CN216051812U - 一种用于单芯片压接igbt器件功率循环测试夹具 - Google Patents
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Abstract
一种用于单芯片压接IGBT器件功率循环测试夹具涉及压接型IGBT器件测试领域，一种用于单芯片压接IGBT器件功率循环测试夹具，其特征在于，所述夹具包括均压组件、压力测量组件、第一绝缘板、第一铜排、第一水冷散热器组件、第二水冷散热器组件、第二铜排、第二绝缘板、位移补偿组件；所述均压组件包括绝缘顶压导杆、顶压板、均压钢球、均压座；所述位移补偿组件包括碟簧导杆、碟形弹簧、碟簧垫片、底板。本实用新型提供的装配结构更稳定，装配更简单，压力分布均匀，可实时显示压力大小，散热性能更好，控温精度更高的夹具。
Description
技术领域
本实用新型涉及压接型IGBT器件测试领域，具体涉及一种用于单芯片压接IGBT器件功率循环测试夹具。
背景技术
压接型IGBT(绝缘栅双极型晶体管)器件具备高功率密度，高可靠性等特点，是理想的大功率半导体开关器件。现已广泛应用到轻型交直流输电、大型工业驱动、能源等高端装备行业。
压接型IGBT器件在使用中自身会产生大量的热量，集电极铜受热发生翘曲，变形引起压接型IGBT压力分布不均，热阻继而增大，使得芯片结温上升，最终导致芯片性能降级或失效。目前，测试用单芯片压接型IGBT器件夹具的散热模块仅能给予压接型IGBT器件一定的散热，并不能确定器件电极表面温度。同时，功率循环测试中压接型IGBT器件所受压力未知，并不能根据测试条件调节。夹具整体结构稳定性差且装配复杂。
鉴于以上背景，需提供一种结构更稳定，装配更简单，散热性能佳，电极表面温度可调，压力分布更均匀，同时能够根据测试调节改变压力大小的压接型IGBT器件夹具
发明内容
为了改善上述问题，本实用新型提供了一种用于单个压接型IGBT器件功率循环测试的装配结构更稳定，装配更简单，压力分布均匀，可实时显示压力大小，散热性能更好，控温精度更高的夹具。
一种用于单芯片压接IGBT器件功率循环测试夹具，其特征在于，所述夹具包括均压组件、压力测量组件、第一绝缘板、第一铜排、第一水冷散热器组件、第二水冷散热器组件、第二铜排、第二绝缘板、位移补偿组件；
所述均压组件包括绝缘顶压导杆、顶压板、均压钢球、均压座；所述位移补偿组件包括碟簧导杆、碟形弹簧、碟簧垫片、底板；
所述均压钢球上表面与顶压板下表面球形凹槽接触，所述均压钢球下表面与均压座上表面球形凹槽接触；所述平面膜盒式压力传感器上表面与均压座下表面接触；所述平面膜盒式压力传感器下表面与压力传感器定位片接触；所述第一绝缘板上表面与压力传感器定位片下表面接触；所述第一绝缘板下表面与第一铜排上表面接触；所述水冷散热器上表面与第一铜排下表面接触；所述水冷散热器下表面与压接型IGBT器件上表面接触，；所述压接型IGBT器件下表面与水冷散热器上表面接触；所述水冷散热器下表面与第二铜排上表面接触；所述第二绝缘板上表面与第二铜排下表面接触；所述碟形弹簧导杆上表面与第二绝缘板下表面接触；所述碟形弹簧、碟簧垫片与碟形弹簧导杆同心装配，所述碟簧垫片下表面与底板上表面接触；所述碟形弹簧导杆下半部分置于底板通孔内。
所述顶压板下表面设有球形凹槽，半径与钢球相同，凹槽深度略小于钢球半径；所述顶压板四角设有圆形通孔。
