IGBT器件动态测试用夹具及方法与流程

igbt器件动态测试用夹具及方法
技术领域
1.本发明涉及igbt器件技术领域，特别地涉及一种igbt器件动态测试用夹具及方法。


背景技术：

2.igbt动态测试是了解器件在具体应用工况下真实表现的重要技术手段，通过搭建半桥电路进行测试，获取igbt器件开关过程参数，以确认驱动信号死区时间的选择和损耗的计算，并评估驱动参数选取是否合理，同时获得器件内部封装的反并联二极管特性，包括二极管反向恢复电流、反向安全工作区(rrsoa)和关断波形等，以评估其是否满足要求。
3.igbt器件实际应用时，连接线路寄生杂散电感对igbt的开关特性存在明显的影响，且较大di/dt使线路中的杂散电感产生瞬时过电压，不仅减少了igbt器件的使用寿命、增加了器件功耗，甚至可能击穿器件，而线路杂散电感量越大，产生的瞬时过电压就越高，因此需要对连接线路做低电感设计，所以器件动态测试回路也需满足低电感要求，才能使测试参数接近实际应用值。
4.现有的动态测试方法中，一种是通过固件夹具将器件手动压装成组件后，再进行测试。该方法由于其支撑电容与组件导线连接，因此连接导线上寄生杂散电感大；并且需要手动组装及拆卸组件，劳动强大大，效率低，且存在器件压装受力不均的问题。另一种方法是通过自动升降夹具，将器件放置于夹具内，再引出电极进行测试。该方法中并未进行低电感设计，因此测试电路中杂散电感大；并且每测量都需要重复拆卸电容与被测组件电极间的连接导线，工作量大，操作复杂。


技术实现要素：

5.本发明提供一种igbt器件动态测试用夹具及方法，用于降低测试电路中杂散电感。
6.根据本发明的第一个方面，本发明提供一种igbt器件动态测试用夹具，包括：
7.第一夹具，其用于夹持第一igbt器件；
8.第二夹具，其用于夹持第二igbt器件；以及
9.支撑架，所述第一夹具和所述第二夹具分别设置在所述支撑架的两侧，且所述支撑架设置在所述第一igbt器件和所述第二igbt器件之间；
10.其中，所述第一夹具位于所述第一igbt器件两侧的部分关于所述第一igbt器件对称，所述第一夹具上与所述第一igbt器件相接触的部分构造为层叠结构；和/或
11.所述第二夹具位于所述第二igbt器件两侧的部分关于所述第二igbt器件对称，所述第二夹具上与所述第二igbt器件相接触的部分构造为层叠结构。
12.在一个实施方式中，所述第一夹具包括第一导电母排，所述第二夹具包括第二导电母排，所述第一导电母排构造为u形结构，所述第二导电母排构造为倒u形结构，所述第二导电母排和所述第一导电母排依次在竖直方向上层叠地设置。
13.在一个实施方式中，所述第一导电母排的底部和/或所述第二导电母排的顶部构造为层叠结构，所述层叠结构包括依次层叠设置的第一导电层、绝缘层和第二导电层，所述层叠结构上分别设置有负极连接端子和正极连接端子。
14.在一个实施方式中，述第一igbt器件的发射极与集电极分别与所述第一导电母排及所述支撑架的一侧相接触，所述第二igbt器件的发射极与集电极分别与所述支撑架的另一侧以及所述第二导电母排相接触，以使所述第一igbt器件与所述第二igbt器件串联。
15.在一个实施方式中，所述第一夹具还包括设置在所述第一导电母排的底部内侧的第一导电块，所述第一导电块用于与所述第一igbt器件的发射极接触；和/或
16.所述第二夹具还包括设置在所述第二导电母排的顶部内侧的第二导电块，所述第二导电块用于与所述第二igbt器件的集电极接触；
17.其中，所述第一导电块或所述第二导电块与所述正极连接端子相连。
18.在一个实施方式中，所述支撑架包括支撑板以及设置在所述支撑板上的导电凸块，所述导电凸块的两端分别在所述支撑板的两侧凸出设置，所述导电凸块的第一端朝向所述第一夹具的一侧且用于与所述第一igbt器件的集电极接触，所述导电凸块的第二端朝向所述第二夹具的一侧且用于与所述第二igbt器件的发射极接触。
19.在一个实施方式中，所述支撑板上设置有过孔，所述导电凸块贯穿所述过孔；所述过孔的内壁及两端均设置有绝缘层。
20.在一个实施方式中，所述第一夹具还包括设置在所述第一导电母排的底部外侧的第一绝缘板，所述第一绝缘板上设置有所述绝缘件，所述绝缘件将所述第一导电母排与所述第一绝缘板固定；和/或
