AMB嵌入式功率模块缺陷测试方法与流程

本发明涉及功率半导体模块检测，具体涉及一种amb嵌入式功率模块缺陷测试方法。

背景技术：

1、以碳化硅(sic mosfet)为代表的宽禁带（wbg）功率器件正迅速向高功率密度、高集成度发展。活性金属钎焊（amb）嵌入式功率模块将功率芯片直接埋入amb陶瓷基板（如氮化硅amb板）内部，通过铜填充实现垂直互连，兼具低寄生电感与双面高效散热，已成为电动汽车驱动、航空航天电源等领域的核心功率变换单元。准确获知该类模块在实际工作或测试中的功率半导体芯片结温，对于寿命评估、可靠性筛选和热管理设计至关重要。

2、目前，获取功率半导体芯片结温的常用方法主要包括红外热成像法和电学热敏参数法。红外热成像法需要拆除模块的灌封材料、散热基板等，使功率半导体芯片表面裸露，具有破坏性且无法用于在线监测。电学热敏参数法利用功率半导体芯片自身某些电气参数与温度的确定关系来反推结温，如小电流下的导通压降、体二极管正向压降、阈值电压等。然而，对于amb嵌入式模块，其内部互连以大面积银烧结和厚铜填充为主，没有传统的键合线，这些互连结构自身具有一定的电阻并随温度变化，当使用功率回路中的导通压降作为温敏参数时，即便采用开尔文源极接法消除部分源极电阻，测量路径仍不可避免地包含部分封装互连电阻，导致温度反演精度下降。此外，利用体二极管正向压降通常需要断开支路并注入小测试电流，电路复杂且容易引入自热干扰。阈值电压虽然与功率半导体芯片温度密切相关，但直接测量阈值电压通常需要在极低漏极电流下进行，难以与正常工作波形同步提取。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种非破坏性的、高精度且易于实施的amb嵌入式功率模块缺陷测试方法。

2、第一方面，本发明所述的一种amb嵌入式功率模块缺陷测试方法，包括以下步骤：

3、所述amb嵌入式功率模块包括功率半导体芯片、栅极端子和开尔文源极端子，所述测试方法包括以下步骤：

4、向所述栅极端子与开尔文源极端子之间施加驱动脉冲，使所述功率半导体芯片执行开关动作；

5、采集所述栅极端子与开尔文源极端子之间的电压波形，作为栅极电压信号；

6、从所述栅极电压信号中提取至少一个能反映所述功率半导体芯片栅极充放电特性变化的动态特征参量；

7、将所述动态特征参量与预设基准特征参量进行比较，若两者的偏差超过设定阈值，则判定功率模块存在缺陷，否则判定所述功率模块性能合格。

8、可选地，所述动态特征参量包括米勒平台电压值、米勒平台持续时间、栅极电压上升斜率、栅极电压下降时间、栅极电压振荡幅度和栅极电压振荡频率中的至少一种。

9、可选地，所述预设基准特征参量的获取方式为：

10、选取多只健康的同型号amb嵌入式功率模块，在相同母线电压、负载电流、驱动条件及温度下，施加相同驱动脉冲，提取各amb嵌入式功率模块的动态特征参量，通过统计分析得到所述基准特征参量。

11、可选地，所述amb嵌入式功率模块的功率半导体芯片为sic mosfet芯片，所述amb嵌入式功率模块的内部缺陷包括功率半导体芯片与基板之间的烧结层裂纹、烧结层空洞、amb基板的金属-陶瓷分层中的至少一种。

12、可选地，所述驱动脉冲为双脉冲序列，所述双脉冲序列包括第一脉冲和第二脉冲，所述第一脉冲用于建立负载电流，所述第二脉冲的开关瞬态区间作为所述栅极电压信号的有效采集区间。

13、可选地，所述第一脉冲导通所述功率半导体芯片并在负载电感上建立稳定预设负载电流，所述第一脉冲关断后，负载电感电流通过续流二极管维持恒定电流，并在间隔预设短暂时长后输出所述第二脉冲。

14、可选地，在向所述栅极端子与开尔文源极端子之间施加所述第二脉冲时，同步采集栅极-开尔文源极电压波形与漏极电流波形。

15、可选地，还包括：

16、识别波形中对应于所述漏极电流达到所述预设负载电流时刻的栅极-开尔文源极电压值，作为米勒平台电压；

17、基于预先标定的米勒平台电压、芯片结温、负载电流三者的映射关系，结合采集得到的米勒平台电压和漏极电流，计算得到功率半导体芯片的当前结温。

18、本发明的有益效果：

19、（1）本发明采用功率模块自带开尔文源极构建独立栅极采集回路，消除封装功率互连电阻压降干扰，栅极动态特征参量采集精度高，不受模块封装结构、引线电阻影响。

20、（2）本发明无需拆解amb功率模块封装，实现无损检测，支持产线批量离线检测与变流器整机运行在线实时监测。

21、（3）本发明依托sic mosfet米勒平台电压负温度系数特性，通过简单双脉冲激励即可同步完成功率半导体芯片结温测算与封装缺陷诊断，一套测试流程同时实现温度监测与缺陷识别。

22、（4）本发明仅需单次开通瞬态波形，测试时间极短，自热影响小，适用于大批量、快速温度筛选。

23、（5）本发明可兼容电感双脉冲高精度检测、电阻单脉冲极速分选两种模式，覆盖不同检测精度、效率需求。

24、（6）本发明能够精准识别烧结层空洞、烧结裂纹、amb基板金属陶瓷分层等内部隐性热缺陷，提前预判器件老化失效风险，提升功率装备运行可靠性。

1.一种amb嵌入式功率模块缺陷测试方法，其特征在于，所述amb嵌入式功率模块包括功率半导体芯片、栅极端子和开尔文源极端子，所述测试方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的amb嵌入式功率模块缺陷测试方法，其特征在于，所述动态特征参量包括米勒平台电压值、米勒平台持续时间、栅极电压上升斜率、栅极电压下降时间、栅极电压振荡幅度和栅极电压振荡频率中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的amb嵌入式功率模块缺陷测试方法，其特征在于，所述预设基准特征参量的获取方式为：

4.根据权利要求1所述的amb嵌入式功率模块缺陷测试方法，其特征在于，所述amb嵌入式功率模块的功率半导体芯片为sic mosfet芯片，所述amb嵌入式功率模块的内部缺陷包括功率半导体芯片与基板之间的烧结层裂纹、烧结层空洞、amb基板的金属-陶瓷分层中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的amb嵌入式功率模块缺陷测试方法，其特征在于，所述驱动脉冲为双脉冲序列，所述双脉冲序列包括第一脉冲和第二脉冲，所述第一脉冲用于建立负载电流，所述第二脉冲的开关瞬态区间作为所述栅极电压信号的有效采集区间。

6.根据权利要求5所述的amb嵌入式功率模块缺陷测试方法，其特征在于，所述第一脉冲导通所述功率半导体芯片并在负载电感上建立稳定预设负载电流，所述第一脉冲关断后，负载电感电流通过续流二极管维持恒定电流，并在间隔预设短暂时长后输出所述第二脉冲。

7.根据权利要求6所述的amb嵌入式功率模块缺陷测试方法，其特征在于，在向所述栅极端子与开尔文源极端子之间施加所述第二脉冲时，同步采集栅极-开尔文源极电压波形与漏极电流波形。

8.根据权利要求7所述的amb嵌入式功率模块缺陷测试方法，其特征在于，还包括：