【CN109738779A】半导体结温计算方法、装置、计算机设备和存储介质【专利】
结温定义和计算公式
C结温（Junction Temperature）定义和计算公式
结温（Junction Temperature）
结温是处于电子设备中实际半导体芯片（晶圆、裸片）的最高温度。
它通常高于外壳温度和器件表面温度。
结温可以衡量从半导体晶圆到封装器件外壳间的散热所需时间以及热阻。
最高结温（Maximum junction temperature）
最高结温会在器件的datasheet数据表中给出，可以用来计算在给定功耗下器件外壳至
环境的热阻。
这可以用来选定合适的散热装置。
如果器件工作温度超过最高结温，器件中的晶体管就可能会被破坏，器件也随即失效，所以应采取各种途径降低结温或是让结温产生的热量尽快散发至环境中。
结温为：热阻×输入功率+环境温度,因此如果提高接合温度的最大额定值,即使环境温度非常高,也能正常工作。
一个芯片结温的估计值Tj，可以从下面的公式中计算出来：
Tj=Ta+( R θJA × PD )
Ta = 封装的环境温度( º℃)
R θJA = P-N结至环境的热阻( º℃ / W )
PD = 封装的功耗(W)
降低结温的途径：
1、减少器件本身的热阻；
2、良好的二次散热机构；
3、减少器件与二次散热机构安装介面之间的热阻；
4、控制额定输入功率；
5、降低环境温度。
半导体制冷装置的工作原理
半导体制冷装置的工作原理
半导体制冷装置是一种利用Peltier效应来实现制冷的装置。
Peltier效应是指通过电流在两种不同导电性能的材料之间产生热量和冷量的现象。
在半导体制冷装置中，通常使用两种不同类型的半导体材料，一个是n型半导体，另一个是p型半导体。
当通过半导体制冷装置施加电流时，电流会在两种半导体材料之间流动。
在p 型半导体中，电流中的正电荷向负电荷移动，在n型半导体中，电流中的负电荷则向正电荷移动。
这种移动过程会在n型半导体和p型半导体的交界处产生热量和冷量。
具体来说，当电流通过半导体制冷装置时，p型半导体与n型半导体之间的电荷移动会导致p型半导体一侧变热，而n型半导体一侧则变冷。
这种效应遵循热力学原理，即在电荷移动的过程中，系统会吸收热量并产生冷量。
通过这种方式，半导体制冷装置可以实现制冷效果。
通常，制冷装置内部设计精细，包括导热管、散热片等组件，以确保制冷效果稳定和高效。
总的来说，半导体制冷装置利用Peltier效应将电能转化为热量和冷量，从而实现制冷的效果。
其工作原理简洁清晰，已在许多领域得到广泛应用，如电子设备制冷、医疗设备制冷等。
随着技术的不断进步，半导体制冷装置的制冷效率和稳定性将得到进一步提升，为人们的生活和工作带来更多便利。
半导体结温
半导体结温介绍半导体结温（Junction Temperature）是指半导体器件的PN结或MOS结的温度。
在半导体器件工作时，由于电流通过的效应，使得结温高于环境温度。
半导体结温是半导体器件可靠性和性能的重要参数，对于正确设计和使用半导体器件至关重要。
半导体器件的热稳定性问题半导体器件在工作中会产生大量的热量，这些热量需要及时散发，否则会导致温度过高，进而影响器件的性能和寿命。
半导体器件的结温过高会导致以下问题：1. 热失效当半导体器件的结温超过一定临界值时，可能会出现热失效的情况。
热失效是指半导体器件无法正常工作或损坏的现象，主要是因为高温引起了器件内部的结构、材料和连接失效。
2. 电性能下降高温会导致材料的电导率下降，电子迁移率减小，电流密度增加。
这些因素会导致半导体器件的电性能下降，包括导通电压的增加、开关频率的降低、输出功率的减小等。
3. 退化效应高温会导致半导体器件中的金属与半导体材料之间的化学反应，从而形成金属-半导体界面的退化层。
这会导致界面的电阻增加，从而影响器件的性能。
半导体器件的热设计为了保证半导体器件的正常工作和长寿命，需要进行合理的热设计和热管理。
下面将介绍几个常用的热设计方法：1. 优化器件结构合理设计半导体器件的结构，包括散热片、导热层和散热装置的选择和设计。
通过增加散热片面积、降低散热装置的热阻，可以有效提高器件的热稳定性。
2. 控制工作条件合理控制器件的工作条件，包括电流限制、电压限制和开关频率的选择。