21.所述第二夹具还包括设置在所述第二导电母排的底部外侧的第二绝缘板，所述第二绝缘板上设置有所述绝缘件，所述绝缘件将所述第二导电母排与所述第二绝缘板固定。
22.在一个实施方式中，在测试状态，所述第一夹具和所述第二夹具之间能够产生相对运动以改变二者之间的距离，使所述第一igbt器件的集电极与所述导电凸块的第一端接触，所述第二igbt器件的集电极与所述第二导电块接触，并使所述第一导电母排的端部穿过所述支撑架后与所述第二导电母排的端部相接触；和/或所述第二导电母排的端部穿过所述支撑架后与所述第一导电母排的端部相接触，以形成电流回路。
23.在一个实施方式中，所述支撑架上还设置有压机，所述压机用于在测试状态使所述第一导电母排的端部与所述第二导电母排的端部压合接触。
24.在一个实施方式中，所述支撑架上设置有用于使所述第一导电母排的端部或所述第二导电母排的端部穿过的通孔，所述通孔的端部设置有绝缘板。
25.根据本发明的第二个方面，本发明提供一种采用上述的igbt器件动态测试用夹具进行测试的方法，包括以下子步骤：
26.s11：将所述第一igbt器件放置在所述第一夹具中；
27.s12：将所述第二igbt器件放置在所述导电支支撑板上；
28.s13：使所述第一夹具和所述支撑架向靠近所述第二夹具的方向移动，使所述支撑架的其中一侧与所述第一igbt器件相接触，所述第二夹具与所述第二igbt器件相接触，且所述第一夹具的端部和所述第二夹具的端部相接触；或者
29.使所述第二夹具和所述支撑架向靠近所述第一夹具的方向移动，使所述第二夹具
先与所述第二igbt器件相接触，并且所述支撑架的其中一侧后与所述第一igbt器件相接触，且所述第一夹具的端部和所述第二夹具的端部相接触。
30.与现有技术相比，本发明的优点在于：通过将第一夹具和第二夹具分别设置为关于第一igbt器件和第二igbt器件对称且具有层叠结构，则电流路径为镜像对称，从而利用电磁耦合原理降低测试电路中杂散电感，有助于提升器件动态参数测试的可靠性。
附图说明
31.在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。
32.图1是本发明的实施例中igbt器件动态测试用夹具在非测试状态的结构示意图；
33.图2是本发明的实施例中igbt器件动态测试用夹具在测试状态的结构示意图；
34.图3是本发明的实施例中igbt器件的结构示意图；
35.图4是本发明的实施例中igbt器件动态测试电路拓扑图；
36.图5是本发明的实施例中直流母线电容与igbt器件连接结构示意图；
37.图6是本发明的实施例中叠层母排物理模型示意图；
38.图7是本发明的实施例中电流的流通示意图；
39.图8是本发明的实施例中第一igbt器件和第二igbt器件串联结构示意图；
40.图9是图2所示的支撑板的俯视图；
41.图10是图1所示的支撑架的正视图。
42.附图标记：
43.100-第一夹具；110-第一导电母排；120-第一igbt器件；130-第一导电块；140-第一绝缘板；
44.200-第二夹具；210-第二导电母排；220-第二igbt器件；230-第二导电块；240-第二绝缘板；
45.213-第一导电层；214-绝缘层；215-第二导电层；216-负极连接端子；217-正极连接端子；
46.300-支撑架；301-支撑板；302-导电凸块；303-过孔；304-绝缘围板；305-连接孔；
47.310-第三导电块；320-第四导电块；330-压机；340-通孔；350-绝缘板；
48.400-绝缘件；500-紧固件；600-定位销。
具体实施方式
49.下面将结合附图对本发明作进一步说明。
50.如图1和2所示，根据本发明的第一个方面，本发明提供一种igbt器件动态测试用夹具，其包括第一夹具100、第二夹具200以及支撑架300。其中，第一夹具100用于夹持第一igbt器件120，第二夹具200用于夹持第二igbt器件220，支撑架300设置在第一igbt器件120和第二igbt器件220之间，第一夹具100和第二夹具200分别位于支撑架300的两侧，并以支撑架300为对称轴大致对称地设置。
