CN108627751B

CN108627751B - 功率模块测试装置

Info

Publication number: CN108627751B
Application number: CN201810238865.XA
Authority: CN
Inventors: 陆樨; 克里希纳·普拉萨德·巴特; 陈清麒; 徐竹娴; 雷光寅
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2018-03-22
Publication date: 2022-06-07
Anticipated expiration: 2038-03-22
Also published as: CN108627751A; US20180275168A1; DE102018106409A1; US10705118B2

Abstract

本公开涉及功率模块测试装置。一种测试装置包括防护套，所述防护套包括限定有导电外围的插座，所述插座被配置为与电压探针的参考引线连接以形成公共接地。所述测试装置包括分流器，所述分流器限定具有预定差异的不同电位的第一区域和第二区域。所述第二区域被配置为与分流器探针的参考引线连接。所述测试装置包括桥，所述桥被配置为将分流器探针引线与公共接地连接。

Description

功率模块测试装置

技术领域

本公开涉及功率模块测试装置。

背景技术

电机可以由具有多个固态开关器件的逆变器驱动。测量开关器件的性能需要将多个电压探针附连到开关器件上的预定位置。因为其它非侵入性测试方法(诸如，罗氏(Rogwoski)线圈)具有抵消和延迟问题，所以将电阻分流器置于电流路径中以间接地测量电流。探针用于测量电阻分流器和开关器件上的其它关键位置两端的小电压。这些小电压的测量会受到接地回路作用的影响。接地回路会使测量误差增大并在电压测量值中施加非单值性(ambiguity)。

发明内容

一种测试装置包括防护套，所述防护套包括限定有导电外围的插座，所述插座被配置为与电压探针的参考引线连接以形成接地回路。所述测试装置包括分流器，所述分流器限定具有预定差异的不同电位的第一区域和第二区域。所述第二区域被配置为与分流器探针的参考引线连接。所述测试装置包括桥，所述桥被配置为将分流器探针引线与接地回路连接。

一种测试装置包括分流器，所述分流器限定具有预定差异的不同电位的第一区域和第二区域。所述第二区域被配置为与分流器探针引线连接。所述测试装置包括防护套，所述防护套包括具有导电外围的插座，所述插座的尺寸适于与电压探针的接地引线互连以与所述防护套形成接地回路。所述防护套包括屏蔽部，所述屏蔽部部分地设置在第一区域和第二区域中的至少一个与电压探针的有源引线之间。

一种测试装置包括防护套，所述防护套具有限定有导电外围的插座，所述插座被配置为与电压探针的参考引线连接以形成接地回路。所述测试装置包括分流器，所述分流器限定具有预定差异的不同电位的第一区域和第二区域。所述第二区域被配置为与分流器探针引线连接。所述测试装置包括桥，所述桥穿过所述分流器探针引线与接地回路之间的最短距离，所述桥被配置为将所述分流器探针引线与接地回路连接，使得在所述第二区域和所述防护套之间形成公共接地回路。

根据本发明，提供一种测试装置，所述测试装置包括：防护套，包括限定有导电外围的插座，所述插座被配置为与电压探针的参考引线连接以形成公共接地；分流器，限定具有预定差异的不同电位的第一区域和第二区域，所述第二区域被配置为与分流器探针引线连接；桥，穿过所述分流器探针引线与公共接地之间的最短距离，所述桥被配置为将所述分流器探针引线与公共接地连接，使得公共接地包括所述第二区域和所述防护套。

根据本发明的一个实施例，所述桥相对于分流器电流的直接流动路径偏移。

根据本发明的一个实施例，所述防护套包括屏蔽部，所述屏蔽部设置在电压探针的测试引线和所述第一区域之间，以减小来自测试引线的感应电流。

根据本发明的一个实施例，分流器、桥、屏蔽部和防护套的一部分从同一绝缘金属基板形成。

根据本发明的一个实施例，所述防护套包括限定导电外围的支撑构件。

根据本发明的一个实施例，所述第一区域和所述第二区域通过具有预定电阻的电阻元件连接。

附图说明

图1是IGBT测试装置的示意图；

图2A是测试装置的俯视图；

图2B是具有通过分流器的电流路径的测试装置的俯视图；

图3是测试装置的正视图；

图4A是测试装置的侧视图；

图4B是具有通过分流器的电流路径的测试装置的侧视图；

图5是与防护套相关联的测试插座的分解视图。

具体实施方式

在此描述本公开的实施例。然而，应理解，公开的实施例仅为示例，其它实施例可采取各种替代的形式。附图无需按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以显示特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解的，参考任一附图示出和描述的各种特征可与在一个或更多个其它附图中示出的特征组合，以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合为典型应用提供代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可以期望用于特定应用或实施方式。

