CN113721122B - 焊层寿命失效的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种焊层寿命失效的测试方法。该焊层寿命失效的测试方法包括：对标定功率模块中的同一预设位置处的全新碳化硅器件和失效碳化硅器件分别进行升温降温操作，获取全新碳化硅器件和失效碳化硅器件在降温过程中的预设时间的失效结温差值；对待测功率模块的预设位置处的碳化硅器件进行升温降温操作，获取使用前的碳化硅器件和使用过程中的碳化硅器件在降温过程中的预设时间的待测结温差值；根据待测结温差值和失效结温差值确定待测功率模块中预设位置处的碳化硅器件的焊层是否失效。本发明的测试方法不需要将待测功率模块中的碳化硅器件拆解下来即可完成对焊层寿命是否失效的测试，降低了焊层寿命失效测试的难度，提高了测试效率。
Description
技术领域
本发明涉及电子元器件测试技术领域，尤其涉及一种焊层寿命失效的测试方法。
背景技术
碳化硅器件块的应用可大幅提高电力电子变换器的性能，目前在工业变频、电动汽车、轨道牵引、再生能源发电等多种场景中已初步应用。随着碳化硅材料和工艺技术的日趋成熟，碳化硅器件有望取代传统的硅基器件，在未来的电力电子变换器中获得更为广泛的应用与发展。
图1为碳化硅器件的结构示意图。如图1所示，碳化硅器件包括底板、位于底板上方的碳化硅芯片以及位于碳化硅芯片与底板之间的DBC(Direct Bonding Copper，陶瓷覆铜板)，DBC与底板之间通过DBC焊层连接，DBC与碳化硅芯片之间通过芯片焊层连接。其中，DBC具有DBC陶瓷、DBC上铜层和DBC下铜层；DBC上铜层覆在DBC陶瓷上表面，DBC下铜层覆在DBC陶瓷下表面。碳化硅器件的使用温度较高，而高温会导致芯片焊层和DBC焊层出现开裂现象，进而导致器件热阻增加，器件寿命失效。目前测试碳化硅器件失效的方法主要是将碳化硅器件从功率模块中拆除，并进行自身的热阻测试或焊层超声波扫描等。
然而在目前的碳化硅器件的失效测试方法中，碳化硅器件的拆解及安装周期长，费时费力，不适合批量产品。并且功率模块在拆解时容易造成器件本身及其它部件的失效。
发明内容
为了解决背景技术中提到的至少一个问题，本发明提供了一种焊层寿命失效的测试方法，不需要将待测功率模块中的碳化硅器件拆解下来即可完成对焊层寿命是否失效的测试，降低了焊层寿命失效测试的难度，提高了测试效率。
为了实现上述目的，本发明提供了一种焊层寿命失效的测试方法，该测试方法包括：
对标定功率模块中的同一预设位置处的全新碳化硅器件和失效碳化硅器件分别进行升温降温操作，获取所述全新碳化硅器件和所述失效碳化硅器件在降温过程中的预设时间的失效结温差值；
对待测功率模块的所述预设位置处的碳化硅器件进行升温降温操作，获取使用前的碳化硅器件和使用过程中的碳化硅器件在降温过程中的在所述预设时间的待测结温差值；
根据所述待测结温差值和所述失效结温差值确定所述待测功率模块中所述预设位置处的碳化硅器件的焊层是否失效。
进一步的，所述获取所述全新碳化硅器件和所述失效碳化硅器件在降温过程中的预设时间的失效结温差值，具体包括：
获取所述标定功率模块的所述预设位置处的所述全新碳化硅器件在所述预设时间的全新结温值，以及所述标定功率模块的所述预设位置处的所述失效碳化硅器件在所述预设时间的失效结温值；
根据所述全新结温值和所述失效结温值确定所述失效结温差值。
进一步的，所述获取所述标定功率模块的所述预设位置处的所述全新碳化硅器件在所述预设时间的全新结温值，以及所述标定功率模块的所述预设位置处的所述失效碳化硅器件在所述预设时间的失效结温值，具体包括：
获取所述标定功率模块的所述预设位置处的所述全新碳化硅器件的全新结温时间曲线，以及所述标定功率模块的所述预设位置处的所述失效碳化硅器件的失效结温时间曲线；
根据所述全新结温时间曲线获取所述预设时间的所述全新结温值；
根据所述失效结温时间曲线获取所述预设时间的所述失效结温值。
进一步的，所述根据所述全新结温值和所述失效结温值确定所述失效结温差值，具体包括：
根据不同测温时间的所述全新结温值和不同测温时间的所述失效结温值，获取不同测温时间的所述全新结温值和所述失效结温值的差值；
根据所述不同测温时间的所述全新结温值和所述失效结温值的差值确定所述全新结温值和所述失效结温值的最大差值以及所述最大差值对应的测温时间；
所述最大差值对应的所述测温时间为所述预设时间。
进一步的，所述获取所述标定功率模块的所述预设位置处的所述全新碳化硅器件的全新结温时间曲线，以及所述标定功率模块的所述预设位置处的所述失效碳化硅器件的失效结温时间曲线，具体包括：
分别获取多个测温时间下的所述标定功率模块的所述预设位置处的所述全新碳化硅器件的第一温度敏感参数值和所述标定功率模块的所述预设位置处的所述失效碳化硅器件的第二温度敏感参数值；
根据所述第一温度敏感参数值确定多个测温时间下的所述标定功率模块的所述预设位置处的所述全新碳化硅器件的多个第一结温值，根据所述第二温度敏感参数确定多个测温时间下的所述标定功率模块的所述预设位置处的所述失效碳化硅器件的多个第二结温值；