所述均压座上表面设有球形凹槽，半径与钢球相同，凹槽深度略小于钢球半径；所述均压座下表面中心设有定位孔；所述均压座外缘设有沉头螺纹孔。
所述均压钢球设置于顶压板和均压座之间，球面与顶压板和均压座完全接触。
所述绝缘顶压导杆两端设置有外螺纹；所述绝缘顶压导杆底部与底板通过螺纹连接；所述绝缘顶压导杆通过顶压板圆形通孔，采用六角螺栓固定。
进一步，所述绝缘顶压导杆采用玻璃纤维增强塑料材料。
优选的，所述压力测量组件包括高精度平面膜盒式压力传感器和压力传感器定位片。
所述压力传感器定位片外缘设有沉头螺纹孔；所述压力传感器定位片下表面设有定位孔。
所述高精度平面膜盒式压力传感器垂直受压；所述高精度平面膜盒式压力传感器上表面与均压座通过沉头螺栓固定；所述高精度平面膜盒式压力传感器下表面与压力传感器通过沉头螺栓固定。
优选的，所述第一水冷散热器组件、第二水冷散热器组件分别包括水冷散热器、进水管路、出水管路、高低温测试一体机接口。
所述水冷散热器侧面设置有进水口与出水口；所述水冷散热器上、下表面设有定位孔，分别与第一铜排、第二铜排以及压接型IGBT器件表面完全接触，并通过定位销定位。
所述进水管路与水冷散热器进水口密闭连接。所述出水管路与水冷散热器出水口密闭连接。
所述高低温测试一体机与进水管路和出水管路密闭连接，形成强制水冷换热。
进一步，所述水冷散热器采用高导热铝合金材料。
优选的，所述位移补偿组件包括碟簧导杆、碟形弹簧、碟簧垫片、底板。
所述底板设有位移补偿孔；所述底板四周设有螺纹孔。
所述碟簧导杆上表面设有定位孔；所述碟簧导杆上表面与第二绝缘板完全接触，并通过定位销定位；所述碟簧导杆与底板位移补偿孔间隙配合。
所述碟形弹簧与碟簧导杆间隙配合。
所述碟簧垫片与碟簧导杆间隙配合；所述碟簧垫片与底板位移补偿孔间隙配合。
与最接近的技术方案相比，本实用新型具有如下显著进步：
(1)夹具各部分接触表面设有定位孔，定位孔内设有定位销，夹具各部分同心装配，结构更稳定；
(2)绝缘顶压导杆采用玻璃纤维增强塑料材料，能够在保证实验安全的同时满足施压需要；
(3)引入均压组件，压力通过顶压板至钢球，最后通过均压座施加到压接型IGBT器件上，解决了因施压带来的压力分布不均问题；
(4)压力测量组件置于夹具中，能够测量施压阶段压力大小，能够实时测量压接型IGBT器件工作过程中所受压力，便于确定测试条件，满足测试准确性。
(5)水冷散热器采用高导热铝合金，散热效果更好，与高低温测试一体机密闭连接，形成强制水冷换热，能够更准确的控制压接型IGBT器件表面的温度；
(6)位移补偿组件，即将碟形弹簧、碟簧导杆同心配合置于底板通孔，使夹具具备一定缓冲能力，降低夹具和器件直接损伤风险，提高夹具整体结构可靠性。
附图说明
图1为本实用新型提供的单芯片压接IGBT器件功率循环测试夹具结构图；
图2为本实用新型提供的单芯片压接IGBT器件功率循环测试夹具侧视图；
图3为本实用新型提供第一铜排、第二铜排结构图；
图4为本实用新型提供的水冷散热器结构图；
图5为本实用新型提供的定位销结构图。
具体实施方式
为了更好的理解本实用新型，下面结合说明书附图和实例对本实用新型的内容做进一步的说明。
