[發(fā)明專利]一種由功率循環(huán)生熱的IGBT模塊溫度和應(yīng)力測試裝置及方法

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• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN112433138A
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃春躍;魏維;高超;謝俊;劉首甫
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標(biāo)事務(wù)所有限責(zé)任公司 45112
• 代理人: 童世鋒

1.一種由功率循環(huán)生熱的IGBT模塊溫度和應(yīng)力測試裝置，其特征在于，包括依次連接的直流穩(wěn)壓電源、延時繼電器和微型圓形高溫陶瓷加熱片；微型圓形高溫陶瓷加熱片放置在IGBT模塊的芯片上模擬芯片發(fā)熱；IGBT模塊的芯片背面開設(shè)盲孔露出釬料層，直角應(yīng)變片黏貼在釬料層上，直角應(yīng)變片與動態(tài)應(yīng)變儀連接將IGBT模塊釬料層由于功率循環(huán)生熱產(chǎn)生的應(yīng)變顯示在PC機上；IGBT模塊周圍設(shè)置紅外攝像儀用于記錄IGBT模塊測試件的溫度；微型圓形高溫陶瓷加熱片兩端還與示波器信號輸入端并聯(lián)連接，用于檢測陶瓷加熱片上的電壓，形成電壓波形。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由功率循環(huán)生熱的IGBT模塊溫度和應(yīng)力測試裝置，其特征在于，所述的延時繼電器為循環(huán)定時繼電器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由功率循環(huán)生熱的IGBT模塊溫度和應(yīng)力測試裝置，其特征在于，所述的直角應(yīng)變片采用承受溫度為-40-150℃的直角應(yīng)變花。

4.用權(quán)利要求1-3任一所述的一種由功率循環(huán)生熱的IGBT模塊溫度和應(yīng)力測試裝置測量IGBT模塊溫度和應(yīng)力的方法，包括如下步驟：

1）基于ANSYS APDL建立IGBT模塊仿真模型，并對其施加循環(huán)功率載荷，獲得IGBT模塊釬料層的仿真溫度和仿真應(yīng)力值；

2）獲取對IGBT模塊仿真模型上n個芯片施加的總熱功率：仿真中對芯片施加的功率以密度形式加載，根據(jù)功率密度乘以芯片總體積，得到對IGBT模塊中n個芯片施加的總的循環(huán)高低功率；

3）獲取直流穩(wěn)定電源的輸出電壓值：根據(jù)P=UI，IGBT模塊中n個芯片對應(yīng)n個微型圓形高溫陶瓷加熱片，微型圓形高溫陶瓷加熱片采用串聯(lián)連接，通過調(diào)節(jié)直流穩(wěn)定電源的輸出電壓，在已知總熱功率的情況下，得到直流穩(wěn)定電源的輸出電壓值；

4）制作IGBT模塊測試樣件，并在所述IGBT模塊測試樣件的芯片背面開設(shè)一個放置直角應(yīng)變片大小的盲孔，且能看到釬料層；

5）將直角應(yīng)變片粘貼在釬料層處，通過三根信號輸出線將直角應(yīng)變片與動態(tài)應(yīng)變儀連接，同時放置n個微型圓形高溫陶瓷加熱片在IGBT模塊測試樣件的n個芯片上面，將n個微型圓形高溫陶瓷加熱片串聯(lián)在延時繼電器與直流穩(wěn)定電源兩端；

6）連接整體實物電路：將直流穩(wěn)定電源與延時繼電器、微型圓形高溫陶瓷加熱片首尾相連形成閉合回路，通電后微型圓形高溫陶瓷加熱片發(fā)熱起到芯片發(fā)熱作用，實現(xiàn)芯片功率循環(huán)生熱；

7）示波器兩端接入整體實物電路，首先校準(zhǔn)示波器，再把示波器信號輸入端的夾子與鉤子并聯(lián)在n個相串聯(lián)的微型圓形高溫陶瓷加熱片兩端，其中鉤子接正極，夾子接負(fù)極，以檢測n個微型圓形高溫陶瓷加熱片上的電壓，形成相應(yīng)的電壓波形；

8）獲取IGBT模塊測試樣件的溫度：根據(jù)步驟7）中示波器顯示的電壓波形圖，當(dāng)進(jìn)行到最后一段循環(huán)時，通過紅外攝像儀紅外攝像儀記錄IGBT模塊測試樣件在高低功率兩個時刻的溫度；

9）獲取IGBT模塊測試樣件釬料層的應(yīng)變值：根據(jù)動態(tài)應(yīng)變儀連接的直角應(yīng)變片，將所測得的釬料層在平面應(yīng)力狀態(tài)下由三軸直角應(yīng)變片在0°、45°、90°三個方向的應(yīng)變值顯示在PC機上；

10）將實際測得的溫度與步驟1）仿真得到的溫度進(jìn)行對比，以及將實際測得的應(yīng)變值通過應(yīng)變花公式計算得出應(yīng)力值再與步驟2）仿真得到的應(yīng)力值進(jìn)行對比。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟3）中，所述的獲取直流穩(wěn)定電源的輸出電壓值，具體是首先把n個微型圓形高溫陶瓷加熱片串聯(lián)接到直流穩(wěn)定電源正負(fù)兩端，然后在已知高低兩種功率加載條件下，通過公式P=UI，逐漸調(diào)節(jié)直流穩(wěn)定電源的輸出電壓，通過直流穩(wěn)定電源上的顯示按鈕，切換顯示電壓與電流值，根據(jù)串聯(lián)電路中電流值相等，n個相同的微型圓形高溫陶瓷加熱片上的電壓值相等，最后調(diào)節(jié)出需要加載到陶瓷加熱片上的高低功率。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟4）中，所述的制作IGBT模塊測試樣件，具體是根據(jù)步驟1）得到在施加循環(huán)功率載荷的條件下最大應(yīng)力值出現(xiàn)在哪個芯片的釬料層上，然后在相應(yīng)的芯片背面鉆孔，使用直徑稍大于直角應(yīng)變片的平銑頭在鉆床上鉆一定深度的盲孔，使之剛剛露出釬料層。