根据多个测温时间和多个所述第一结温值确定所述全新结温时间曲线，根据多个测温时间和多个所述第二结温值确定所述失效结温时间曲线。
进一步的，所述获取所述标定功率模块的所述预设位置处的所述全新碳化硅器件的全新结温时间曲线，以及所述标定功率模块的所述预设位置处的所述失效碳化硅器件的失效结温时间曲线，具体包括：
分别获取多个测温时间下的所述标定功率模块的所述预设位置处的所述全新碳化硅器件的底板的多个第一底板温度，以及所述标定功率模块的所述预设位置处的所述失效碳化硅器件的底板的多个第二底板温度；
根据多个测温时间和多个所述第一底板温度确定所述全新结温时间曲线，根据多个测温时间和多个所述第二底板温度确定所述失效结温时间曲线。
进一步的，所述获取使用前的碳化硅器件和使用过程中的碳化硅器件在降温过程中的所述预设时间的待测结温差值，具体包括：
获取所述待测功率模块的所述预设位置处的使用前的碳化硅器件在所述预设时间的第三结温值，以及所述待测功率模块的所述预设位置处的使用过程中的碳化硅器件在所述预设时间的第四结温值；
根据所述第三结温值和所述第四结温值确定所述待测结温差值。
进一步的，所述获取所述待测功率模块的所述预设位置处的使用前的碳化硅器件在所述预设时间的第三结温值，以及所述待测功率模块的所述预设位置处的使用过程中的碳化硅器件在所述预设时间的第四结温值，具体包括：
分别获取所述待测功率模块的所述预设位置处的使用前的碳化硅器件在所述预设时间的第三温度敏感参数值，以及所述待测功率模块的所述预设位置处的使用过程中的碳化硅器件在所述预设时间的第四温度敏感参数值；根据所述第三温度敏感参数值确定所述第三结温值，根据所述第四温度敏感参数值确定所述第四结温值；
或，分别获取所述待测功率模块的所述预设位置处的使用前的碳化硅器件的底板在所述预设时间的第三底板温度，以及所述待测功率模块的所述预设位置处的使用过程中的碳化硅器件的底板在所述预设时间的第四底板温度；根据所述第三底板温度确定所述第三结温值，根据所述第四底板温度确定所述第四结温值。
进一步的，所述根据所述待测结温差值和所述失效结温差值确定所述待测功率模块中所述预设位置处的碳化硅器件的焊层是否失效，具体包括：
当所述待测结温差值大于或等于所述失效结温差值时，确定所述待测功率模块中的所述预设位置处的碳化硅器件的焊层失效。
进一步的，所述升温降温操作中的升温操作包括短路升温操作、过流升温操作或增加开关频率升温操作中的任意一种。
本发明提供了一种焊层寿命失效的测试方法，该测试方法获得了标定功率模块中的同一预设位置处的全新碳化硅器件和失效碳化硅器件的预设时间的失效结温差值，以及待测功率模块的预设位置处的使用前的碳化硅器件和使用过程中的碳化硅器件的预设时间的待测结温差值，并通过比较失效结温差值和待测结温差值来确定待测功率模块中的碳化硅器件的焊层是否失效，不需要将待测功率模块中的碳化硅器件拆解下来即可完成，节省了人力并提高了测试效率，进而使得该测试方法能够应用到批量产品上，同时避免了拆解碳化硅器件过程中对碳化硅器件本身和其他部件的损坏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为碳化硅器件的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的焊层寿命失效的测试方法的流程图；
图3为本发明实施例二提供的焊层寿命失效的测试方法的流程图；
图4为本发明实施例三提供的焊层寿命失效的测试方法的流程图；
图5为本发明实施例四提供的焊层寿命失效的测试方法的流程图；
图6为本发明实施例五提供的焊层寿命失效的测试方法的流程图；
图7为本发明实施例六提供的焊层寿命失效的测试方法的流程图；
图8为本发明实施例七提供的焊层寿命失效的测试方法的流程图；
图9为本发明实施例八提供的焊层寿命失效的测试方法的流程图；
图10为本发明实施例九提供的焊层寿命失效的测试方法的流程图；
图11为本发明实施例提供的全新结温时间曲线和失效结温时间曲线的示意图。
附图标记说明：
10-底板；20-DBC；21-DBC陶瓷；22-DBC上铜层；23-DBC下铜层；30-碳化硅芯片；40-DBC焊层；50-芯片焊层；60-全新结温时间曲线；70-失效结温时间曲线。
具体实施方式
目前的碳化硅器件的焊层寿命失效测试大多采用对碳化硅器件的热阻测试或焊层超声波扫描，而热阻测试或焊层超声波扫描均需要将碳化硅器件从功率模块中拆卸下来，测试完成后需要将碳化硅器件重新安装到功率模块中。碳化硅器件的拆解及安装周期长，费时费力，不适合批量产品。并且功率模块在拆解时容易造成器件本身及其它部件的失效。
