CN109975352B - 基于热阻的缺陷检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开基于热阻的缺陷检测装置，包括被测工件，显示器，热探头、散热器基座、散热器、处理器、信号发生器、辐射测温仪以及示波器；其中，所述热探头，用于散发热量，且在所述被测工件上进行移动，并将热量传输到所述被测工件；所述散热器上安装有所述散热器基座，所述散热器基座上安装有所述被测工件，所述被测工件接收的热量通过所述散热器散发到外部空间；所述辐射测温仪，用于对所述散热器散发的热量进行温度数据采集，并将温度数据传输到所述处理器；所述处理器用于对所述被测工件的热阻进行计算，并将计算结果传输到所述显示器以显示热阻分布图像。

Description

基于热阻的缺陷检测装置
技术领域
本发明涉及工业缺陷检测技术领域，特别涉及基于热阻的缺陷检测装置。
背景技术
随着工业CT技术在汽车、电子行业、航空航天领域等的发展和应用，精密复杂零部件的内部缺陷检测需求日益增加，对缺陷的便捷测量精度要求较高。
现有技术中一般对于工件缺陷的检测基于工业中的核成像技术，其利用放射性核素为辐射源，将其辐射在被检测物体中，通过不同物质对射线的差别吸收可区分密度不同的物质，最后利用计算机处理探测器所获得的数据并进行图像重建，以分析工件缺陷或空洞位置。但其检测方法存在某些缺陷，如CT成像提取多个方向穿过被测断层的射线强度作为重建算法的数据，其过程运算过程较为复杂，且直线加速器辐射源强度不可调；工业CT中检测缺陷仪器组成成份较多、总体积较大，且其游离辐射对人体有害，不利于人工长时间操作；如X 射线探伤机此类仪器成本较高，且便捷度低。
另外，缺陷检测系统中传统热探头技术需要在基板上组装大量芯片，以获得衬底上的界面以局部位置表示的热阻分布二维图，这种方法会损坏基板表面。且探头位置固定且布局范围较大，降低了测量精密性并增加成本。
发明内容
针对现有技术中部件多、探头固定导致缺陷检测不精准的问题，本发明提供一种基于热阻的缺陷检测装置，通过在铜片上安装固定热源形成检测热探头，从而可在被测工件上表面离散地自由移动，检测被测工件的热阻。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
基于热阻的缺陷检测装置，包括被测工件和显示器，其特征在于，包括热探头、散热器基座、散热器、处理器、信号发生器、辐射测温仪以及示波器；其中，
所述热探头，用于散发热量，且在所述被测工件上进行移动，将热量传输到所述被测工件；
所述散热器上安装有所述散热器基座，所述散热器基座上安装有所述被测工件，所述被测工件接收的热量通过所述散热器散发到外部空间；
所述辐射测温仪，用于对所述散热器散发的热量进行温度数据采集，并将温度数据传输到所述处理器；
所述示波器，用于对采集所述热探头的电相关数据，并将电相关数据传输到所述处理器；
所述处理器根据接收的数据，对所述被测工件的热阻进行计算，并将计算结果传输到所述显示器以进行图像显示。
优先的，所述热探头与所述被测工件之间有热介质层，用于填充热探头和被测工件之间的空隙。
优先的，所述被测工件与所述散热器基座之间有热介质层，便于热量的传递。
优先的，所述热探头与所述被测工件接触的面积为第一面积S1，所述散热器基座与所述被测工件接触的面积为第二面积S2，则S1＝S2。
优先的，所述热探头包括输入端子、功率器件场效应管、铜片以及DBC板；输入端子包括第一输入端子、第二输入端子以及第三输入端子；功率器件场效应管、第一输入端子和DBC板均安装在铜片上；第一输入端子安装在铜片上，且与功率器件场效应管的漏极电连接；第二输入端子和第三输入端子安装在 DBC板上，且第二输入端子和第三输入端子分别与功率器件场效应管的栅极和源极电连接。
优先的，所述第二输入端子和第三输入端子与所述功率器件场效应管通过键合线进行电连接。
