用于监控半导体元器件在其运行期间的功能的控制装置和方法以及具有控制装置的电结 ...的利记博彩app
【技术领域】
[0001]实施例涉及用于监控半导体元器件在其运行期间的功能的控制装置和方法。
【背景技术】
[0002]应监控半导体元器件在其运行期间的功能的应用是多种多样的。例如在功率半导体那样的半导体元器件在高温下运行时，这些功率半导体老化得更快。功率半导体的老化除了会导致它们的损坏外，还有可能会导致半导体元器件的特征曲线发生偏移，从而由于老化效应使得这些元器件有可能并不在理想的技术条件下运行，而这种情况却没有被发现。考虑到电结构组件的耐用性，使用了半导体元器件或功率半导体，例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，监控所使用的半导体元器件的功能，例如考虑其热载荷是值得期待的。典型地，在选定半导体元器件或功率半导体芯片时要注意如下情况或者说以如下方式进行选择，即，通过对它们的规格确定使得它们达到期望的使用寿命，而不会超规格，以便也将成本权衡考虑在内。
[0003]因此，例如在功率半导体芯片中，芯片(Chip)的使用寿命也就与半导体元器件在其运行期间的模块温度有关，从而使在按规定运行期间的温度能够被看作是针对功率电子器件的对于半导体元件或芯片的规格确定的关键性的参数。也就是说，每个半导体元器件都经受由温度和电子参数所导致的损耗。如果例如要对用于特定的使用场合的反相器或逆变器进行最佳规格确定，迄今为止这样做的前提是要对负担载荷或对半导体元器件或部件的热载荷有准确的认知。在此利用常规的措施，例如示波器和电流或电压探测头能够比较简单地获知电参数，例如穿过半导体元器件的电流和半导体元器件运行期间施加到该半导体元器件上的电压，而对半导体元器件的温度的测量或持续监控却无法毫无问题地实现。
[0004]因此，按常规方式，对所使用的半导体元器件的在考虑到其热负载的情况下的规格确定经常基于由半导体元器件的生产商指定的值地结合对半导体元器件中的损耗功率的模拟来实现。虽然在此例如也可以考虑将半导体元器件的老化效应作为附加的理论模型，但是无法或者只能部分地考虑到例如其他的几何结构的边缘条件，例如半导体元器件对可能是热封装的壳体的或者其他相邻的并且产生损耗功率的构件的影响。
[0005]半导体元器件的温度例如也借助粘接在半导体元器件上的或在半导体元器件内部或其基底内实现的热电偶来确定。然而，这样来确定的温度仅仅提供了点状式的温度，也就是说，半导体元器件在有热电偶的地方上的温度。然而，通常半导体元器件的温度在其运行期间是在半导体材料的整个面上或其整个体积上并不均匀地升高。也就是说，温度不均匀地分布在芯片或半导体元器件上。这就带来如下危险，即，例如与借助热电偶在其位置上确定的半导体芯片的温度相比，芯片或半导体元器件在其他没有安装热电偶的位置上具有高得多的温度。也就是说，当老化或强烈的温度上升不是在有热电偶的位置上出现时，就无法以要求的准确度采取可能的紧急措施。在此要注意的是，即使当理论模型可能会针对孤立观察的半导体的情况预测出现在半导体元器件上的最大升温，这个地方由于上面已经指出的不同装入情况而会变化很大，从而无法针对任意的配置来确保使用热电偶的可靠性。
【发明内容】
[0006]因此存在如下需求，S卩，改进对半导体元器件在其运行期间的功能的监控。
[0007]本发明的实施例通过如下方式能够实现这一点，S卩，为了监控半导体元器件的功能使用控制装置，该控制装置被构造成用于处理与在半导体元器件的面上的无接触式地确定的温度分布相对应的信息。为了该目的，控制装置具有输入端口，以便接收在半导体元器件的面上的无接触式地确定的温度分布相对应的传感器信号。控制装置的评估装置用于基于传感器信号来确定是否可以识别出温度分布以及半导体元器件是否不在正常的运行状态下运行。为了该目的，评估装置按照是否满足预先确定的判断标准来评估传感器信号。此夕卜，控制装置还能够实现输出或生成紧急信号，当满足预定的判断标准时，紧急信号导致执行紧急措施。