针对于此，本申请提供的焊层寿命失效的测试方法，通过获得标定功率模块中的同一预设位置处的全新碳化硅器件和失效碳化硅器件在预设时间的失效结温差值，以及待测功率模块的预设位置处的使用前的碳化硅器件和使用过程中的碳化硅器件在预设时间的待测结温差值，然后比较失效结温差值和待测结温差值来确定待测功率模块中的碳化硅器件的焊层是否失效。因此，本申请不需要将待测功率模块中的碳化硅器件拆解下来即可完成对焊层寿命是否失效的测试，降低了焊层寿命失效测试的难度，提高了测试效率。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的优选实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
图2为本发明实施例一提供的焊层寿命失效的测试方法的流程图。参照图2所示，本发明实施例一提供的焊层寿命失效的测试方法包括：
步骤21、对标定功率模块中的同一预设位置处的全新碳化硅器件和失效碳化硅器件分别进行升温降温操作，获取全新碳化硅器件和失效碳化硅器件在降温过程中的预设时间的失效结温差值；
步骤22、对待测功率模块的预设位置处的碳化硅器件进行升温降温操作，获取使用前的碳化硅器件和使用过程中的碳化硅器件在降温过程中的预设时间的待测结温差值；
步骤23、根据待测结温差值和失效结温差值确定待测功率模块中预设位置处的碳化硅器件的焊层是否失效。
其中，标定功率模块是指位于设计阶段的并用于测试标定的功率模块。待测功率模块是指批量生产的在使用前或使用过程中的功率模块。需要说明的是，标定功率模块和待测功率模块是属于相同结构的功率模块。
标定功率模块和待测功率模块中的碳化硅在散热过程中，碳化硅的热量先经自身壳体传递至散热器，再由散热器散失到空气，由于碳化硅自身壳体至散热器的热阻与散热器至空气的热阻不同，使标定功率模块和待测功率模块中的各个位置碳化硅器件的散热条件不同，进而会导致不同位置的碳化硅器件在降温过程中的降温速度不同。本实施例提供的焊层寿命失效的测试方法是对其中一个位置的碳化硅器件的测试方法，对每一个位置碳化硅器件均可以采用本实施例步骤21、步骤22和步骤23进行测试。
失效碳化硅器件可以由全新碳化硅器件进行温度循环测试，快速使全新碳化硅器件失效得到。在国际标准IEC60747和国家标准GB29332中均规定了当器件热阻增加20％为器件失效。当采用国际标准或国家标准时，全新的碳化硅器件的热阻增加20％时成为失效碳化硅器件。当然，还可以采用其他标准来定义碳化硅器件，比如，在企业中制定的企业标准可以将器件热阻增加15％时定义为器件失效，那么采用企业标准时，全新的碳化硅器件的热阻增加15％时成为失效碳化硅器件。
若确定待测功率模块中预设位置处的碳化硅器件的焊层失效，需要将待测功率模块中的预设位置处的碳化硅器件进行更换；若确定待测功率模块中预设位置处的碳化硅器件的焊层未失效，则待测功率模块中预设位置处的碳化硅器件可以继续使用。
升温降温操作是指，对碳化硅器件中碳化硅芯片30进行升温，使碳化硅芯片30的温度达到较高的温度，比如100℃，然后停止对碳化硅芯片30进行升温，使碳化硅芯片30冷却降温。冷却降温可以是在相同室温的情况下自然冷却降温，也可以是相同室温的情况下相同强度的风冷。在对标定功率模块的全新碳化硅器件和失效碳化硅器件以及待测功率模块的使用前的碳化硅器件和使用过程中的碳化硅器件进行升温降温操作时，均采用相同的升温和降温条件。
预设时间是指，在降温过程中选定的时间。比如，碳化硅器件升温到最高温度后开始降温，将从开始降温的第3毫秒选定为预设时间。
该焊层寿命失效的测试方法获得了标定功率模块中的同一预设位置处的全新碳化硅器件和失效碳化硅器件的预设时间的失效结温差值，以及待测功率模块的预设位置处的使用前的碳化硅器件和使用过程中的碳化硅器件的预设时间的待测结温差值，并通过比较失效结温差值和待测结温差值来确定待测功率模块中的碳化硅器件的焊层是否失效，不需要将待测功率模块中的碳化硅器件拆解下来即可完成，节省了人力并提高了测试效率，进而使得该测试方法能够应用到批量产品上，同时避免了拆解碳化硅器件过程中对碳化硅器件本身和其他部件的损坏。
图3为本发明实施例二提供的焊层寿命失效的测试方法的流程图，在实施例一的基础上，本发明实施例二进一步提供了步骤21中关于获取全新碳化硅器件和失效碳化硅器件在降温过程中的预设时间的失效结温差值的一种具体实现方式。参照图3所示，本发明实施例二提供的焊层寿命失效的测试方法包括：
步骤31、获取标定功率模块的预设位置处的全新碳化硅器件在预设时间的全新结温值，以及标定功率模块的预设位置处的失效碳化硅器件在预设时间的失效结温值；
步骤32、根据全新结温值和失效结温值确定失效结温差值。
在获取全新结温值和失效结温值时，可以先选定预设时间，然后只在预设时间来获取全新结温值和失效结温值；也可以先获取降温过程中多个时间的结温值，再选定预设时间，进而得到预设时间的全新结温值和失效结温值。
具体地，作为一种可实现的实施方式，当获得全新结温值和失效结温值后，可以通过失效结温值减去全新结温值得到失效结温差值。
图4为本发明实施三提供的焊层寿命失效的测试方法的流程图。在实施例二的基础上，本发明实施例三进一步提供了步骤31中获取标定功率模块的预设位置处的全新碳化硅器件在预设时间的全新结温值，以及标定功率模块的预设位置处的失效碳化硅器件在预设时间的失效结温值的一种具体实现方式，参照图4所示，本发明实施例四提供的焊层寿命失效的测试方法包括：