通过控制这些参数，可以降低器件的功耗和热量产生，从而减少结温升高的风险。
3. 温控系统针对高温环境下的半导体器件应用，可以设计温控系统对结温进行监测和控制。
例如，通过温度传感器实时监测结温，并使用风扇或液冷系统进行散热，以保持结温在安全范围内。
半导体结温的测试和评估为了准确评估半导体器件的热稳定性，需要进行结温的测试和评估。
1. 模拟测试模拟测试是一种常用的结温测试方法。
【CN109740298A】一种系统级封装芯片的结温预测方法【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910165368.6(22)申请日 2019.03.05(71)申请人 北京轩宇空间科技有限公司地址 100010 北京市顺义区高丽营镇文化营村北（临空二路1号）(72)发明人 李亚妮 刘群 刘鸿瑾 李超 张建锋 王智源 (74)专利代理机构 北京康盛知识产权代理有限公司 11331代理人 张宇峰(51)Int.Cl.G06F 17/50(2006.01)(54)发明名称一种系统级封装芯片的结温预测方法(57)摘要本发明公开了一种系统级封装芯片的结温预测方法，属于半导体测试技术领域。
结温预测方法包括以下步骤：对系统级封装芯片的设计方案建立有限元分析模型；搭建热阻测试环境；对系统级封装芯片中的子芯片单独施加第一功耗，并在第一设定温度环境中仿真获知子芯片位置的温度，获得温升矩阵；根据温升矩阵获得第一设定温度环境的热阻矩阵，热阻矩阵包括子芯片的自身热阻和子芯片之间的耦合热阻；在实际工况环境温度中，根据第二功耗和热阻矩阵通过计算获得子芯片同时工作时的理论结温。
权利要求书1页 说明书6页 附图2页CN 109740298 A 2019.05.10C N 109740298A1.一种系统级封装芯片的结温预测方法，其特征在于，包括以下步骤：对所述系统级封装芯片的设计方案建立有限元分析模型；搭建热阻测试环境；对所述系统级封装芯片中的每个子芯片单独施加第一功耗，并在第一设定温度环境中仿真获知每个所述子芯片位置的温度，获得温升矩阵；根据所述温升矩阵获得所述第一设定温度环境的热阻矩阵，所述热阻矩阵包括每个所述子芯片的自身热阻和每个所述子芯片之间的耦合热阻；在实际工况环境温度中，根据所述热阻矩阵和第二功耗通过计算获得每个所述子芯片同时工作时的理论结温。
2.根据权利要求1所述的结温预测方法，其特征在于，还包括：在获得每个所述子芯片同时工作时的理论结温后，验证所述理论结温的准确性。
半导体芯片结温与系统热阻构成无损检测关键技术分析
半导体芯片结温与系统热阻构成无损检测关键技术分析发布时间：2022-06-22T07:54:52.214Z 来源：《科技新时代》2022年6期作者：宾伟雄[导读] 随着社会经济的发展，机械技术水平不断提高，芯片作为电子系统工作的重要核心，若是其运作温度过高极易造成设备故障、系统瘫痪。
基于此，本文对半导体芯片结温与系统热阻构成无损检测关键技术价值意义进行探讨，并分析该技术要点，以期为相关工作提供有效参考建议。
深圳市德瑞茵精密科技有限公司宾伟雄 518000摘要：随着社会经济的发展，机械技术水平不断提高，芯片作为电子系统工作的重要核心，若是其运作温度过高极易造成设备故障、系统瘫痪。
基于此，本文对半导体芯片结温与系统热阻构成无损检测关键技术价值意义进行探讨，并分析该技术要点，以期为相关工作提供有效参考建议。
关键词：无损检测技术；半导体芯片；结温；热阻引言：当前的电子机械、电子系统都离不开芯片，但是在其运作过程中，其有源区耗散功率和其散热路径上各层材料的热阻，将会使核心器件结温，这不利于电子系统和机械设备的稳定运作。
因此，为提升此类系统与设备的运作可靠性，分析半导体芯片结温与系统热阻构成无损检测关键技术是必要的。
1.探讨半导体芯片结温与系统热阻构成无损检测关键技术价值意义根据长时间的工作经验，电子系统和机械设备中近60%的系统问题就是因为核心器件过热，尤其是微米级别的芯片，其有源区结温程度直接决定了系统运行的稳定性和年限。
除此之外，核心器件结温还与组件、散热器以及自身结构等方面有关，外加界面热阻，都会推高芯片结温。
但是，半导体芯片结温与系统热阻构成无损检测关键技术中使用了一种对半导体温度变化数据进行瞬时采集的技术，并进行相关曲线的绘制，能够以无损、准确的状态对封装器件进行检测，掌握其最高结温参数以及各个路径上的热阻和热容。
而且，针对以往难以攻克的“厚层夹薄层”结构的检测问题，该技术中独创了“逐层推移”测量技术，有效打破现有的检测技术局限。
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CN 109738779 A
权 利 要 求 书
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9 .一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在 于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。
10 .一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序 被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
权利要求书2页 说明书9页 附图4页
CN 109738779 A
CN 109738779 A
权 利 要 求 书
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1 .一种半导体结温计算方法，其特征在于，所述方法包括： 获取传递给半导体部件的控制指令； 将所述控制指令输入功率损耗模型，得到损耗数据； 将所述损耗数据输入结温模型，得到半导体结温。 2 .根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取传递给半导体部件的控制指令之 前包括： 获取所有控制指令所对应的功率损耗； 根据所有控制指令以及所有控制指令相对应的功率损耗，得到功率损耗模型。 3 .根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取传递给半导体部件的控制指令之 前包括： 对多个功率半导体器件分别获取所有控制指令所对应每一个功率半导体的功率损耗； 将每一项控 制指令所对应的 多个功率半导体的 功率 损耗取 平 均值 ，得到平 均功率 损 耗； 根 据每一项控 制指令以 及每一项控 制指令 相对应的 平 均功率 损耗 ，得到功率 损耗模 型。 4 .根据权利要求2或3中任一项所述的方法，其特征在于，所述获取所有控制指令所对 应的功率损耗包括： 获取传递给半导体部件的控制指令； 获取每一项控制指令下半导体部件实际的输入输出电气参数； 根据所述实际输入输出电气参数计算相对应控制指令下的功率损耗。 5 .根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将所述控制指令输入功率损耗模型， 得到损耗数据包括： 获取多种环境参数下的功率损耗模型； 获取当前控制指令下的环境参数； 根据当前控制指令下的环境参数查找相对应环境参数下的功率损耗模型； 将所述控制指令输入功率损耗模型，得到损耗数据。 6 .根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取传递给半导体部件的控制指令之 前包括： 构建半导体等效电路； 对所述半导体等效电路进行测试，得到半导体热模型； 将所述半导体热模型转化为功率损耗至结温的结温模型。 7 .根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将所述损耗数据输入结温模型，得到 半导体结温包括： 将所述损耗数据输入结温模型，得到半导体结升温； 将所述半导体结升温与半导体热模型的参考温度求和，得到半导体结温。 8 .一种半导体结温计算装置，其特征在于，所述装置包括： 控制指令获取模块，用于获取传递给半导体部件的控制指令； 损耗数据计算模块，用于将所述控制指令输入功率损耗模型，得到损耗数据； 半导体结温计算模块，用于将所述损耗数据输入结温模型，得到半导体结温。
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910094244 .3
(22)申请日 2019 .01 .30
(71)申请人 上海联影医疗科技有限公司 地址 201807 上海市嘉定区城北路2258号
(72)发明人 褚旭 陈基锋 张晗 朱卉
(74)专利代理机构 杭州华进联浙知识产权代理 有限公司 33250
本申 请 涉 及 一 种半 导 体 结 温 计 算 方 法 、装 置、计算机设备和存储介质。所述方法包括：获取 传递给半导体部件的控制指令；将所述控制指令 输入功率 损耗模型 ，得到 损耗数据 ；将所述 损耗 数据输入结温模型 ，得到半导体结温 。避免了工 作时电 压 、电 流等电 气参数的 采集 ，简化了硬件 实现架构和计算方法，并且能够根据控制指令预 测实际工作时的结温状况 ，对异常工况进行预 警，降低半导体部件和系统的故障率。
代理人 舒丁
(51)Int .Cl . G01R 31/26(2014 .01) G01N 25/20(2006 .01)
(10)申请公布号 CN 109738779 A (43)申请公布日 2019.05.10
( 54 )发明 名称 半导体结温计算方法、装置、计算机设备和
存储介质 ( 57 )摘要
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CN 109738779 A Nhomakorabea说 明 书
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半导体结温计算方法、装置、计算机设备和存储介质
技术领域 [0001] 本申请涉及电气参数测量技术领域，特别是涉及一种半导体结温计算方法、装置、 计算机设备和存储介质。
背景技术 [0002] 半导体器件是导电性介于良导电体与绝缘体之间，利用半导体材料特殊的电特性 来完成特定功能的电 子器件。例如 ：用来产生 、控 制、接收 、变换 、放大 信号以 及进行能量转 换等。半导体结温是半导体器件的实际工作温度。功率半导体器件是大功率电子部件和系 统中的关键器件，其工作时的半导体结温直接影响半导体器件和所在系统的可靠性和稳定 性。 [0003] 目前的传统技术，半导体的结温计算需要实时采集其工作时的电压、电流以及功 率等电气参数，通过电压、电流以及功率等电气参数最终转化为半导体结温。但是目前的传 统技术实现架构复杂，并且不能够预先估计实际工作时的半导体结温状况。
发明内容 [0004] 基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种架构简单并且能够预测实际工作时 结温的半导体结温计算方法、装置、计算机设备和存储介质。 [0005] 一种半导体结温计算方法，所述方法包括：获取传递给半导体部件的控制指令；将 所述控制指令输入功率损耗模型，得到损耗数据；将所述损耗数据输入结温模型，得到半导 体结温。 [0006] 在其中一个实施例中，所述获取传递给半导体部件的控制指令之前包括：获取所 有控 制指令所对应的 功率 损耗 ；根据所有控 制指令以 及所有控 制指令 相对应的 功率 损耗 ， 得到功率损耗模型。 [0007] 在其中一个实施例中，所述获取传递给半导体部件的控制指令之前包括：对多个 功率半导体器件分别获取所有控制指令所对应每一个功率半导体的功率损耗；将每一项控 制指令所对应的 多个功率半导体的 功率 损耗取平均值 ，得到平均功率 损耗 ；根据每一项控 制指令以及每一项控制指令相对应的平均功率损耗，得到功率损耗模型。 [0008] 在其中一个实施例中，所述获取所有控制指令所对应的功率损耗包括：获取传递 给半导体部件的 控制指令 ；获取每一项控制指令下半导体部件实际的 输入输出电 气参数 ； 根据所述实际输入输出电气参数计算相对应控制指令下的功率损耗。 [0009] 在其中一个实施例中，所述将所述控制指令输入功率损耗模型，得到损耗数据包 括：获取多种环境参数下的功率损耗模型；获取当前控制指令下的环境参数；根据当前控制 指令下的环境参数查找相对应环境参数下的功率损耗模型；将所述控制指令输入功率损耗 模型，得到损耗数据。 [0010] 在其中一个实施例中，所述获取传递给半导体部件的控制指令之前包括：构建半 导体等效电路；对所述半导体等效电路进行测试，得到半导体热模型；将所述半导体热模型