CN105548249A - 一种压接式功率器件热阻测试检测装置 - Google Patents

一种压接式功率器件热阻测试检测装置 Download PDF

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邓二平
刘文广
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Abstract

本发明提供一种压接式功率器件热阻测试检测装置，所述热阻测试装置包括：由水平方向的构件设置于竖直方向的立柱(21)组成的框架，所述立柱设有高度调节件和限位件。本热阻测试装置采用液压泵施加压力，相比传统的旋转螺杆施加压力可调范围大、精度高、均匀性好，具有较好的可移植性，可以同时满足传统热电偶测试法和瞬态热界面法，而且可以同时实现压接式功率器件单面和双面散热时热阻测试，非常适用于压接式功率器件的热阻测试。

Description

一种压接式功率器件热阻测试检测装置
技术领域
本发明涉及半导体器件测试领域，具体讲涉及一种压接式功率器件热阻测试检测装置。
背景技术
压接式功率器件，如压接式IGBT(绝缘栅双极型晶体管)，被广泛用于工业、信息、新能源、医学、交通、军事和航空领域，其具有较高的可靠性，便于串联，并且在器件损坏时表现出短路失效模式，因此其特别适用于智能电网等高压大功率领域。
半导体器件热阻是目前衡量半导体器件散热性能的唯一标准，也是半导体器件最重要的参数之一，器件热阻的大小在很大程度上限制了半导体器件功率密度的提升和结构的紧凑化。热阻值的准确测量不仅对于半导体器件生产厂商优化封装结构以减小器件热阻，而且对于指导用户充分利用器件的各方面特性具有非常重要的意义。压接式功率器件是一种高压大功率器件封装形式，器件内部产生的热量多，结构紧凑，需要更小的热阻来保证器件的正常工作温度，所以器件热阻值的准确测试显得尤为重要。
目前半导体器件的热阻测试方法主要采用热电偶的方法，通过测量器件的结温、壳温和功率，再由公式可得到器件的热阻值。例如申请号为201420107212.5，名称为“一种TO-3封装功率半导体器件热阻测试装置”的实用新型专利，公开了一种TO-3封装功率半导体器件热阻测试装置，包括散热基板、TO-3封装平板夹具、耐高温绝缘玻璃管、热偶和热偶插座；所述散热基板边缘开设有导线引出孔；所述平板夹具的中心嵌有所述热偶、边缘安装有所述热偶插座，所述热偶和热偶插座电连接；所述热偶周围分布有器件引脚插孔和器件固定螺丝孔，所述器件引脚插孔内壁装有所述耐高温绝缘玻璃管；所述平板夹具与所述散热基板固定连接。该装置虽然实现了热量沿一维方向向下传导，但仍然存在可施加压力范围小、精度低、均匀性差、可移植性差、而且不可同时满足传统热电偶测试法和瞬态热界面法，且不能同时实现压接式功率器件单面和双面散热时热阻测试。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种压接式功率器件热阻测试检测装置。
本发明提供的技术方案是：一种压接式功率器件热阻测试检测装置，所述热阻测试装置包括：由水平方向的构件设置于竖直方向的立柱(21)组成的框架，所述立柱设有高度调节件和限位件。
优选的，所述高度调节件包括设于所述立柱(21)中部的中基板(12)和所述立柱(21)中下部的压力维持板(3)，所述限位件为设于所述立柱(21)上的螺母(22)。
优选的，所述水平方向的构件包括上基板(11)、中基板(12)、下基板(13)和压力维持基板(3)，所述水平方向的构件将所述框架分为三层；
所述框架上层设置有散热装置，中层设置有压力均布装置(5)，下层设置有压力施加装置(4)；
所述水平方向的构件采用较厚的实心铝材料制作。
优选的，所述上基板(11)和所述下基板(13)被所述立柱(21)穿过，位于所述立柱(21)的两端；分别在所述上基板(11)和所述下基板(13)两侧设置所述螺母(22)，用于固定所述上基板(11)和所述下基板(13)；
所述压力维持基板(3)下侧设置有所述螺母(22)，用于固定所述压力维持基板的位置。
优选的，所述散热装置包括冷却系统接口(61)、直流母排接口(62)和散热基板(63)；
所述散热装置为成对设置，对称分布在所述上基板(11)和所述中基板(12)之间；靠近所述上基板(11)的所述直流母排接口(62)接正极，靠近所述中基板(12)的所述直流母排接口(62)接负极；
所述散热装置与所述上基板和中基板之间分别设置有绝缘板(7)；对称设置的所述散热装置和所述绝缘板(7)通过螺栓分别固定在所述上基板(11)和所述中基板(12)上。
优选的，对称设置的所述散热装置之间用于放置被测器件；所述被测器件为压接式功率器件。
所述压力均布装置(5)包括导柱(51)、碟簧(52)和半球面(53)；