步骤41、获取标定功率模块的预设位置处的全新碳化硅器件的全新结温时间曲线，以及标定功率模块的预设位置处的失效碳化硅器件的失效结温时间曲线；
步骤42、根据全新结温时间曲线获取预设时间的全新结温值；
步骤43、根据失效结温时间曲线获取预设时间的失效结温值。
全新结温时间曲线60是指，标定功率模块中的全新碳化硅器件在降温过程中，碳化硅芯片30的结温随时间的变化曲线。失效结温时间曲线70是指，标定功率模块中失效碳化硅器件在降温过程中，碳化硅芯片30的结温随时间的变化曲线。
图11示出了全新结温时间曲线60和失效结温曲线，横坐标为时间，纵坐标为碳化硅芯片30的结温值。选定预设时间为Tn，从图11中的全新结温时间曲线60能够获得Tn时的全新结温值，从图11中的失效结温曲线能够获得Tn时失效结温值，从而的得出预设时间Tn的失效结温差值△Tj。
需要说明的是，图4中示出一种可行的实施方式的实施顺序，在实际操作过程中，在完成步骤41后，可以先进行步骤42，后进行步骤43。当然，在完成步骤41后，也可以先进行步骤43，后进行步骤42；或者，在完成步骤41后，步骤42和步骤43同时进行。
图5为本发明实施例四提供的焊层寿命失效的测试方法的流程图，在实施例三的基础上本发明实施例四进一步提供了步骤32中根据全新结温值和失效结温值确定失效结温差值的一种具体实现方式。参照图5所示，本发明实施例四提供的焊层寿命失效的测试方法包括：
步骤51、根据不同测温时间的全新结温值和不同测温时间的失效结温值，获取不同测温时间的全新结温值和失效结温值的差值；
步骤52、根据不同测温时间的全新结温值和失效结温值的差值确定全新结温值和失效结温值的最大差值以及最大差值对应的测温时间；
其中，最大差值对应的测温时间为预设时间。
在步骤51中获取不同测温时间的全新结温值和失效结温值的差值，可以先通过步骤41获得全新结温时间曲线60和失效结温时间曲线70，然后通过全新结温时间曲线60获得不同测温时间的全新结温值，通过失效结温时间曲线70获得不同测温时间的失效结温值；也可以在不同测温时间去直接测量全新结温值和失效结温值。
全新结温值和失效结温值的最大差值是最大的失效结温差值，由于全新结温值和失效结温值在获得的过程中存在误差，在相同误差的情况下，最大的失效结温差值能够使结果更佳准确。
图6为本发明实施例五提供的焊层寿命失效的测试方法的流程图，在实施例三的基础上，本发明实施例五进一步提供了关于步骤41中获取标定功率模块的预设位置处的全新碳化硅器件的全新结温时间曲线，以及标定功率模块的预设位置处的失效碳化硅器件的失效结温时间曲线的一种具体实现方式。参照图6所示，本实施例五提供的焊层寿命失效的测试方法包括：
步骤61、分别获取多个测温时间下的标定功率模块的预设位置处的全新碳化硅器件的第一温度敏感参数值和标定功率模块的预设位置处的失效碳化硅器件的第二温度敏感参数值；
步骤62、根据第一温度敏感参数值确定多个测温时间下的标定功率模块的预设位置处的全新碳化硅器件的多个第一结温值，根据第二温度敏感参数确定多个测温时间下的标定功率模块的预设位置处的失效碳化硅器件的多个第二结温值；
步骤63、根据多个测温时间和多个第一结温值确定全新结温时间曲线，根据多个测温时间和多个第二结温值确定失效结温时间曲线。
其中，温度敏感参数是指，随温度变化而随之变化的参数。具体地，当碳化硅芯片30的结温值变化时，碳化硅芯片30的温度敏感参数随之变化。标定功率模块中的全新碳化硅器件和失效碳化硅器件的结温值可以通过测量温度敏感参数来获得，例如通过测量标定功率模块中的碳化硅芯片30的饱和压降值来得到第一结温值和第二结温值。
以碳化硅芯片二极管为例来说明如何通过饱和压降值来获得结温值。下述公式是热敏斜率计算公式，首先测出多个碳化硅芯片二极管在室温T下的平均饱和压降V，然后利用碳化硅在-273℃的饱和压降V0，然后利用下述公式计算热敏斜率：
利用上述公式得出热敏斜率M后。将该热敏斜率以及该公式使用到本实施例的结温值确定过程中，在本实施例中，在不同测温时间测量出对应的饱和压降值，然后将上述的热敏斜率M以及不同测温时间对应的饱和压降值带入上述公式，计算得出不同测温时间对应的结温值。
图7为本发明实施例六提供的焊层寿命失效的测试方法的流程图，在实施例三的基础上，本发明实施例六提供进一步提供了关于步骤41中获取标定功率模块的预设位置处的全新碳化硅器件的全新结温时间曲线，以及标定功率模块的预设位置处的失效碳化硅器件的失效结温时间曲线的另一种具体实现方式。参照图7所示，本发明实施例六提供的焊层寿命失效的测试方法包括：
步骤71、分别获取多个测温时间下的标定功率模块的预设位置处的全新碳化硅器件的底板的多个第一底板温度，以及标定功率模块的预设位置处的失效碳化硅器件的底板的多个第二底板温度；
