CN117255950A - 用于求取电子结构单元的磨损的方法、检验设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于求取电子结构单元(2)、尤其功率电子器件的磨损的方法，该电子结构单元具有至少一个电子结构元件(12)、尤其半导体结构元件、电容器等，其中，结构单元(2)经历检验过程，在该检验过程中用至少两个能预先给定的电负荷周期来加载结构单元(2)，在该电负荷周期中，结构单元(2)相应地针对预先给定时间段进行运行，以用于模拟至少一种所挑选的运行类型。设置了，在检验过程期间，针对负荷周期中的至少两个负荷周期来检测由结构单元(2)通过下述电载荷所产生的电磁波(6)，该电载荷由用至少两个负荷周期来加载结构单元(2)所引起，并且将至少两个负荷周期的所检测到的电磁波(6)与彼此比较，以用于检测结构单元(2)的磨损。

Description

用于求取电子结构单元的磨损的方法、检验设备

技术领域

本发明涉及一种用于求取电子结构单元、尤其功率电子器件的磨损的方法，该电子结构单元具有至少一个电子结构元件、尤其半导体结构元件、电容器等，其中，结构单元经历检验过程，在该检验过程中用至少两个电负荷周期来加载结构单元，在该电负荷周期中，该结构单元相应地针对预先给定的时间段进行运行，以用于模拟至少一种所挑选的运行类型。

此外，本发明涉及一种用于求取电子结构单元、尤其功率电子器件的磨损的检验设备，该电子结构单元具有至少一个电子结构元件、尤其半导体结构元件、电容器等，该检验设备具有：至少一个装置，其用于用至少两个能预先给定的电负荷周期来加载结构单元；至少一个测量装置，其用于检测结构单元的通过至少两个负荷周期所引起的电磁波；以及至少一个控制器，其用于操控检验设备并且用于测评由测量装置所检测到的电磁波。

背景技术

开头所提及的类型的方法和设备由现有技术已知。为了在电/电子结构单元中识别出磨损而已知的是，使结构单元经受电检验过程，在该电检验过程中，用至少一个能预先给定的负荷周期、通常多个负荷周期来加载相应的结构单元。在这种负荷周期的范畴中，结构单元在特定挑选的条件下或者说以确定的预设来针对预先确定的时间段进行运行。于是例如已知的是，通过负荷周期来模拟结构单元的正常运行，或者最大程度剧烈地全负荷利用结构单元以及使其经受负荷。由于结构单元的磨损本身无法直接看出、尤其当该结构单元是更大的单元的一部分时无法看出，因此对磨损的求取意味着相对高的耗费，因为经常还必须拆卸结构单元，以便能够例如在视觉方面检测电接触部位等。这种耗时的拆卸此外导致了故障部位较迟才被发现并且由此延长了开发时间。此外，可能出现至少最初不会损害结构单元的功能的磨损，从而通过纯视觉的检验无法判断出所识别到的磨损是否损害或者例如即将损害结构单元的功能。对于功率电子器件的结构元件、如半导体开关、功率二极管和电容器而言，相应的运行参数在这类磨损的情况下发生变化，然而直至发生功能故障之前，结构单元的功能不会受到损害。

发明内容

具有权利要求1的特征的本发明所具有的优点是，在检验过程期间已经能够可靠地确定结构单元的磨损。就此而言，按照本发明的方法能够实现提前求取磨损。此外，不需要拆卸结构单元以分析磨损，从而所述方法能够以较低的耗费并且因此成本低廉地执行。按照本发明设置了，在检验过程期间，针对负荷周期中的至少两个负荷周期来检测由结构单元通过下述电载荷所产生的电磁波，该电载荷由用至少两个负荷周期来加载结构单元所引起，并且将至少两个负荷周期的所检测到的电磁波与彼此比较，以用于检测结构单元的磨损。“电载荷”结合本发明尤其能够理解为至少一个能求取的或者说能检测的运行参量，例如总功率或有效功率、结构单元的最大可行的全负荷利用的按百分比计算的份额、运行电流、运行电压、运行温度等。此外，“电负荷周期”结合本发明相应地能够理解为结构单元在所挑选的条件下或者说用所确定的预设来针对预先确定的时间段的运行，以便模拟结构单元的至少一种运行类型。特别地，结构单元具有多个尤其不同类型的结构元件，这些结构元件分别通过电载荷来产生电磁波中的至少一个电磁波。借助于所述比较能够识别出电磁波在检验过程的时间段上的变化。根据这种变化能够确定出结构单元或者说结构元件的开始的磨损。优选电载荷对应于通过结构单元的符合规定的运行所形成的额定载荷。由此，在检验过程的范畴中能够实现可靠地模拟结构单元的符合规定的运行、即正常运行。

