量装置200所执行的热阻测量方法中，将施加于M0SFET110的栅极电极的电压固定，在漏极-源极电极间流过会导致M0SFET110发热的电流，从而基于会导致M0SFET110发热的电流(IH) ,MOSFET110发热时的漏极-源极电极间的电压(Vds)，来测量功率(PH)。尤其，当M0SFET110由碳化硅或氮化镓构成的情况下，由于沟道电阻较大，因此利用Λ Vgs法来发热的情况下，M0SFET110内的发热分布呈局部性，而且在并联配置多排M0SFET110的被测量模块100中M0SFET110间的发热温度变得不均等，无法适当测量热阻。于是，若在热阻测量装置200中利用这种Λ Vds法使MOSFET110发热，则作为MOSFET110内的温度分布的偏差呈局部性的原因的沟道电流的增加得到抑制，且M0SFET110内整体上温度发生变化，无需将M0SFET110的尺寸估计得较小，而且，在并联配置多排M0SFET110的被测量模块100中，能抑制M0SFET110的发热分布。
[0103]因而，利用上述热阻测量装置200所执行的热阻测量方法，能高精度地测量被测量模块100的热阻。此外，在被测量模块100中并联配置多排M0SFET110的情况下，无需增加不必要的设计余量，能进行最适当的设计。
标号说明
[0104]100被测量模块 200热阻测量装置 210控制单元
211信息保存部 212测量控制部 213测量值获取部 214计算部 300测量单元 310外包装温度测量部 320测量切换电路 330 AVgs测量电路 340 AVds测量电路
【权利要求】
1.一种热阻测量方法，其特征在于，包括如下步骤: 对收纳有半导体元件的半导体装置的外包装温度进行测量的步骤，在该半导体元件中根据第I电极与第2电极之间施加的电压而有电流从第3电极流向第2电极； 计算出所述半导体元件的元件温度的步骤，在该步骤中，使不会导致所述半导体元件发热的程度的固定电流流过所述半导体元件，对被控制成使所述半导体元件的所述第3电极与所述第2电极之间的第I电压固定的所述半导体元件的所述第I电极与所述第2电极之间的第2电压进行测量，基于所述第2电压以及与所述第2电压相关的温度系数，来计算出所述半导体元件的元件温度； 使施加在所述半导体元件的所述第I电极与所述第2电极之间的第3电压固定、并使所述第3电极与所述第2电极之间流过会导致所述半导体元件发热的固定电流的步骤；计算出功率的步骤，在该步骤中，基于会导致所述半导体元件发热的所述电流、所述半导体元件发热时的所述第3电极与所述第2电极之间的第4电压，来计算出功率； 计算出所述半导体元件的元件温度的步骤，在该步骤中，使不会导致所述半导体元件发热的程度的固定电流流过所述半导体元件，对被控制成使所述半导体元件的所述第3电极与所述第2电极之间的所述第I电压固定的所述半导体元件的所述第I电极与所述第2电极之间的第5电压进行测量，基于所述第5电压以及与所述第5电压相关的温度系数，来计算出所述半导体元件的元件温度； 对所述半导体元件发热后的所述外包装温度进行测量的步骤；以及计算出所述半导体元件的热阻值的步骤，在该步骤中，基于所述半导体元件发热前后的所述外包装温度的变化量、所述元件温度的变化量、以及所述功率，来计算出所述半导体元件的热阻值。
2.如权利要求1所述的热阻测量方法，其特征在于， 所述半导体元件是场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管。
3.如权利要求1所述的热阻测量方法，其特征在于， 所述半导体元件由碳化娃或氮化镓构成。
4.如权利要求1所述的热阻测量方法，其特征在于， 通过将测量出的所述第2电压除以所述温度系数来计算出所述元件温度。
5.如权利要求1所述的热阻测量方法，其特征在于， 所述半导体装置的所述外包装温度是测量与所述半导体元件的背面对应的部位。
6.如权利要求5所述的热阻测量方法，其特征在于， 所述半导体装置的所述外包装温度由热电偶或红外线相机来测量。
7.如权利要求1所述的热阻测量方法，其特征在于， 利用会导致所述半导体元件发热的所述电流、和所述半导体元件发热时的所述第3电极与所述第2电极之间的所述第4电压的乘积来计算出所述功率。
8.如权利要求7所述的热阻测量方法，其特征在于， 所述半导体元件发热时的所述第3电极与所述第2电极之间的所述第4电压是所述第3电极与所述第2电极之间流过的、会导致所述半导体元件发热的所述电流的通电开始到通电结束为止的电压的平均。
9.如权利要求7所述的热阻测量方法，其特征在于， 所述半导体元件发热时的所述第3电极与所述第2电极之间的所述第4电压是所述第3电极与所述第2电极之间流过的、会导致所述半导体元件发热的所述电流的通电时间经过了一半时间的时刻的电压。
10.如权利要求1所述的热阻测量方法，其特征在于， 通过将所述半导体元件的发热前后的所述外包装温度的变化量与所述元件温度的变化量之差除以所述功率，来计算出所述半导体元件的所述热阻值。
11.一种热阻测量装置，其特征在于，包括: 外包装温度测量部，该外包装温度测量部在半导体元件发热前后对收纳有所述半导体元件的半导体装置的外包装温度进行测量，在该半导体元件中根据第I电极与第2电极之间施加的电压而有电流从第3电极流向第2电极； 第I测量部，该第I测量部在所述半导体元件发热前后，使不会导致所述半导体元件发热的程度的固定电流流过所述半导体元件，对被控制成使所述半导体元件的所述第3电极与所述第2电极之间的电压固定的所述半导体元件的所述第I电极与所述第2电极之间的不发热时电压进行测量； 第2测量部，该第2测量部使所述半导体元件的所述第I电极与所述第2电极之间施加的电压固定，在所述第3电极与所述第2电极之间流过会导致所述半导体元件发热的固定电流，对所述半导体元件发热时的所述第3电极与所述第2电极之间的发热时电压进行测量；以及 计算部，该计算部基于所述不发热时电压以及与所述不发热时电压相关的温度系数来计算出所述半导体元件的元件温度，基于会导致所述半导体元件发热的所述电流和所述发热时电压来计算出功率，进一步地基于所述半导体元件发热前后的所述外包装温度的变化量和所述元件温度的变化量、以及所述功率来计算出所述半导体元件的热阻值。
【文档编号】G01N25/20GK104251872SQ201410260649
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2013年6月27日
【发明者】三柳俊之, 日向裕一朗 申请人:富士电机株式会社