CN102243110A - 一种电力半导体元件散热器热阻测试方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力半导体元件散热器热阻测试方法和装置，它是利用在散热器台面的元件安装区域开槽或在发热模块上开槽，从而将热电偶埋装在散热器台面上，通过从凹槽引出的引线测量出电力半导体元件散热器在工作状况下的温升和热阻。发热模块由发热模块基体、隔热板和电热管三部分组成，其中电热管安装在发热模块基体内，均匀分布，同时使发热模块基体靠近散热器台面的一侧厚度大于发热模块基体靠近隔热板一侧的厚度。本发明解决了现有技术中测量不到散热器台面温度最高点的缺陷，原理简单，容易实施，适合推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种散热器的热阻测试方法及装置，特别是一种电力半导体元件散热器热阻测试方法及装置，主要用于电力半导体元件散热器的热阻测试试验中，属于温度测试技术领域。
背景技术
电力半导体元件在工作时耗散功率高、热流密度和发热量大，导致发热量和温度急剧上升，将严重影响产品的质量和可靠性，因此必须对其采用适当的冷却方式进行散热，才能满足其正常工作的可靠性要求。
电力半导体元件的冷却通常用液冷、风冷、热管、自然冷却散热器，其中液冷包括水冷和油冷。在实际的工程应用中，电力半导体元件冷却所用散热器的热阻都是通过试验进行测量的。在试验中，通过测量出散热器的台面最高温度Ts和进出口冷却介质的温度Tin，计算出散热器的温升（△T=Ts-Tin）和热阻（R=△T/Pall）。
为了测量散热器的台面温度，目前常用的方法是根据GB/T8446.2-2004《电力半导体元件用散热器 第2部分：热阻和流阻测试方法》中所描述的：“测量散热器上基准点温度Ts的位置，应在发热元件管壳台面直径外或螺栓型管壳最大直径外2mm处的散热器台面上的一个小孔，孔径为0.8mm，孔深1mm”。然而随着电力半导体元件的功率损耗和热流密度的增大，散热器台面最高的温度并非是周边2mm，而是元件底部与散热器接触的区域中。若仍然采用GB/T8446.2-2004的方法，则无法测量到散热器台面温度的最高点，从而导致试验结果的不准确和对散热器散热阻的判断错误，因此非常有必要对此加以改进。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术在半导体元件散热器的热阻测试试验中测量不到散热器台面温度的最高点，导致试验结果不准确，对散热器热阻的判断错误的不足，在不改变热敏元件埋放方式和模拟发热元件的情况下，提出一种散热器热阻测试的新方法及装置。
本发明所采用的技术方案是：
一种电力半导体元件散热器热阻测试方法，其特征在于，在热阻测试试验中，包括以下步骤：
第一步，在散热器台面的元件安装区域开出凹槽或在发热模块上开出凹槽；
第二步，将测温用热敏元件埋装在散热器台面的元件安装区域；
第三步，将热敏元件引线从所述第一步开出的凹槽中引出；
第四步，将发热模块固定在散热器台面的元件安装区域，通过热敏元件引线测量散热器台面的高点温度。
所述第一步中凹槽的形状和大小应确保热敏元件引线可以从凹槽中引出。
根据上述方法提出的一种电力半导体元件散热器热阻测试装置，包括电力半导体元件散热器，发热模块，热敏元件和紧固件，发热模块通过紧固件固定在散热器台面的元件安装区域，其特征在于：在散热器台面的元件安装区域开出凹槽或者在发热模块上开有凹槽，热敏元件埋装在散热器台面的元件安装区域，热敏元件引线从所述凹槽中引出。
