半导体器件的功率循环试验装置和系统制造方法及图纸

本发明专利技术属于半导体测试领域，提供一种半导体器件的功率循环试验装置和系统，系统包括工控机、加电设备、热学测试仪和试验装置，装置包括底座、电极设备、器件定位框、弹性压块设备和温度检测设备；加电设备在预设周期数内对电极设备进行循环加电；热学测试仪获取被测器件的电压，根据预先标定的电压结温曲线确定与被测器件的电压对应的结温；工控机控制加电设备在预设周期数内对电极进行循环加电，还获取被测器件的壳温和结温，在壳温、结温和结温变化量中的任一种不满足预设温度条件时控制加电设备停止工作，保证功率循环试验顺利进行，可靠性高，同时本发明专利技术利用机械结构紧固，避免损坏、连接脱落、老化等问题，可耐受大电流，使用寿命长。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件的功率循环试验装置和系统
本专利技术属于半导体测试领域，更具体地说，是涉及一种半导体器件的功率循环试验装置和系统。
技术介绍
电力电子器件集中应用于电机驱动、充放电、电源变换三大产品领域，随着第三代半导体技术和新能源汽车产业的发展，电力电子器件也迎来了新的发展机遇，市场需求快速增长，仅面向新能源汽车，国内每年的对车规级IGBT模块的需求量就有几百万只，电力电子器件正逐渐成为半导体产业的热点方向。相关产业的迅速发展为电力电子器件可靠性试验提供了广阔的市场需求。寿命试验是目前最常用和最有效的一种可靠性筛选试验方法，通过长时间电热应力作用激发器件内潜在工艺缺陷，诱发问题器件失效从而加以剔除或改进设计，保证产品质量，例如车规级电力电子器件，传统老炼寿命试验被改进为功率循环试验(参考标准AEC-Q101-REV-D1、MIL-STD-750、IEC60749-34)，也称间歇工作寿命试验，即通过间歇性的通断状态实现循环加电，目的是为了贴近逆变技术等应用背景下器件的真实工作状态。大功率半导体器件的功率循环试验对试验装置提出了新的技术挑战。功率循环试验中，通过控制大电流的通断状态使被测器件结温在最大值与最小值间快速循环。功率循环试验中常常要求器件通断状态的结温变化量△TJ≥100℃，并在数秒内完成转换，温度变化范围大、变化速度快。根据标准IEC60749-34，功率循环中的通断时间如不采用固定时间设置，则应该通过监测散热器温度TS或壳温来控制，并要求一个循环周期结束、重新加电前结温和壳温的温差不能超过5℃，这种控制策略在评价引线失效的同时兼顾了焊料层疲劳老化失效。因此，器件结温和壳温的监测与控制是功率循环试验的关键内容，另一方面，由于电力电子器件功率大，要求装置耐受大电流，但传统老炼寿命试验装置不能满足这些需求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种半导体器件的功率循环试验装置和系统，以解决传统功率循环试验对结温和壳温的控制不满足实验需求，试验装置易老化、成本高的问题。本专利技术实施例的第一方面提供一种半导体器件的功率循环试验装置，包括：底座，上表面设有第一深度凹槽和与所述第一深度凹槽的上边缘相交的第二深度凹槽，以及在所述第二深度凹槽内设置通孔，所述第一深度凹槽与所述第二深度凹槽相交的区域为器件区域，所述第一深度大于所述第二深度；电极设备，固定在所述第一深度凹槽中，与外部加电设备连接，被测器件放置在所述电极设备上的所述器件区域；器件定位框，固定在所述第二深度凹槽中，用于固定所述电极设备上的所述被测器件；弹性压块设备，设置在被测器件上方，两端与所述底座连接，用于固定所述定位框内所述被测器件；温度检测设备，固定在所述通孔中，用于获取试验过程中的所述被测器件的壳温，并将所述壳温发送给外部工控机。进一步地，所述电极设备包括：电极隔离定位框，固定在所述第一深度凹槽中，包括第一隔离槽和第二隔离槽，且所述第一隔离槽和所述第二隔离槽之间设有第三深度凹槽，所述第三深度凹槽用于放置被测器件；第一电极，通过第一固定器件固定在所述第一隔离槽中，且第一端与外部加电设备连接，第二端与被测器件连接，其中，在所述第一固定器件上，所述第一隔离槽与所述第一电极之间的位置设有弹簧；第二电极，通过第二固定器件固定在所述第二隔离槽中，且第一端与外部加电设备连接，第二端与被测器件连接，其中，在所述第二固定器件上，所述第二隔离槽与所述第二电极之间的位置设有弹簧；所述第一电极与所述第二电极对称固定在所述电极隔离定位框。