CN113075520A - 针对Pin-Fin功率模块K-factor的测试工装和方法 - Google Patents
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Abstract
为了解决现有技术中测试工装测试误差大的问题，本公开提供了一种针对Pin‑Fin功率模块K‑factor的测试工装及方法，提高测试精度。包括液冷夹具本体和温控设备，温控设备连接有温度传感器，温度传感器包括螺纹部和检测部；液冷夹具本体处设有与温度传感器螺纹部配合的螺纹孔，用于液冷夹具本体与Pin‑Fin功率模块装配且温度传感器安装到螺纹孔后，温度传感器的检测部插入Pin‑Fin缝隙且紧挨Pin‑Fin功率模块的基板。本公开的技术方案中，测试工装可以检测基于稳态下的基板壳温，检测得到的基板壳温比现有技术中的温控设备内部油温更能反映Pin‑Fin功率模块芯片的温度，提高了芯片结温的测试精度，基于该基板壳温可以得出的K‑factor的精确度更高。
Description
技术领域
本公开涉及一种电动汽车技术领域，尤其涉及一种针对Pin-Fin功率模块K-factor的测试工装和方法。
背景技术
电动汽车核心器件IGBT的热特性极大地影响电动汽车的性能及可靠性，测量IGBT模块的芯片结温Tj是衡量输出能力的重要手段。传统测量芯片结温方法有两种：1、埋热电偶在IGBT芯片上直接测量，该方法测量的是芯片表面温度，且破坏模块结构；2、根据JESD51-1标准，给定小电流(mA级)输入的情况下，IGBT正向压降Vce0与温度Tj呈线性关系，斜率为K-factor(K系数)。该方法测量芯片结温精度最高，重复性最好，并且不破坏模块结构。
在采用第二种测量方法测量芯片结温前，首先要测得K-factor，主流设备T3ster在测量K-factor时，通过导热硅脂把模块按压在水冷板上，模块通入恒定小电流，水冷板内硅油阶梯设置几个温度，在各个温度点达到温度平衡时，读取IGBT压降Vce0，IGBT芯片结温Tj用温度平衡后的冷板温度代替，由此便得出几组芯片结温Tj和Vce0的关系，再拟合计算得出K-factor。
目前电动汽车常用的直接水冷IGBT，采用这种方式测K-factor时，无法把模块直接贴在水冷板上，需要特定的工装，并准确获得IGBT模块壳温。
针对Pin-Fin散热底板的IGBT模块，目前大多数测试采用如图3所示定制工装，温控设备2直接控制硅油的温度(温度传感器在温控设备内部)，稳态下以硅油的温度作为芯片结温Tj。T3ster设备会设置一般5-6个温度梯度，并测得各温度下的Vce0，由这组数据拟合出Vce0和温度Tj之间的线性关系，得出该模块芯片的K-factor。其不足在于：(1)温度传感器在温控设备内部，测得的温度与实际芯片结温Tj有较大差异；(2)温度传感器测的温度与芯片结温之间的误差受管道长度以及环境的影响较大。
上述方法在实际控制温度时，以硅油的温度为控制目标，与实际的壳温之间有较大误差，并受管道长度及环境因素影响。
发明内容
为了解决上述现有技术中测试工装测试误差大的问题，本公开提供了一种针对Pin-Fin功率模块K-factor的测试工装及方法，提高测试精度。
本发明的一方面，一种针对Pin-Fin功率模块K-factor的测试工装，包括液冷夹具本体和温控设备，所述温控设备连接有温度传感器，所述温度传感器包括螺纹部和检测部；
所述液冷夹具本体处设有与温度传感器螺纹部配合的螺纹孔，用于液冷夹具本体与Pin-Fin功率模块装配且温度传感器安装到螺纹孔后，所述温度传感器的检测部插入Pin-Fin缝隙且紧挨Pin-Fin功率模块的基板。
可选的，所述螺纹孔在液冷夹具本体与Pin-Fin功率模块装配后，正对Pin-Fin功率模块被测芯片的中心。
可选的，所述温度传感器通过线缆与所述温控设备相连。
可选的，所述液冷夹具本体设有凹槽，用于液冷夹具本体与Pin-Fin功率模块装配后形成将Pin-Fin容纳在内的第一液体通道；所述温控设备设有第二液体通道，用于与第一液体通道配合形成循环通道。
本发明的另一方面，一种针对Pin-Fin功率模块K-factor的测试方法，包括：
将液冷夹具本体与Pin-Fin功率模块装配到一起；
在液冷夹具本体位于Pin-Fin功率模块的下方设置螺纹孔以使温度传感器安装到螺纹孔后，温度传感器的检测部插入Pin-Fin缝隙且紧挨Pin-Fin功率模块的基板；其中，所述温度传感器包括检测部和与螺纹孔配合的螺纹部；
温控设备控制并检测Pin-Fin功率模块的基板壳温；
在基板壳温达到目标温度后，检测Pin-Fin功率模块的正向压降；
基于基板壳温和与之对应的正向压降计算得到Pin-Fin功率模块的K-factor
可选的，所述螺纹孔在液冷夹具本体与Pin-Fin功率模块装配后，正对Pin-Fin功率模块被测芯片的中心。
