CN105118791A - 直插式功率半导体模块测试夹具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种直插式功率半导体模块测试夹具，由下述部分构成：上固定板、支撑杆、底板构成基本的门式方框结构，底板上设有三轴气缸，三轴气缸上固定有模块升降台，模块升降台上设有定位板，模块升降台上设有被测模块，模块升降台托举被测模块上下运动，上固定板上设有电极夹紧及信号取样机构总成。本发明可针对直插式模块导电片垂直于底板排列的特点，通过夹具的运动使夹具上的弹性接触电极将模块的各个电极夹紧，达到可靠接触，并进行测试，能避免模块电极损伤，具有进行被测模块大电流下压降测试和高压测试功能。

Description

直插式功率半导体模块测试夹具
技术领域
本发明涉及一种用于直插式功率半导体模块常规电参数出厂检验的测试夹具，可针对直插式模块导电片垂直于底板排列的特点，通过夹具的运动使夹具上的弹性接触电极将模块的各个电极夹紧，达到可靠接触，并进行测试。本夹具还可对导电片与底板平行的模块在其电极折弯前即半成品时进行生产过程的中间测试，以提高不合格产品的检出率。
背景技术
目前在功率半导体应用领域，模块的应用范围越来越广泛，模块外形各种各样，就电极的安置形式主要有导电片与底板平行的模块和导电片与底板垂直的模块两大类。以往的模块测试夹具主要是针对导电片与底板平行的模块，采用测试探针或测试导电柱进行电压和电流测试；而导电片与底板垂直的模块，在实际使用中通常是采用插片、螺丝或焊接方式连接导线，但在模块出厂测试过程中不允许对模块电极表面造成损伤，而大电流和高耐压往往又是必测项目，对于电流较小的模块以往通常采用测试探针接触模块电极顶部端面进行测试，但电极顶部端面往往只有1mm左右厚度，因此只适合于小电流测试，当电流较大时会因为导电面积过小而出现打火现象。为了解决这一测试瓶颈，我们设计了直插式功率半导体模块测试夹具。
发明内容
本发明的目的是提供一种可满足直插式功率半导体模块大电流出厂测试需要的直插式功率半导体模块测试夹具，可进行大电流测试，能直接进行被测模块电压采样功能；同时可满足模块耐压测试，夹具在测试中须接触可靠，对模块垂直电极板不能造成损伤。
本发明的技术解决方案如下：直插式功率半导体模块测试夹具，包括上固定板(1)、支撑杆(2)、定位板(4)、模块升降台(5)、底板(6)、三轴气缸(7)、电极夹紧及信号取样机构总成；模块升降台(5)上设有被测模块(3)；上固定板(1)、支撑杆(2)、底板(6)构成基本的门式方框结构，底板(6)上设有三轴气缸(7)，三轴气缸(7)上固定有模块升降台(5)，模块升降台(5)用于托举被测模块(3)上下运动，模块升降台(5)上设有定位板(4)，用于被测模块的定位，上固定板(1)上设有电极夹紧及信号取样机构总成。
电极夹紧及信号取样机构总成，由限位支撑导向柱(8)、测试电极保护板(9)、电极隔离板(10)、扭转弹簧固定板(11)、复位弹簧(12)、扭转弹簧固定卡(13)、楔形接触电极(14)、测试信号引出探针(15)、弹性导电板(16)、大电流引出电极(17)、扭转弹簧(18)、行程螺钉(19)、弹性测试电极(20)、定位环(21)组成，两个限位支撑导向柱(8)通过螺纹固定在电极隔离板(10)上，在电极隔离板(10)下固定有取样电极保护板(9)，扭转弹簧固定板(11)固定在电极隔离板(10)上；两个行程螺钉(19)通过螺纹固定在电极隔离板(10)上，并穿过上固定板(1)后由双螺母反上紧定位，从而使电极隔离板(10)及在其上固定的各个零件作为可运动部分与上固定板(1)连接；两个复位弹簧(12)套在两个行程螺钉(19)上；在对应模块垂直电极片的位置，扭转弹簧固定板(11)上开有与垂直电极片平行的两根长条槽，槽的长度与宽度与弹性导电板(16)相对应