所述发热模块包括发热模块基体、隔热板和电热管，其中电热管安装在发热模块基体中，均匀分布，同时使发热模块基体靠近散热器台面的一侧厚度大于发热模块基体靠近隔热板一侧的厚度。
所述凹槽的形状和大小应确保热敏元件引线可以从凹槽中引出。
所述隔热板可以采用云母板或其他隔热材料制成的隔热板，所述电热管可用其他电热材料代替。
本发明因为采用以上技术方案，其有益效果在于：1、测量点取在散热器台面与发热模块的接触面上，解决了现有技术中无法测量散热器台面最高温度的缺陷；2、热敏元件采用全封闭式埋装，使得测量结果更加精确；3、发热模块中采用电热管代替现有技术中的热阻丝，提升了发热模块的发热性能，能更为真实地模拟电力半导体元件的工作状况；4、本发明原理简单，容易实施，适合推广使用。
附图说明
图1为本发明所述一种电力半导体元件散热器热阻测试装置的结构示意图；
图2为本发明所述在散热器台面元件安装区域上开槽的示意图；
图3为本发明所述在发热模块基体上开槽的示意图；
图4为本发明所述一种电力半导体元件散热器热阻测试装置的安装示意图。
图中：1电力半导体散热器台面，2热敏元件，3发热模块基体，4电热管，5隔热板，6垫片，7螺栓，8凹槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来进一步阐述本发明。
本发明一种电力半导体元件散热器热阻测试方法，它是利用在散热器台面的元件安装区域开槽或在发热模块上开槽，从而将热电偶埋装在散热器台面上，通过从凹槽引出的热敏元件引线测量出电力半导体元件散热器在工作状况下的温升和热阻。
在热阻测试试验中，包括以下步骤：
第一步，在散热器台面的元件安装区域开出凹槽或在发热模块上开出凹槽，凹槽的形状为矩形或者圆弧形，凹槽大小可以容纳热敏元件引线通过，凹槽数量不限；
第二步，将测温用热敏元件埋装在散热器台面的元件安装区域；
第三步，将热敏元件引线从第一步开出的凹槽中引出；
第四步，将发热模块固定在散热器台面的元件安装区域，通过热敏元件引线测量散热器台面的高点温度。
根据上述方法提出的一种电力半导体元件散热器热阻测试装置，包括电力半导体元件散热器，发热模块，热敏元件和紧固件，在散热器台面的元件安装区域开出凹槽或者在发热模块上开出凹槽，凹槽的形状可以为矩形或圆弧形，热敏元件埋装在散热器台面的元件安装区域，热敏元件引线从所述凹槽中引出，紧固件将发热模块固定在散热器台面的元件安装区域上。
所述发热模块由三部分组成：发热模块基体、隔热板和电热管，其中电热管安装在发热模块基体内，均匀分布，同时使发热模块基体靠近散热器台面的一侧厚度大于发热模块基体靠近隔热板一侧的厚度。
实施例一
如图1、图2所示，所述电力半导体元件散热器热阻测试装置包括散热器台面1，热电偶2（所述热敏元件采用热电偶），发热模块基体3、电热管4，云母板5，垫片6，螺栓7。在散热器台面1的元件安装区域开有凹槽8，凹槽8的截面为矩形或圆弧形，在热电偶2的埋装位置上钻孔，孔径为0.8mm，孔深1mm，热电偶放置在小孔中，用锤尖拍打附近金属使热电偶与散热器坚实的接触，热电偶2的热敏元件引线从凹槽8中引出；电热管4安装在发热模块基体3中，在发热模块基体3上安装有云母板5，将测温用热电偶2埋装完成后，再在发热模块基体3的底部均匀涂抹导热硅脂，垫片6和螺栓7作为紧固件将整个发热模块固定安装在散热器台面1上，安装过程中须用扭矩扳手测量螺栓的扭矩，保证发热模块安装各螺栓紧固力一致；发热模块外接电源，用于发热模块的耗散功率输入。
实施例二