所述压力均布装置(5)位于所述中基板和压力维持基板(3)之间；所述导柱(51)的一端通过螺栓与传感器(8)相连并固定在所述压力维持基板(3)上，所述碟簧(52)套设在所述导柱(51)外部；所述导柱(51)的另一端嵌入倒扣的所述半球面(53)的凹面内；所述半球面(53)的顶端与所述中基板(12)点接触。
优选的，所述压力施加装置(4)包括基座(41)、顶杆(42)和显示仪表(43)；
所述压力施加装置(4)位于所述压力维持基板(3)和所述下基板(13)之间；
所述基座(41)通过螺栓固定在所述下基板(13)上；所述基座(41)上表面中心位置设置有所述顶杆(42)；所述顶杆(42)随着压力的变化做上下伸缩运动，且其上端与所述压力维持基板(3)面接触；所述基座(41)的一侧设置所述显示仪表(43)。
优选的，所述绝缘板(7)采用环氧树脂材料制作。
优选的，所述传感器(8)为数字压力传感器。
优选的，所述立柱(21)和螺母(22)外表面涂一层镍防止氧化。
与现有技术比，本发明具有以下优益效果：
1、本发明提供的一种压接式功率器件热阻测试检测装置，采用液压泵施加压力，相比传统的旋转螺杆施加压力更加精准和稳定，通过动力杆可以随时调节被测器件所需要的压力，装置输出的压力范围大，可满足不同功率等级的器件在不同压力条件下的热阻测试要求，并用可通过仪表实时显示当前压力值。
2、本发明提供的一种压接式功率器件热阻测试检测装置，半导体器件稳态热阻测试时间比较短，但瞬态热阻测试过程耗时较长，一般的液压装置时间长会存在轻微的泄压问题。为了使器件在测试过程中压力维持恒定，通过压力维持装置4可以将装置的压力长时间维持在一定的压力值以保证在整个热阻测试过程中被测器件所承受的压力维持一个固定值。
3、本发明提供的一种压接式功率器件热阻测试检测装置，采用由碟簧组成的压力均布装置，可以消除或减弱由于基板不平整等因素造成器件表面受力不均匀性。
4、本发明提供的一种压接式功率器件热阻测试检测装置，通过改变外部水冷系统的接法，可同时满足器件单面或双面散热时热阻测试的需求，本发明的装置不仅可以满足传统的热电偶稳态热阻测试法，而且可以满足JEDEC51-14提出的瞬态热阻测试法。
附图说明
图1为现有技术的热阻测试装置的应用实例示意图；
图2为本发明的压接式功率器件热阻测试检测装置的结构示意图；
图3为本发明的压接式功率器件热阻测试检测装置的立体示意图；
其中，11-上基板、12-中基板、13-下基板、21-立柱、22-螺母、3-压力维持板、4-压力施加装置、41-基座、42-顶杆、43-显示仪表、5-压力均布装置、51-导柱、52-碟簧、53-半球面、61-冷却系统接口、62-直流母排接口、63-散热基板、7-绝缘板、8-传感器。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
本发明提供一种压接式功率器件热阻测试检测装置，包括：由水平方向的构件设置于竖直方向的立柱(21)组成的框架，所述立柱设有高度调节件和限位件。
所述高度调节件包括设于所述立柱(21)中部的中基板(12)和所述立柱(21)中下部的压力维持板(3)，所述限位件为设于所述立柱(21)上的螺母(22)。所述水平方向的构件包括上基板(11)、中基板(12)、下基板(13)和压力维持基板(3)，所述水平方向的构件将所述框架分为三层；
所述框架上层设置有散热装置，中层设置有压力均布装置(5)，下层设置有压力施加装置(4)；
所述水平方向的构件采用较厚的实心铝材料制作，用于满足本发明的热阻测试装置较大的压力输出范围，以保证在承受大压力时不产生形变，进而保证试验结果的准确性。
所述上基板(11)和所述下基板(13)被所述立柱(21)穿过，位于所述立柱(21)的两端；分别在所述上基板(11)和所述下基板(13)两侧设置所述螺母(22)，用于固定所述上基板(11)和所述下基板(13)，所述压力维持基板(3)下侧设置有所述螺母(22)，用于固定所述压力维持基板的位置。
所述压力施加装置4包括基座41、顶杆42和显示仪表43；所述压力施加装置4位于压力维持基板3和下基板13之间；
所述基座41通过螺栓固定在所述下基板13的上表面，通过外部的动力杆给液压泵本体提供压力，并将压力传输到基座41，推动顶杆42向上移动，给压力维持基板3提供压力，压力显示仪表可实时显示液压泵输出的压力值，以便于根据测试需求调整液压泵输出的压力值。
压力维持装置包括压力维持基板3和螺母22；所述压力维持基板3被所述螺栓穿过，位于所述螺栓靠下端位置；所述螺母22紧贴所述压力维持基板3的下侧，用于固定压力维持基板3的最低位置，使得装置的压力不变。
外部液压装置通过顶杆42将压力施加到基板3后，通过基板下面的四个紧固螺母将基板锁死，这样就保证了即使液压泵出现一定的泄压也不会影响到被测器件所承受的压力。
所述压力均布装置5包括导柱51、碟簧52和半球面53；所述压力均布装置5位于所述中基板12和压力维持基板3之间。
所述导柱51的一端通过螺栓与传感器8相连并固定在所述压力维持基板3的上，所述碟簧52套设在所述导柱51外部；所述导柱51的另一端嵌入倒扣的所述半球面53的凹面内；
