CN105137318B - 一种压接式电力半导体模块测试工装 - Google Patents

Abstract

一种压接式电力半导体模块测试工装，其矩形底座(08)上加工有压紧杆安装孔，压紧杆(12～15)穿过压紧杆安装孔固定在底座(08)上。底座(08)上还加工有定位销安装孔，定位销(09～11)穿过定位销安装孔固定在底座(08)上。负电极片(07)通过定位销(09～11)定位，放置在底座(08)上。负电极片(07)上依次放置有：第二测试件(06)、公共电极片(05)、第一测试件(04)、正电极片(03)和顶部压块(02)。顶部盖板(01)有压紧杆安装孔，顶部盖板(01)穿过压紧杆(12～15)与顶部压块(02)接触；正电极引出片(16)、公共电极引出片(17)和负电极引出片(18)分别与正电极片(03)、公共电极片(05)和负电极片(07)相连。

Description

一种压接式电力半导体模块测试工装

技术领域

本发明涉及一种电力半导体模块电气参数测试的工装。

背景技术

电力半导体模块根据封装工艺的不同，通常可以分为焊接式模块和压接式模块，其中焊接式工艺是最早应用于电力半导体模块的封装技术，其特点是不同材料之间通过钎焊或超声焊接实现连接，由于模块内部封装材料的热膨胀系数存在较大差异，导致焊接式模块无法使用在较为恶劣的工作场合，特别是当存在较大的温度变化时，焊接式模块的疲劳寿命相对较短。为了解决焊接式模块疲劳寿命短的问题，压接式封装技术应运而生，在压接式模块内部，不同材料间的连接均是通过直接的机械压力实现的，由于避免了焊接，从而使压接式模块的疲劳寿命相比于焊接式模块有了显著的提高，另外，压接式模块比焊接式模块更易实现串联，特别适用于高压应用。

由于焊接式模块外部的电极与内部的芯片已经通过焊接实现了连接，因此可以采用测试探针直接接触电极或铜排加螺栓连接电极的方式实现与外部测试设备的连接，但是压接式模块的电极需要外部施加一定的机械压力，才能与内部的芯片实现可靠连接，因此给测试工装的设计带来了挑战。

发明内容

本发明的目的是提出一种压接式模块测试工装。本发明结构简单、压力分布均匀、寄生电感小、可使被测器件组成半桥电路。无需对现有焊接式模块测试设备进行改造，即可使其实现对压接式模块的测试。

本发明压接式电力半导体模块测试工装，包括：顶部盖板，顶部压块，正电极片，公共电极片，负电极片，底座，定位销，压紧杆，正电极引出片，公共电极引出片以及负电极引出片。

所述的底座呈“T”型结构，四个角加工有压紧杆安装孔，压紧杆穿过该压紧杆安装孔，通过螺母固定在底座的四个角上。底座上还加工有定位销安装孔，定位销穿过该定位销安装孔，通过螺母固定在底座上。

所述的负电极片呈平板结构放置于底座上方，其前部垂直于前端面加工有螺纹孔，该螺纹孔用于连接负电极引出片；负电极片的两侧加工有负电极测试螺纹孔，用于连接外部测试信号线。

所述的公共电极片呈平板结构，放置于第二测试件的上方，其前部垂直于上、下表面加工有螺纹孔，该螺纹孔用于连接公共电极引出片，公共电极片的两侧加工有公共电极测试螺纹孔，用于连接外部测试信号线。

所述的正电极片呈平板结构，放置于第一测试件的上方，与负电极片结构相同。正电极片的前部，垂直于前端面加工有螺纹孔，该螺纹孔用于连接正电极引出片，正电极片的两侧加工有正电极测试螺纹孔，用于连接外部测试信号线。

所述顶部压块的纵截面呈三角形，放置于正电极片的上方，顶部倒角，倒角的半径小于覆盖于其上的顶部盖板下凹面的倒角半径；顶部压块底部的两侧尖角削平，以实现与定位销的良好接触。为保证测试件受到均匀的垂直向下的压力，顶部压块的高度不小于测试件电极外轮廓圆的半径，顶部压块下表面的长度不小于测试件的长度，宽度不小于测试件的宽度。