如图1、图3所示，所述电力半导体元件散热器热阻测试装置包括散热器台面1，热电偶2（所述热敏元件采用热电偶），发热模块基体3、电热管4，云母板5，垫片6，螺栓7。在发热模块基体3上开有凹槽8，凹槽8的形状为矩形或圆弧形，热电偶2埋装在散热器台面1的元件安装区域，在热电偶2的埋装位置，凹槽8的槽道略有扩大，用以避开热电偶2的埋装部位，在散热器台面1的热电偶埋装位置钻孔，孔径为0.8mm，孔深1mm，热电偶2放置在小孔中，用锤尖拍打附近金属使热电偶与散热器台面坚实接触，热电偶2的热敏元件引线从凹槽8中引出；电热管4安装在发热模块基体3中，在发热模块基体3上安装有云母板5，将测温用热电偶2埋装完成后，再在发热模块基体3的底部均匀涂抹导热硅脂，垫片6和螺栓7作为紧固件将整个发热模块固定安装在散热器台面1上，安装过程中须用扭矩扳手测量螺栓的扭矩，保证发热模块安装各螺栓紧固力一致；试验中，发热模块外接电源，用于发热模块的耗散功率输入。
整个装置各个部件之间位置关系和装配顺序如图4所示。
在试验中，通过测量出散热器的台面最高温度Ts和进出口冷却介质的温度Tin，计算出散热器的温升（△T=Ts-Tin）和热阻（R0=△T/Pall）。由于热电偶须埋入散热器台面，对热阻测量会有影响，所以在计算散热器的实际热阻时，通常还要加上埋装深度（热电偶到散热器元件安装面的距离）对热阻的影响部分R1=ξ/(Aλ)，其中ξ为埋装深度，A为发热模块的接触面积，λ为散热器材料的热导率。从而可散热器的实际热阻为：R=R0+R1。
Claims (8)
1.一种电力半导体元件散热器热阻测试方法，其特征在于，利用在散热器台面的元件安装区域开槽或在发热模块上开槽，从而将热电偶埋装在散热器台面上，通过从凹槽引出的热敏元件引线测量出电力半导体元件散热器在工作状况下的温升和热阻。
2.根据权利要求1所述的一种电力半导体元件散热器热阻测试方法，其特征在于：在热阻测试试验中，包括以下步骤：
第一步，在散热器台面的元件安装区域开出凹槽或在发热模块上开出凹槽；
第二步，将测温用热敏元件埋装在散热器台面的元件安装区域；
第三步，将热敏元件引线从所述第一步开出的凹槽中引出；
第四步，将发热模块固定在散热器台面的元件安装区域，通过热敏元件引线测量散热器台面的高点温度。
3.根据权利要求1或2所述的一种电力半导体元件散热器热阻测试方法，其特征在于：所述第一步中凹槽的形状和大小应确保热敏元件引线可以从凹槽中引出。
4.根据权利要求1或2所述方法提出的一种电力半导体元件散热器热阻测试装置，包括电力半导体元件散热器，发热模块，热敏元件和紧固件，发热模块通过紧固件固定在散热器台面的元件安装区域，其特征在于：在散热器台面的元件安装区域开出凹槽或者在发热模块上开有凹槽，热敏元件埋装在散热器台面的元件安装区域，热敏元件引线从所述凹槽中引出。
5.根据权利要求4所述的一种电力半导体元件散热器热阻测试装置，其特征在于：所述发热模块包括发热模块基体、隔热板和电热管，其中电热管安装在发热模块基体中，均匀分布，同时使发热模块基体靠近散热器台面的一侧厚度大于发热模块基体靠近隔热板一侧的厚度。
6.根据权利要求4所述的一种电力半导体元件散热器热阻测试装置，其特征在于：所述凹槽的形状和大小应确保热敏元件引线可以从凹槽中引出。
7.根据权利要求6所述的一种电力半导体元件散热器热阻测试装置，其特征在于：所述凹槽的形状为矩形或圆弧形。
8.根据权利要求5所述的一种电力半导体元件散热器热阻测试装置，其特征在于：所述隔热板可以采用云母板或其他隔热材料制成的隔热板，所述电热管可用其他电热材料代替。
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