如图1所示：本实用新型提供一种用于单芯片压接IGBT器件功率循环测试夹具包括：水平方向由下至上依次均压组件(绝缘顶压导杆4、顶压板1、均压钢球2、均压座3)、压力测量组件(平面膜盒式压力传感器6、压力传感器定位片7)、第一绝缘板8-1、第一铜排9-1、第一水冷散热器组件(水冷散热器10-1、进水管路11-1、出水管路12-1)、第二水冷散热器组件(水冷散热器10-2、进水管路11-2、出水管路12-2)、第二铜排9-2、第二绝缘板8-2、位移补偿组件(碟簧导杆13、碟形弹簧14、碟簧垫片15、底板16)，以上各部分接触表面设置有定位销凹槽，定位销17置于接触表面之间，竖直方向设置绝缘顶压导杆，水冷散热器水平方向设有进水管路、出水管路。
所述均压钢球2上表面与顶压板1下表面球形凹槽接触，所述均压钢球2下表面与均压座3上表面球形凹槽接触；所述平面膜盒式压力传感器6上表面与均压座3下表面接触；所述平面膜盒式压力传感器6下表面与压力传感器定位片7接触，所述定位销17置于两表面之间定位孔内；所述第一绝缘板8-1上表面与压力传感器定位片7下表面接触；所述第一绝缘板8-1下表面与第一铜排9-1上表面接触，所述定位销17置于两表面之间定位孔内；所述水冷散热器10-1上表面与第一铜排9-1下表面接触，所述定位销17置于两表面之间定位孔内；所述水冷散热器10-1下表面与压接型IGBT器件18上表面接触，所述定位销17置于两表面之间定位孔内；所述压接型IGBT器件18下表面与水冷散热器10-2上表面接触，所述定位销17置于两表面之间定位孔内；所述水冷散热器10-2下表面与第二铜排9-2上表面接触，所述定位销17置于两表面之间定位孔内；所述第二绝缘板8-2上表面与第二铜排9-2下表面接触，所述定位销17置于两表面之间定位孔内；所述碟形弹簧导杆13上表面与第二绝缘板8-2下表面接触，所述定位销17置于两表面之间定位孔内；所述碟形弹簧14、碟簧垫片15与碟形弹簧导杆13同心装配，所述碟簧垫片15下表面与底板上表面接触；所述碟形弹簧导杆13下半部分置于底板16通孔内。
所述绝缘顶压导杆4竖直放置，绝缘顶压导杆4底部螺纹与底板16螺纹匹配；所述绝缘顶压导杆4与顶压板1通孔同心装配，上部螺纹与六角螺栓5匹配。
所述水冷散热器10-1、10-2水平方向分别设有进水管路11-1、11-2和出水管路12-1、12-2；所述进水管路11-1、11-2与高低温测试一体机出水接口匹配；所述出水管路12-1、12-2与高低温测试一体机进水接口匹配。
如图2所示，所述顶压板1采用6061铝合金材料，强度适中，便于加工；所述顶压板1下表面设有球形凹槽，球形凹槽深度为2mm，小于均压钢球2的半径3mm；所述顶压板四角设有圆形通孔，与绝缘顶压导杆4形成间隙配合。所述均压座3上表面设有球形凹槽；所述均压座3下表面中心设有定位孔；所述均压座3外缘设有沉头螺纹孔。
所述碟簧导杆13采用6061铝合金材料；所述碟簧导杆13上表面设有定位孔；所述碟簧导杆13上表面与第二绝缘板8-2充分接触，通过定位销17实现同心装配；所述碟形弹簧14采用对合组合方式；所述碟形弹簧14与碟簧导杆13间隙配合；
所述底板16采用6061铝合金材料，强度适中，便于加工；所述所述底板16中心设有阶梯型通孔，所述碟簧垫片15置于阶梯上，所述碟簧导杆13底端置于通孔内；所述底板16四角设有螺纹孔，该螺纹孔与顶压板通孔同心。
所述绝缘顶压导杆4采用玻璃纤维增强塑料材料，该材料具有绝缘性、耐腐蚀、耐高温等特点，与塑料相比具备更高强度；所述绝缘顶压导杆4两端设有螺纹。