进一步地，在所述第一电极和所述第二电极上与所述被测器件连接的位置均进行磨砂处理。进一步地，所述底座、所述第一电极和所述第二电极均采用铜材料制备。进一步地，所述弹性压块设备包括：压块壳体，通过至少两个定位螺钉固定在所述底座上方，其中，在所述定位螺钉上，所述壳体与所述底座之间的位置设有弹簧；压块本体，通过轴位螺钉固定在所述壳体下端；调节旋钮，设置在所述定位螺钉顶端，用于调节所述压块本体对被测器件的压力。进一步地，所述电极隔离定位框、器件定位框和所述压块本体均采用陶瓷材料制备。本专利技术实施例的第二方面提供一种半导体器件的功率循环试验系统，包括：工控机、加电设备、热学测试仪和如权利要求1至6任一项所述的半导体器件的功率循环试验装置；所述加电设备，与所述工控机和所述功率循环试验装置的电极设备连接，用于在预设周期数内对所述电极设备进行循环加电；所述热学测试仪，与所述工控机和所述电极设备连接，用于根据用户输入标定电压结温曲线，并在试验过程中所述加电设备未加电时，对所述电极设备输出预设电流并获取被测器件的电压，根据所述电压结温曲线确定与所述被测器件的电压对应的结温，将所述结温发送给所述工控机；所述工控机，与所述功率循环试验装置连接，用于控制所述加电设备在预设周期数内对所述电极设备进行循环加电，还获取被测器件的壳温和所述结温，在所述壳温、所述结温和结温变化量中的任一种不满足预设温度条件时控制所述加电设备停止工作。进一步地，所述工控机具体用于：在所述壳温大于预设壳温时，发出警报并控制所述加电设备停止工作；在所述结温大于预设结温时，发出警报并控制所述加电设备停止工作；在结温变化量不满足预设变化量时控制所述加电设备停止工作。进一步地，所述加电设备包括：直流电源和负载开关；所述直流电源的第一电压端与所述电极设备其中的一端连接，所述直流电源的第二电压端与所述负载开关的第一端连接，所述直流电源的地端与所述功率循环试验装置的底座连接；所述负载开关的第二端与所述电极设备其中的另一端连接；所述工控机通过控制所述负载开关的通断使所述直流电源在预设周期数内对所述电极设备进行循环加电。进一步地，所述半导体器件的功率循环试验系统还包括：散热台和散热设备；所述半导体器件的功率循环试验装置固定在所述散热台上，所述散热台在所述加电设备加电时对所述半导体器件的功率循环试验装置进行散热；所述散热设备设置在所述散热台的一侧，在所述加电设备未加电时所述工控机控制所述散热设备对所述半导体器件的功率循环试验装置进行散热。本专利技术实施例中半导体器件的功率循环试验装置和系统与现有技术相比的有益效果在于：装置主要包括底座、电极设备、器件定位框、弹性压块设备和温度检测设备，利用机械结构紧固，避免损坏、连接脱落、老化等问题，可耐受大电流，降低了成本，使用寿命长；系统主要包括工控机、加电设备、热学测试仪和试验装置，加电设备在预设周期数内对电极设备进行循环加电，热学测试仪获取被测器件的电压，根据预先标定的电压结温曲线确定与被测器件的电压对应的结温，工控机获取被测器件的壳温和结温，在壳温、结温和结温变化量中的任一种不满足预设温度条件时控制加电设备停止工作，保证功率循环试验顺利进行，可靠性高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件的功率循环试验装置，其特征在于，包括：/n底座，上表面设有第一深度凹槽和与所述第一深度凹槽的上边缘相交的第二深度凹槽，以及在所述第二深度凹槽内设置通孔，所述第一深度凹槽与所述第二深度凹槽相交的区域为器件区域，所述第一深度大于所述第二深度；/n电极设备，固定在所述第一深度凹槽中，与外部加电设备连接，被测器件放置在所述电极设备上的所述器件区域；/n器件定位框，固定在所述第二深度凹槽中，用于固定所述电极设备上的所述被测器件；/n弹性压块设备，设置在被测器件上方，两端与所述底座连接，用于固定所述定位框内所述被测器件；/n温度检测设备，固定在所述通孔中，用于获取试验过程中的所述被测器件的壳温，并将所述壳温发送给外部工控机。/n

