功率器件的结温
结温是电力电子系统的可靠性评估和使用寿命预测的基础参数。实际工程应用中,温敏电参数(TemperatureSensitiveElectricalParameters,TSEP)法是一种使用芯片自身作为温度传感器的方法。这是因为,功率芯片(如IGBT、FRD、功率MOS、SiC)中多数电气参数强烈依赖于温度,而且这个方法可以在不损坏器件封装结构的情况下快速获得器件结温。
但是,电参数法只能获得芯片的单个温度值,这不能直接获得芯片PN结真正温度,故电学参数法获得的结温一般称为虚拟结温Tvj(Tj),同时它不能提供实际温度分布。实际上,功率器件的Tvj是不明确的,芯片的温度不能使用单个温度值描述。
实际芯片的温度是三维分布,不仅具有横向温度梯度,同时具有垂直方向上的温度梯度。

上图左边是IGBT芯片表面温度分布和对角线提取路径,右边是其三维分布,这具有很强的温度梯度特性,芯片不同位置的温度并不一致。如上文描述,电学参数法的测量只能测试芯片某一点的温度值。
例如,小电流下饱和压降法测试得到的结温主要反映集电极侧PN结处的温度信息;阈值电压法测得的结温则是反映的是发射极侧沟道区域的温度信息。
由于芯片具体温度的模糊性,需要统一一个温度值来表征。通常,我们希望虚拟结温表征的是最大温度,也就是实际最严苛的状态。但是实际测量时,一般是反映芯片三维温度分布的平均值,是一个平均温度。
随着红外温度测量技术的发展,可以测量芯片表面温度,并通过数据处理来提取平均表面温度,称为面积加权平均温度,这个温度值与虚拟结温之间的差值很小,可以作为虚拟结温的表征。
说到功率模块,由于功率模块的芯片封装在模块内部,不易接触和监测,它的结温精准测试一直是行业难题。所以行业内对结温的测试方法大体可分为四类:物理接触法、光学测试法、温敏电参数法和一些其它方法。
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