CN117007939A - 一种智能功率模块基板与塑封料分层检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及集成电路封装领域，特别是一种智能功率模块基板与塑封料分层检测方法，包括以下步骤：先将被测的智能功率模块安装在散热器上；然后MCU驱动智能功率模块运行，进而智能功率模块驱动负载200运行；MCU在时间为T1时，读取FAULT端口的第一反馈电压值为V1，并从T1开始计时；当计时到时间为T2时，读取FAULT端口的第二反馈电压值为V2，并计算从T1到T2的过程中，FAULT端口对应的反馈电压变化量V3；MCU对V3和预设电压值V4的大小进行比较，若V3>V4，则判断智能功率模块存在分层现象，反之则不分层。此方法可快速、准确、避免额外损坏地检测智能功率模块基板与塑封料是否存在分层现象。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路封装领域，特别是一种智能功率模块基板与塑封料分层检测方法。
背景技术
智能功率模块是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率驱动类产品，把功率开关器件和高压驱动电路集成在一起，并内置有过电压、过电流和过热等故障检测电路。智能功率模块应用于变频电机伺服驱动，广泛用于家电变频控制中。而智能功率模块基板与塑封料之间出现分层现象，则会导致模块内部的功率器件在工作过程中产生的热量，无法及时散出，导致模块热失效，严重影响运用智能功率模块产品的质量。
传统智能功率模块在封测过程中，对此分层现象的检测方法是把样品放入水中进行超声波扫描。
此方法不仅繁琐，准确性受限于操作员工的能力，易错率高，效率慢，而且把样品放入水中，容易导致样品受到额外的破坏。
发明内容
针对上述缺陷，本发明的目的在于提出一种智能功率模块基板与塑封料分层检测方法，可快速、准确、避免额外损坏地检测智能功率模块基板与塑封料是否存在分层现象。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种智能功率模块基板与塑封料分层检测方法，应用于除引脚外均被塑封料包裹密封的智能功率模块；检测时，所述智能功率模块的FAULT端口和MCU的输入端电连接，所述MCU的输出端和所述智能功率模块的驱动端电连接，所述智能功率模块的输出端和负载的驱动端电连接；
所述智能功率模块设有温度感应单元，所述温度感应单元用于在所述智能功率模块运行时，感应所述智能功率模块的内部温度，生成反馈电压；
所述MCU用于发出启动信号，驱动所述智能功率模块运行，并用于接收所述反馈电压，对分层检测作出判断；
所述智能功率模块用于接收所述启动信号，驱动所述负载运行，并生成所述反馈电压；
所述一种智能功率模块基板与塑封料分层检测方法包括以下步骤：
S1：被测的所述智能功率模块安装在散热器上；
S2：所述MCU驱动所述智能功率模块运行，进而所述智能功率模块驱动所述负载运行；
S3：所述MCU在时间为T1时，读取所述FAULT端口的第一反馈电压值为V1，并从T1开始计时；
S4：当所述MCU计时到时间为T2时，读取所述FAULT端口的第二反馈电压值为V2，并计算出时间从T1到T2的过程中，所述FAULT端口对应的反馈电压变化量V3；
S5：所述MCU对所述反馈电压变化量V3和预设电压值V4的大小进行比较，若V3>V4，则判断所述智能功率模块存在分层现象，若V3<V4，则判断所述智能功率模块不存在分层现象。
进一步的，所述温度感应单元包括高压驱动电路1和热敏电阻R2；所述高压驱动电路的FAULT引脚、所述FAULT端口和所述热敏电阻R2的一端电连接，所述高压驱动电路的VSS引脚、VSS端口和所述热敏电阻R2的另一端电连接；
所述热敏电阻R2用于感应所述智能功率模块内部温度；当温度升高，所述热敏电阻R2的阻值发生变化，进而所述反馈电压发生变化。
进一步的，所述热敏电阻R2为负温度系数热敏电阻。
进一步的，所述MCU内设有驱动单元、时钟单元、运算单元和电压采集单元；
所述驱动单元用于生成所述启动信号；
所述时钟单元用于接收所述启动信号后开始计时，生成开始时间信号T1和结束时间信号T2；当所述时钟单元接收到所述启动信号时，输出所述开始时间信号T1，并开始计时；当计时至T2时，输出所述结束时间信号T2；