所述的顶部盖板左右两侧平整，并加工有压紧杆安装孔，中央呈“拱形”结构，即上表面凸出，下表面凹陷。“拱形”结构的下凹面的曲率半径大于顶部压块顶部的曲率半径。

所述的定位销为圆柱形，底部加工有外螺纹，用于穿过底座的定位销安装孔。定位销通过螺母固定在底座上。定位销的顶部加工有一字槽口，方便使用螺丝刀将定位销固定在底座上。

所述压紧杆的两端均加工有外螺纹，其中底部外螺纹用于插入底座的压紧杆安装孔，压紧杆通过螺母固定在底座上。底部外螺纹上方的光杆处加工有两个相互平行的缺口，方便在固定压紧杆时借助开口扳手，实现充分固定。顶部外螺纹用于穿过顶部盖板，并通过向下旋紧螺母对测试件施加垂直压力。

所述正电极引出片的纵截面呈“U”型，正电极引出片两侧的竖边均加工有连接孔，其中一侧的连接孔用于连接正电极片，另一侧的连接孔用于连接正电极插头。

所述的公共电极引出片为平板结构，前端为“梳齿”状插头连接耳，该插头连接耳用于连接公共电极插头。公共电极引出片后部为一排连接孔，通过螺栓实现与公共电极片的连接。

所述负电极引出片的纵截面呈“U”型，与正电极引出片的结构类似，其两侧的竖边均加工有连接孔，其中一侧的连接孔用于连接负电极片，另一侧的连接孔用于连接负电极插头。

附图说明

图1本发明测试工装前视图；

图2本发明测试工装后视图；

图3底座结构示意图；

图4压紧杆结构示意图；

图5定位销结构示意图；

图6负电极片结构示意图；

图7公共电极片结构示意图；

图8负电极引出片结构示意图；

图9公共电极引出片结构示意图；

图10顶部压块结构示意图；

图11顶部盖板结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

如图1、图2所示，本发明测试工装包括：底座08、4条压紧杆12、13、14、15、3条定位销09、10、11、负电极片07、公共电极片05、正电极片03、顶部压块02、顶部盖板01、正电极引出片16、公共电极引出片17和负电极引出片18。

底座08为矩形，四个角加工有压紧杆安装孔，4条压紧杆12、13、14、15穿过该压紧杆安装孔，固定在底座08的四个角上。底座08上还加工有定位销安装孔，3条定位销09、10、11穿过该定位销安装孔，固定在底座08上。负电极片07通过定位销09、10、11定位，放置在底座08上。在负电极片07上自下而上依次放置有：第二测试件06、公共电极片05、第一测试件04、正电极片03和顶部压块02。顶部盖板01加工有压紧杆安装孔，顶部盖板压紧杆安装孔的位置与底座压紧杆安装孔的位置对应。顶部盖板01穿过压紧杆12、13、14、15覆盖在顶部压块02上，通过旋紧顶部盖板01上方的4只螺母，对第一测试件04和第二测试件06施加向下的机械压力。正电极引出片16、公共电极引出片17和负电极引出片18的一端分别与正电极片03、公共电极片05和负电极片07相连，正电极引出片16、公共电极引出片17和负电极引出片18的另一端通过安装匹配的插头实现与外部测试设备的连接。

如图3所示，底座08整体由绝缘材料制成，其纵截面呈“T”字形，即两侧薄、中间厚。底座08放置在外部测试设备的测试平台上。底座08的表面加工有4个压紧杆安装孔0801、0802、0803、0804，压紧杆12、13、14、15分别穿过压紧杆安装孔0801、0802、0803、0804，并通过螺母固定在底座08上。底座08的表面还加工有3个定位销安装孔0805、0806、0807，定位销09、10、11分别穿过定位销安装孔0805、0806、0807，并通过螺母固定在底座08上。底座08上表面的前后两侧分别加工有负电极引出片槽口0808和测试件槽口0809，可以避免安装过程中负电极引出片18和测试件与底座08产生干涉。底座08上表面的左右两侧还加工有负电极测试线槽口0811、0810，用于避免在负电极测试螺纹孔0706中接入测试信号线时，与底座08产生干涉。