在具体实施时，所述绝缘顶压导杆4底部螺纹与底板16螺纹孔匹配，顶端穿过顶压板1通孔，通过六角螺栓固定；压力竖直方向经由顶压板1，钢球2，均压座3到达平面膜盒式压力传感器6；根据平面膜盒式压力传感器6测量结果改变螺栓紧固程度，达到测试所需的压力；压力增大过程中，所述碟形弹簧14发生小变形，压力稳定后保持不变；功率循环测试过程中，压接型IGBT器件18和夹具内部结构受热膨胀和受冷收缩，竖直方向高度改变，此时碟形弹簧高度发生适当改变，补偿变化的位移。
如图3所示，所述平面膜盒式压力传感器6为平膜感压，外壳和膜片为一体结构，高度低、使用简便、测量精准；所述平面膜盒式压力传感器6预置定位螺纹孔；所述压力传感器定位片7设有沉头螺纹孔，下表面设有定位孔。
所述第一绝缘板8-1、第二绝缘板8-2采用环氧玻璃纤维材料，有效绝缘，抗压性能强，保证测试安全；所述第一绝缘板8-1、第二绝缘板8-2设有凸台，上、下表面设有定位孔。
所述第一铜排9-1、第二铜排9-2采用紫铜材料；所述第一铜排9-1、第二铜排9-2侧边设有多个圆形通孔，用于引出电极；所述第一铜排9-1、第二铜排9-2圆形通孔处涂有导电膏，降低导线搭接处接触电阻；所述第一铜排9-1、第二铜排9-2圆心处设有定位孔，分别通过定位销17与第一绝缘板8-1、第二绝缘板8-2同心装配。
在具体实施时，所述平面膜盒式压力传感器6上端通过螺栓与均压座3紧密配合，顶面与均压座3底面充分接触；所述平面膜盒式压力传感器6下端通过螺栓与压力传感器定位片7紧密配合，底面与压力传感器定位片7顶面充分接触，保证压力分布均匀；所述压力传感器定位片7底面与第一绝缘板8-1顶面充分接触，通过定位销17实现同心装配。
如图4所示，水冷散热器10-1、10-2采用高导热铝合金材料，热导率高，电阻率低，散热效率高，实验误差小；所述水冷散热器10-1、10-2内部设有沟道，沟道位于芯片正下方；所述进水管路11-1、11-2、出水管路12-1、12-2分别与水冷散热器10-1、10-2采用全密闭管道式连接，形成强制水冷换热；
在具体实施时，所述进水管路11-1、11-2接入高低温测试一体机出水管路，出水管路12-1、12-2接入高低温测试一体机进水管路，管口均采用密封隔热胶带处理；启动高低温测试一体机，调节高低温测试一体机水温至测试所需壳温，待水温稳定，壳温稳定后启动测试平台。
Claims (8)
1.一种用于单芯片压接IGBT器件功率循环测试夹具，其特征在于，所述夹具包括均压组件、压力测量组件、第一绝缘板、第一铜排、第一水冷散热器组件、第二水冷散热器组件、第二铜排、第二绝缘板、位移补偿组件；
所述均压组件包括绝缘顶压导杆、顶压板、均压钢球、均压座；所述位移补偿组件包括碟簧导杆、碟形弹簧、碟簧垫片、底板；
所述压力测量组件包括平面膜盒式压力传感器和压力传感器定位片；
所述均压钢球上表面与顶压板下表面球形凹槽接触，所述均压钢球下表面与均压座上表面球形凹槽接触；所述平面膜盒式压力传感器上表面与均压座下表面接触；所述平面膜盒式压力传感器下表面与压力传感器定位片接触；所述第一绝缘板上表面与压力传感器定位片下表面接触；所述第一绝缘板下表面与第一铜排上表面接触；所述水冷散热器上表面与第一铜排下表面接触；所述水冷散热器下表面与压接型IGBT器件上表面接触；所述压接型IGBT器件下表面与水冷散热器上表面接触；所述水冷散热器下表面与第二铜排上表面接触；所述第二绝缘板上表面与第二铜排下表面接触；所述碟形弹簧导杆上表面与第二绝缘板下表面接触；所述碟形弹簧、碟簧垫片与碟形弹簧导杆同心装配，所述碟簧垫片下表面与底板上表面接触；所述碟形弹簧导杆下半部分置于底板通孔内。