可利用多个测试点来确定IGBT(绝缘栅双极型晶体管)或其它半导体器件的性能。测试装置可被配置为测量半导体的关键参数。可以测量IGBT的三个电压和一个电流以确定IGBT性能。由于电流不能被直接地测量，因此装置可以将电流作为电阻器两端的电压降来测量。意思是，可以使用电压探针测量四个电压。电压探针可以是单端的。单端的电压探针可具有一对同轴引线，其中一个引线用作参考或接地，另一个引线用作待测的点。参考引线可包围测试引线，两个引线可被容纳在共用电缆中。参考引线可连接到防护套(holster)。参考引线的分离会在测量之间引起接地回路。对于IGBT上测量的较高频率和较低电压，接地回路会在测量期间引起显著的噪声和误差。当电路的两个接地部分具有不同的电位时接地回路形成。接地连接之间的电位差可以通过电感、电容耦合或固有导体电阻形成。随着接地电位间的差异的增大，敏感设备电压的精确测量受到阻碍。例如，用于将直流电转换成交流电的半导体器件的测量可能受到接地回路的阻碍。

简化的IGBT示意可以看作是控制BJT(双极结晶体管)的基极的MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。四个电压测量可以分散在IGBT两端，以测量栅极到功率发射极的电压、集电极电流、感测发射极到功率发射极的电压以及IGBT集电极到功率发射极的电压。公共参考或接地可位于功率发射极端。虽然理论上很好，但公共参考的实际执行可能难以实现。此外，电阻元件上的高电流可能会引起与所测量的小电压有关的显著噪声。因此，测量装置可减少测量不准确性并允许适当地测量IGBT。

用电压降读数和欧姆定律可以获得电路电流的间接测量。可以在电阻器两端测量电压降。电阻器可具有精确的、预定义的和不显著的电阻。电阻可被最小化，从而发生可忽略的电流损失或中断。可以测量电阻器两端的电压降，以使用欧姆定律确定通过电路的电流。由于电阻器的最小尺寸和与电阻器相关联的自感或噪声，导致间接测量电路电流引入测量误差。电流分流器可基本上具有平面结构以改善分流器的带宽。平面分流器可具有0.1-5.0nH的互感(来自电源端的电流和来自信号端的电压)，并且平面分流器可具有0.5-10.0nH的自感(功率端回路)，其类似于其它非平面分流器。平面分流器可具有50-200MHz的带宽，这比通常具有大约7.2MHz的带宽的非平面分流器更宽。

参考图1，示出了用于IGBT模块14的测试点38、40、42、44的等效示意图10。如图2A至图4所示的测试装置300可用于测量测试点38、40、42、44以确定IGBT性能。IGBT模块14的轨由直流(DC)电压源12供电。反偏二极管16指示在特定条件下防止不希望的电流流动。等效电路10包括旨在产生恒定电流源的电感器18。IGBT模块14包括由电感器20、22指示的不期望的内磁感应强度。IGBT模块14具有连接到栅极驱动器24的栅极40、集电极38和功率发射极36。IGBT模块14还具有位于测试点44处的感测发射极。可以测量测试点44与参考点36之间的“E-e”电压32。可以测量测试点38与参考点36之间的“C-E”电压34。可以测量测试点40与参考点36之间的“G-E”电压30。可以通过测量参考点36与测试点42之间的电压降(该电压降是分流电阻器200或26两端的电压)来测量IGBT电流28“I_c”。应当理解，虽然示出了IGBT测试示意图，但是任何半导体器件或敏感设备可以从本文描述的测试设备受益。

参考图2A至图5，示出了电压探针防护套100。电压探针防护套100包括基板或接地板102。板102可通过端孔218附连到功率模块。该板可附连或连接到支撑构件104。支撑构件104可呈L形。构件104和板102可以是一体件。板102和构件104可通过钎焊或另一紧固方法连接。钎焊降低板102和构件104之间的接触电阻。关于灵敏度测量，减小接地回路中的电阻使测量的噪声降低。构件104和板102的导电部分可以是铜或另一导体。构件104和板102可以是镀金的以进一步降低接触电阻。构件102和板104可具有大于预定值的厚度，以确保该厚度不会施加额外的电阻。导体是指通常用于导电的任何导电材料。例如，电阻率为1.68×10^-8的铜通常用作导体。电阻率小于1.00×10^-6的任何材料可以被认为是用于本申请的目的的导体。

