CN112505146A - 一种基于超声波反射的igbt模块焊线断裂检测方法 - Google Patents

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李岩松
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Abstract

本发明公开了一种基于超声波反射的IGBT模块焊线断裂检测方法，其包括以下步骤：S1、搭建数据采集平台；S2、采集与目标IGBT模块同规格的IGBT模块在不同焊线断裂情况下的超声波反射输出信号，并进行频域变换；S3、根据采集到的信号数据建立一个目标IGBT模块焊线断裂数量与超声波反射输出频域信号关系的数据库；S4、采集目标IGBT的超声波反射输出信号，在建立的数据库中进行比对，判断IGBT的焊线断裂数量。本发明采用超声波反射对IGBT模块的焊线断裂情况进行检测。相比现有其他检测方法，使用超声波反射进行IGBT模块的焊线断裂情况进行检测具有成本低，精度高以及检测过程不依赖IGBT的工作点等优点。

Description

一种基于超声波反射的IGBT模块焊线断裂检测方法
技术领域
本发明涉及半导体领域，具体涉及一种基于超声波反射的IGBT模块焊线断裂检测方法。
背景技术
大功率转换器是电力系统、工业电力系统、电动汽车和许多其他大功率应用的关键元件。上述这些系统是家庭、企业、运输系统中基础且重要的组成部分，我们希望它们能够有更短的甚至没有停机时间。IGBT在模块内部由焊接线连接，机电应力与环境老化因素(机械振动、热和辐射)会在焊接线本身或其附着的硅表面上形成裂纹，这些情况的发生会降低半导体开关的性能甚至导致故障失效。
根据现有文献可知，功率半导体器件是整个转换器电路中最容易发生故障的部件。当一个IGBT模块的键合线断裂时，就会产生电流聚集现象，衬底温度就会升高。这种情况会产生额外的热量，导致键合线以更快的速度老化，缩短器件的使用寿命。
因此，如果能够提前检测和量化器件的封装故障(如焊线线断裂事件)，系统的可靠性就可以显著提高，从而可以执行计划维护以减少不必要的停机时间。已有学者提出使用扩频时域检测法的方式检测退化的IGBT以及其他设备，但扩频时域检测法技术存在一些缺点，如：中心频率被限制在48MHz，导致测量精度受限；需要多次测量来检测设备的退化；当故障键合线的数量较小时，检测结果不是很理想。
发明内容
本发明提供了一种基于超声波反射的新型IGBT模块焊线断裂检测方法，可准确监测IGBT模块焊线断裂情况，具有成本低、精度高、检测过程不依赖IGBT工作点的优点。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
提供一种基于超声波反射的IGBT模块焊线断裂检测方法，其包括以下步骤：
S1、搭建数据采集平台；
S2、采集与目标IGBT模块同规格的IGBT模块在不同焊线断裂情况下的超声波反射输出信号，并进行频域变换；
S3、根据采集到的信号数据建立一个目标IGBT模块焊线断裂数量与超声波反射输出频域信号关系的数据库；
S4、采集目标IGBT的超声波反射输出信号，在建立的数据库中进行比对，判断IGBT的焊线断裂数量。
进一步地，步骤S1所述的测试平台框图如附图2所示，使用超声波谐振器作为超声波信号的发射器和传感器，使用超声波示波器将传感器接收到的超声波信号转换为电信号并用PC处理。
进一步地，步骤S2中，为了使焊线断裂数量可控，人为的断开特定数量的焊线，而非使用热循环实验使器件老化。
本发明的有益效果为：本发明采用超声波反射对IGBT模块的焊线断裂情况进行检测。相比现有其他检测方法，使用超声波反射对IGBT模块的焊线断裂情况进行检测具有成本低，精度高以及检测过程不依赖IGBT的工作点等优点。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为测试平台框图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，该基于超声波反射的IGBT模块焊线断裂检测方法包括以下步骤：
S1、搭建数据采集平台；
S2、采集与目标IGBT模块同规格的IGBT模块在不同焊线断裂情况下的超声波反射输出信号，并进行频域变换；
S3、根据采集到的信号数据建立一个目标IGBT模块焊线断裂数量与超声波反射输出频域信号关系的数据库；
S4、采集目标IGBT的超声波反射输出信号，在建立的数据库中进行比对，判断IGBT的焊线断裂数量。
步骤S1中所述的测试平台框图如附图2所示，使用超声波谐振器作为超声波信号的发射器和传感器，使用超声波示波器将传感器接收到的超声波信号转换为电信号并用PC处理。
步骤S2中，为了使焊线断裂数量可控，人为的断开特定数量的焊线，而非使用热循环实验使器件老化。
在本发明的一个实施例中对步骤S2获取的数据进行分析，得到IGBT模块中焊线断裂数量和超声波反射信号的关系：随着IGBT模块中焊线断裂数量的增加，接收器中接收到的输出信号在时域和频域下都有明显下降。如在一次实施例中时域下输出信号的幅值由健康状态的2.64mV下降为3根焊线断裂时的2.00mV，频域下输出信号的幅值由健康状态的51.2dB下降为3根焊线断裂时的43.2dB。
综上所述，本发明提出了一种基于超声波反射的新型IGBT模块焊线断裂检测方法。相比现有其他检测方法，使用超声波反射对IGBT模块的焊线断裂情况进行检测具有成本低，精度高以及检测过程不依赖IGBT的工作点等优点。

Claims (3)

1.一种基于超声波反射的IGBT模块焊线断裂检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、搭建数据采集平台；
S2、采集与目标IGBT模块同规格的IGBT模块在不同焊线断裂情况下的超声波反射输出信号，并进行频域变换；
S3、根据采集到的信号数据建立一个目标IGBT模块焊线断裂数量与超声波反射输出频域信号关系的数据库；
S4、采集目标IGBT的超声波反射输出信号，在建立的数据库中进行比对，判断IGBT的焊线断裂数量。
2.根据权利要求1所述的基于超声波反射的IGBT模块焊线断裂检测方法，其特征在于，步骤S1所述的测试平台框图如附图2所示，使用超声波谐振器作为超声波信号的发射器和传感器，使用超声波示波器将传感器接收到的超声波信号转换为电信号并用PC处理。
3.根据权利要求1所述的基于超声波反射的IGBT模块焊线断裂检测方法，其特征在于，步骤S2中，为了使焊线断裂数量可控，人为的断开特定数量的焊线，而非使用热循环实验使器件老化。
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