专利名称：用于测量温度的系统及方法
技术领域：
本文提到的实施例通常涉及半导体装置领域。更具体地，本文提到的实施例涉及高功率半导体装置系统领域。
背景技术：
一种现有的测量半导体结的温度的流电测定方法涉及使用与半导体结处于热交互的热电偶。但是，由于热电偶(为了提供要偏压的读出需要)与例如半导体结之间的电磁干扰，该方法的可用性可能受限。特别地，当热电偶用于监测半导体结的温度时，可能折损在高电压水平下(也即电压水平接近在得到半导体装置峰值输出时的电压水平)可靠地操作半导体装置的能力。此外，在半导体装置邻近区域中存在金属热电偶组件，可以引发半导体装置的部分的无意的电短路的风险。另一种现有的测量半导体结的温度的流电测定方法涉及测量半导体结的正向电压变化。但是，因为需要中断半导体装置的操作以便进行正向电压变化测量，该方法的可用性可能受限。此外，正向电压的微小改变对其精确测量造成实际困难。另一种现有的测量半导体结的温度的方法涉及测量半导体装置的基板的温度。但是，除非可以得到半导体结与基板之间热传导的精确热模型，否则该方法的可用性可能受限。此外，如果在半导体装置与基板之间的热连接发生任何改变(例如如果半导体装置剥离基板)，可损害模型的精确度。另一种现有的测量半导体结的温度的方法涉及使用红外拍摄装置以得到半导体结的热图像。但是，由于通常紧挨接触半导体结，该要求造成了半导体装置没有封装在保护性外壳内的状况，因此该方法的可用性可能受限。因此强烈需要一种系统，借由该系统能够可靠地监测半导体结的温度而不损害操作半导体装置的能力，并且该系统具有易于改装至现有将受益于该监测的半导体装置装配之内的设计。
发明内容
本文提到的实施例涉及一种系统，包括具有半导体结的半导体装置，光纤，所述光纤的近端与所述半导体结电磁通信，以及与所述光纤的远端电磁通信的处理单元，所述处理单元能够接收在所述远端可得到的电磁信息并且处理该电磁信息。本文提到的实施例涉及一种方法，包括经由光纤的近端从半导体装置的半导体结收集电磁信息，以沿着光纤经由所述光纤的远端传输信息至处理单元，并且在所述处理单元内处理经由所述光纤的所述远端收到的电磁信息。本文提到的实施例涉及一种方法，包括提供具有相反的近端和远端的光纤，以在所述近端从所述半导体结接收电磁信息以便沿着所述光纤传播的方式，将所述光纤的所述近端设置成与半导体装置的半导体结接触，提供配置为经由所述光纤的所述远端接收电磁信息的处理单元，以及在所述处理单元内处理电磁信息以估计所述半导体结的温度。
从參照附图提供的以下详细说明将更易于理解这些和其它优点和特征。
图1描述了依照一个实施例的半导体装置系统。图2描述了依照一个实施例的方法。图3描述了依照一个实施例的方法。图4显示了依照一个实施例的监测半导体结温度的典型結果。
具体实施例方式在以下说明书中，每当实施例的特定方面或特征描述为包括一組元件的至少ー个及其組合，或者由其构成，需要理解的是，方面或特征可能包括该组中的任意元件，或者由其构成，或者是单独地或者是与该组的任意其它元件組合。如下所详述，本文提到的实施例可能够监测半导体装置内半导体结的温度。例如， 实施例可允许当半导体装置处于工作中时监测半导体结温度且不会带来由于监测而发生在半导体装置上的不适当负荷。在某些情况下，半导体装置内半导体结的温度可以提供对于半导体装置和/或包括该半导体装置的系统的健康的指示。图1描述了半导体装置系统100。半导体装置系统100可包括半导体装置102，例如为高功率半导体装置。半导体装置系统100进ー步可包括基板103以及其它组件105，其目的对于本领域技术人员是公知的。半导体装置102可布置为经由半导体装置系统100的其它组件105而位于基板103上。半导体装置102包括半导体结114并且可以由可为电绝缘的保护层104(抽象表示)保形地覆盖。半导体装置102、基板103、其它组件105以及保护层104—起可布置在外壳106(抽象表示)内，外壳106可包括在位置109处的孔ロ 108。 保护管110可穿过孔ロ 108，保护管110可以是电绝缘的。包括近端116和远端118的光纤112可布置在保护管110内。保护管110以及还有光纤112可进ー步在半导体装置系统 100的位置113处穿过保护层104。因此很通常地，本发明的实施例包括至少能够得到并监测与其构成组件的健康相关的參数的半导体装置系统(例如100)。半导体装置系统可以包括半导体装置(例如 102)，半导体装置包括半导体结(例如114)。半导体装置系统可以进ー步包括光纤(例如 112)。所述光纤的近端(例如116)可以与所述半导体结电磁通信(在一个实例中，前面刚提到的“电磁通信”涉及光纤112的近端116对由半导体结114发射的电磁辐射120的一部分119的收集，至少如图1内容所述)。半导体装置系统可进一歩包括处理单元(例如122)，处理单元可以与所述光纤的远端电磁通信(在一个实例中，前面刚提到的“电磁通信”涉及在处理单元122处经由光纤112的远端118的对由半导体结114发射的电磁辐射 120的一部分119的可得性，至少如图1内容所述)，所述处理単元能够接收在所述远端可获得的电磁信息(在一个实例中，前面刚提到的“电磁信息”涉及关于半导体结114的物理參数的信息，物理參数例如为半导体结114的温度，物理參数包含在由半导体结114发射的电磁辐射120的一部分119内，至少如图1内容所述)并处理该电磁信息。在一个实施例中，所述半导体结配置为产生具有位于红外和可见光谱之内的波长的电磁信息。在ー个实施例中，所述处理电磁信息包括处理电磁信息以估计所述半导体结的温度。