如图所示，构件104支撑多个单端电压探针106。探针106包括同轴的成对的导体108、110。导体可被认为是第一电位引线和第二电位引线或测试引线和参考引线。探针的外壳通常是接地引线108，其保护探针引线110。测试插座(test jack)112可通过螺母固定到支撑构件104。测试插座112可在探针106与防护套100之间提供过盈连接，以将探针106固定到防护套100并为支撑构件104提供电连接。在一些实施例中，探针106的接地引线108可以直接连接到支撑构件104。

如图1中所示，防护套100具有多个孔118，其尺寸适于接纳探针106。孔118的尺寸也可以适于保持探针106。探针106可以直接连接到孔118或者可通过测试插座112连接。在其它实施例中，测试插座112可以被钎焊到支撑构件104。测试插座112可包括钎焊到支撑构件104的参考部分或接地部分124，其包括与接地引线108的过盈配合。接地部分124可以从为形成孔118而去除的材料形成或冲压而成。测试插座112可包括绝缘体126以将接地部分124与测试引线部分128分开。接地部分124和测试引线部分128均可以与相应的引线108、110过盈配合。测试引线110可以沿着至IGBT的路线尽可能靠近接地板102布线。孔118限定导电外围120。导电外围120可以通过导线122连接。导线122可以一直延伸到板102的功率模块端子。

图2A至图5还包括所示出的分流器200。分流器200具有利用焊点(solder joint)216焊接到多个电阻元件206的第一电位区域(FPR)202。其它互连技术可用于连接FPR 202、第二电位区域(SPR)204和电阻元件106(例如，导电环氧树脂、烧结金属接头、扩散结合)。电阻元件206还通过焊点216连接到第二电位区域(SPR)204。FPR 202和SPR 204均具有90°拐角222，以确保端孔218形成为与逆变器的功率模块连接。拐角222可以具有不同的弯曲角度以配合各种功率模块。例如，拐角222可以是135°。电阻元件206非线性地分布在FPR 202和SPR 204之间。意思是，通过FPR 202和SPR 204的导电路径具有相似的长度，从而使通过电阻元件206的电流路径之间的相对长度差异最小化。FPR 202和SPR 204可以由绝缘片214分隔开。FPR 202、SPR 204和绝缘片214可以分别由绝缘金属基板(IMS)的第一导电层、第二导电层和绝缘层形成。顶部导电层202可以被蚀刻以暴露绝缘层214。焊点216可以将设置在绝缘层214上的电阻元件206与FPR 202和SPR 204连接。

第一电位引线(FPL)208(还被认为是测试引线和参考引线中的至少一个)可以通过从FPR 202延伸的突起连接到FPR 202。第二电位引线(SPL)210(还被认为是测试引线和参考引线中的至少一个)可以连接到SPR 204。信号端220可容纳FPL 208和SPL 210。SPL210可以是SMC连接器的外壳。该外壳可电连接到SPR 204，使得SPR 204和SPL 210的电位相同。FPL 208可经由导体(例如，导线)电连接到FPR 202。

由于所有的导体基于传导路径的长度而固有地抵抗电子的流动，因此自端孔218起的FPR 202和SPR 204之间的长度可能对电压降有影响。意思是，路径中导电材料的不同长度可能会在电压降测量中引起误差或不确定性。90°拐角可能会引起电流路径的长度不同。因此，分流器200被设计为使得FPR 202和电阻元件206的连接边缘可以是非线性的，以确保FPR 202中的多个电流路径具有相似的长度，以减小电流路径的电阻方差。此外，相似的长度还可以减小电流路径的感应方差。基本上相似的电流路径长度还可以减少传导路径内的热点。

为了建立公共参考或接地回路，桥302可用于将电流测量电压探针220的参考210连接到其它电压探针106的公共接地回路。桥302可以是导线、焊材、焊接材料、IMS板的一部分、另一种工具或其组合。由于流过SPR 204的高电流，所以电流测量电压探针220的参考210与公共接地回路之间的完整的直接连接可能是不利的。流过SPR 204的高电流可能破坏支撑构件104的公共接地回路，从而将噪声和测量误差引入到电压探针106和电压探针220的电压测量。因此，桥302的尺寸可被设置为确保与支撑构件104或导电外围120的适当的接地连接，还使进入到公共接地回路中的高电流泄漏最小化。意思是，桥302的横截面导电区域可以与测试探针208的尺寸相同。桥302可以穿过电流测量电压探针220的参考210与导线122或支撑构件104之间的最短距离。在其它实施例中，桥302呈直线状，以在电流测量电压探针220的参考引线210与防护套100的基板102之间进行传导。在其它电流测量电压探针220的配置中，桥302可以循着参考引线210和板102之间的最短弯曲路径。桥302的厚度可被最小化以增加桥302的电阻，因而确保由于取道电阻最小的路径而使分流器的高电流在桥上停止流动。防护套100的板102可以与来自SPR 204的绝缘体214绝缘，以确保来自SPR 204的高电流的额外噪声不会影响防护套100的电压参考回路。桥可以相对于分流器电流306的直接流动路径偏移。例如，分流器电流306从FPR 202通过电阻器206流到SPR 204。由于电流通常遵循最直接的路径(电阻最小的路径)，因此示出的桥302处于分流器202的低流动区域中。意思是，桥302被置于不存在电阻元件206的区域中。