步骤72、根据多个测温时间和多个第一底板温度确定全新结温时间曲线，根据多个测温时间和多个第二底板温度确定失效结温时间曲线。
如图1所示，碳化硅器件包括自下向上依次设置的底板10、DBC20和碳化硅芯片30；碳化硅芯片30与底板10之间能够通过DBC20进行热传导，通过测量底板10的温度能够间接获得碳化硅芯片30的结温。
具体地，可以在标定功率模块中的碳化硅器件的底板10埋设温度传感器，通过温度传感器来测量底板10的温度。通过测量多个测量时间的第一底板10温度能够确定多个测温时间的全新结温值，进而确定全新结温时间曲线60。同样的，通过测量多个测量时间的第二底板10温度能够确定多个测温时间的失效结温值，进而确定失效结温时间曲线70。
本发明的实施例五和实施例六提供了获取全新结温时间曲线和失效结温时间曲线的两种并列方案。具体实施本发明提供的焊层寿命失效的测试方法时，可以根据实际情况，选择实施例五或实施例六，本申请对此并不加以限制。
图8为本发明实施例七提供的焊层寿命失效的测试方法的流程图，在实施例四的基础上，本发明实施例七提供的焊层寿命失效的测试方法进一步提供了关于步骤22中获取使用前的碳化硅器件和使用过程中的碳化硅器件在降温过程中的预设时间的待测结温差值的一种具体实现方式。参照图8所示，本发明实施例七提供的焊层寿命失效的测试方法包括：
步骤81、获取待测功率模块的预设位置处的使用前的碳化硅器件在预设时间的第三结温值，以及待测功率模块的预设位置处的使用过程中的碳化硅器件在预设时间的第四结温值；
步骤82、根据第三结温值和第四结温值确定待测结温差值。
具体地，当获得第三结温值和第四结温值后，可以通过第四结温值减去第三结温值得到待测结温值。
图9为本发明实施例八提供的焊层寿命失效的测试方法的流程图，在实施例七的基础上，本发明实施例八进一步提供了关于步骤81中获取待测功率模块的预设位置处的使用前的碳化硅器件在预设时间的第三结温值，以及待测功率模块的预设位置处的使用过程中的碳化硅器件在预设时间的第四结温值的一种具体实现方式。参照图9所示，本发明实施例八提供的焊层寿命失效的测试方法包括：
步骤91、分别获取待测功率模块的预设位置处的使用前的碳化硅器件在预设时间的第三温度敏感参数值，以及待测功率模块的预设位置处的使用过程中的碳化硅器件在预设时间的第四温度敏感参数值；
步骤92、根据第三温度敏感参数值确定第三结温值，根据第四温度敏感参数值确定第四结温值。
当碳化硅芯片30的结温值变化时，碳化硅芯片30的温度敏感参数随之变化。待测功率模块中的使用前的碳化硅器件和使用过程中的碳化硅器件可以通过测量温度敏感参数来获得，例如通过测量待测功率模块中的碳化硅芯片30的饱和压降值来得到第三结温值和第四结温值。
图10为本发明实施例九提供的焊层寿命失效的测试方法的流程图，在实施例七的基础上，本发明实施例九进一步提供了关于步骤81中获取待测功率模块的预设位置处的使用前的碳化硅器件在预设时间的第三结温值，以及待测功率模块的预设位置处的使用过程中的碳化硅器件在预设时间的第四结温值的另一种具体实现方式，参照图10所示，本发明提供的焊层寿命失效的测试方法包括：
步骤101、分别获取待测功率模块的预设位置处的使用前的碳化硅器件的底板在预设时间的第三底板温度，以及待测功率模块的预设位置处的使用过程中的碳化硅器件的底板在预设时间的第四底板温度；
步骤102、根据第三底板温度确定第三结温值，根据第四底板温度确定第四结温值。
碳化硅器件中碳化硅芯片30与底板10之间能够通过DBC20进行热传导，通过测量底板10的温度能够间接获得碳化硅芯片30的结温。具体地，可以在待测功率模块中的碳化硅器件的底板10埋设温度传感器，通过温度传感器来测量底板10的温度。通过测量预设时间的第三底板10温度能够确定第三结温值，通过测量预设时间的第三底板10温度第四底板10温度能够确定第四结温值。
本发明的实施例八和实施例九提供了获取第三结温和第四结温的两种并列方案。具体实施本发明提供的焊层寿命失效的测试方法时，可以根据实际情况，选择实施例八或实施例九，本申请对此并不加以限制。
在实施例七的基础上，本发明实施例十提供了关于步骤23中根据待测结温差值和失效结温差值确定待测功率模块中预设位置处的碳化硅器件的焊层是否失效的一种具体实现方式。本发明实施例十提供的焊层寿命失效的测试方法包括：
步骤111、当待测结温差值大于或等于失效结温差值时，确定待测功率模块中的预设位置处的碳化硅器件的焊层失效。
结合附图1所示，焊层既包括芯片焊层50，也包括DBC焊层40。
当待测功率模块中的预设位置处的碳化硅器件的焊层失效后，需要将待测功率模块中的预设位置处的碳化硅器件进行更换。
相反地，若待测结温差值小于失效结温差值时，确定待测功率模块中预设位置处的碳化硅器件的焊层未失效，待测功率模块中预设位置处的碳化硅器件可以继续使用。
升温降温操作包括升温操作和降温操作，其中，升温降温操作中的升温操作包括短路升温操作、过流升温操作或增加开关频率升温操作中的任意一种。在实际使用中，用户可以根据需要选择上述任一种的升温操作，本实施例对此并不加以限制。