51.如图3所示，以第一igbt器件120和第二igbt器件220为压接型igbt器件为例进行说明。二者均属于平板型功率器件，采用饼形封装形式。二者内部构造大致相同，主要由芯片、钼片、铝导电柱、碟簧弹性组件、pcb电路板、限位框、管盖及管座等部件构成，通过管盖
(上端)、管座(下端)分别引出器件集电极c和发射极e，由于器件内部构成部件通过塔形叠放方式组装在一起，部件之间存在较大热阻和电阻，器件正常使用时，需要在器件两端施加一定压力，使各部件间形成良好电气连接，同时减少各部件间的热阻和电阻。
52.如图4所示，为igbt器件动态测试电路图，其采用半桥电路，其中c
dc-link
为直流母线电容，igbt
_aux
为陪测器件，igbt
_dut
为被测器件，l
load
为电感负载(电感值较大)。杂散电感分布包括：直流母线电容到被测器件和陪测器件之间连接母排的寄生杂散电感分别为l
σ1
、l
σ4
，被测器件与陪测器件之间连接线上的寄生杂散电感分别为l
σ2
、l
σ3
。在动态测试时，需尽量降低杂散电感电感值l
σ1
、l
σ2
、l
σ3
和l
σ4
。
53.下面通过优选的实施例来详细说明本发明所采取的降低杂散电感值l
σ1
、l
σ2
、l
σ3
和l
σ4
的技术方案。在下文中，为了清楚地说明本发明的构思，示例性地，第一igbt器件120为被测器件，第二igbt器件220为陪测器件。
54.首先，为了降低直流母线电容到被测器件和陪测器件之间连接母排部分的杂散电感l
σ1
和l
σ4
的电感量，采用对称结构及叠层母排结构来实现。
55.具体来说，第一夹具100位于第一igbt器件120两侧的部分关于第一igbt器件120对称，第一夹具100上与第一igbt器件120相接触的部分构造为层叠结构；和/或第二夹具200位于第二igbt器件120两侧的部分关于第二igbt器件120对称，第二夹具200上与第二igbt器件120相接触的部分构造为层叠结构。
56.进一步地，第一夹具100包括第一导电母排110；第二夹具200包括第二导电母排210。其中，上述的对称结构也可是u形连排结构。例如，第一导电母排110构造为u形结构，第一igbt器件120设置在第一导电母排110中；同样地，第二导电母排210构造为倒u形结构，第二igbt器件120设置在第二导电母排210中。
57.第二导电母排210和第一导电母排110依次在竖直方向上层叠地设置。换言之，第二导电母排210倒扣在第一导电母排110之上，如此设置，该结构在水平方向上左右大致地对称；且在竖直方向上关于支撑架300上下大致地对称，从而能够为电流提供完全对称的流通路径，从而通过电磁耦合原理达到抑制杂散电感l
σ1
、l
σ4
的目的。
58.进一步地，第一导电母排110的底部和/或第二导电母排210的顶部构造为层叠结构，该层叠结构包括依次层叠设置的第一导电层213、绝缘层214和第二导电层215。
59.如图5所示，示例性地，第二导电母排210的顶部构造为层叠结构。层叠结构上分别设置有负极连接端子216和正极连接端子217。
60.叠层母排结构的物理模型如图6所示，图6中的箭头表示电流的流向。第一导电层213和第二导电层215的箭头分别表示电流的流入和流出方向，二者形成一对镜像电流，从而通过电磁耦合原理达到抑制杂散电感l
σ1
、l
σ4
的目的。
61.进一步地，图7中的箭头示出了第一导电母排110和第二导电母排210的电流流通路径。电流依次流经第一igbt器件120和第二igbt器件220，并通过第一导电母排110分成两条支路，由于第一导电母排110和在第二导电母排210均为左右对称的结构，那么这两条支路上的电流基本一致，同样形成了对称的镜像电流，从而达到通过电磁耦合原理达到抑制杂散电感l
σ1
、l
σ4
的目的。
62.其次，为了降低被测器件与陪测器件之间连接线上的寄生杂散电感l
σ2
和l
σ3
，采用叠层堆放的结构形式。
63.具体来说，第一igbt器件120的发射极e与集电极c分别与第一导电母排110及支撑架300的一侧相接触，第二igbt器件220的发射极e与集电极c则分别与支撑架300的另一侧以及第二导电母排210相接触，以使第一igbt器件120与第二igbt器件220串联，如图8所示。较之现有技术中采用连接线进行连接的方式，本发明的第一igbt器件120和第二igbt器件220串联叠层堆放的结构形式，能够降低第一igbt器件120和第二igbt器件220之间的杂散电感l