为了保护用于测量IGBT 14的电压参数的电压探针106，测试设备可以包括屏蔽部(shield)304以减少电压探针106的测试引线110(在引线连接到IGBT 14时暴露于流过分流器200的高电流)上感应的噪声。屏蔽部304可以相对于FPR 202偏移并且与SPR 204绝缘。屏蔽部304可以由IMS板的第一层202的蚀刻部分形成。屏蔽部304为IGBT 14提供受保护的路线或路径。屏蔽部304可以是导电的以分布磁场或电场。屏蔽部304可以与绝缘体214连接。屏蔽部304可以平行于分流器200延伸，以保护测试引线110免受分流器200的高电流的影响。电压探针106的测试引线110可以被扭曲并且沿着屏蔽部304布线至IGBT 14。测试引线110可以使用紧固件或环氧树脂固定到屏蔽部304。屏蔽部304可以是管状的或具有管状部分以进一步屏蔽引线110。引线110也可以由单个绝缘体包覆。

说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下能够进行各种变化。如前所述，各个实施例的特征可组合，以形成本发明的可能没有明确描述或说明的进一步的实施例。虽然各个实施例已经被描述为在一个或更多个期望特性方面能够提供优势或优于其他实施例或现有技术实施方式，但是本领域的普通技术人员认识到，根据具体应用和实施方式，一个或更多个特点或特性可被折衷，以实现期望的总体系统属性。这些属性可包括但不限于，成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、封装、尺寸、可维修性、重量、可制造性、易组装性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其他实施例或现有技术实施方式合意的实施例并不在本公开的范围之外，并且可期望用于特定应用。

Claims

1.一种测试装置，包括：

防护套，包括限定有导电外围的插座，所述插座被配置为与电压探针的参考引线连接以形成公共接地；

分流器，限定具有预定差异的不同电位的第一区域和第二区域，所述第二区域被配置为与分流器探针的参考引线连接；

桥，被配置为将分流器探针的参考引线与公共接地连接。

2.如权利要求1所述的测试装置，其中，所述桥穿过分流器探针的参考引线和公共接地之间的最短距离。

3.如权利要求1所述的测试装置，其中，分流器包括连接第一区域和第二区域的电阻元件。

4.如权利要求3所述的测试装置，其中，分流器探针包括连接到第一区域的测试引线。

5.如权利要求3所述的测试装置，其中，分流器的一部分通过从绝缘金属基板蚀刻而成。

6.如权利要求5所述的测试装置，其中，所述电阻元件设置在绝缘金属基板的绝缘体上。

7.如权利要求6所述的测试装置，还包括同轴插座，所述同轴插座被配置为将第一测试引线连接到第一区域并将第二电位引线连接到第二区域。

8.如权利要求7所述的测试装置，其中，插座的外壳将第二电位引线连接到第二区域。

9.如权利要求1所述的测试装置，其中，所述防护套和分流器通过从同一绝缘金属基板蚀刻而成。

10.如权利要求9所述的测试装置，其中，所述防护套的一部分和第一区域通过从绝缘金属基板的同一导体蚀刻而成。

11.一种测试装置，包括：

分流器，限定具有预定差异的不同电位的第一区域和第二区域，所述第二区域被配置为与分流器探针引线连接；

防护套，包括具有导电外围的插座以及屏蔽部，所述插座的尺寸适于与电压探针的接地引线互连，以与所述防护套形成公共接地，所述屏蔽部部分地设置在第一区域和第二区域中的至少一个与电压探针的有源引线之间。

12.如权利要求11所述的测试装置，还包括绝缘层，所述绝缘层位于第一区域和第二区域之间。

13.如权利要求11所述的测试装置，其中，所述防护套是一体件。

14.如权利要求11所述的测试装置，其中，所述防护套还包括用于支撑所述插座的支柱。