2.如权利要求1所述的一种用于单芯片压接IGBT器件功率循环测试夹具，其特征在于，所述压力传感器定位片外缘设有沉头螺纹孔；所述压力传感器定位片下表面设有定位孔；平面膜盒式压力传感器垂直受压；平面膜盒式压力传感器上表面与均压座通过沉头螺栓固定；平面膜盒式压力传感器下表面与压力传感器通过沉头螺栓固定。
3.如权利要求1所述的一种用于单芯片压接IGBT器件功率循环测试夹具，其特征在于，所述第一水冷散热器组件、第二水冷散热器组件分别包括水冷散热器、进水管路、出水管路；
所述水冷散热器侧面设置有进水口与出水口；所述水冷散热器上、下表面设有定位孔，分别与第一铜排、第二铜排分别和压接型IGBT器件表面完全接触，并通过定位销定位；所述进水管路与水冷散热器进水口密闭连接；所述出水管路与水冷散热器出水口密闭连接；高低温测试一体机与进水管路和出水管路密闭连接；所述水冷散热器采用铝合金材料。
4.如权利要求1所述的一种用于单芯片压接IGBT器件功率循环测试夹具，其特征在于，
所述底板设有位移补偿孔；所述底板四周设有螺纹孔；所述碟簧导杆上表面设有定位孔；所述碟簧导杆上表面与第一绝缘板完全接触，并通过定位销定位；所述碟簧导杆与底板位移补偿孔间隙配合；所述碟形弹簧与碟簧导杆间隙配合；所述碟簧垫片与碟簧导杆间隙配合；所述碟簧垫片与底板位移补偿孔间隙配合。
5.如权利要求1所述的一种用于单芯片压接IGBT器件功率循环测试夹具，其特征在于，所述第一铜排、第二铜排采用紫铜材料；所述第一铜排、第二铜排侧边设有多个圆形通孔，引出电极；所述第一铜排、第二铜排圆形通孔处涂有导电膏；所述第一铜排、第二铜排圆心处设有定位孔，通过定位销与第一绝缘板、第二绝缘板同心装配。
6.如权利要求1所述的一种用于单芯片压接IGBT器件功率循环测试夹具，其特征在于，所述第一绝缘板、第二绝缘板采用环氧玻璃纤维材料，所述第一绝缘板、第二绝缘板设有凸台，上、下表面设有定位孔。
7.如权利要求1所述的一种用于单芯片压接IGBT器件功率循环测试夹具，其特征在于，所述绝缘顶压导杆采用玻璃纤维增强塑料材料；所述绝缘顶压导杆两端设有螺纹。
8.如权利要求1所述的一种用于单芯片压接IGBT器件功率循环测试夹具，其特征在于，所述平面膜盒式压力传感器为平膜感压，外壳和膜片为一体结构；所述平面膜盒式压力传感器预置定位螺纹孔。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN114779037A (zh) * | 2022-04-20 | 2022-07-22 | 北京工业大学 | Igbt模块功率循环-振动实验热阻在线测试装置及方法 |
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| CN118011170A (zh) * | 2024-02-04 | 2024-05-10 | 北京华电天德资产经营有限公司 | 6000a压接式半导体器件的功率循环试验系统及方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |