一种检测igbt功率器件可靠性的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于IGBT功率器件的显微红外检测领域，特别设及一种检测IGBT功率器 件可靠性的系统和方法。
【背景技术】
[0002] 红外扫描法，是用红外探测器来检测器件的福射能量密度分布，由此可W较准确 的测定器件的峰值温度及其失效位置，从而推算峰值热阻。稳态显微红外测试，指的是被测 件达到稳定状态时，用显微红外测试系统对其进行测量，从而得到被测件的高分辨率显微 红外分布图像。稳态显微红外测试是微波器件热分析、热设计的有效手段，特别对于测量器 件峰值温度，计算器件热阻、探测热斑和进行失效分析有着至关重要的作用。
[0003] 器件结温是衡量IGBT功率器件热可靠性的主要因素之一。因此，在器件设计中， 准确测定结温就很重要。但是，由于器件热阻不是一个恒量，而是随结温的提高相应变大。 在测定器件热阻过程中，只有器件处于工作状态，测得的结温才是严格有效的。
[0004] 器件的结温不仅与器件的热响应时间紧密相关，而且还要受器件上的功率分配及 热斑所限制。热斑的存在使其功率下降，在估计器件失效前平均时间中更为重要的是热斑， 因为在最热的点上失效最容易发生。
[0005] 由于器件内部电流的不均匀造成温度分布的不均匀，而温度梯度的存在将更促使 电流集中，形成正反馈效应。大功率场效应晶体管由于具有较大的电极面积，不可避免的存 在器件结构W及外延材料的不均匀性，正是该种不均匀性，使得在平行于异质结平面的方 向产生温度梯度和电场梯度，出现电流不均匀和热流不均匀，形成显著的局部过热点（热 斑）。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种检测IGBT功率器件可靠性的系统和方 法，解决了现有技术中由于电流不均匀和热流不均匀导致对IGBT器件可靠性检测不准确 的技术问题。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种检测IGBT功率器件可靠性的系统，包括 直流稳态功率模块、峰值热阻模块、直流稳态功率关系模块和分析可靠性模块；
[000引其中，所述直流稳态功率模块用于，测量IGBT功率器件在不同栅压下漏压值和漏 电流值，计算得到所述IGBT功率器件的直流稳态功率；
[0009] 所述峰值热阻模块用于，检测所述IGBT功率器件的峰值结温，得到所述IGBT功率 器件的峰值结温值和显微红外热像图，根据所述峰值结温值，计算得到所述IGBT功率器件 的峰值热阻；
[0010] 所述直流稳态功率关系模块用于，根据所述IGBT功率器件的直流稳态功率、所述 峰值结温和所述峰值热阻，通过数学拟合方法分别得到峰值结温与直流稳态功率的关系和 峰值热阻与直流稳态功率的关系；
[0011] 所述分析可靠性模块用于，根据峰值结温与直流稳态功率的关系和峰值热阻与直 流稳态功率的关系，对所述显微红外热像图进行分析，得到所述IGBT功率器件的可靠性的 检测结果。
[0012] 一种检测IGBT功率器件可靠性的方法，包括如下步骤：
[001引测量IGBT功率器件在不同栅压下漏压值和漏电流值，计算得到所述IGBT功率器 件的直流稳态功率；
[0014] 通过显微红外热像设备检测所述IGBT功率器件的峰值结温，得到所述IGBT功率 器件的峰值结温值和显微红外热像图，根据所述峰值结温值，计算得到所述IGBT功率器件 的峰值热阻；
[0015] 根据所述IGBT功率器件的直流稳态功率、所述峰值结温和所述峰值热阻，通过 数学拟合方法分别得到峰值结温与直流稳态功率的关系和峰值热阻与直流稳态功率的关 系；
[0016] 根据峰值结温与直流稳态功率的关系和峰值热阻与直流稳态功率的关系，对所述 显微红外热像图进行分析，得到所述IGBT功率器件的可靠性的检测结果。
[0017] 进一步地，通过显微红外热像设备检测所述IGBT功率器件的峰值结温的方法包 括如下：
[001引通过所述显微红外热像设备检测该所述IGBT功率器件巧片的福射能量密度分 布，将所述福射能量密度分布换转换成所述IGBT功率器件的表面各点的温度值，得到所述 峰值结温。
[0019] 进一步地，所述计算得到IGBT功率器件的峰值热阻的方法如式（1)所示：
[0020] Tj = P城th(j-c)+Tc (1)
[002U 式中，Tj为峰值热阻，单位为1：/￥ ;P为直流稳态功率，单位为W ;Rth(j-c)为IGBT 功率器件的结温与环境温度的热阻，单位为°C /W ;Tc为IGBT功率器件的基板温度，单位 为。C。
[0022] 进一步地，所述对显微红外热像图进行分析的方法包括如下步骤：
[0023] 根据所述IGBT功率器件的外延材料、所述IGBT功率器件的器件结构、所述峰值结 温与直流稳态功率的关系和所述峰值热阻与直流稳态功率的关系，对所述显微红外热像图 的热斑进行分析，判断所述IGBT功率器件的可靠性。
[0024] 本发明提供的检测IGBT功率器件可靠性的系统和方法，采用显微红外的测量方 法，获得不同衬底材料和器件的显微红外热像图，从而得到器件在不同基板温度和偏置条 件下（相应的工作电压和工作电流）的峰值结温，进而得到该器件的热阻，通过对比不同结 构和材料器件的显微红外热像图和热阻的大小，在获得器件的峰值结温与显微红外热像图 的基础上，确定IGBT功率器件的热阻大小，通过对比不同结构和材料器件的显微红外热像 图，对器件的材料、结构和工艺进行有效评估，进而实现了 IGBT功率内匹配器件的初步评 价。
【附图说明】
[0025] 图1为本发明实施例提供的检测IGBT功率器件可靠性的方法流程图；
[0026] 图2为本发明实施例提供的器件A的结温测量显微红外图；
[0027] 图3为本发明实施例提供的器件C的结温测量显微红外图；
[002引图4为本发明实施例提供的器件B的结温测量显微红外图；
[0029] 图5为本发明实施例提供的器件B的结温分布图；
[0030] 图6为本发明实施例提供的器件A的结温分布图。
【具体实施方式】
[0031] 本发明实施例提供一种检测IGBT功率器件可靠性的系统，包括直流稳态功率模 块、峰值热阻模块、直流稳态功率关系模块和分析可靠性模块；
[0032] 其中，直流稳态功率模块用于，测量IGBT功率器件在不同栅压下漏压值和漏电流 值，计算得到IGBT功率器件的直流稳态功率；
[0033] 峰值热阻模块用于，检测IGBT功率器件的峰值结温，得到IGBT功率器件的峰值结 温值和显微红外热像图，根据峰值结温值，计算得到IGBT功率器件的峰值热阻；
[0034] 直流稳态功率关系模块用于，根据IGBT功率器件的直流稳态功率、峰值结温和峰 值热阻，通过数学拟合方法分别得到峰值结温与直流稳态功率的关系和峰值热阻与直流稳 态功率的关系；
[0035] 分析可靠性模块用于，根据峰值结温与直流稳态功率的关系和峰值热阻与直流稳 态功率的关系，对显微红外热像图进行分析，得到IGBT功率器件的可靠性的检测结果。
[0036] 参见图