光纤112的近端116可布置为以便与半导体结114电磁通信。例如，光纤112的近端116可布置为以便能够收集并传输电磁辐射120的一部分119，其中电磁辐射120可以是在半导体装置102工作期间由半导体结114发射的。在某些实施例中，光纤112的近端 116可布置为以便与半导体结114直接物理接触。处理单元122可以与光纤112的远端118电磁通信。处理单元122可以配置为以便能够接收并处理电磁信息。例如，处理单元122可以包括电磁能传感元件、换能器元件、 以及微处理器，布置它们以便能够转换并处理在所述远端118得到的电磁信息。光纤112 的远端118可布置为基本可以经由远端118呈现通过光纤112传输的电磁辐射120的一部分119，以便由处理单元122接收。处理单元122随后可以处理所接收到的电磁辐射119以得到例如关于半导体结114的温度的信息。基于本文的讨论，本领域技术人员可认识到，本文公开的半导体装置系统(例如 100)潜在地能够以非流电测定的方式监测与其构成部件的健康相关的參数。这种非流电测定的测量倾向于对进行测量的半导体装置系统产生很少的电磁干扰负荷(若有电磁干扰负荷的话)，因此这潜在地导致了至少增强了以接近半导体装置系统的构成半导体装置的操作的设计功率上限地可靠地操作半导体装置的能力。本文公开的半导体装置系统的实施例可展示对现有半导体装置系统多个潜在的增强，现參照图1所述。由于光纤(例如112)可以制成为电绝缘，并且保护管也可以电绝缘，因此半导体装置102的不同部件之间的电绝缘可在位置113及其周围保持为未受干扰，其中保护管110 和光纤112穿过保护层104。类似地，半导体装置102的不同部件之间的电绝缘可在位置 109及其周围保持为未受干扰，其中保护管110和光纤112穿过外壳106。此外，因为基于对直接从半导体结114得到的信息(也即电磁辐射，例如119)进行处理来估计半导体结114的温度，而不基于例如关于半导体结114的间接信息，所以可增强温度测量的精确度和可靠性。例如，估计半导体装置系统100内的温度的现有方法可基于间接測量来估计半导体结的温度，间接测量例如经由与半导体结热接触的温度计。这种估计可取决于用于模拟半导体结114与温度计之间热能流动的热模型的精确度，该精确度可受限于热接触状态的实用性和可变性。此外，也如上所述，因为当前公开的半导体装置系统的实施例能够以非流电测定方式监测关于其构成部件的健康的參数，因此当执行半导体装置系统100的任意一个和多个部件的健康相关參数的測量(为所述监测目的)吋，可以在一定范围内可靠地操作构成半导体装置102，该范围可保持基本不变，即此范围与当不执行半导体装置系统100的健康相关參数的这些测量时也可以可靠地操作半导体装置102的范围相比没有改变。換言之， 当经由本文所公开实施例和其等同来执行吋，例如半导体装置102的健康相关參数的监测可不对半导体装置102的可操作性范围造成负荷。也即，当用在当前公开的系统和方法的实施例内吋，可以不损害半导体装置102大致在其可操作性设计范围内操作的能力。此外， 可以实时估计并监测半导体结114的温度，这使得在任何关于半导体装置系统100的不測事件的情况下能实时进行校正动作。与本文所公开的半导体装置系统相符合的一些半导体装置系统的另ー个潜在优点，与可以实现半导体装置系统的方式有关。例如，可通过采用其间穿有光纤(例如112)
5的保护管(例如100)改装现有半导体装置(例如102)设备，并且以如图1内容和以下方法200和300所述的方式布置光纤，来实现这种半导体装置系统。也可以图1内容所述方式尝试使用其它组件，例如处理单元(例如122)，以便实现半导体装置系统的“改装”实施例。因此很通常的，本文提到的实施例包括用于得到半导体装置(例如102)内半导体结(例如114)的健康相关參数的方法，參数例如为温度。參照图1和图2，在一个实施例中，方法200可包括，在步骤202，经由光纤(例如 112)的近端(例如116)从半导体装置(例如102，该装置可处于工作状态)的半导体结 (例如114)收集电磁信息，以沿着光纤经由光纤的远端(例如118)传输电磁信息至处理单元(例如12 。该方法200可进ー步包括，在步骤204，处理(例如在处理单元122内)经由所述光纤的所述远端收到的电磁信息(例如120)。參照图1和图3，在一个实施例中，方法300可包括，在步骤302，提供具有相反的近端和远端(例如分别为116和118)的光纤(例如11 。方法300可进ー步包括，在步骤304，以在近端从半导体结接收电磁信息(例如120)以便沿着光纤传播的方式将光纤的近端设置成与半导体装置(例如102)的半导体结(例如114)接触。