[發(fā)明專利]一種壓接式IGBT功率循環(huán)中微動(dòng)位移測(cè)量裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210175234.4
• 申請(qǐng)日: 2022-02-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114543682B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 安彤;鄭學(xué)恒;張亞昆;周瑞;秦飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/02
• 分類號(hào): G01B11/02;H01L21/67
• 代理公司: 北京東方盛凡知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11562
• 代理人: 李瑞雨

本發(fā)明公開(kāi)了一種壓接式IGBT功率循環(huán)中微動(dòng)位移測(cè)量裝置及方法，包括：支架；滑桿，滑動(dòng)安裝在支架上，且沿支架周向方向設(shè)置至少四個(gè)；傳感器，分別滑動(dòng)安裝在支架和滑桿上；功率循環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)置在支架的內(nèi)部，采用非接觸式原位測(cè)量，在測(cè)量過(guò)程中不對(duì)功率循環(huán)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響，且功率循環(huán)實(shí)驗(yàn)中的電熱變化不會(huì)損壞測(cè)量設(shè)備，具有較高測(cè)量精度及較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)；本發(fā)明設(shè)計(jì)了在支架上的兩個(gè)零位傳感器用于測(cè)量實(shí)驗(yàn)中的實(shí)時(shí)位移零位，可以規(guī)避由實(shí)驗(yàn)中水箱振動(dòng)等問(wèn)題產(chǎn)生的大位移帶來(lái)的影響，本發(fā)明設(shè)計(jì)了滑桿上的四個(gè)位移傳感器對(duì)射觀測(cè)原位微動(dòng)位移，可以通過(guò)微動(dòng)位移計(jì)算方法有效區(qū)分微滑動(dòng)及熱膨脹變形的數(shù)值和角度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及壓接型IGBT器件微動(dòng)磨損測(cè)試領(lǐng)域，具體而言，涉及一種壓接式IGBT功率循環(huán)中微動(dòng)位移測(cè)量裝置及方法。

背景技術(shù)

所謂微動(dòng)，是指名義上靜止接觸的兩個(gè)連接件，由于外界振動(dòng)、溫度變化、磁致伸縮等外界因素導(dǎo)致兩個(gè)接觸表面發(fā)生一定頻率的微小幅度(通常只有10～200μm)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。微動(dòng)磨損是—種復(fù)合型式的磨損，是兩表面之間由很小的振幅引起的相對(duì)振動(dòng)產(chǎn)生的磨損。微動(dòng)磨損引起破壞的表現(xiàn)形式為擦傷、金屬粘附、凹坑或麻點(diǎn)(通常由粉末狀的腐蝕產(chǎn)物所填滿)、局部磨損條紋或溝槽以及表面微裂紋。微動(dòng)磨損不僅改變零件的形狀、惡化表面層質(zhì)量，而且使尺寸精度降低、緊配合件變松，還會(huì)引起應(yīng)力集中，形成微觀裂紋，導(dǎo)致零件疲勞斷裂。

壓接型IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)器件具備高功率密度，高可靠性等特點(diǎn)，是理想的大功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用到輕型交直流輸電、大型工業(yè)驅(qū)動(dòng)、能源等高端裝備行業(yè)。功率循環(huán)實(shí)驗(yàn)是一種模擬壓接IGBT模塊失效過(guò)程的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)會(huì)加速芯片老化，得到IGBT失效原因，對(duì)壓接式IGBT可靠性研究有較大推動(dòng)作用。

微動(dòng)磨損是公認(rèn)的一種壓接式IGBT主要失效形式，主要產(chǎn)生位置是鉬片與芯片之間，兩個(gè)接觸副分別為鉬片和芯片上焊接的鋁金屬化層。在IGBT服役期間溫度變化會(huì)導(dǎo)致鉬片發(fā)生熱膨脹變形，產(chǎn)生相對(duì)位移，而外界的振動(dòng)干擾會(huì)導(dǎo)致鉬片與芯片之間產(chǎn)生微小滑動(dòng)，也會(huì)產(chǎn)生相對(duì)位移。而微動(dòng)磨損會(huì)導(dǎo)致接觸副表面粗糙度變化，并產(chǎn)生擦傷和微裂紋，從而使接觸電阻和接觸熱阻上升，結(jié)溫升高發(fā)生失效。而目前對(duì)壓接式IGBT微動(dòng)磨損的研究較少，缺少原位測(cè)量微動(dòng)位移的實(shí)驗(yàn)裝置分析微動(dòng)磨損機(jī)理。因此設(shè)計(jì)一種專用于原位測(cè)量壓接IGBT模塊功率循環(huán)中微動(dòng)位移的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是很有意義的。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例旨在解決或改善上述技術(shù)問(wèn)題中的至少之一。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的第一方面在于提供一種壓接式IGBT功率循環(huán)中微動(dòng)位移測(cè)量裝置。

本發(fā)明的實(shí)施例的第二方面在于提供一種專用于壓接IGBT模塊功率循環(huán)實(shí)驗(yàn)中微動(dòng)位移原位測(cè)量方法。

本發(fā)明第一方面的實(shí)施例提供了一種壓接式IGBT功率循環(huán)中微動(dòng)位移測(cè)量裝置，包括：支架；滑桿，滑動(dòng)安裝在所述支架上，且沿所述支架周向方向設(shè)置至少四個(gè)；傳感器，分別滑動(dòng)安裝在所述支架和所述滑桿上；功率循環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)置在所述支架的內(nèi)部，所述功率循環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置包括：IGBT芯片層，所述IGBT芯片層橫向?qū)?yīng)所述滑桿上的傳感器；其中，所述支架上的傳感器設(shè)置至少兩個(gè)，且縱向?qū)?yīng)相鄰的所述滑桿上的傳感器，所述滑桿和所述傳感器的移動(dòng)方向相互垂直設(shè)置。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種壓接式IGBT功率循環(huán)中微動(dòng)位移測(cè)量裝置，通過(guò)滑桿在支架上的滑動(dòng)以及傳感器在滑桿上的滑動(dòng)，且二者之間的移動(dòng)方向具有垂直特性，使得傳動(dòng)器能夠進(jìn)行縱向豎直面內(nèi)任意位置移動(dòng)，傳感器選用皮米級(jí)激光位移傳感器，本發(fā)明專用于壓接 IGBT模塊功率循環(huán)實(shí)驗(yàn)中微動(dòng)位移的原位測(cè)量，采用非接觸式原位測(cè)量，在測(cè)量過(guò)程中不對(duì)功率循環(huán)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響，且功率循環(huán)實(shí)驗(yàn)中的電熱變化不會(huì)損壞測(cè)量設(shè)備，并且不改變結(jié)構(gòu)特征，具有較高測(cè)量精度及較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)；

本發(fā)明設(shè)計(jì)了在支架上的兩個(gè)零位傳感器用于測(cè)量實(shí)驗(yàn)中的實(shí)時(shí)位移零位，可以規(guī)避由實(shí)驗(yàn)中水箱振動(dòng)等問(wèn)題產(chǎn)生的大位移帶來(lái)的影響。