；两个弹性导电板(16)穿过长条槽，并且两个弹性导电板(16)中间相对位置加工有向内横向的弯片，弯片横跨在长条槽上，使弹性导电板(16)定位在扭转弹簧固定板(11)上；在两个弹性导电板(16)中间安装有扭转弹簧(18)，扭转弹簧(18)两端的弹簧丝穿过扭转弹簧固定板(11)上的长条槽，并紧顶在弹性导电板(16)下部内侧；扭转弹簧固定卡(13)穿过扭转弹簧(18)轴心将其固定在扭转弹簧固定板(11)上；弹性测试电极(20)上端穿过扭转弹簧固定板(11)上专为其通过的小横槽，下端沿弹性导电板(16)外侧延伸到测试电极保护板(9)加工的方槽下沿处；测试信号引出探针(15)固定于上固定板(1)上，测试信号引出探针(15)可伸缩的下端与弹性测试电极(20)上端通过锡焊连接；测量信号由测试信号引出探针(15)的上端接导线引出。
弹性测试电极(20)的下端镶有银触点。
在上固定板(1)的每个垂直电极片对应的位置加工有方形凹槽，铜质楔形接触电极(14)镶嵌于内，并通过铜螺钉与上固定板(1)固定，大电流引出电极(17)固定于铜螺钉的上端；在扭转弹簧固定板(11)上相邻电极之间加工有条形隔离槽。
通过本发明设计，很好的解决了直插式功率半导体模块大电流出厂测试的问题，还可应用于导电片与底板平行的模块在电极未折弯前的中间测试，可较早剔除不合格模块，提高最终出厂产品合格率。
另外本发明设计的电极夹紧及信号取样总成机构，可单独加工成针对直插式模块的适配器应用于模块综合测试台上，扩大模块综合测试台的应用范围。
附图说明
图1是本发明释放状态的结构示意图。
图2是本发明夹紧状态的结构示意图。
图3是本发明释放状态局部放大示意图。
图4是本发明夹紧状态局部放大示意图。
具体实施方式
1、本发明的设计要点
1)整体结构设计
本夹具基本整体结构为门式方框结构，主体部分为：上固定板1、支撑杆2、底板6和三轴气缸7；底板6上通过螺纹固定两根支撑杆2，上固定板1通过螺母固定在两根支撑杆2上，形成门式方框结构；三轴气缸7安装在底板6上，三轴气缸7上固定有模块升降台5，用于托举被测模块3上下运动；在模块升降台5上安装有定位板4，定位板4可根据被测模块3的外形更换，保证模块的电极位置准确；整个电极夹紧及信号取样机构总成位于上固定板1上。
2)电极夹紧及信号取样机构总成设计
本发明的关键点为电极夹紧及信号取样机构总成设计，由限位支撑导向柱8、测试电极保护板9、电极隔离板10、扭转弹簧固定板11、复位弹簧12、扭转弹簧固定卡13、楔形接触电极14、测试信号引出探针15、弹性导电板16、大电流引出极17、扭转弹簧18、行程螺钉19、弹性测试电极20、定位环21几部分组成。
由于直插式模块垂直电极一般有多根，其电极夹紧及信号测量要求一样，因此只针对一个电极的夹紧进行结构说明。
两个限位支撑导向柱8通过螺纹固定在电极隔离板10上，在电极隔离板10下固定有取样电极保护板9，扭转弹簧固定板11固定在电极隔离板10上；两个行程螺钉19通过螺纹固定在电极隔离板10上，并穿过上固定板1后由双螺母反上紧定位，从而使电极隔离板10及在其上固定的各个零件作为可运动部分与上固定板1连接；两个复位弹簧12套在两个行程螺钉19上；在对应模块垂直电极片的位置，扭转弹簧固定板11上开有与垂直电极片平行的两根长条槽，槽的长度与宽带与弹性导电板16相对应；两个弹性导电板16穿过长条槽，并且两个弹性导电板16中间相对位置加工有向内横向的弯片，弯片横跨在长条槽上，使弹性导电板16定位在扭转弹簧固定板11上；在两个弹性导电板16中间安装有扭转弹簧18，扭转弹簧18两端的弹簧丝穿过扭转弹簧固定板11上的长条槽，并紧顶在弹性导电板16下部内侧；扭转弹簧固定卡13穿过扭转弹簧18轴心将其固定在扭转弹簧固定板11上；在上固定板1的每个垂直电极片对应的位置加工有方形凹槽，铜质楔形接触电极14镶嵌于内，并通过铜螺钉与上固定板1固定，大电流引出电极17固定于铜螺钉的上端；弹性测试电极20上端穿过扭转弹簧固定板11上专为其通过的小横槽，下端沿弹性导电板16外侧延伸到测试电极保护板9加工的方槽下沿处，弹性测试电极20的下端镶有银触点；测试信号引出探针15固定于上固定板1上，测试信号引出探针15可伸缩的下端与弹性测试电极20上端通过锡焊连接；测量信号由测试信号引出探针15的上端接导线引出。
2.关键技术工作原理
1)电极夹紧工作原理
对于直插式模块垂直电极要求在测试中不能使电极产生划痕等损伤，但为了通过大电流又要求必须使测试电极与模块垂直电极紧密接触，这两种要求相互矛盾，如何解决是本夹具设计的关键。
释放状态：参见图1和图3，当气缸在下位时，元件与夹紧电极不接触，在两个复位弹簧12的作用下，以电极隔离板10为基础板的可上下滑动部分处于下位。每个测试电极的两个相对的弹性导电板16在扭转弹簧18的作用下，其下部向两侧张开。弹性导电板16上加工的方形槽为下大上小的锥形槽，可使两个弹性导电板16下部张开的角度较大，以便模块垂直电极片进入。此时楔形接触电极14与两个弹性导电板16上部脱离。
夹紧状态：参见图2和图4，当气缸工作推举被测模块3向上运动到使定位板4接触到限位支撑导向柱8时，以电极隔离板10为基础板的可上下滑动部分沿限位支撑导向柱8导向向上运动，此时被测模块垂直电极片已进入到两个弹性导电板16中间，并且上下相对位置固定，可避免由于上下相对运动对电极片产生划痕。随着气缸向上运动，当两个弹性导电板16上部与楔形接触电极14接触后，在楔形作用下两个弹性导电板16上部被向外撑开，在杠杆原理作用下两个弹性导电板16的下部收紧，最终将被测模块垂直电极片夹紧，当向上运动使定位环21接触到上固定板1时，夹紧运动停止，保证夹紧力在要求的范围内。当被测模块垂直电极片被夹紧后，可开始测试，大电流通过大电流引出电极17→铜锣钉→楔形接触电极14→弹性导电板16→被测模块垂直电极片进入内部芯片，从而实现在不损伤测模块垂直电极片条件下的大电流测试。
2)信号取样工作原理
对于功率半导体模块大电流测试的主要目的是测量元件的通态压降，而压降信号的取样点位置十分重要，如果在大电流导电极上取样，会将导电极上的压降取出，造成测试结果偏大。为此需另设置电压取样通路，并且要求取样点尽可能靠近模块垂直电极的根部，以便准确测量。
具体工作过程如下：
在释放状态：参见图1和图3，每个测试位其中一个弹性导电板16外侧位置设置一个弹性测试电极20，在扭转弹簧18的作用下，两个相对的弹性导电板16下部向两侧张开，其中一个向外推弹性测试电极20，使弹性测试电极20的下端紧靠测试电极保护板9加工的方槽下沿处，可方便模块垂直电极进入，另外测试电极保护板9加工的方槽可保护弹性测试电极20的下端。
夹紧状态：参见图2和图4，随着气缸向上运动，当两个弹性导电板16上部与楔形接触电极14接触后，两个弹性导电板16下部逐渐靠近被测模块的电极，由于弹性测试电极20较长，因此弹性测试电极20的下端银触点首先接触到被测模块电极根部，然后弹性测试电极20停止移动，弹性导电板16下端继续收紧则脱离弹性测试电极20；随着模块继续向上运动，测试信号引出探针15收缩直至整个系统到位停止。这样电压测量取样信号通过被测模块垂直电极片→弹性测试电极20→测试信号引出探针15→引出导线测出。
3)绝缘耐压的设计
对于功率半导体模块还需要进行高电压测试，因此本夹具必须进行绝缘耐压方面的设计，主要采用隔离和增大绝缘距离的方法，首先在上固定板1、电极隔离板10和测试电极保护板9上加工有方形或锥形方槽，各个测试电极导电部镶嵌其中，使各个电极隔离。在扭转弹簧固定板11上相邻电极之间采用开槽的方案以增加绝缘距离，经过以上措施很好的解决了各电极间绝缘耐压。
3.实际效果
