CN219512351U - 一种防氧化的功率器件dbc高温测试工装 - Google Patents

Abstract

一种防氧化的功率器件DBC高温测试工装，包括测试模块、半密封模块和加热模块；半密封模块中通过支架放置有待测的DBC板；测试模块包括测试模块基板，以及设置在测试模块基板上对DBC板进行测试的测试探针；半密封模块为上下端敞口结构且具备垂直升降功能，能够间歇与测试模块接触；加热模块具备垂直升降功能和加热功能，能够间歇位移至半密封模块中，对DBC板进行加热并顶起DBC板与测试探针进行接触测试。本实用新型结构紧凑、合理，操作方便，通过加热模块接触式对DBC板进行高温加热，提高了加热效率，同时通过两个氮气入口向密封罩内输入氮气，一方面提高了防氧化效果，另一方面还能对过热的DBC板进行快速降温，具有很强的实用性。

Description

一种防氧化的功率器件DBC高温测试工装

技术领域

本实用新型涉及DBC板检测技术领域，尤其是一种防氧化的功率器件DBC高温测试工装。

背景技术

在IGBT模块封装设计中，承载IGBT芯片以及二极管芯片的DBC基板(DirectBonding Cooper,简称DBC)的设计是IGBT模块结构设计的关键技术，DBC基板的材质选择、版图设计等各种设计因素直接影响到IGBT模块在完成封装制造之后的各项电气性能的优劣。

随着IGBT(绝缘栅双极性晶体管)模块应用的范围越来越广，尤其是在电动汽车、大功率功放领域，IGBT模块的稳定性越来越重要。IGBT模块内部电路为高温焊接工艺制造而成，即将IGBT芯片和二极管芯片焊接到DBC基板上，然后通过焊接键合线实现芯片和二极管之间的电性连接，这种焊接后的整个统称为“DBC”。IGBT芯片在工作中会持续开通和关断，这种状态芯片会发热，这些热量无法快速散到芯片外部，热量就会累计到芯片处，累计到一定程度后芯片局部会出现高温，过高的温度会增加焊接位置开裂的风险，进而导致芯片寿命缩短。因此，IGBT模块封装设计制造公司会在DBC焊接工艺后，在封装灌胶工艺前进行芯片加热状态下的开通和关断测试，将焊接有问题的DBC筛选出来，从而提高IGBT模块封装后的良率。

DBC加热测试的温度通常在125℃至175℃之间，在这个温度范围的DBC暴露在空气中表面的铜会被空气中的氧气氧化，会影响模块后续的键合线焊接工艺，以至于影响整个模块的寿命。因此亟需一套能解决高温测试过程防氧化的装置。

目前市面上常规有防氧化功能的加热测试工装大都比较小，被测试芯片尺寸一般不超过20mm*20mm，加热温度不超过100℃。工装分为上下两层，上层设有高温气路管道和散气流道，散气流道四周有密封垫，下层按照芯片尺寸开槽，并预留电气连接引脚和出气孔。上下两层有对应的卡扣及卡槽，可以将两层扣合。其加热方式为将氮气加热到100℃，通过气路连接到测试工装上，测试工装上加工有气体流道，被加热后的氮气通过流道输送到被测芯片位置，将芯片加热。

会存在一下问题：

-受高温气管能承受最高温度及成本影响，保证测试经济性的情况下，氮气被加热的温度不宜过高，通常只能加热到100℃以下。

-加热器加热氮气，氮气再通过管路给芯片加热的方式中间过程有热损失，热转换效率低。

-受氮气加热温度及热转换效箱体率低因素的影响，工装内部同时进行加热测试的器件数量通常不能超过1个，可加热数量少。

-该工装多为精密加工，加工成本高。

为此，我们提出一种防氧化的功率器件DBC高温测试工装。

实用新型内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种防氧化的功率器件DBC高温测试工装，通过加热模块接触式对DBC板进行高温加热，提高了加热效率，同时通过两个氮气入口向密封罩内输入氮气，一方面提高了防氧化效果，另一方面还能对过热的DBC板进行快速降温，具有很强的实用性。