所述电压采集单元用于接收所述开始时间信号T1和所述结束时间信号T2，读取所述反馈电压；当接收到所述开始时间信号T1时，生成第一反馈电压值V1，当接收到所述结束时间信号T2时，生成第二反馈电压值V2；
所述运算单元用于接收所述第一反馈电压值V1和所述第二反馈电压值V2，生成所述反馈电压变化量V3，并比较所述反馈电压变化量V3和所述预设电压值V4的大小，输出判断结果：
当所述反馈电压变化量V3大于所述预设电压值V4时，所述运算单元输出分层信号；
当所述反馈电压变化量V3小于所述预设电压值V4时，所述运算单元输出不分层信号。
进一步的，所述时钟单元的计时时长T3为：T3＝T2-T1；所述计时时长T3不低于所述智能功率模块在运行过程中到达发热峰值的时长。
进一步的，所述反馈电压变化量V3为：V3＝|V2-V1|。
进一步的，所述S1还包括将所述智能功率模块的基板塑封面安装于散热器，并在所述基板塑封面和所述散热器之间涂敷导热脚垫。
进一步的，所述预设电压值V4设为所述智能功率模块在正常运行过程中所述FAULT端口的电压波动的变化量。
进一步的，所述启动信号为具有预设频率的波形信号，所述信号波形的预设频率越高，所述智能功率模块的运行速度越快，所述智能功率模块产生的热量越多。
本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：MCU作为检测启动和判断单元，智能功率模块、负载和散热器组成简易工作运行模拟平台，通过MCU驱动智能功率模块带动负载运行并获取温度感应单元的反馈电压进行是否分层判断，一是实现了对塑封好的智能功率模块的快速分层缺陷诊断，筛选出存在问题的智能功率模块，提高了检测效率；二是通过模拟智能功率模块的工作运行状态进行检测分层缺陷，提高了检测的准确性；三是与传统检测方法相比减少了检测步骤，无需将样品放入水中，且避免了人工操作，从而在进一步提高检测效率和检测准确性的同时避免了智能功率模块受到额外的破坏。
附图说明
图1是本发明的其中一个实施例的一种智能功率模块基板与塑封料分层检测方法流程图；
图2是如图1所示的一种智能功率模块基板与塑封料分层检测硬件原理图；
图3是如图2所示的智能功率模块的内部电路图；
图4是如图3所示的智能功率模块被塑封料包裹封装后的外观图；
图5是如图4所示的智能功率模块的X-X’剖面图及智能功率模块和散热器安装图。
其中：MCU，智能功率模块100，负载200，散热器300，温度感应单元106，高压驱动电路101，热敏电阻R2，驱动单元102，时钟单元103，运算单元104，电压采集单元105，基板塑封面107。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的实施方式的描述中，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一个或者更多个所述特征。在本发明的实施方式的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的实施方式的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或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的实施方式中的具体含义。
下面结合图1至图5，描述本发明实施例的一种智能功率模块基板与塑封料分层检测方法。
一种智能功率模块基板与塑封料分层检测方法，应用于除引脚外均被塑封料包裹密封的智能功率模块100；检测时，智能功率模块100的FAULT端口和MCU的输入端电连接，MCU的输出端和智能功率模块100的驱动端电连接，智能功率模块100的输出端和负载200的驱动端电连接；
智能功率模块100设有温度感应单元106，温度感应单元106用于在智能功率模块100运行时，感应智能功率模块100的内部温度，生成反馈电压；
MCU用于发出启动信号，驱动智能功率模块100运行，并用于接收反馈电压，对分层检测作出判断；
智能功率模块100用于接收启动信号，驱动负载200运行，并生成反馈电压；
一种智能功率模块基板与塑封料分层检测方法包括以下步骤：
S1：被测的智能功率模块100安装在散热器300上；
S2：MCU驱动智能功率模块100运行，进而智能功率模块100驱动负载200运行；