无论是标定功率模块中的全新碳化硅器件和失效碳化硅器件的升温操作，还是待测功率模块中的使用前的碳化硅器件和使用过程中的碳化硅器件的升温操作，升温操作的条件是相同的。比如，采用短路升温操作时，标定功率模块中的全新碳化硅器件和失效碳化硅器件的升温操作和待测功率模块中的使用前的碳化硅器件和使用过程中的碳化硅器件的升温操作采用相同的短路电流和短路电压；采用过流升温操作时，标定功率模块中的全新碳化硅器件和失效碳化硅器件的升温操作和待测功率模块中的使用前的碳化硅器件和使用过程中的碳化硅器件的升温操作采用相同的过流电压和过流电流；采用增加开关频率升温操作时，标定功率模块中的全新碳化硅器件和失效碳化硅器件的升温操作和待测功率模块中的使用前的碳化硅器件和使用过程中的碳化硅器件的升温操作增加相同的开关频率。
无论是标定功率模块中的全新碳化硅器件和失效碳化硅器件的降温操作，还是待测功率模块中的使用前的碳化硅器件和使用过程中的碳化硅器件的降温操作，降温操作的条件是相同的。比如，在相同的室温条件下均采用自然冷却的降温方式。
在本发明实施例的描述中，需要理解的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者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，而不是指示或者暗示所指的装置或者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。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非是另有精确具体地规定。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种焊层寿命失效的测试方法，其特征在于，包括：
对标定功率模块中的同一预设位置处的全新碳化硅器件和失效碳化硅器件分别进行升温降温操作，获取所述全新碳化硅器件和所述失效碳化硅器件在降温过程中的预设时间的失效结温差值；
对待测功率模块的所述预设位置处的碳化硅器件进行升温降温操作，获取使用前的碳化硅器件和使用过程中的碳化硅器件在降温过程中的所述预设时间的待测结温差值；
根据所述待测结温差值和所述失效结温差值确定所述待测功率模块中所述预设位置处的碳化硅器件的焊层是否失效；
所述获取所述全新碳化硅器件和所述失效碳化硅器件在降温过程中的预设时间的失效结温差值，具体包括：
获取所述标定功率模块的所述预设位置处的所述全新碳化硅器件在所述预设时间的全新结温值，以及所述标定功率模块的所述预设位置处的所述失效碳化硅器件在所述预设时间的失效结温值；
根据所述全新结温值和所述失效结温值确定所述失效结温差值；
所述获取使用前的碳化硅器件和使用过程中的碳化硅器件在降温过程中的所述预设时间的待测结温差值，具体包括：
获取所述待测功率模块的所述预设位置处的使用前的碳化硅器件在所述预设时间的第三结温值，以及所述待测功率模块的所述预设位置处的使用过程中的碳化硅器件在所述预设时间的第四结温值；
根据所述第三结温值和所述第四结温值确定所述待测结温差值；
所述获取所述待测功率模块的所述预设位置处的使用前的碳化硅器件在所述预设时间的第三结温值，以及所述待测功率模块的所述预设位置处的使用过程中的碳化硅器件在所述预设时间的第四结温值，具体包括：
分别获取所述待测功率模块的所述预设位置处的使用前的碳化硅器件在所述预设时间的第三温度敏感参数值，以及所述待测功率模块的所述预设位置处的使用过程中的碳化硅器件在所述预设时间的第四温度敏感参数值；根据所述第三温度敏感参数值确定所述第三结温值，根据所述第四温度敏感参数值确定所述第四结温值；
或，分别获取所述待测功率模块的所述预设位置处的使用前的碳化硅器件的底板在所述预设时间的第三底板温度，以及所述待测功率模块的所述预设位置处的使用过程中的碳化硅器件的底板在所述预设时间的第四底板温度；根据所述第三底板温度确定所述第三结温值，根据所述第四底板温度确定所述第四结温值。
2.根据权利要求1所述的焊层寿命失效的测试方法，其特征在于，所述获取所述标定功率模块的所述预设位置处的所述全新碳化硅器件在所述预设时间的全新结温值，以及所述标定功率模块的所述预设位置处的所述失效碳化硅器件在所述预设时间的失效结温值，具体包括：
获取所述标定功率模块的所述预设位置处的所述全新碳化硅器件的全新结温时间曲线，以及所述标定功率模块的所述预设位置处的所述失效碳化硅器件的失效结温时间曲线；
根据所述全新结温时间曲线获取所述预设时间的所述全新结温值；
根据所述失效结温时间曲线获取所述预设时间的所述失效结温值。
3.根据权利要求2所述的焊层寿命失效的测试方法，其特征在于，所述根据所述全新结温值和所述失效结温值确定所述失效结温差值，具体包括：
根据不同测温时间的所述全新结温值和不同测温时间的所述失效结温值，获取不同测温时间的所述全新结温值和所述失效结温值的差值；