可选的，所述检测Pin-Fin功率模块的正向压降包括：在Pin-Fin功率模块通入恒定小电流，读取Pin-Fin功率模块的正向压降。
本公开的测试工装，液冷夹具本体与Pin-Fin功率模块装配且温度传感器安装到螺纹孔后，温度传感器的检测部插入Pin-Fin缝隙且紧挨Pin-Fin功率模块的基板以检测Pin-Fin功率模块的基板壳温；测试工装可以检测基于稳态下的基板壳温Tcase，检测得到的基板壳温Tcase比现有技术中的温控设备内部油温更能反映Pin-Fin功率模块芯片的温度，提高了芯片结温的测试精度，因而能提高K-factor的测量精确度，从而直接影响后续功率循环试验的温度测量及结构函数分析。并且，本公开的测试工装可以方便地在已有的测试工装进行改进，降低改进成本。
本公开的测试工装，螺纹孔位置位于在液冷夹具本体与Pin-Fin功率模块装配后，正对Pin-Fin功率模块被测芯片的中心位置。通过测试芯片中心位置处的基板壳温能更准确反应测试芯片的温度，提高芯片结温的测量精度。
本公开的测试工装，温度传感器通过线缆与温控设备相连。通过线缆连接，可以便于温度传感器移动和安装。
本公开的测试方法，液冷夹具本体与Pin-Fin功率模块装配且温度传感器安装到螺纹孔后，温度传感器的检测部插入Pin-Fin缝隙且紧挨Pin-Fin功率模块的基板以检测Pin-Fin功率模块的基板壳温；通过检测基于稳态下的基板壳温Tcase，计算获得K-factor，相对于现有技术，可以提高基板壳温Tcase精度以及提高K-factor的精度。本公开的测试方法可以方便地在已有的测试工装进行改进后进行，降低改进成本。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1是本公开的示例性实施方式的测试工装结构示意图；
图2是本公开的示例性实施方式的测试方法流程图；
图3是背景技术中的测试工装结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
以下对本申请文件中出现的名称进行解释：
Pin-Fin功率模块：采用Pin-Fin散热底板的IGBT模块；
IGBT：绝缘栅双极型晶体管；
Pin-Fin：针肋，针形鳍片，翅片；
Vce0:Pin-Fin功率模块的正向压降；
Tj：Pin-Fin功率模块的芯片结温；
K-factor:正向压降Vce0与芯片结温Tj呈线性关系，K-factor代表其斜率；
如图1所示，一种针对Pin-Fin功率模块K-factor的测试工装，包括液冷夹具本体1和温控设备2，温控设备2连接有温度传感器3，温度传感器3包括螺纹部31和检测部32；
液冷夹具本体1处设有与温度传感器螺纹部31配合的螺纹孔11，用于液冷夹具本体1与Pin-Fin功率模块装配且温度传感器3安装到螺纹孔11后，温度传感器3的检测部32插入Pin-Fin缝隙且紧挨Pin-Fin功率模块4的基板41。
本文中紧挨Pin-Fin功率模块4的基板41的目的是检测基本壳体温度；可以是基板41与检测部32接触，也可以是基板41与检测部32靠近，但留有一定距离(该距离可以根据精度要求选择)。
本公开的测试工装，液冷夹具本体1与Pin-Fin功率模块4装配且温度传感器3安装到螺纹孔11后，温度传感器3的检测部32插入Pin-Fin缝隙且紧挨Pin-Fin功率模块4的基板41以检测Pin-Fin功率模块4的基板壳温；本工装可以检测基于稳态下的基板壳温Tcase，检测基于稳态下的基板壳温Tcase比现有技术中的温控设备2内部油温更能反映Pin-Fin功率模块4(IGBT模块)芯片的温度。因而能提高K-factor的测量精确度，从而直接影响后续功率循环试验的温度测量及结构函数分析。
作为上述实施方式的可选方案，螺纹孔11位置位于在液冷夹具本体1与Pin-Fin功率模块4装配后，正对Pin-Fin功率模块4被测芯片的中心位置。此处的Pin-Fin功率模块4被测芯片的中心位置指的是被测Pin-Fin功率模块4的芯片中心，测试芯片中心位置处的基板壳温能更准确反应测试芯片的温度，提高测量精度。
作为上述实施方式的可选方案，温度传感器3通过线缆与温控设备2相连。具体的，线缆可以与温度传感器螺纹部31一侧连接，通过线缆连接，可以便于温度传感器3移动，便于温度传感器3的安装。
作为上述实施方式的可选方案，液冷夹具本体1设有凹槽，用于液冷夹具本体1与Pin-Fin功率模块4装配后形成将Pin-Fin容纳在内的第一液体通道5；温控设备2设有第二液体通道21，用于与第一液体通道5配合形成循环通道。温控设备2的第二液体通道21与第一液体通道5配合形成循环通道,温控设备2的基础结构可以参考已有的温控装置。
本文中的液体可以采用硅油，硅油流向可以参考图中箭头所示。
如图1和图2所示，一种针对Pin-Fin功率模块4K-factor的测试方法，包括：
