[發(fā)明專利]一種功率半導(dǎo)體模塊的溫度分布特性測試系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210254542.2
• 申請日: 2012-07-20
• 公開（公告）號: CN103575401A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭利兵;花俊;方化潮;韓立;靳鵬云;王春雷
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院電工研究所
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00;G01R19/00;G05F1/46;G05D23/19
• 代理公司: 北京柏杉松知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11413
• 代理人: 馬敬;項京

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體模塊的測試技術(shù)，特別涉及一種功率半導(dǎo)體模塊的溫度分布特性測試系統(tǒng)。

背景技術(shù)

通常，功率半導(dǎo)體器件，例如：絕緣雙極型晶體管(IGBT)器件，在通電工作過程中會發(fā)熱。一般來講，不同拓撲結(jié)構(gòu)的電路由一個或多個功率半導(dǎo)體模塊構(gòu)成，每個功率半導(dǎo)體模塊主要包括功率半導(dǎo)體芯片、DBC、銅基板等。隨著芯片集成度的提高，由其形成的功率半導(dǎo)體模塊的單位體積熱流密度越來越高，導(dǎo)致發(fā)熱量和溫度急劇上升。同時，由于功率半導(dǎo)體模塊各部位的電流強度不相等，導(dǎo)致功率半導(dǎo)體模塊中的芯片表面各部位的溫度也不同。

如果功率半導(dǎo)體模塊的布局設(shè)計合理、材料和封裝工藝均沒有缺陷，那么在實際工況條件下運行其溫度分布也是合理的，因溫度而失效的概率也降低，相應(yīng)的其工作壽命也隨之增加；相反如果功率半導(dǎo)體模塊的布局設(shè)計不合理、材料缺陷、工藝缺陷等都會造成在實際運行條件下功率半導(dǎo)體模塊內(nèi)部溫度分布的異常，進而導(dǎo)致功率半導(dǎo)體模塊失效概率的增加和可靠性的降低。

因此，需要對功率半導(dǎo)體模塊進行溫度分布特性測試。目前，對功率半導(dǎo)體模塊進行溫度分布特性測試的主要方法是：通過電源單元為功率半導(dǎo)體模塊加電，并用控制單元控制其處于工作狀態(tài)，在功率半導(dǎo)體模塊正常工作情況下，用紅外熱像測溫系統(tǒng)對該功率半導(dǎo)體模塊進行溫度分布特性測試。

這種功率半導(dǎo)體模塊溫度分布特性測試方法，不能模擬實際工況，進行實時測試。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種功率半導(dǎo)體模塊溫度分布特性測試系統(tǒng)，以實現(xiàn)模擬實際工況下的實時測試。

為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種功率半導(dǎo)體模塊溫度分布特性測試系統(tǒng)，包括：電源單元、控制單元、紅外熱像儀、負載、功率半導(dǎo)體模塊的驅(qū)動單元和上位機；

所述控制單元與電源單元、負載和所述驅(qū)動單元分別相連，該驅(qū)動單元還與被測功率半導(dǎo)體模塊相連；所述上位機與紅外熱像儀和控制單元分別相連；

所述控制單元通過電源單元為負載供電，并控制調(diào)節(jié)恒壓模式下的負載電流和/或恒流模式下的負載電壓，并按照上位機發(fā)送的不同實際工作狀態(tài)的工作參數(shù)，通過驅(qū)動單元控制被測功率半導(dǎo)體模塊處于不同的實際工作狀態(tài)；

所述上位機接收紅外熱像儀發(fā)送的被測功率半導(dǎo)體模塊的溫度數(shù)據(jù)，獲得被測功率半導(dǎo)體模塊的溫度分布特性；產(chǎn)生不同實際工作狀態(tài)的工作參數(shù)，發(fā)送給控制單元。

較佳地，該系統(tǒng)還包括冷卻裝置和溫度傳感器；所述冷卻裝置設(shè)置在功率半導(dǎo)體模塊下方，其與控制單元相連，在控制單元控制下為被測功率半導(dǎo)體模塊降溫；所述溫度傳感器安裝在功率半導(dǎo)體模塊底板上，其與控制單元相連，向控制單元發(fā)送溫度信號；所述控制單元進一步接收溫度傳感器發(fā)送的溫度信號，根據(jù)被測功率半導(dǎo)體模塊的溫度，向冷卻裝置發(fā)送工作參數(shù)，控制冷卻裝置為被測功率半導(dǎo)體模塊降溫。

較佳地，該系統(tǒng)還包括電流傳感器和電壓傳感器；所述電流傳感器和電壓傳感器安裝在負載的電源輸入端，均與控制單元相連，向控制單元發(fā)送負載的電流信號和電壓信號；所述控制單元進一步接收所述負載的電流信號和電壓信號，根據(jù)所述負載的電流信號和電壓信號，控制調(diào)節(jié)恒壓模式下的負載電流或者恒流模式下的負載電壓；并將所述溫度信號、輸入電流信號和輸出電壓信號發(fā)送給上位機進行顯示。

較佳地，所述控制單元連接有報警電路，控制單元在輸入電流信號或輸出電壓信號異常時，通過驅(qū)動單元關(guān)斷被測功率半導(dǎo)體模塊，并控制報警電路發(fā)出聲和/或光報警信號。

較佳地，所述被測功率半導(dǎo)體模塊為：單獨的IGBT模塊、IGCT模塊、MOSFET模塊或IPM模塊；

或所述被測功率半導(dǎo)體模塊為：由多個IGBT模塊、IGCT模塊、MOSFET模塊或IPM模塊構(gòu)成不同拓撲結(jié)構(gòu)的被測模塊，則所述驅(qū)動單元包括多個相同類型的驅(qū)動模塊，其中每個IGBT模塊、IGCT模塊或MOSFET模塊通過一個驅(qū)動模塊連接到控制單元，IPM模塊直接通過本身集成的驅(qū)動單元連接到控制單元。

較佳地，若所述被測功率半導(dǎo)體模塊為：功率半導(dǎo)體模塊中的分立部件，則該系統(tǒng)還包括：大電流開關(guān)模塊；所述大電流開關(guān)模塊設(shè)置在電源單元與被測功率半導(dǎo)體模塊之間。

較佳地，所述大電流開關(guān)模塊由1個IGBT模塊實現(xiàn)。

較佳地，該系統(tǒng)還包括與控制單元相連的顯示單元，用于顯示被測功率半導(dǎo)體模塊不同的實際工作狀態(tài)。

較佳地，所述控制單元為DSP控制模塊；所述冷卻裝置為風(fēng)冷或水冷裝置；所述負載為阻感性負載；所述驅(qū)動單元由被測功率半導(dǎo)體模塊對應(yīng)的驅(qū)動芯片及其外圍電路實現(xiàn)。