优先的，所述热探头还包括密封层，用于将功率器件场效应管、输入端子和DBC板密封在铜片上。
优先的，所述第二输入端子和第三输入端子之间绝缘。
综上所述，由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明可通过调节信号发生器使热探头得到连续变化的热源强度，可方便根据所需结温范围选择合适的电压电流范围，降低器件因过高温度受损的概率；本发明的传感器芯片数量少，可减小对被测工件的损坏；同时本发明的热探头可在被测工件上自由移动，计算获得被测工件所有位置的热阻数据并绘制热阻二维分布图，能更快地从热阻分布图中获得被测工件缺陷位置。
附图说明：
图1为根据本发明示例性实施例的基于热阻的缺陷检测装置结构示意图。
图2为根据本发明示例性实施例的热探头结构示意图。
图2中1为第一输入端子，2为第二输入端子，3为第三输入端子，4为功率器件场效应管，5为铜片，6为密封层，7为键合线，8为DBC板。
具体实施方式
下面结合实施例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
图1为根据本发明示例性实施例的热探头检测装置示意图，包括热探头10、被测工件20、散热器基座30、散热器40、处理器50、信号发生器60、辐射测温仪70、示波器80以及显示器90。热探头10做为热源，在被测工件20的上表面可进行移动，用于传输热量到被测工件20；热探头10的面积要小于被测工件20的面积。被测工件20放在散热器基座30上，散热器基座30安装在散热器40的上表面，且散热器40的传热面积要大于散热器基座30的传热面积。辐射测温仪70采集散热器40下表面中(直接与外界环境接触)与散热器基座30 相对应位置面积(虚线部分)的温度，并将温度信息传输到处理器50；示波器 80与热探头10电连接，用于采集热探头10的电相关信息(例如电压、电流、周期、频率、占空比等)，并将电相关信息传输到处理器50。处理器50接收示波器80和辐射测温仪70的数据，进行处理可得到被测工件20被测位置相对应的热阻并将热阻信息传输到显示器90上，从而利用软件可绘制热阻分布图；热探头10与信号发生器60电连接，信号发生器60用于对热探头10的功率进行调节，根据需求产生不同的热量以进行检测，保障被测工件的温度安全，避免被测工件因温度过高而损坏。
本实施例中，热探头10和被测工件20之间包括热介质层，热介质层采用导热硅脂，以填充热探头和被测工件之间的空隙；导热硅脂具有，高导热绝缘从不固化的特性，使得热探头10可在被测工件20上表面离散地移动以及良好传热。散热器基座30的上表面和被测工件20下表面之间也通过热介质层接触。
本实施例中，散热器基座30的上表面的面积与热探头10下表面的面积相同，即热探头10与被测工件20接触的面积标记为第一面积S1，散热器基座30 与被测工件20接触的面积标记为第二面积S2，则第一面积等于第二面积，其作用是使得热量尽可能少地在被测工件20内部横向扩散，并使得被测工件20的热量在厚度层级一维传热并集中于散热器基座30上表面的范围内，并将热量通过散热器基座30、散热器40传递给环境，增大测量位置的热通量密度，减小因无基座平面散热器或大尺寸基座散热器测量时的热量扩散而造成热量损失以及提升热探头灵敏度。例如被测工件20的大小为厘米级及以上，热探头10的大小在毫米级，例如型号为“H1M120N060”的SiC MOSFET尺寸为4290*2916μ m2,厚度仅为350μm。
本发明的工作原理如下：热探头10作为热源散发热量，可在被测工件20 的上表面移动并对其进行热量传输，而被测工件20经加热后，其热量会通过散热器40散发到环境中，辐射测温仪70实时采集散热器40散发到环境的温度数据，示波器80实时采集热探头10的电相关数据信息，再将温度数据和电相关数据传输到处理器50进行热阻计算(热阻的计算是现有技术，不是本发明的重点)，并将热阻计算结果传输到显示器90上从而得到被测工件20的热阻分布图，热阻图的绘制可采用matlab软件进行绘制。