S3：MCU在时间为T1时，读取FAULT端口的第一反馈电压值为V1，并从T1开始计时；
S4：当MCU计时到时间为T2时，读取FAULT端口的第二反馈电压值为V2，并计算出时间从T1到T2的过程中，FAULT端口对应的反馈电压变化量V3；
S5：MCU对反馈电压变化量V3和预设电压值V4的大小进行比较，若V3>V4，则判断智能功率模块100存在分层现象，若V3<V4，则判断智能功率模块100不存在分层现象。
本发明所提出的其中一种实施例的智能功率模块基板与塑封料分层检测方法流程如图1所示，分层检测硬件原理图如图2所示；当智能功率模块100的基板和塑封料出现分层现象时，智能功率模块100在工作过程中产生的热量将无法通过塑封料导热及时散出，从而导致智能功率模块100的内部温度升高，最后导致模块过热失效或损坏；因此将被测的智能功率模块100安装在散热器300，并使用MCU驱动智能功率模块100带动负载200进行工作，如果智能功率模块100不存在分层现象，则智能功率模块100工作所产生的热量可以通过塑封料导热至散热器进行快速降温，从而智能功率模块100中的温度感应单元106反馈给MCU的反馈电压经MCU运算后得出的反馈电压变化量V3在T1-T2时间段内没有超过预设电压值V4，进而MCU可作出判断此智能功率模块100不存在分层现象；反之，如果智能功率模块100存在分层现象，则智能功率模块100工作所产生的热量无法通过塑封料导热至散热器进行快速降温，从而智能功率模块100中的温度感应单元106反馈给MCU的反馈电压经MCU计算后得出的反馈电压变化量V3在T1-T2时间段内超过预设电压值V4，进而MCU可作出判断此智能功率模块100存在分层现象。
综上所述，MCU作为检测启动和判断单元，智能功率模块100、负载200和散热器300组成简易工作运行模拟平台，通过MCU驱动智能功率模块100带动负载200运行并获取温度感应单元106的反馈电压进行是否分层判断，一是实现了对塑封好的智能功率模块100的快速分层缺陷诊断，筛选出存在问题的智能功率模块100，提高了检测效率；二是通过模拟智能功率模块100的工作运行状态进行检测分层缺陷，提高了检测的准确性；三是与传统检测方法相比减少了检测步骤，无需将样品放入水中，且避免了人工操作，从而在进一步提高检测效率和检测准确性的同时避免了智能功率模块100受到额外的破坏。
进一步的，温度感应单元106包括高压驱动电路101和热敏电阻R2；高压驱动电路101的FAULT引脚、FAULT端口和热敏电阻R2的一端电连接，高压驱动电路101的VSS引脚、VSS端口和热敏电阻R2的另一端电连接；
热敏电阻R2用于感应智能功率模块100内部温度；当温度升高，热敏电阻R2的阻值发生变化，进而反馈电压发生变化。
本实施例中，如图3所示，智能功率模块100的温度感应单元106主要是利用热敏电阻R2的特性，将热敏电阻R2连接于FAULT引脚和VSS引脚两端，当出现分层现象，智能功率模块100内部的温度升高时，热敏电阻R2的阻值发生变化，从而热敏电阻R2两端的电压随之发生变化，即在FAULT端口输出的反馈电压发生变化，进而MCU计算得出的T1-T2时间段内的反馈电压变化量V3将远大于预设电压值V4，MCU据此判断出智能功率模块100的分层现象。
进一步的，热敏电阻R2为负温度系数热敏电阻。
为满足热敏电阻R2的阻值随温度升高而发生变化，本实施例中，热敏电阻R2采用负温度系数热敏电阻，阻值随温度升高而下降，从而反馈电压下降，反馈电压变化量V3增大，进而反馈电压变化量V3将大于预设电压值V4，据此可判断出智能功率模块100出现分层现象。需要说明的是，热敏电阻R2亦可采用正温度系数热敏电阻，热敏电阻R2的阻值随温度升高而升高，进而反馈电压升高，此时在T1-T2时间段内的反馈电压变化量V3同样为增大，可据此判断分层现象。
进一步的，MCU内设有驱动单元102、时钟单元103、运算单元104和电压采集单元105；
驱动单元102用于生成启动信号；
时钟单元103用于接收启动信号后开始计时，生成开始时间信号T1和结束时间信号T2；当时钟单元103接收到启动信号时，输出开始时间信号T1，并开始计时；当计时至T2时，输出结束时间信号T2；
电压采集单元105用于接收开始时间信号T1和结束时间信号T2，读取反馈电压；当接收到开始时间信号T1时，生成第一反馈电压值V1，当接收到结束时间信号T2时，生成第二反馈电压值V2；
运算单元104用于接收第一反馈电压值V1和第二反馈电压值V2，生成反馈电压变化量V3，并比较反馈电压变化量V3和预设电压值V4的大小，输出判断结果：
当反馈电压变化量V3大于预设电压值V4时，运算单元104输出分层信号；
当反馈电压变化量V3小于预设电压值V4时，运算单元104输出不分层信号。
本实施例中，MCU需作为分层检测中的检测启动和判断单元，因此MCU需设置驱动单元102、时钟单元103、运算单元104和电压采集单元105组成具有判断逻辑能力的功能单元。其中驱动单元102向智能功率模块100输出启动信号，智能功率模块100开始驱动负载200运行即可代表分层检测开始，同时时钟单元103发出开始时间信号T1至电压采集单元105，从而电压采集单元105读取此时FAULT端口的反馈电压值V1；当时钟单元103从T1时刻计时至T2时，时钟单元103发出结束时间信号T2至电压采集单元105，从而电压采集单元105读取此时FAULT端口的第二反馈电压值V2；电压采集单元105将采集到的第一反馈电压值V1和第二反馈电压值V2输送至运算单元104计算出反馈电压变化量V3并作出判断，提示工作人员被测智能功率模块100是否存在分层现象；进而形成具有对分层现象具有判断能力的功能单元，进而对智能功率模块100的是否存在分层现象进行快速诊断。
具体的，之所以在接收到启动信号读取第一次反馈电压值，在计时到T2读取第二次反馈电压值，是因为在接收到启动信号时，智能功率模块100刚开始运行，所产生的热量较少，此时读取的反馈电压值可以确定是正常状态的电压值；当计时到T2时，智能功率模块100如果存在分层现象，此时智能功率模块100内无法排出的热量必然导致智能功率模块100热失效，此时读取的反馈电压值必然是非正常电压值，与T1时刻读取的电压值存在差距，由此即可供运算单元104判断出故障。
进一步的，时钟单元103的计时时长T3为：T3＝T2-T1；计时时长T3不低于智能功率模块100在运行过程中到达发热峰值的时长。
本实施例中，为确保分层检测的准确性，智能功率模块100所产生的热量足够影响热敏电阻R2发生反应，因此计时时长T3设定为不低于智能功率模块100在运行过程中到达发热峰值的时长，使得此期间内智能功率模块100内部由于分层现象所积累的热量可以顺利让热敏电阻R2发生反应，从而实现分层检测。
进一步的，反馈电压变化量V3为：V3＝|V2-V1|。
本实施例中，MCU判断智能功率模块100是否分层的依据为T1-T2时间段内的反馈电压变化量V3，因此取MCU在T1时刻从FAULT端口读取的电压值V1和MCU在T2时刻从FAULT端口读取的电压值V2的差值的绝对值即可，所以V3＝|V2-V1|。
进一步的，S1还包括将智能功率模块100的基板塑封面107安装于散热器300，并在基板塑封面107和散热器300之间涂敷导热脚垫108。
本实施例中，为了进一步提高分层检测的准确性，如图5所示，在基板塑封面107和散热器300之间涂敷导热脚垫108，导热脚垫108可以进一步提高智能功率模块100的散热速度，在没有分层的情况下，智能功率模块100可通过塑封料和导热脚垫108快速将热量传导至散热器300进行散热，此时的FAULT端口电压值不会出现波动，避免了MCU进行误判断。
进一步的，预设电压值V4设为智能功率模块100在正常运行过程中FAULT端口的电压波动的变化量。
本实施例中，预设电压值V4作为判断智能功率模块100是否存在分层的重要依据，其预设值需与智能功率模块100在正常运行过程中FAULT端口的电压波动的变化量一致，才具有意义；此时反馈电压变化量V3如果比智能功率模块100在正常运行过程中FAULT端口的电压波动的变化量还大，则证明智能功率模块100运行异常，出现有分层现象，导致热量无法散出，FAULT端口的电压波动过大。
进一步的，启动信号为具有预设频率的波形信号，信号波形的预设频率越高，智能功率模块100的运行速度越快，智能功率模块100产生的热量越多。
本实施例中，智能功率模块100的运行是由所接收到的波形信号决定的；由此，MCU可以通过改变波形信号的频率来调整智能功率模块100的运行速度，从而控制智能功率模块100所产生的热量，进而控制分层检测的速度。