本实用新型所采用的技术方案如下：

一种防氧化的功率器件DBC高温测试工装，主要包括从上往下依次设置的测试模块、半密封模块和加热模块；

所述半密封模块中通过支架放置有待测的DBC板；

所述测试模块包括测试模块基板，以及设置在测试模块基板上对DBC板进行测试的测试探针；

所述半密封模块为上下端敞口结构且具备垂直升降功能，能够间歇与测试模块接触；

所述加热模块具备垂直升降功能和加热功能，能够间歇位移至半密封模块中，对DBC板进行加热并顶起DBC板与测试探针进行接触测试；

所述测试模块上还设置有向半密封模块内释放氮气的第一氮气入口，同时半密封模块上还设置有第二氮气入口。

其进一步特征在于：

所述测试模块还包括与设备内部电性连接的电气接口。

所述第一氮气入口的位置与被测试DBC板中心位置一致。

所述加热模块包括从上往下依次设置的加热块和隔热板，加热块上安装有电偶，加热块包括上加热板和下加热板，上加热板和下加热板之间内置加热器，电偶包括DBC测温电偶和加热板测温电偶。

所述加热模块的下端连接有第一升降平台，第一升降平台包括多个第一气缸，以及连接在多个第一气缸上的同一个第一安装板，隔热板固定于第一安装板上。

所述半密封模块包括密封罩，和连接在密封罩内壁上的多个固定DBC板的支架，支架包括纵横分布的第一支架和第二支架。

所述半密封模块的下端连接有第二升降平台，第二升降平台包括第二安装板，以及连接在第二安装板下端的多个第二气缸，且第二安装板与密封罩固定连接，通过第二升降平台控制半密封模块间歇与测试模块进行接触。

所述第二安装板上预留加热模块的活动通孔以及设置有方便排气的排气通道。

所述半密封模块上端设置有提高密封效果的密封条。

所述加热模块上设置有与支架相对应的支架槽。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型结构紧凑、合理，操作方便，通过加热模块接触式对多个DBC板同时进行高温加热，提高了加热效率，同时通过两个氮气入口向密封罩内输入氮气，一方面提高了防氧化效果，另一方面还能对过热的DBC板进行快速降温，具有很强的实用性。

同时，本实用新型还具备如下优点：

本申请的技术方案加热温度最高能达到200℃。

本申请的技术方案加热方式是接触式加热，即加热源直接给DBC板加热，没有中间转化流程，因此热转换效率高。

本申请的技术方案可以同时加热多个DBC板，由于加热效率高，被加热的DBC板尺寸可以比较大。

本申请的技术方案加工精度要求不高，所以材料的加工成本很低。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的剖视结构示意图。

图3为本实用新型中加热模块结构示意图。

图4为本实用新型中半密封模块结构示意图。

图5为本实用新型中半密封模块(含芯片)俯视结构示意图。

图6为本实用新型中测试模块结构示意图。

图7为本实用新型在第一种工作状态时的示意图。

图8为本实用新型在第二种工作状态时的示意图。

其中：

1、第一升降平台；2、第二升降平台；3、加热模块；4、半密封模块；5、测试模块；

101、第一气缸；102、第一安装板；201、第二气缸；202、第二安装板；

301、隔热板；302、加热块；3021、下加热板；3022、上加热板；303、DBC测温电偶；304、加热板测温电偶；

401、密封罩；402、第二氮气入口；403、第二支架；404、DBC板；405、第一支架；406、密封条；407、芯片；

501、测试模块基板；502、测试探针；503、第一氮气入口；504、电气接口；

a、排气通道；b、支架槽。

具体实施方式

下面结合附图，说明本实用新型的具体实施方式。

如图1-图8所示，本实施例公开了一种防氧化的功率器件DBC高温测试工装，该测试工装为层状结构，主要包括从上往下依次设置的：测试模块5、半密封模块4和加热模块3，其中半密封模块4为上下敞口的盒状结构，

如图1所示，其中加热模块3的下端连接有第一升降平台1，半密封模块4的下端连接有第二升降平台2，第二升降平台2包括第二安装板202，以及连接在第二安装板202下端的多个第二气缸201，且第二安装板与密封罩401固定连接，通过第二升降平台2控制半密封模块4间歇与测试模块5进行接触；

同时通过第一升降平台1控制加热模块3间歇位移至半密封模块4中实现测试状态和非测试状态的切换，第二安装板202上预留加热模块3的活动通孔以及设置有方便排气的排气通道a，

本实施例中以同时测试2个尺寸为46mm*48mm，厚度1mm的DBC板404为例进行介绍。

如图6所示，测试模块5主要分为测试模块基板501、第一氮气入口503、测试探针502、电气接口504四个部分，其中第一氮气入口50是外接气管使用，可以将常温氮气注入测试模块5下端设置的半密封模块4中，并对DBC板404进行测试，测试探针502和电气接口504可以将被测试的DBC板404与设备内部实现电性连接。