在无空洞或裂缝的情况下，被测工件内部材质可被视为均匀分布，则所测工件每个位置的热阻值基本相同；若工件内部存在缺陷，则内部材质将不均匀分布，缺陷处的热阻将会比其他位置的热阻大，即热阻分布图中会有明显凸起。
图2为根据本发明示例性实施例的一种热探头，包括输入端子、功率器件场效应管、铜片以及DBC板。功率器件场效应管4和DBC板8通过焊接(即通过焊料焊接)安装在铜片5上；第二输入端子2焊接在DBC板8上的第一区域81，且第二输入端子2与功率器件场效应管4上表面的栅极通过键合线7电连接；第三输入端子3焊接在DBC板8上的第二区域82，且第三输入端子3 与功率器件场效应管4上表面的源极通过键合线7电连接；第一输入端子1焊接在铜片5上，可通过铜片5与功率器件场效应管4下表面的漏极相连。
本实施例中，DBC板8包括三层结构，第一层为铜层，第二层为陶瓷层，第三层为铜层。则第一区域81和第二区域82均为第一层，且第一区域81和第二区域82之间绝缘，例如通过蚀刻方式将第一区域81和第二区域82之间的铜层去掉，即区域a，以起到绝缘的作用。
本实施例中，还包括密封层6，可采用硅酮密封胶，密封功率器件场效应管 4上表面和周围区域，并固定输入端子的位置，减小功率器件场效应管4工作时热能的逸散，保障热能最大化作用在铜片5上，提高热能的利用率。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (7)

1.基于热阻的缺陷检测装置，包括被测工件和显示器，其特征在于，包括热探头、散热器基座、散热器、处理器、信号发生器、辐射测温仪以及示波器；其中，
所述热探头，用于散发热量，且在所述被测工件上进行移动，将热量传输到所述被测工件；
所述热探头包括输入端子、功率器件场效应管、铜片以及DBC板；输入端子包括第一输入端子、第二输入端子以及第三输入端子；功率器件场效应管、第一输入端子和DBC板均安装在铜片上；第一输入端子安装在铜片上，且与功率器件场效应管的漏极电连接；第二输入端子和第三输入端子安装在DBC板上，且第二输入端子和第三输入端子分别与功率器件场效应管的栅极和源极电连接；
所述散热器上安装有所述散热器基座，所述散热器基座上安装有所述被测工件，所述被测工件接收的热量通过所述散热器散发到外部空间；
所述辐射测温仪，用于对所述散热器散发的热量进行温度数据采集，并将温度数据传输到所述处理器；
所述示波器，用于对采集所述热探头的电相关数据，并将电相关数据传输到所述处理器；
所述处理器根据接收的数据，对所述被测工件的热阻进行计算，并将计算结果传输到所述显示器以显示热阻分布图像。
2.如权利要求1所述的基于热阻的缺陷检测装置，其特征在于，所述热探头与所述被测工件之间有热介质层，用于填充热探头和被测工件之间的空隙。
3.如权利要求1所述的基于热阻的缺陷检测装置，其特征在于，所述被测工件与所述散热器基座之间有热介质层，便于热量的传递。
4.如权利要求1所述的基于热阻的缺陷检测装置，其特征在于，所述热探头与所述被测工件接触的面积为第一面积S1，所述散热器基座与所述被测工件接触的面积为第二面积S2，则S1＝S2。
5.如权利要求1所述的基于热阻的缺陷检测装置，其特征在于，所述第二输入端子和第三输入端子与所述功率器件场效应管通过键合线进行电连接。
6.如权利要求1所述的基于热阻的缺陷检测装置，其特征在于，所述热探头还包括密封层，用于将功率器件场效应管、输入端子和DBC板密封在铜片上。
7.如权利要求1所述的基于热阻的缺陷检测装置，其特征在于，所述第二输入端子和第三输入端子之间绝缘。
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