如图4所示，压紧杆12的两端均包含一段外螺纹，其中底部外螺纹1201用于插入底座08上的压紧杆安装孔0801后，通过螺母将其固定在底座08上。底部外螺纹1201上方的光杆处加工有两个相互平行的缺口1202，方便在压紧杆12固定时，借助开口扳手充分固定。顶部外螺纹1203用于穿过顶部盖板01，并通过向下旋紧螺母向第一测试件04和第二测试件06施加垂直压力。其余3只压紧杆13、14、15的结构与压紧杆12相同，压紧杆13、14、15分别穿过压紧杆安装孔0802、0803、0804，固定在底座08上。

如图5所示，定位销09为圆柱形，底部加工有外螺纹0901，用于穿过底座08的定位销安装孔0805。定位销09的顶部加工有一字槽口0902，方便使用螺丝刀将定位销09固定在底座08上。其余2只定位销10、11的结构与定位销09相同，定位销10、11分别穿过定位销安装孔0806和0807，固定在底座08上。

如图6所示，负电极片07呈平板结构。负电极片07的前部垂直于前端面加工有5个前端面螺纹孔0701、0702、0703、0704、0705，用于连接负电极引出片18。负电极片07两侧的端面加工有负电极测试螺纹孔0706，用于连接外部测试信号线。正电极片03与负电极片07的结构相同，通过5个前端面螺纹孔连接正电极引出片16。

如图7所示，公共电极片呈平板结构，其前部贯穿上、下表面加工有5个螺纹孔0501、0502、0503、0504、0505，用于连接公共电极引出片17，公共电极片的两侧面加工有公共电极测试螺纹孔0506，用于连接外部测试信号线。

如图8所示，负电极引出片18的纵截面呈“U”型，其两侧的竖边上均加工有连接孔，一侧的连接孔1801、1802、1803、1804、1805用于连接负电极片07，另一侧的连接孔1806、1807、1808、1809、1810用于连接负电极插头。正电极引出片16的结构与负电极引出片18相同，呈“U”型，其两侧的竖边也加工有连接孔，一侧的连接孔用于连接正电极片，另一侧用于连接正电极插头。

如图9所示，公共电极引出片17为平板结构，前端为“梳齿”状插头连接耳1706，该插头连接耳用于连接公共电极插头，公共电极引出片17的后部为一排连接孔1701、1702、1703、1704、1705，通过螺栓实现与公共电极片05的连接。

如图10所示，顶部压块02整体由绝缘材料制成，其纵截面呈三角形。顶部压块02的顶部0201进行了倒角，倒角半径小于顶部盖板01下凹面0106的倒角半径，顶部压块两侧0202的尖角削平，以实现与定位销的良好定位，顶部压块02的厚度不小于被测器件电极外轮廓园的半径，以保证被测器件受到均匀的垂直压力。顶部压块02下表面的长度不小于被测件的长度，顶部压块02下表面的宽度不小于被测件的宽度。

如图11所示，顶部盖板01整体由绝缘材料制成。顶部盖板01左右两侧平整，并加工有4个压紧杆安装孔0101、0102、0103、0104，中央呈拱形，即上表面0105凸出，下表面0106凹陷，以增强盖板的抗拉强度。下表面0106的曲率半径大于顶部压块02的顶部0201的曲率半径。

使用本发明压接式电力半导体模块测试工装进行测试的步骤如下：

1.首先分别将4只压紧杆12、13、14、15穿过底座08上的4个压紧杆安装孔0801、0802、0803、0805、0804，用螺母固定在底座08上，接着将3只定位销09、10、11分别穿过底座08上的3个定位销安装孔0805、0806、0807，并用螺母固定在底座08上；

2.将连接有负电极引出片18的负电极片07放在底座08上，放置位置依靠3只定位销09、10、11确定，负电极片07的外缘与圆柱形的定位销09、10、11的外圆相切；