步骤S1：将液冷夹具本体1与Pin-Fin功率模块4装配到一起；
步骤S2：在液冷夹具本体1位于Pin-Fin功率模块4的下方设置螺纹孔11以使温度传感器3安装到螺纹孔11后，温度传感器3的检测部32插入Pin-Fin缝隙且紧挨Pin-Fin功率模块4的基板41；其中，温度传感器3包括检测部32和与螺纹孔11配合的螺纹部31；
步骤S3：温控设备2控制并检测Pin-Fin功率模块4的基板壳温；
步骤S4：在基板壳温达到目标温度后，检测Pin-Fin功率模块4的正向压降Vce0；
步骤S5：基于基板壳温和与之对应的正向压降Vce0计算得到Pin-Fin功率模块4的K-factor。
本发明的测试方法，液冷夹具本体1与Pin-Fin功率模块4装配且温度传感器3安装到螺纹孔11后，温度传感器3的检测部32插入Pin-Fin缝隙且紧挨Pin-Fin功率模块4的基板41以检测Pin-Fin功率模块4的基板壳温；通过检测基于稳态下的基板壳温Tcase，计算获得K-factor，相对于现有技术，可以提高基板壳温Tcase精度以及提高K-factor的精度。
本实施例的方法中液冷夹具本体、温控设备和温度传感器配合，与Pin-Fin功率模块4装配连接后，构成个完整的温度控制闭环，最大准确度地控制并Pin-Fin功率模块4的基板壳温Tcase。
本实施例的方法中，可以在壳温达到目标温度后，给门极驱动电压并在C、E间通入小电流(mA级别)，此时测得的Vce可以认为是Vce0；该部分可以参考已有技术。
本实施例的方法中，可以根据PN结的固有特性，正向压降Vce0和芯片结温Tj之间呈线性关系，稳态下Tj近似等于基板壳温Tcase(误差很小)，设备软件根据测得的几组正向压降Vce0和芯片结温Tj数据，拟合得出K-factor。
作为上述实施方式的可选方案，螺纹孔11位置位于在液冷夹具本体1与Pin-Fin功率模块4装配后，正对Pin-Fin功率模块4被测芯片的中心位置。测试芯片中心位置处的基板壳温能更准确反应测试芯片的温度，提高测量精度。
作为上述实施方式的可选方案，检测Pin-Fin功率模块4的正向压降Vce0包括：在Pin-Fin功率模块4通入恒定小电流，读取Pin-Fin功率模块4的压降Vce0。
本方法采用的测试工装可以采用上述实施例中的任一测试工装。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。
Claims (7)
1.一种针对Pin-Fin功率模块K-factor的测试工装，包括液冷夹具本体和温控设备，其特征在于，所述温控设备连接有温度传感器，所述温度传感器包括螺纹部和检测部；
所述液冷夹具本体处设有与温度传感器螺纹部配合的螺纹孔，用于液冷夹具本体与Pin-Fin功率模块装配且温度传感器安装到螺纹孔后，所述温度传感器的检测部插入Pin-Fin缝隙且紧挨Pin-Fin功率模块的基板。
2.如权利要求1所述的一种针对Pin-Fin功率模块K-factor的测试工装，其特征在于，所述螺纹孔在液冷夹具本体与Pin-Fin功率模块装配后，正对Pin-Fin功率模块被测芯片的中心。
3.如权利要求1所述的一种针对Pin-Fin功率模块K-factor的测试工装，所述温度传感器通过线缆与所述温控设备相连。
4.如权利要求1所述的一种针对Pin-Fin功率模块K-factor的测试工装，所述液冷夹具本体设有凹槽，用于液冷夹具本体与Pin-Fin功率模块装配后形成将Pin-Fin容纳在内的第一液体通道；所述温控设备设有第二液体通道，用于与第一液体通道配合形成循环通道。
5.一种针对Pin-Fin功率模块K-factor的测试方法，其特征在于，包括：
将液冷夹具本体与Pin-Fin功率模块装配到一起；
在液冷夹具本体位于Pin-Fin功率模块的下方设置螺纹孔以使温度传感器安装到螺纹孔后，温度传感器的检测部插入Pin-Fin缝隙且紧挨Pin-Fin功率模块的基板；其中，所述温度传感器包括检测部和与螺纹孔配合的螺纹部；
温控设备控制并检测Pin-Fin功率模块的基板壳温；
在基板壳温达到目标温度后，检测Pin-Fin功率模块的正向压降；
基于基板壳温和与之对应的正向压降计算得到Pin-Fin功率模块的K-factor。
6.如权利要求5所述的一种针对Pin-Fin功率模块K-factor的测试方法，其特征在于：所述螺纹孔在液冷夹具本体与Pin-Fin功率模块装配后，正对Pin-Fin功率模块被测芯片的中心。
7.如权利要求6所述的一种针对Pin-Fin功率模块K-factor的测试方法，其特征在于，所述检测Pin-Fin功率模块的正向压降包括：在Pin-Fin功率模块通入恒定小电流，读取Pin-Fin功率模块的正向压降。
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