方法300可进ー步包括，在步骤306，提供配置为经由光纤的远端接收电磁信息的处理单元(例如12幻。方法 300可进ー步包括，在步骤308，在处理单元内处理电磁信息以估计半导体结的温度。图4显示了监测半导体装置系统(100)的半导体装置(102)的半导体结(114)的温度的典型结果400。沿着纵轴402是半导体结的温度的绘制数值，其作为沿着横轴404所示的时间(任意単位)的函数。大致在时间412处，半导体装置处于工作状态，并且允许持续工作直至大致时间414，此时停止工作。大致在412与414之间的时间段之间，半导体装置工作在约2000伏电压，以及约1000安的电流，这代表了半导体装置102的工作的设计上限。本领域技术人员可知晓的是，贯穿412与414之间的所述时间段，半导体装置未经历由于所述温度监测而阻碍其接近其设计上限工作的能力的不适当负荷。尽管已经描述了仅有限数目的实施例，容易理解的是，本发明不限于这些公开的实施例。相反，可以修改本发明以包括此前未描述、但是与本发明的精神和范围相当的任意数目的变化、改变、替换或等同设置。此外，尽管已经描述了多种实施例，需要理解的是，本发明的各个方面可以仅包括某些描述的实施例。因此，本发明不应视作限定于前述描述，而是仅由所附权利要求的范围来限定。
权利要求
1.一种系统，包括半导体装置，其包括半导体结；光纤，所述光纤的近端与所述半导体结电磁通信；以及处理单元，其与所述光纤的远端电磁通信，所述处理单元能够接收在所述远端能得到的电磁信息并且处理所述电磁信息。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述半导体结配置为产生具有位于红外和可见光谱之内波长的电磁信息。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理所述电磁信息包括处理所述电磁信息以估计所述半导体结的温度。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述半导体装置是高功率半导体装置。
5.根据权利要求1所述的系统，进一步包括，保护层，其布置为保形地覆盖所述半导体直ο
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述保护层是电绝缘的。
7.根据权利要求1所述的系统，进一步包括，外壳。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述外壳包括孔口。
9.根据权利要求1所述的系统，进一步包括，保护管。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述保护管是电绝缘的。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述光纤布置在所述保护管内。
12.一种方法，包括经由光纤的近端从半导体装置的半导体结收集电磁信息，以沿着光纤经由所述光纤的远端传输所述电磁信息至处理单元；以及在所述处理单元内处理经由所述光纤的所述远端收到的所述电磁信息。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，从半导体结收集电磁信息包括，当所述半导体装置处于工作状态时从所述半导体结收集电磁信息。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述从半导体结收集电磁信息包括，收集具有位于红外和可见光谱之内波长的电磁信息。
15.一种方法，包括提供具有相反的近端和远端的光纤；以在所述近端从半导体结接收电磁信息以便沿着所述光纤传播的方式，将所述光纤的所述近端设置成与半导体装置的所述半导体结接触；提供配置为经由所述光纤的所述远端接收所述电磁信息的处理单元；以及在所述处理单元内处理所述电磁信息以估计所述半导体结的温度。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述在所述处理单元内处理所述电磁信息以估计所述半导体结的温度包括，在所述处理单元内处理具有位于红外和可见光谱之内波长的电磁信息以估计所述半导体结的温度。
全文摘要
本发明涉及用于测量温度的系统及方法。本文提到的实施例涉及一种系统，包括半导体装置，所述半导体装置包括半导体结，光纤，所述光纤的近端与所述半导体结电磁通信，以及与所述光纤的远端电磁通信的处理单元，所述处理单元能够接收在所述远端可得到的电磁信息并且处理该电磁信息。
文档编号G01K7/01GK102589733SQ20111046318
公开日2012年7月18日 申请日期2011年12月16日 优先权日2010年12月17日
发明者D·图尔比尔, K·基尔伯格, R·勒斯纳, S·施勒德, T·许茨 申请人:通用电气公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