根据所述不同测温时间的所述全新结温值和所述失效结温值的差值确定所述全新结温值和所述失效结温值的最大差值以及所述最大差值对应的测温时间；
所述最大差值对应的所述测温时间为所述预设时间。
4.根据权利要求2所述的焊层寿命失效的测试方法，其特征在于，所述获取所述标定功率模块的所述预设位置处的所述全新碳化硅器件的全新结温时间曲线，以及所述标定功率模块的所述预设位置处的所述失效碳化硅器件的失效结温时间曲线，具体包括：
分别获取多个测温时间下的所述标定功率模块的所述预设位置处的所述全新碳化硅器件的第一温度敏感参数值和所述标定功率模块的所述预设位置处的所述失效碳化硅器件的第二温度敏感参数值；
根据所述第一温度敏感参数值确定多个测温时间下的所述标定功率模块的所述预设位置处的所述全新碳化硅器件的多个第一结温值，根据所述第二温度敏感参数确定多个测温时间下的所述标定功率模块的所述预设位置处的所述失效碳化硅器件的多个第二结温值；
根据多个测温时间和多个所述第一结温值确定所述全新结温时间曲线，根据多个测温时间和多个所述第二结温值确定所述失效结温时间曲线。
5.根据权利要求2所述的焊层寿命失效的测试方法，其特征在于，所述获取所述标定功率模块的所述预设位置处的所述全新碳化硅器件的全新结温时间曲线，以及所述标定功率模块的所述预设位置处的所述失效碳化硅器件的失效结温时间曲线，具体包括：
分别获取多个测温时间下的所述标定功率模块的所述预设位置处的所述全新碳化硅器件的底板的多个第一底板温度，以及所述标定功率模块的所述预设位置处的所述失效碳化硅器件的底板的多个第二底板温度；
根据多个测温时间和多个所述第一底板温度确定所述全新结温时间曲线，根据多个测温时间和多个所述第二底板温度确定所述失效结温时间曲线。
6.根据权利要求1所述的焊层寿命失效的测试方法，其特征在于，所述根据所述待测结温差值和所述失效结温差值确定所述待测功率模块中所述预设位置处的碳化硅器件的焊层是否失效，具体包括：
当所述待测结温差值大于或等于所述失效结温差值时，确定所述待测功率模块中的所述预设位置处的碳化硅器件的焊层失效。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的焊层寿命失效的测试方法，其特征在于，所述升温降温操作中的升温操作包括短路升温操作、过流升温操作或增加开关频率升温操作中的任意一种。
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Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3832273A1 (de) * | 1988-09-22 | 1990-03-29 | Asea Brown Boveri | Verfahren und anordnung zur bestimmung des waermewiderstandes von igbt-bauelementen |
| JPH1038960A (ja) * | 1996-07-24 | 1998-02-13 | Fanuc Ltd | 熱的ストレスによるパワー半導体素子の故障予測方法 |
| JP2002005989A (ja) * | 2000-06-20 | 2002-01-09 | Meidensha Corp | 電力用半導体素子の劣化判断方法 |
| CN1618164A (zh) * | 2003-03-12 | 2005-05-18 | 三菱电机株式会社 | 电动机控制装置 |
| JP2007028741A (ja) * | 2005-07-14 | 2007-02-01 | Hitachi Ltd | 電力変換器とその管理システム |
| CN105277867A (zh) * | 2014-07-14 | 2016-01-27 | 丰田自动车株式会社 | 信息输出装置 |
| EP3054306A1 (de) * | 2015-02-03 | 2016-08-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Bestimmung einer Alterung von Leistungshalbleitermodulen sowie Vorrichtung und Schaltungsanordnung |
| JP2017166824A (ja) * | 2016-03-14 | 2017-09-21 | 三菱電機株式会社 | 半導体素子のパワーサイクル評価試験制御装置 |
| JP2018119867A (ja) * | 2017-01-26 | 2018-08-02 | 三菱電機株式会社 | パワーサイクル試験装置及びパワーサイクル試験方法 |
| JP2018205251A (ja) * | 2017-06-08 | 2018-12-27 | 富士電機株式会社 | 炭化珪素半導体装置の選別方法 |