3.第二测试件06通常为IGBT器件，其发射极面向下放置在负电极片07上方，放置位置依靠3只定位销09、10、11确定，即第二测试件06的外缘与圆柱形的定位销09、10、11的外圆相切；

4.将连接有公共电极引出片17的公共电极片05放在第二测试件06的集电极面上，放置位置依靠3只定位销09、10、11确定，即公共电极片05的外缘与圆柱形的定位销09、10、11的外圆相切；

5.第一测试件04通常为IGBT器件，其发射极面向下放置在公共电极片05上方，放置位置依靠3只定位销09、10、11确定，即第一测试件04的外缘与圆柱形的定位销09、10、11的外圆相切；

6.将连接有正电极引出片16的正电极片03放在第一测试件04的集电极面上，放置位置依靠3只定位销09、10、11确定，即正电极片03的外缘与圆柱形的定位销09、10、11的外圆相切；

7.将顶部压块02放置在正电极片03上，放置位置依靠3只定位销09、10、11确定，即顶部压块02的外缘与圆柱形的定位销09、10、11的外圆相切；

8.将顶部盖板01向下穿过4只压紧杆12、13、14、15，放置在顶部压块02上，4只压紧杆12～15的上部旋入螺母，通过顶部盖板01向下依次对顶部压块02、正电极片03、第一测试件04、公共电极片05、第二测试件06施加垂直向下的均匀压力；如果需要，可以在顶部盖板01和顶部压块02之间放置压力测量胶片，如富士Prescale胶片，实现压紧力的测量；

9.在正电极测试螺纹孔、公共电极测试螺纹孔、以及负电极测试螺纹孔上，分别连接测试信号线后，即可将包含被测器件的工装插入外部测试设备进行测试；

10.测试完毕后，从外部测试设备上拔除本测试工装，旋松顶部盖板01上的4只压紧螺母，即可依次将顶部压块、电极片和被测器件取出；

11.更换新的被测器件，重复步骤2～10。

需要进一步说明的是，第一测试件04的发射极通过公共电极片05与第二测试件06的集电极相连，组成了半桥结构，因此满足了对器件进行开关特性测试的必要条件。本发明工装中使用的电极片及电极引出片构成了平板叠层结构，由于该结构构成的测试回路所包围的面积非常小，因此使得本发明工装引入的寄生电感非常小，特别适用于对器件进行开关特性测试。此外，使用本发明工装即可对被测器件施加机械压力，因此无需对现有焊接式测试设备进行压力装置改造，便可实现对压接式电力半导体器件的静态以及开关特性测试。

Claims (9)

1.一种压接式电力半导体模块测试工装，所述的工装包括底座(08)、顶部压块(02)、和顶部盖板(01)，其特征在于，所述的工装还包括：4根压紧杆(12、13、14、15)、3根定位销(09、10、11)、负电极片(07)、公共电极片(05)、正电极片(03)、正电极引出片(16)、公共电极引出片(17)和负电极引出片(18)；

底座(08)为矩形，四个角有压紧杆安装孔，4根压紧杆(12、13、14、15)穿过该压紧杆安装孔，固定在底座(08)的四个角上；底座(08)上还加工有定位销安装孔，3根定位销(09、10、11)穿过该定位销安装孔，固定在底座(08)上；负电极片(07)放置在底座(08)上，通过定位销(09、10、11)定位；第二测试件(06)、公共电极片(05)、第一测试件(04)、正电极片(03)和顶部压块(02)自下而上依次放置在负电极片(07)上；顶部盖板(01)覆盖在顶部压块(02)上；正电极引出片(16)与正电极片(03)连接；公共电极引出片(17)和公共电极片(05)连接；负电极引出片(18)和负电极片(07)连接；正电极引出片(16)、公共电极引出片(17)和负电极引出片(18)的另一端与外部测试设备连接。