目前该夹具已完成样机组装，实际使用效果良好，模块电极片无划痕现象，试验电流最大可通过峰值为1500A的单次正弦半波电流，导电片及模块电极片无打火现象，试验电压可达到3000V直流，无击穿现象。对于导电极片和外形尺寸较大的模块，可相应增大弹性导电板的尺寸和电极间的距离，可进一步提高通流和耐电压的能力。
4.结论
通过本发明设计，很好的解决了直插式功率半导体模块大电流出厂测试的问题，还可应用于导电片与底板平行的模块在电极未折弯前的中间测试，可较早剔除不合格模块，提高最终出厂产品合格率。
另外本发明设计的电极夹紧及信号取样总成机构，可单独加工成针对直插式模块的适配器应用于模块综合测试台上，提高扩大模块综合测试台的应用范围。

Claims (4)

1.直插式功率半导体模块测试夹具，包括上固定板(1)、支撑杆(2)、定位板(4)、模块升降台(5)、底板(6)、三轴气缸(7)、电极夹紧及信号取样机构总成；模块升降台(5)上设有被测模块(3)；其特征在于：上固定板(1)、支撑杆(2)、底板(6)构成基本的门式方框结构，底板(6)上设有三轴气缸(7)，三轴气缸(7)上固定有模块升降台(5)，模块升降台(5)用于托举被测模块(3)上下运动，模块升降台(5)上设有定位板(4)，用于被测模块的定位，上固定板(1)上设有电极夹紧及信号取样机构总成。
2.如权利要求1所述的直插式功率半导体模块测试夹具，其特征在于：电极夹紧及信号取样机构总成，由限位支撑导向柱(8)、测试电极保护板(9)、电极隔离板(10)、扭转弹簧固定板(11)、复位弹簧(12)、扭转弹簧固定卡(13)、楔形接触电极(14)、测试信号引出探针(15)、弹性导电板(16)、大电流引出电极(17)、扭转弹簧(18)、行程螺钉(19)、弹性测试电极(20)、定位环(21)组成，两个限位支撑导向柱(8)通过螺纹固定在电极隔离板(10)上，在电极隔离板(10)下固定有取样电极保护板(9)，扭转弹簧固定板(11)固定在电极隔离板(10)上；两个行程螺钉(19)通过螺纹固定在电极隔离板(10)上，并穿过上固定板(1)后由双螺母反上紧定位，从而使电极隔离板(10)及在其上固定的各个零件作为可运动部分与上固定板(1)连接；两个复位弹簧(12)套在两个行程螺钉(19)上；在对应模块垂直电极片的位置，扭转弹簧固定板(11)上开有与垂直电极片平行的两根长条槽，槽的长度与宽度与弹性导电板(16)相对应；两个弹性导电板(16)穿过长条槽，并且两个弹性导电板(16)中间相对位置加工有向内横向的弯片，弯片横跨在长条槽上，使弹性导电板(16)定位在扭转弹簧固定板(11)上；在两个弹性导电板(16)中间安装有扭转弹簧(18)，扭转弹簧(18)两端的弹簧丝穿过扭转弹簧固定板(11)上的长条槽，并紧顶在弹性导电板(16)下部内侧；扭转弹簧固定卡(13)穿过扭转弹簧(18)轴心将其固定在扭转弹簧固定板(11)上；弹性测试电极(20)上端穿过扭转弹簧固定板(11)上专为其通过的小横槽，下端沿弹性导电板(16)外侧延伸到测试电极保护板(9)加工的方槽下沿处；测试信号引出探针(15)固定于上固定板(1)上，测试信号引出探针(15)可伸缩的下端与弹性测试电极(20)上端通过锡焊连接；测量信号由测试信号引出探针(15)的上端接导线引出。
3.如权利要求1所述的直插式功率半导体模块测试夹具，其特征在于：弹性测试电极(20)的下端镶有银触点。
4.如权利要求1所述的直插式功率半导体模块测试夹具，其特征在于：在上固定板(1)的每个垂直电极片对应的位置加工有方形凹槽，铜质楔形接触电极(14)镶嵌于内，并通过铜螺钉与上固定板(1)固定，大电流引出电极(17)固定于铜螺钉的上端；在扭转弹簧固定板(11)上相邻电极之间加工有条形隔离槽。
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