所述半球面53的顶端与所述中基板12点接触，用于消除或减弱由于基板不平导致的压力不均匀。所述碟簧52的作用是消除或减弱由于基板不平整或其他原因产生的压力不均匀性。
所述压力均布装置5的工作原理为：液压泵产生的压力通过顶杆42、压力维持基板、碟簧和半球面一级级向上传递，最终的力通过半球面与中基板12的点接触传递到被测器件。通过碟簧和半球面的点接触可以消除或减弱由于基板安装不平整等因素带来的不均匀性，可以有效地保证被器件表面压力的均匀性。
所述压力传感器8为数字压力传感器，能够在被测器件热阻测试过程中时时显示器件实际所承受的压力值。
所述散热装置6包括冷却系统接口61、直流母排接口62和散热基板63；所述散热基板63为双面散热基板，可实现双面散热时热阻测试的需求。
所述散热装置6为成对设置，对称分布在上基板和中基板之间，通过绝缘板7分别与上基板11和中基板12连接。
所述绝缘板7采用环氧树脂材料制作，环氧树脂具有很强的机械强度、很大的电阻率和极小的导热系数(0.15W/(m*K))，可以保证在承受很大压力条件下不产生大的形变，同时也起到良好的电绝缘和热绝缘的作用。
对称设置的所述散热装置8之间用于放置被测器件。
所述立柱21和螺母22采用钢材质制作，并在它们的外表面涂一层镍防止氧化，本技术方案通过立柱21和螺母22将装置做成一个紧凑的系统。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种压接式功率器件热阻测试检测装置，其特征在于，所述热阻测试装置包括：由水平方向的构件设置于竖直方向的立柱(21)组成的框架，所述立柱设有高度调节件和限位件。
2.如权利要求1所述的热阻测试检测装置，其特征在于，所述高度调节件包括设于所述立柱(21)中部的中基板(12)和所述立柱(21)中下部的压力维持板(3)，所述限位件为设于所述立柱(21)上的螺母(22)。
3.如权利要求1所述的热阻测试检测装置，其特征在于，所述水平方向的构件包括上基板(11)、中基板(12)、下基板(13)和压力维持基板(3)，所述水平方向的构件将所述框架分为三层；
所述框架上层设置有散热装置，中层设置有压力均布装置(5)，下层设置有压力施加装置(4)；
所述水平方向的构件采用较厚的实心铝材料制作。
4.如权利要求3所述的热阻测试检测装置，其特征在于，所述上基板(11)和所述下基板(13)被所述立柱(21)穿过，位于所述立柱(21)的两端；分别在所述上基板(11)和所述下基板(13)两侧设置所述螺母(22)，用于固定所述上基板(11)和所述下基板(13)；
所述压力维持基板(3)下侧设置有所述螺母(22)，用于固定所述压力维持基板的位置。
5.如权利要求3所述的热阻测试检测装置，其特征在于，所述散热装置包括冷却系统接口(61)、直流母排接口(62)和散热基板(63)；
所述散热装置为成对设置，对称分布在所述上基板(11)和所述中基板(12)之间；靠近所述上基板(11)的所述直流母排接口(62)接正极，靠近所述中基板(12)的所述直流母排接口(62)接负极；
所述散热装置与所述上基板和中基板之间分别设置有绝缘板(7)；对称设置的所述散热装置和所述绝缘板(7)通过螺栓分别固定在所述上基板(11)和所述中基板(12)上。
6.如权利要求5所述的热阻测试检测装置，其特征在于，对称设置的所述散热装置之间用于放置被测器件；所述被测器件为压接式功率器件。
所述压力均布装置(5)包括导柱(51)、碟簧(52)和半球面(53)；
所述压力均布装置(5)位于所述中基板和压力维持基板(3)之间；所述导柱(51)的一端通过螺栓与传感器(8)相连并固定在所述压力维持基板(3)上，所述碟簧(52)套设在所述导柱(51)外部；所述导柱(51)的另一端嵌入倒扣的所述半球面(53)的凹面内；所述半球面(53)的顶端与所述中基板(12)点接触。
7.如权利要求1所述的热阻测试检测装置，其特征在于，所述压力施加装置(4)包括基座(41)、顶杆(42)和显示仪表(43)；
所述压力施加装置(4)位于所述压力维持基板(3)和所述下基板(13)之间；
所述基座(41)通过螺栓固定在所述下基板(13)上；所述基座(41)上表面中心位置设置有所述顶杆(42)；所述顶杆(42)随着压力的变化做上下伸缩运动，且其上端与所述压力维持基板(3)面接触；所述基座(41)的一侧设置所述显示仪表(43)。
8.如权利要求5所述的热阻测试检测装置，其特征在于，所述绝缘板(7)采用环氧树脂材料制作。
9.如权利要求6所述的热阻测试检测装置，其特征在于，所述传感器(8)为数字压力传感器。
10.如权利要求2所述的热阻测试检测装置，其特征在于，所述立柱(21)和螺母(22)外表面涂一层镍防止氧化。
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