根据本发明实施例的一种智能功率模块基板与塑封料分层检测方法的其他构成等以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种智能功率模块基板与塑封料分层检测方法，其特征在于：应用于除引脚外均被塑封料包裹密封的智能功率模块；检测时，所述智能功率模块的FAULT端口和MCU的输入端电连接，所述MCU的输出端和所述智能功率模块的驱动端电连接，所述智能功率模块的输出端和负载的驱动端电连接；
所述智能功率模块设有温度感应单元，所述温度感应单元用于在所述智能功率模块运行时，感应所述智能功率模块的内部温度，生成反馈电压；
所述MCU用于发出启动信号，驱动所述智能功率模块运行，并用于接收所述反馈电压，对分层检测作出判断；
所述智能功率模块用于接收所述启动信号，驱动所述负载运行，并生成所述反馈电压；
所述一种智能功率模块基板与塑封料分层检测方法包括以下步骤：
S1：被测的所述智能功率模块安装在散热器上；
S2：所述MCU驱动所述智能功率模块运行，进而所述智能功率模块驱动所述负载运行；
S3：所述MCU在时间为T1时，读取所述FAULT端口的第一反馈电压值为V1，并从T1开始计时；
S4：当所述MCU计时到时间为T2时，读取所述FAULT端口的第二反馈电压值为V2，并计算出时间从T1到T2的过程中，所述FAULT端口对应的反馈电压变化量V3；
S5：所述MCU对所述反馈电压变化量V3和预设电压值V4的大小进行比较，若V3>V4，则判断所述智能功率模块存在分层现象，若V3<V4，则判断所述智能功率模块不存在分层现象。
2.根据权利要求1所述的一种智能功率模块基板与塑封料分层检测方法，其特征在于：所述温度感应单元包括高压驱动电路1和热敏电阻R2；所述高压驱动电路的FAULT引脚、所述FAULT端口和所述热敏电阻R2的一端电连接，所述高压驱动电路的VSS引脚、VSS端口和所述热敏电阻R2的另一端电连接；
所述热敏电阻R2用于感应所述智能功率模块内部温度；当温度升高，所述热敏电阻R2的阻值发生变化，进而所述反馈电压发生变化。
3.根据权利要求2所述的一种智能功率模块基板与塑封料分层检测方法，其特征在于：所述热敏电阻R2为负温度系数热敏电阻。
4.根据权利要求1所述的一种智能功率模块基板与塑封料分层检测方法，其特征在于：所述MCU内设有驱动单元、时钟单元、运算单元和电压采集单元；
所述驱动单元用于生成所述启动信号；
所述时钟单元用于接收所述启动信号后开始计时，生成开始时间信号T1和结束时间信号T2；当所述时钟单元接收到所述启动信号时，输出所述开始时间信号T1，并开始计时；当计时至T2时，输出所述结束时间信号T2；
所述电压采集单元用于接收所述开始时间信号T1和所述结束时间信号T2，读取所述反馈电压；当接收到所述开始时间信号T1时，生成第一反馈电压值V1，当接收到所述结束时间信号T2时，生成第二反馈电压值V2；
所述运算单元用于接收所述第一反馈电压值V1和所述第二反馈电压值V2，生成所述反馈电压变化量V3，并比较所述反馈电压变化量V3和所述预设电压值V4的大小，输出判断结果：
当所述反馈电压变化量V3大于所述预设电压值V4时，所述运算单元输出分层信号；
当所述反馈电压变化量V3小于所述预设电压值V4时，所述运算单元输出不分层信号。
5.根据权利要求4所述的一种智能功率模块基板与塑封料分层检测方法，其特征在于：所述时钟单元的计时时长T3为：T3＝T2-T1；所述计时时长T3不低于所述智能功率模块在运行过程中到达发热峰值的时长。
6.根据权利要求1所述的一种智能功率模块基板与塑封料分层检测方法，其特征在于：所述反馈电压变化量V3为：V3＝|V2-V1|。
7.根据权利要求1所述的一种智能功率模块基板与塑封料分层检测方法，其特征在于：所述S1还包括将所述智能功率模块的基板塑封面安装于散热器，并在所述基板塑封面和所述散热器之间涂敷导热脚垫。
8.根据权利要求1所述的一种智能功率模块基板与塑封料分层检测方法，其特征在于：所述预设电压值V4设为所述智能功率模块在正常运行过程中所述FAULT端口的电压波动的变化量。
9.根据权利要求1所述的一种智能功率模块基板与塑封料分层检测方法，其特征在于：所述启动信号为具有预设频率的波形信号，所述信号波形的预设频率越高，所述智能功率模块的运行速度越快，所述智能功率模块产生的热量越多。
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