用于匹配半导体结构元件的温度的方法和设备技术

本发明专利技术涉及用于匹配半导体结构元件的温度的方法和设备。设备具有第一半导体结构元件、第二半导体结构元件和分析处理单元，其中，分析处理单元设置用于：求取第一半导体结构元件的第一温度和第二半导体结构元件的第二温度；计算第一温度偏差和第二温度偏差，第一温度偏差表示第一温度与参考温度的偏差，第二温度偏差表示第二温度与参考温度的偏差；匹配第一半导体结构元件的第一栅极电压和/或第二半导体结构元件的第二栅极电压，直到第一温度偏差和第二温度偏差小于或等于与参考温度的预定义的最大允许温度偏差，其中，仅当未超过用于相应的栅极电压的预定义的允许调节范围并且第一温度和/或第二温度大于参考温度时才发生相应的栅极电压的匹配。生相应的栅极电压的匹配。生相应的栅极电压的匹配。

【技术实现步骤摘要】
用于匹配半导体结构元件的温度的方法和设备


[0001]本专利技术涉及一种用于匹配半导体结构元件的温度的方法和设备。

技术介绍

[0002]在功率半导体模块中，多个半导体通常并联连接。这些半导体被越均匀地使用，具有这些半导体的部件的功率能力就越高。功率能力通过借助半导体能传导的电流来测定，相应地，如果部件的半导体之一超过了其运行极限，则已经达到该部件的功率能力的极限。这种运行极限由最热半导体的最大的阻挡层温度(Sperrschichttemperatur)得到。半导体的相应的温度在此优选被单独地测量。
[0003]在单个半导体的功率能力或者说传导损耗方面的偏差一方面由半导体的制造过程引起。另一方面，各自的结构、连接技术以及退化效应也会产生影响。相应地，在现有技术中在设计半导体时考虑了这样的公差，这由于相应的设计余地直接影响结构元件的成本和利用率。