第一氮气入口503是多个口径较大的气管接头，在本实施例中以两个为例，气管接头固定在测试模块基板501上，一端露在测试模块5上部，一端通道测试模块5底部。此处是DBC板404防氧化测试工装第一处氮气入口，主要作用是给整个工装内部快速注入大量氮气，达到快速排出工装内部空气或给DBC板404快速散热的效果，所以第一氮气入口503的位置大多与被测试DBC板404中心位置一致，以保证进入工装内部的氮气能充分与DBC板404接触。

本实施例中，加热模块3介绍，DBC板404防氧化测试工装的加热方案使用的是接触式加热方式，而非气体加热。接触加热相比使用加热器将气体加热后再用高温气体对芯片407加热的方式，减少了中间环节，降低了热损失，具有更高的热传导效率。

如图3所示，加热模块3主要包括从上往下依次设置的加热块302和隔热板301。加热块302上安装有电偶，加热块302包括上加热板3022和下加热板3021，上加热板3022和下加热板3021之间内置加热器，提高均匀加热效果，加热模块3通过第一升降平台1控制升降；

第一升降平台1包括多个第一气缸101，以及连接在多个第一气缸101上的同一个第一安装板102，隔热板301固定于第一安装板102上。

电偶按照测温点不同可分为DBC测温电偶303和加热板测温电偶304两种，其中加热板测温电偶304是测量上加热板3022被加热的温度，DBC测温电偶303是测量被加热DBC板404的实际温度。

本实施例中，DBC板404防氧化测试工装使用的是常温氮气防氧化方案，即在测试时常温氮气注入到测试区内部，将DBC板404周围的空气排出，保证DBC板404持续处于一个充满氮气的环境。为保证能实现DBC板404的这种测试环境，需要将DBC板404放置在一个半密封的空间中，向此空间充入氮气后，氮气可以缓慢的将空气排出，因此在加热模块3四周设计了一个半密封模块4。

半密封模块4主要由密封罩401、第二氮气入口403、第一支架405、第二支架403和密封条406组成。其中第一支架405和第二支架403是给DBC板404限位的钣金件，此钣金件的尺寸与加热模块3支架槽b位置尺寸一致，保证半密封模块4与加热模块3配合动作时不会发生干涉。通过第一支架405和第二支架的纵横固定方式，可以将DBC板404限位在半密封模块4内部，如图5和图6所示。

密封罩401的侧壁上贯通设置有多个第二氮气入口403，本实施例中以两个为例，此处是整个DBC板404防氧化测试工装的第二个氮气入口，第二氮气入口403气管接头口径较小，是进行加热测试过程中补充氮气的通道。

本实施例具体的工装测试流程包括如下步骤：

步骤一：首先加热块302加热到指定温度(例如加热到175℃)后，被测试的DBC板404放入第二支架403上，将测试模块5、加热模块3和半密封模块4调整至测试位置，此时加热模块3和半密封模块4之间形成很小的排气通道，如图2所示。

步骤二：如图7所示，然后两个第二气缸201顶升，带动半密封模块4向上运动至指定位置，通过间密封条406，实现两个模块之间是密封的。此时第一氮气入口503和第二氮气入口403同时向密封罩401内部输送大量氮气。

两个模块之间的这种密封可以保证密封罩401内部的空气流向是固定的，即当充入氮气后，密封罩401内部的氮气和空气只会从排气通道b处排出，这样可以避免DBC板404周围的空气能够从唯一的出口排出，不会让空气倒流。

步骤三：如图8所示，通过步骤二已经将密封罩401内部的空气完全排出，然后两个第一气缸101动作，将加热模块3顶升至密封罩401内部。这个过程中，加热模块3会与被测试的DBC板404接触，并带动DBC板404脱离第二支架403，使DBC板404的上表面与测试模块5的测试探针502接触，让测试探针502压缩到指定行程，DBC板404被探针紧紧压在加热块302表面，与此同时第一氮气入口503停止输入氮气，第二氮气入口403继续输入少量氮气。

此时正式进行对DBC板404的加热过程，停止第一氮气入口503的氮气可以减少工装内部的热量损失，保留第二氮气入口403的氮气输入，可以持续为系统内部补充氮气，避免空气倒流。

当DBC测温电偶303检测到指定温度后，测试模块5开始对DBC板404进行电气测试。

步骤四：电气测试完成后，需要对DBC板404进行防氧化散热，即使用常温氮气对高温DBC板404进行降温处理。此时第二氮气入口403打开，重新给密封罩401内部注入大量氮气，之后第一气缸101带动加热模块3向下动作，将DBC板404与加热板脱离，DBC板404重新回到第二支架403上。此时第二氮气入口403输入的大量氮气将DBC板404的热量快速带走，达到给DBC板404降温的效果。