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件的功率循环试验装置，其特征在于，包括：
底座，上表面设有第一深度凹槽和与所述第一深度凹槽的上边缘相交的第二深度凹槽，以及在所述第二深度凹槽内设置通孔，所述第一深度凹槽与所述第二深度凹槽相交的区域为器件区域，所述第一深度大于所述第二深度；
电极设备，固定在所述第一深度凹槽中，与外部加电设备连接，被测器件放置在所述电极设备上的所述器件区域；
器件定位框，固定在所述第二深度凹槽中，用于固定所述电极设备上的所述被测器件；
弹性压块设备，设置在被测器件上方，两端与所述底座连接，用于固定所述定位框内所述被测器件；
温度检测设备，固定在所述通孔中，用于获取试验过程中的所述被测器件的壳温，并将所述壳温发送给外部工控机。


2.如权利要求1所述的半导体器件的功率循环试验装置，其特征在于，所述电极设备包括：
电极隔离定位框，固定在所述第一深度凹槽中，包括第一隔离槽和第二隔离槽，且所述第一隔离槽和所述第二隔离槽之间设有第三深度凹槽，所述第三深度凹槽用于放置被测器件；
第一电极，通过第一固定器件固定在所述第一隔离槽中，且第一端与外部加电设备连接，第二端与被测器件连接，其中，在所述第一固定器件上，所述第一隔离槽与所述第一电极之间的位置设有弹簧；
第二电极，通过第二固定器件固定在所述第二隔离槽中，且第一端与外部加电设备连接，第二端与被测器件连接，其中，在所述第二固定器件上，所述第二隔离槽与所述第二电极之间的位置设有弹簧；
所述第一电极与所述第二电极对称固定在所述电极隔离定位框。


3.如权利要求2所述的半导体器件的功率循环试验装置，其特征在于，在所述第一电极和所述第二电极上与所述被测器件连接的位置均进行磨砂处理。


4.如权利要求2所述的半导体器件的功率循环试验装置，其特征在于，所述底座、所述第一电极和所述第二电极均采用铜材料制备。


5.如权利要求2所述的半导体器件的功率循环试验装置，其特征在于，所述弹性压块设备包括：
压块壳体，通过至少两个定位螺钉固定在所述底座上方，其中，在所述定位螺钉上，所述壳体与所述底座之间的位置设有弹簧；
压块本体，通过轴位螺钉固定在所述壳体下端；
调节旋钮，设置在所述定位螺钉顶端，用于调节所述压块本体对被测器件的压力。


6.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：迟雷，桂明洋，高蕾，黄杰，彭浩，高金环，陈龙坡，张瑞霞，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十三研究所，
类型：发明
国别省市：河北;13