技术实现思路

[0004]根据本专利技术的第一方面提出一种用于匹配半导体结构元件的温度的方法。
[0005]在根据本专利技术的方法的第一步骤中，求取第一半导体结构元件的第一温度和第二半导体结构元件的第二温度，其中，第一温度和第二温度优选与半导体结构元件的相应的阻挡层温度相关。此处存在的求取的步骤和下面描述的方法步骤例如在使用根据本专利技术的分析处理单元的情况下来执行，该分析处理单元能够接收和/或计算关于第一半导体结构元件和第二半导体结构元件的与温度相关的信息。第一温度和第二温度例如借助温度传感器来感测，所述温度传感器配属于相应的半导体结构元件。为此，温度传感器优选在信息技术上与根据本专利技术的分析处理单元连接。第一半导体结构元件和第二半导体结构元件例如分别是诸如SiC
‑
MOSFET的功率半导体或与其不同的(功率)半导体或(功率)半导体模块。
[0006]在根据本专利技术的方法的第二步骤中，计算第一温度偏差和第二温度偏差，所述第一温度偏差表示第一温度与参考温度的偏差，所述第二温度偏差表示第二温度与参考温度的偏差。
[0007]在根据本专利技术的方法的第三步骤中，匹配第一半导体结构元件的第一栅极电压和/或第二半导体结构元件的第二栅极电压，直到第一温度偏差和第二温度偏差小于或等于与所述参考温度的预定义的最大允许温度偏差，其中，所述栅极电压的匹配适合于改变相应的半导体结构元件的损耗功率。仅当未超过用于栅极电压的预定义的允许调节范围(该预定义的允许调节范围例如从半导体结构元件的数据表中获知)并且第一温度和/或第二温度大于参考温度时，才匹配相应的栅极电压。
[0008]通过根据本专利技术地匹配相应的栅极电压，有利地可以提高或者说相互均衡半导体结构元件的、尤其是由制造公差引起的使用寿命。此外，实现了减少半导体结构元件的由温度决定的设计余地(Auslegungsreserve)，这又可以引起制造成本的降低。
[0009]一般应指出，根据本专利技术的方法也能用于更多数量的半导体结构元件而不限于上面作为代表所描述的两个半导体结构元件。也就是说，根据本专利技术的方法例如有利地能用于均衡三个、四个或更多个半导体结构元件的相应温度和/或使用寿命。
[0010]此外可设想，将根据本专利技术的方法应用于并联和/或串联连接的半导体结构元件。
[0011]在下文中示出本专利技术的优选扩展方案。
[0012]所述参考温度例如是预定义的绝对温度，该预定义的绝对温度能静态或动态地来确定。静态确定例如基于半导体结构元件的特性参量和/或基于半导体设备的使用领域以及与之相关联的预期的边缘条件(例如，环境温度范围)来进行。动态确定优选以重复的方式和/或在考虑半导体结构元件的当前测量参量和/或当前使用条件和/或当前边缘条件的情况下进行，使得始终能使用与情景匹配的且优选与情景最佳匹配的参考温度。替代地，参考温度是与第一温度和第二温度相关的相对温度并且尤其是第一温度和第二温度的平均值，而不由此局限于求平均作为两个温度值的唯一计算可能性。相对参考温度的求取有利地分别在求取第一温度和第二温度之后进行，使得用于计算与参考温度的相应温度偏差的后续方法步骤始终基于当前求取出的参考温度。然而，为了节省测量和/或计算过程，也可设想，以比求取第一温度和第二温度更低的频率重新计算参考温度。
[0013]在本专利技术的一个特别有利的构型中，第一半导体结构元件和第二半导体结构元件是并联连接的半导体结构元件，所述半导体结构元件尤其用于接通高的功率。相应的半导体结构元件例如是单个的受电压引导的(spannungsgef
ü
hrte)半导体，诸如SiC
‑
MOSFET或与其不同的半导体。替代地，相应的半导体结构元件构造为半导体模块(尤其是功率模块)，所述半导体模块分别具有多个(尤其是并联连接的)单个的受电压引导的半导体。相应的半导体结构元件的温度和/或使用寿命的均衡能够与此相应地不仅应用在单个的半导体之间而且应用在多个半导体模块之间。
[0014]有利地，第一温度和第二温度分别借助温度传感器和/或温度敏感的参数和/或温度观察器来求取出。在此，起决定性作用的是，半导体结构元件的相应的温度能以所需的精度彼此分开地被求取出。
[0015]在本专利技术的另一个有利的构型中，匹配相应的半导体结构元件的栅极电压时的顺序是按照相应的温度偏差的大小确定的，其中，分别首先匹配具有最高温度偏差的半导体结构元件的栅极电压。替代地或附加地，在完成相应的栅极电压的匹配之后，所述半导体结构元件的至少一个栅极电压基本上相应于用于相应的半导体结构元件的预定义的最大允许栅极电压。由此，在同时均衡半导体结构元件的相应的温度偏差时，实现在参与根据本专利技术的方法的所有半导体结构元件上的总损耗功率的最小化。
[0016]有利地，第一半导体结构元件的第一栅极电压和/或第二半导体结构元件的第二栅极电压借助预定义的电压偏移(Spannungshubs)来逐渐匹配，该预定义的电压偏移可以分别是关于各个当前栅极电压的正电压偏移或负电压偏移。这样的逐渐匹配通过重复执行根据本专利技术的方法来实现，其中，该重复执行例如在相应的运行周期
‘
期间以预定义的和/或动态匹配的时间间隔发生。替代地或附加地，该重复执行响应于预定义事件的出现而发生。替代地或附加地，第一半导体结构元件的第一栅极电压和/或第二半导体结构元件的第二栅极电压基于当前栅极电压或基于相应的半导体结构元件的预定义的最大允许栅极电压来匹配。
[0017]替代地或附加地，可能的是，相应的电压偏移是根据栅极电压变化对半导体结构元件的相应的沟道电阻的影响的大小和/或根据与所述参考温度的相应的温度偏差(例如在偏差较大的情况下使用较大的摆动)来确定的。在此上下文中，也可设想，根据另外的边缘条件来匹配预定义的电压偏移。此外可设想，使用单独匹配的电压偏移用于每个半导体元件。
[0018]有利地，在相应的半导体结构元件的相应的运行周期开始时的栅极电压是基于预定义的栅极电压值和/或基于来自至少一个先前的运行周期
‘
的栅极电压值的历史来确定的。替本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于匹配半导体结构元件(10、20)的温度的方法，所述方法具有以下步骤：
·
求取第一半导体结构元件(10)的第一温度和第二半导体结构元件(20)的第二温度，
·
计算第一温度偏差和第二温度偏差，所述第一温度偏差表示所述第一温度与参考温度的偏差，所述第二温度偏差表示所述第二温度与所述参考温度的偏差，以及
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匹配所述第一半导体结构元件(10)的第一栅极电压(Vg1)和/或所述第二半导体结构元件(20)的第二栅极电压(Vg2)，直到所述第一温度偏差和所述第二温度偏差小于或等于与所述参考温度的预定义的最大允许温度偏差，其中，所述栅极电压(Vg1、Vg2)的匹配适合于改变相应的半导体结构元件(10、20)的损耗功率，其中，所述相应的栅极电压(Vg1、Vg2)的匹配仅在以下情况下发生：
·
未超过用于所述栅极电压(Vg1、Vg2)的预定义的允许调节范围，并且
·
所述第一温度和/或所述第二温度大于所述参考温度。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述参考温度
·
是预定义的绝对温度，或
·
是与所述第一温度和所述第二温度相关的相对温度并且尤其是所述第一温度和所述第二温度的平均值。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一半导体结构元件(10)和所述第二半导体结构元件(20)
·
是并联连接的半导体结构元件(10、20)，和/或
·
是单个的受电压引导的半导体，或是半导体模块，所述半导体模块分别具有多个单个的受电压引导的半导体。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一温度和所述第二温度分别借助以下来求取出：
·
温度传感器(T1、T2)，和/或
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温度敏感的参数，和/或
·
温度观察器。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，
·
匹配相应的半导体结构元件(10、20)的栅极电压(Vg1、Vg2)时的顺序是按照相应的温度偏差的大小确定的，其中，首先匹配具有最高温度偏差的半导体结构元件(10、20)的栅极电压(Vg1、Vg2)，和/或
·
在完成相应的栅极电压(Vg1、Vg2)的匹配之后，所述半导体结构元件(10、20)的至少一个栅极电压(Vg1、Vg2)基本上相应于用于相应的半导体结构元件(10、20)的预定义的最大允许栅极电压(Vgmax)。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一半导体结构元件(10)的第一栅极电压(Vg1)和/或所述第二半导体结构元件(20)的第二栅极电压(Vg2)
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借助预定义的电压偏移来逐渐匹配，和/或
·...

【专利技术属性】
技术研发人员：K，
申请(专利权)人：罗伯特，
类型：发明
国别省市：