用推理方式推导出本发明的优点

本申请的技术方案加热温度最高能达到200℃。

本申请的技术方案加热方式是接触式加热，即加热源直接给DBC板404加热，没有中间转化流程，因此热转换效率高。

本申请的技术方案可以同时加热多个DBC板404，由于加热效率高，被加热的DBC板404尺寸可以比较大。

本申请的技术方案加工精度要求不高，所以材料的加工成本很低。

本发明构思的关键点

改变以往热传导和防氧化使用同一介质(氮气)的固有思路，本技术方案将加热介质和防氧化介质分开，氮气在此方案中只作为防氧化介质，不作为热传导使用。

具体的材料、防氧化气体成分可以变化，本专利不做限制。

DBC板404固定方式、限位方式，不局限于本专利中的支架，可以是绝缘块和弹簧，也可以是其他方式，本专利不做限制。

氮气的输入方式和输入位置可以变化，本专利不做限制。

以上描述是对本实用新型的解释，不是对实用新型的限定，本实用新型所限定的范围参见权利要求，在本实用新型的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (10)

1.一种防氧化的功率器件DBC高温测试工装，主要包括从上往下依次设置的测试模块(5)、半密封模块(4)和加热模块(3)；

所述半密封模块(4)中通过支架放置有待测的DBC板(404)；

所述测试模块(5)包括测试模块基板(501)，以及设置在测试模块基板(501)上对DBC板(404)进行测试的测试探针(502)；

所述半密封模块(4)为上下端敞口结构且具备垂直升降功能，能够间歇与测试模块(5)接触；

所述加热模块(3)具备垂直升降功能和加热功能，能够间歇位移至半密封模块(4)中，对DBC板(404)进行加热并顶起DBC板(404)与测试探针(502)进行接触测试；

所述测试模块(5)上还设置有向半密封模块(4)内释放氮气的第一氮气入口(503)，同时半密封模块(4)上还设置有第二氮气入口(402)，达到隔绝氧气和降温的作用。

2.如权利要求1所述的一种防氧化的功率器件DBC高温测试工装，其特征在于：所述测试模块(5)还包括与设备内部电性连接的电气接口(504)。

3.如权利要求1所述的一种防氧化的功率器件DBC高温测试工装，其特征在于：所述第一氮气入口(503)的位置与被测试DBC板(404)中心位置一致。

4.如权利要求1所述的一种防氧化的功率器件DBC高温测试工装，其特征在于：所述加热模块(3)包括从上往下依次设置的加热块(302)和隔热板(301)，加热块(302)上安装有电偶，加热块(302)包括上加热板(3022)和下加热板(3021)，上加热板(3022)和下加热板(3021)之间内置加热器，电偶包括DBC测温电偶(303)和加热板测温电偶(304)。

5.如权利要求4所述的一种防氧化的功率器件DBC高温测试工装，其特征在于：所述加热模块(3)的下端连接有第一升降平台(1)，第一升降平台(1)包括多个第一气缸(101)，以及连接在多个第一气缸(101)上的同一个第一安装板(102)，隔热板(301)固定于第一安装板(102)上。

6.如权利要求1所述的一种防氧化的功率器件DBC高温测试工装，其特征在于：所述半密封模块(4)包括密封罩(401)和连接在密封罩(401)内壁上的多个固定DBC板(404)的支架，支架包括纵横分布的第一支架(405)和第二支架(403)。

7.如权利要求6所述的一种防氧化的功率器件DBC高温测试工装，其特征在于：所述半密封模块(4)的下端连接有第二升降平台(2)，第二升降平台(2)包括第二安装板(202)，以及连接在第二安装板(202)下端的多个第二气缸(201)，且第二安装板与密封罩(401)固定连接，通过第二升降平台(2)控制半密封模块(4)间歇与测试模块(5)进行接触。

8.如权利要求7所述的一种防氧化的功率器件DBC高温测试工装，其特征在于：所述第二安装板(202)上预留加热模块(3)的活动通孔以及设置有方便排气的排气通道(a)。

9.如权利要求1所述的一种防氧化的功率器件DBC高温测试工装，其特征在于：所述半密封模块(4)上端设置有提高密封效果的密封条(406)。

10.如权利要求6所述的一种防氧化的功率器件DBC高温测试工装，其特征在于：所述加热模块(3)上设置有与支架相对应的支架槽(b)。