2.按照权利要求1所述的压接式电力半导体模块测试工装，其特征在于，所述的顶部盖板(01)上加工有4个压紧杆安装孔(0101、0102、0103、0104)，顶部盖板压紧杆安装孔的位置与底座压紧杆安装孔的位置对应，顶部盖板(01)穿过压紧杆(12、13、14、15)覆盖在顶部压块(02)上，通过旋紧顶部盖板(01)上方的4只螺母，对第一测试件(04)和第二测试件(06)施加向下的机械压力；顶部盖板(01)左右两侧平整，中部呈拱形，即上表面(0105)凸出，下表面(0106)凹陷；下表面(0106)的曲率半径大于顶部压块(02)的顶部(0201)的曲率半径；所述的顶部盖板(01)整体由绝缘材料制。

3.按照权利要求1或2所述的压接式电力半导体模块测试工装，其特征在于，所述的顶部压块(02)由绝缘材料制成，其纵截面呈三角形；顶部压块(02)的顶部(0201)进行了倒角，倒角半径小于顶部盖板(01)下凹面(0106)的倒角半径，顶部压块两侧(0202)的尖角削平；顶部压块(02)的厚度不小于被测器件电极外轮廓园的半径，以保证被测器件受到均匀的垂直压力；顶部压块(02)下表面的长度长不小于被测器件的长度，顶部压块(02)下表面的宽度不小于被测件的宽度。

4.按照权利要求1所述的压接式电力半导体模块测试工装，其特征在于，所述的底座(08)由绝缘材料制成，其纵截面呈“T”字形，即两侧薄、中间厚；底座(08)放置在外部测试设备的测试平台上；所述的底座(08)上表面的前后两侧分别有负电极引出片槽口(0808)和测试件槽口(0809)，避免安装过程中负电极引出片(18)和测试件与底座(08)产生干涉；底座(08)上表面的左右两侧还加工有负电极测试线槽口(0811、0810)，避免在负电极测试螺纹孔(0706)中接入测试信号线时，与底座(08)产生干涉。

5.按照权利要求1所述的压接式电力半导体模块测试工装，其特征在于，所述压紧杆的两端均包含一段外螺纹，其中底部外螺纹用于插入底座(08)上的压紧杆安装孔后，通过螺母将其固定在底座(08)上；底部外螺纹上方的光杆处加工有两个相互平行的缺口，方便在压紧杆固定时，借助开口扳手充分固定；顶部外螺纹用于穿过顶部盖板(01)，并通过向下旋紧螺母，向第一测试件(04)和第二测试件(06)施加垂直压力。

6.按照权利要求1所述的压接式电力半导体模块测试工装，其特征在于，所述的负电极片(07)呈平板结构，其前部垂直于前端面加工有5个前端面螺纹孔，用于连接负电极引出片(18)；负电极片(07)两侧的端面加工有负电极测试螺纹孔，用于连接外部测试信号线；所述的正电极片(03)与负电极片(07)的结构相同，通过5个前端面螺纹孔连接正电极引出片(16)。

7.按照权利要求1所述的压接式电力半导体模块测试工装，其特征在于，所述的公共电极片(05)呈平板结构，其前部加工有5个贯穿上、下表面的螺纹孔，用于连接公共电极引出片(17)，公共电极片(05)的两个侧面加工有公共电极测试螺纹孔，用于连接外部测试信号线。

8.按照权利要求1所述的压接式电力半导体模块测试工装，其特征在于，所述的负电极引出片(18)的纵截面呈“U”型，其两侧的竖边上均加工有连接孔，一侧的连接孔用于连接负电极片(07)，另一侧的连接孔用于连接负电极插头；正电极引出片(16)的结构与负电极引出片(18)相同，呈“U”型，其两侧的竖边也加工有连接孔，一侧的连接孔用于连接正电极片(03)，一侧用于连接正电极插头。

9.按照权利要求1所述的压接式电力半导体模块测试工装，其特征在于，所述的公共电极引出片(17)为平板结构，前端为“梳齿”状插头连接耳，该插头连接耳用于连接公共电极插头，公共电极引出片(17)的后部为一排连接孔，与公共电极片(05)连接。