[0008]也就是说，借助这样的控制装置能够基于在半导体元器件面上的温度分布地对半导体元器件的功能进行监控，从而当确定半导体元器件不在正常的运行状态下运行时，必要时能够采取适当的紧急措施。由于考虑到半导体元器件的面上的温度的温度分布，而不会仅仅识别点状出现的过高温度，而是即使当由于受监控的半导体元器件的安装情况使得它的温度分布或出现的最高温度的生成相对于孤立观察的半导体元器件发生变化时，也可能会可靠且精确地做出关于半导体元器件的运行状态的结论。尤其地，例如可以可靠地确定半导体元器件是否具有过高的温度，或者半导体元器件是否出现过高的损耗功率，从而必要时可以采取措施，其中，通过观察半导体元器件的表面上的温度分布还可以同时自动地准确检测到传感器的不同的构造上的布置、不同的热膨胀和可能附加的散热体及类似装置的影响。这样获得的关于温度分布的数据可以借助控制装置的实施例来评估，或者提供给这些控制装置，这些控制装置例如可以在芯片或被监控的半导体元器件过热时限制流过半导体元器件的电流，这作为可能的紧急措施能够导致半导体元器件内部的温度下降。因此，通过根据本发明的实施例能够确定半导体元器件的实际芯片温度或实际的温度分布，而不会让作为基础的理论计算模型由于装入而造成的不实而造成结果的不实。
[0009]根据另外的实施例，紧急信号导致显示出如下提示，S卩，半导体元器件不在正常的运行状态下运行。这例如可以让使用者能够预先推断出半导体元器件或使用该元器件的结构组件即将失灵的结论，以便避免出现真正的损坏。当特定的半导体元器件重复过热时，或者当相关的半导体元器件经常过于快速地受热，这可以被认为相关的半导体元器件即将失灵或损坏的指标时，于是例如可以采取紧急措施。因此，借助紧急信号可以让使用者由控制装置主动地得知半导体元器件正在出现过热或者预计只剩下很短的使用寿命。
[0010]根据一些实施例，借助至少一个传感器针对包括半导体元器件的整个表面在内的整个面区域来检测温度分布，从而判断出半导体元器件是否不在正常的运行状态下运行，或者不能使用半导体元器件的整个面，这在总体上能够提升诊断准确度。
[0011]根据一些实施例，借助传感器无接触式地检测由半导体元器件的表面放射的电磁辐射，例如借助对中间的红外线范围敏感的红外线传感器(IR传感器)，该传感器还可以例如还位置分辨地观察扩展的表面区域。换句话说，这些传感器的实施例可能单个地或者以更大数量大面积覆盖式地以在半导体元器件之上浮动(schwebend)的方式布置。通过使用基于放射的例如在3 μ??到50 μm的波长区间内的热辐射检测到的温度的传感器能够实现对温度或温度变化曲线的确定，这在进一步的信号处理中能够实现更高效的处理。此外，使用此类的传感器在半导体元器件的半导体基底中本身没有面积损失的情况下能够实现对半导体元器件的表面上的温度变化的确定。此外，在半导体元器件例如通过将这些半导体元器件导热地安装在散热体上的方式来附加地被散热的实施例中，还能够防止散热面的减少，否则要是将热电偶布置在半导体元器件的表面上，就会发生这种情况。
[0012]通过直接观察半导体元器件的表面上的温度分布，可以放弃对元器件的模拟，这可以改善对半导体元器件的运行状态的分析的准确性，由此能够避免在对半导体基底中流过的电流进行模拟时所固有的不准确性。
[0013]为了做出判断，可以考虑任意的判断标准，基于这些标准可以推断出半导体元器件不在正常的运行状态下运行。根据一些实施例，可以例如通过如下方式确定针对整个半导体元器件的绝对温度，即，在位置分辨地确定温度分布时形成在各个分别对应