按照本发明的一种优选的改进方案设置了，从至少两个负荷周期的电磁波中分别求取出每个负荷周期的波的电磁频谱，并且将这些所求取的频谱与彼此比较，以用于检测磨损。相应的电磁频谱就此而言由结构单元的多个电磁波组成，并且表现为结构单元的个性化的、即对于相应的结构单元表征性的识别特征、可以说足迹。在此，结构单元的各个结构元件的磨损反映在频谱的对于磨损的结构元件分别表征性的变化中。例如，与第二结构元件的磨损相比，第一结构元件的磨损导致了频谱的不同的变化。就此而言，对频谱的比较以有利的方式能够实现对结构单元的磨损的差异化的分析，其中，根据频谱能够将各个结构元件的磨损关联起来，或者说能够追溯到各个结构元件。特殊性于是在于，通过对也能够具有多个电/电子结构元件的结构单元的电磁频谱进行检测或者说求取，能够推断出结构单元总体上的磨损，以及推断出结构元件之一的磨损。在此，电磁频谱尤其由下述电磁波组成，该电磁波由结构单元的相应的结构元件辐射出或者说产生。

优选将所求取的频谱中的至少一个频谱与参考频谱比较。由此得到的优点是，能够可靠地确定磨损，因为始终存在代表着未磨损的结构单元的参考。特别地，“参考频谱”是结构单元的预先给定的、优选所模拟的理想频谱，其例如保存在设定用于执行按照本发明的方法的检验设备的控制器中。特别地，在多个检验过程中统一地使用参考频谱，在该多个检验过程中检验相同的类型的相应的不同结构单元。这能够实现对检验过程的有利的标准化。

特别优选至少将检验过程的第一负荷周期实施为参考周期，以便求取参考频谱。就此而言，在检验过程的开始时个性化地针对每个有待检验的结构单元来个性化地检测参考频谱、即结构单元在未磨损的状态中的频谱，并且将其使用作为用于另外的负荷周期的参考。由此，针对每个被检验的结构单元存在个性化的参考频谱，从而使得对磨损的求取与相应的结构单元的个性化的参数相配合并且由此特别可靠地进行。

特别地设置了，彼此先后地实施多个参考周期，并且从在此所求取的参考频谱中求取出平均参考频谱，将所求取的频谱与该平均参考频谱比较。由于求平均值，频谱的例如由于统计学上发生的环境事件、如辐射而可能随机存在的标准偏差得以从参考频谱中修正，并且因此至少基本上不再存在于参考频谱中。这能够以有利的方式实现特别可靠地求取参考频谱。

按照本发明的一种优选的改进方案，如此预先给定负荷周期，使得结构单元以全负荷运行来运行。“全负荷运行”能够理解为结构单元的下述运行，在该运行中，结构单元在最大可行的全负荷利用的情况下运行，即最大程度地充分利用结构单元的运行参数、如例如功率、多功能性等。由此得到的优点是，在检验过程的范畴中可靠地求取出结构单元的薄弱部位，并且因此能够确保结构单元的高的耐磨性。因此，优选由负荷周期所引起的电载荷对应于结构单元的最大程度地所设置的或者说可行的最大载荷。

替代地优选设置了，如此预先给定负荷周期，使得结构单元以部分负荷运行来运行，其中，电载荷小于全负荷运行的电载荷的70％、优选处在30％与70％之间、或者刚好对应于50％。在部分负荷运行中，结构单元于是不是如前面所描述的那样在最大全负荷利用中、而是仅以该最大全负荷利用的按百分比计算的份额来运行。这能够实现对结构单元经济的检验过程，并且尽管如此可靠地求取出磨损。

优选借助于测量装置直接在结构单元的至少一个电线之中或之处检测电磁波。以有利的方式，由此对电磁波的检测不会被来自周围环境的干涉所损害。因此，优选测量单元的至少一个传感元件布置在电线之中或之处，其中，尤其将测量接收器、频谱分析仪或示波器使用为测量单元。

特别地设置了，借助于与结构单元间隔开地布置的天线装置来检测电磁波。以有利的方式，由此对电磁波的检测不会被来自紧挨靠近结构单元的干扰信号所损害。

特别优选不仅在至少所述电线之中或之处、而且还与结构单元间隔开地通过天线装置来检测电磁波。因为组合了用于检测电磁波的两种测量方法的前述所提到的优点，由此能够实现特别有利地检测电磁波。优选天线装置是测量装置的一部分，从而以有利的方式能够用相同的测量装置来执行前述所提到的两种测量方法。

具有权利要求10的特征的检验设备具有：至少一个装置，其用于用至少两个能预先给定的电负荷周期来加载结构单元；至少一个测量装置，其用于检测结构单元的通过至少两个负荷周期所引起的电磁波；以及至少一个控制器，其用于操控检验设备并且用于测评由测量装置所检测到的电磁波，并且该检验设备突出之处在于，控制器专门设定用于如前面所描述的那样执行按照本发明的方法。得到就此而言已经所提及的优点。

按照本发明的一种优选的改进方案设置了，测量装置直接与结构单元导电连接或者能连接，并且/或者具有与结构单元间隔开地布置或能布置的天线装置。得到就此而言前面已经所提及的优点。

附图说明

优选的特征和特征组合尤其由上文的描述以及权利要求来得到。在下文中应该根据附图来更详细地阐释本发明。为此示出了：

图1示出了一种有利的检验设备的示意图；

图2示出了一种有利的方法的示意性的流程图。

具体实施方式

图1以简化示图示出了一种有利的检验设备1。检验设备1构造用于，执行一种用于求取电子结构单元2的磨损的有利的方法，该方法应该在稍后更详细地阐释。

检验设备1当前具有装置3，该装置构造用于，尤其借助于至少一个控制指令来用至少两个电负荷周期加载结构单元2。为此，单元3具有用于执行负荷周期的电子组件、如例如开关电路等，并且例如通过至少一个线缆与结构单元2导电连接和/或通信连接，如在图1中示例性地根据第一连接线4所示。优选装置3此外构造用于提供用于运行结构单元2的供应电压。

检验设备1此外当前具有测量装置5，该测量装置构造用于检测电磁波6，该电磁波在结构单元2运行时通过由用负荷周期进行的加载所引起的电载荷来引起并且由结构单元发射出。为了清楚起见，在图1中仅电磁波6中的一些电磁波设有附图标记。测量装置5为了检测电磁波6而能够直接与结构单元2导电连接、当前如在图1中示例性地根据第二连接线4′所示出的那样进行连接。在此，例如构造为感应器的元件7集成到通过第二连接线4′所示出的电连接部中，从而能够在结构单元2的至少一个电线8之中或之处检测电磁波6。此外，测量装置5具有天线装置9，该天线装置与结构单元2间隔开地布置并且构造用于，检测来自预先给定的距离的电磁波6。天线装置9在通信技术方面与测量装置5有线连接或无线连接，如在图1中根据第三连接线4″所示。

检验设备1此外具有控制器10，该控制器用于操控检验设备1并且用于测评由测量装置5所检测到的电磁波6。为此，控制器10在通信技术方面一方面与装置3并且另一方面与测量装置5有线连接或无线连接，如在图1中分别根据对应的第四连接线4″′或第五连接线4″″示意性所示。优选控制器10是能编程的检验仪器、例如计算机，其尤其构造用于操控装置3，以便用至少两个负荷周期来加载结构单元2。特别地，控制器10为此具有至少一个数据载体，在该数据载体上存储有专门设定用于用负荷周期来加载结构单元2的计算机程序或者说检验程序。优选就此而言将以何种方法和方式执行至少两个负荷周期的信息存储在控制器10中或者说包括在计算机程序中，并且能够将其传送到装置3处，该装置构造用于，按照这些信息来运行结构单元2或者说用至少两个负荷周期来加载该结构单元。特别地，将控制器10集成到装置3中，其中，装置3和控制器10共同形成检验台3′。为此，控制器10和装置3例如布置在共同的壳体中或者一体式地构造。

电子结构单元2当前构造为功率电子器件并且具有壳体11，在该壳体中当前布置有四个电子结构元件12。当前这些结构元件中的至少一个结构元件构造为呈MOSFET(＝metal-oxide-semiconductor field-effect transistor(金属氧化物半导体场效应晶体管))或IGBT(＝insulated-gate bipolar transistor(绝缘栅极双极晶体管))的形式半导体结构元件，并且结构元件12至少一个另外的结构元件构造为电容器。结构元件12借助于结构单元2的电线8与彼此电连接。特别地，结构元件12布置在图1中通过虚线示例性地所表明的共同的印刷电路板13上，其中，电线8优选构造为印刷电路板13的导体电路。

在下文中现在应该更详细地阐释用于求取结构单元2的磨损的有利的方法。为此，图2示出了所述方法的示意性的流程图。

方法以第一步骤S1开始，其中结构单元2布置在检验设备1之处或之中，例如布置在桌子上、布置在构造用于支承结构单元2的支承设备等上。在此，在结构单元2与装置3之间建立电连接和/或通信连接，以用于用至少两个负荷周期来加载结构单元2，并且此外对应地准备测量装置5以用于检测电磁波6，即尤其将传感元件7与结构单元2或者说与该结构单元的电线8之一电连接，并且将天线装置9与结构单元2对准。

在与此随后的步骤S2中，结构单元2经历检验过程。在这种检验过程的范畴中，结构单元2经历至少两个电负荷周期或者说通过装置3用至少两个负荷周期来加载。

在另外的步骤S3中，在检验过程的范畴中执行第一负荷周期。在此，在第一循环步骤Z1中将尤其由装置3所提供的供应电压施加到结构单元2处，并且由此运行结构单元2。在下一循环步骤Z2中，借助于至少一个控制器10所提供的控制指令由装置3针对预先给定时间段以预先给定的方法和方式或者说以至少一种预先给定的运行类型来运行结构单元2。在此，优选以至少两种不同的运行类型来运行结构单元2。在此，通过由运行所引起的电载荷，由结构单元2或者说该结构单元的结构元件12来产生电波6。在循环步骤Z2中由测量装置5来检测这些电波6。随后，在最后的循环步骤Z3中，将结构单元2与供应电压分离并且因此结束第一负荷周期。

可选地，在另外的步骤S3′中执行任意的数目的另外的负荷周期。

在下一步骤S4中，实施第二或者说最后的负荷周期。在此，类似于按照步骤S3的第一负荷周期来执行循环步骤Z1至Z3。一般地，所有负荷周期、即按照步骤S3′的可选的负荷周期都以相同的方式执行。就此而言，在所有负荷周期中以相同的方式、即用相同的电载荷针对相同的时间段来运行结构单元2。优选如此设计负荷周期、即如此选择电载荷和时间段，使得负荷周期模拟结构单元2的符合规定的运行。在此，优选结构单元2在每个负荷周期中以全负荷运行来运行，从而最大可行地充分利用结构单元2的所有运行参数。替代地，在负荷周期期间以部分负荷运行来进行所述运行，即尤其以降低的电载荷和/或时间段来进行所述运行。

在结束步骤S4中所执行的最后的负荷周期之后，结束按照步骤S2的检验过程。

在随后可选的步骤S5中，从前述所执行的负荷周期中所检测到的电磁波6中针对每个负荷周期来分别求取电磁频谱。特别地，通过控制器10来求取频谱。

在随后的步骤S6中，将相应的在负荷周期中所检测到的电磁波6或者说在可选的步骤S5中所求取的相应的频谱与彼此比较、即由控制器10测评。在此，优选将所求取的频谱与参考频谱进行比较。参考频谱能够是结构单元2的尤其所模拟的、存储在检验设备1的控制器10中的理想频谱，或者是针对被检验的结构单元2个性化地所求取的参考频谱。优选针对被检验的结构单元2个性化地求取参考频谱。在这种情况下设置了，至少将步骤S3中所执行的第一负荷周期执行或者说已经执行为参考周期。特别优选在按照步骤S3的第一参考周期之后，在可选的步骤S3′中彼此先后地执行任意的数目的另外的参考周期，并且对由此所求取的参考频谱求平均值，从而获得平均参考频谱。对参考频谱的求取以及对其求平均值优选在可选的步骤S5中或者在步骤S6开始时进行，即在对频谱的比较之前进行。而后，在步骤S6中将尤其从按照步骤S3′的另外的负荷周期中以及从按照步骤S4的最后的负荷周期中所求取的频谱与平均参考频谱进行比较。

在最后的步骤S7中，而后根据对所检测到的电磁波6或者说所求取的频谱的比较来判断结构单元2是否具有磨损。

因此，前面所描述的方法能够根据所发射出的电磁波6来实现可靠地确定电子结构单元2的磨损，从而也长期可靠地确保结构单元2的功能性。

Claims (11)

1.用于求取电子结构单元(2)、尤其功率电子器件的磨损的方法，所述电子结构单元具有至少一个电子结构元件(12)、尤其半导体结构元件、电容器等，其中，所述结构单元(2)经历检验过程，在该检验过程中用至少两个能预先给定的电负荷周期来加载所述结构单元(2)，在该电负荷周期中，所述结构单元(2)相应地针对预先给定的时间段进行运行，以用于模拟至少一种所挑选的运行类型，

其特征在于，在所述检验过程期间，针对所述负荷周期中的至少两个负荷周期来检测由所述结构单元(2)通过下述电载荷所产生的电磁波(6)，该电载荷由用所述至少两个负荷周期来加载所述结构单元(2)所引起，并且将所述至少两个负荷周期的所检测到的电磁波(6)与彼此比较，以用于检测所述结构单元(2)的磨损。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述至少两个负荷周期的电磁波(6)中分别求取每个负荷周期的电磁频谱，并且将这些所求取的频谱与彼此比较，以用于检测磨损。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所求取的频谱中的至少一个频谱与参考频谱进行比较。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，至少将所述检验过程的第一负荷周期实施为参考周期，以便求取所述参考频谱。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，彼此先后地实施多个参考周期，并且从在此所求取的参考频谱中求取出平均参考频谱，将所求取的频谱与该平均参考频谱进行比较。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，如此预先给定所述负荷周期，使得所述结构单元(2)以全负荷运行来运行。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，如此预先给定所述负荷周期，使得所述结构单元(2)以部分负荷运行来运行，其中，所述电载荷小于全负荷运行的电载荷的70％、优选处在30％与70％之间、或者刚好对应于50％。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助于测量装置(5)直接在所述结构单元(2)的至少一个电线(8)之中或之处检测所述电磁波(6)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助于与所述结构单元(2)间隔开地布置的天线装置(9)来检测所述电磁波(6)。

10.检验设备(1)，其用于求取电子结构单元(2)、尤其功率电子器件的磨损，该电子结构单元具有至少一个电子结构元件(12)、尤其半导体结构元件、电容器等，该检验设备具有：

至少一个装置(3)，其用于用至少两个能预先给定的电负荷周期来加载所述结构单元(2)；

至少一个测量装置(5)，其用于检测所述结构单元(2)的通过所述至少两个负荷周期所引起的电磁波(6)；以及

至少一个控制器(10)，其用于操控所述检验设备(1)并且用于测评由所述测量装置(5)所检测到的电磁波(6)，

其特征在于，所述控制器(10)专门设定用于，实施根据权利要求1至9中的至少一项所述的方法。

11.根据权利要求10所述的检验设备，其特征在于，所述测量装置(5)直接与所述结构单元(2)导电连接或能连接，并且/或者具有与所述结构单元(2)间隔开地布置或能布置的天线装置(9)。