| JP2019027929A (ja) * | 2017-07-31 | 2019-02-21 | 三菱電機株式会社 | パワーサイクル試験装置およびパワーサイクル試験方法 |
| JP2019158732A (ja) * | 2018-03-15 | 2019-09-19 | 三菱電機株式会社 | パワーデバイスの余寿命診断装置および余寿命診断方法 |
| CN110726921A (zh) * | 2019-11-14 | 2020-01-24 | 臻驱科技（上海）有限公司 | 一种igbt模块寿命监测方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6622497B2 (ja) * | 2015-07-22 | 2019-12-18 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 故障予測装置および故障予測方法 |
| US10288672B2 (en) * | 2016-04-08 | 2019-05-14 | Nutech Ventures | Monitoring aging of power semiconductor devices based on case temperature |
-
2020
- 2020-05-25 CN CN202010450275.0A patent/CN113721122B/zh active Active
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3832273A1 (de) * | 1988-09-22 | 1990-03-29 | Asea Brown Boveri | Verfahren und anordnung zur bestimmung des waermewiderstandes von igbt-bauelementen |
| JPH1038960A (ja) * | 1996-07-24 | 1998-02-13 | Fanuc Ltd | 熱的ストレスによるパワー半導体素子の故障予測方法 |
| JP2002005989A (ja) * | 2000-06-20 | 2002-01-09 | Meidensha Corp | 電力用半導体素子の劣化判断方法 |
| CN1618164A (zh) * | 2003-03-12 | 2005-05-18 | 三菱电机株式会社 | 电动机控制装置 |
| JP2007028741A (ja) * | 2005-07-14 | 2007-02-01 | Hitachi Ltd | 電力変換器とその管理システム |
| CN105277867A (zh) * | 2014-07-14 | 2016-01-27 | 丰田自动车株式会社 | 信息输出装置 |
| EP3054306A1 (de) * | 2015-02-03 | 2016-08-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Bestimmung einer Alterung von Leistungshalbleitermodulen sowie Vorrichtung und Schaltungsanordnung |
| JP2017166824A (ja) * | 2016-03-14 | 2017-09-21 | 三菱電機株式会社 | 半導体素子のパワーサイクル評価試験制御装置 |
| JP2018119867A (ja) * | 2017-01-26 | 2018-08-02 | 三菱電機株式会社 | パワーサイクル試験装置及びパワーサイクル試験方法 |
| JP2018205251A (ja) * | 2017-06-08 | 2018-12-27 | 富士電機株式会社 | 炭化珪素半導体装置の選別方法 |
| JP2019027929A (ja) * | 2017-07-31 | 2019-02-21 | 三菱電機株式会社 | パワーサイクル試験装置およびパワーサイクル試験方法 |
| JP2019158732A (ja) * | 2018-03-15 | 2019-09-19 | 三菱電機株式会社 | パワーデバイスの余寿命診断装置および余寿命診断方法 |
| CN110726921A (zh) * | 2019-11-14 | 2020-01-24 | 臻驱科技（上海）有限公司 | 一种igbt模块寿命监测方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 高压大功率IGBT器件高温阻断测试结温检测方法;张雷;;半导体技术(02);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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