σ2
和l
σ3
。
64.进一步地，第一夹具100还包括位于第一导电母排110的底部内侧的第一导电块130，第一导电块130用于与第一igbt器件120的发射极e接触。第二夹具200还包括位于第二导电母排210的顶部内侧的第二导电块230，第二导电块230用于与第二igbt器件220的集电极c与接触。
65.此外，第一导电块130或第二导电块230与正极连接端子相连。
66.进一步地，支撑架300包括支撑板301以及设置在支撑板301上的导电凸块302，其中，导电凸块302的两端分别在支撑板301的两侧凸出设置。从而使导电凸块301的第一端(下文称为第三导电块310)朝向第一夹具100的一侧设置且用于与第一igbt器件120的集电极c接触，并且导电凸块301的第二端(下文称为第四导电块320)朝向第二夹具200的一侧设置且用于与第二igbt器件220的发射极e接触。
67.具体来说，如图9和10所示，支撑板301上设置有过孔303，导电凸块302构造为工字型结构，过孔303的内径大于导电凸块302的最大宽度，使导电凸块302能够顺利地放入过孔303中，并且导电凸块302的第一端，即第三导电块310在支撑板301的下方，从而朝向第一夹具100的一侧；而第四导电块320在支撑板301的上方，从而朝向第二夹具200的一侧。
68.此外，为了保证支撑板301与导电凸块302之间的电气隔离，在过孔303的内壁以及两端均设置有绝缘层。
69.具体来说，在过孔303的两端的绝缘层为绝缘围板304，其可以是环氧树脂板。由于过孔303的内径大于导电凸块302的最大宽度，因此为了使导电凸块302与支撑板301能够固定，在导电凸块302的第一端，即第三导电块310与支撑板301的上侧表面之间设置有绝缘围板304，该绝缘围板304不仅将第三导电块310与支撑板301进行固定，并且使二者电气隔离；可以理解地，在导电凸块302的第二端，第四导电块320与支撑板301的下侧表面之间也设置有绝缘围板304，同样地，该绝缘围板304将第四导电块320与支撑板301进行固定的同时还使二者电气隔离。
70.进一步地，绝缘围板304可以是分体式结构，例如通过4块绝缘板围成环形的绝缘围板604，以便于放置。
71.此外，在过孔303的内壁上的绝缘层可以是环氧树脂板。换言之，支撑板301仅起到支撑的作用，而导电凸块302则起到引导电流的作用。
72.因此可以理解地，导电凸块302由金属材料制成；支撑板301可由绝缘或不绝缘的制成。优选地，为了提高支撑板301的刚度，支撑板301也由金属材料制成。当支撑板301由不绝缘的材料，例如塑料等制成时，可以不必在过孔的两端和内壁在设置绝缘层。
73.由于第二igbt器件220的第二发射极e与第一igbt器件120的集电极c分别通过第四导电块320和第三导电块310直接相连，从而可将杂散电感l
σ2
和l
σ3
降得很低。
74.如图1所示，在非测试状态下，第一igbt器件120的集电极c与第三导电块310分离，
其发射极e设置在第一导电块130上；第二igbt器件220的集电极c与第二导电块230分离，其发射极e设置在第四导电块320上。
75.如图2所示，在测试状态，第一夹具100和支撑架300向着靠近第二夹具200的方向运动，则第一igbt器件120的集电极c和发射极e分别与第三导电块310和第一导电块130相接触；第二igbt器件220的集电极c和发射极e分别与第二导电块230和第四导电块320相接触；同时，第一导电母排110的端部还与第二导电母排210的端部相接触，以形成一个完整的电流回路。
76.下面以第二导电母排210的顶部构造为层叠结构对本发明的电流回路进行详细地说明。
77.如图5所示，负极连接端子216和正极连接端子217分别设置在第二导电母排210的顶部。
78.在测试状态，负极连接端子216和正极连接端子217分别与直流母线电容的负极和正极相连。正极连接端子217与第二导电块230接触，由此将电流引入。由于第二导电块230与第二igbt器件220的集电极c接触，第二igbt器件220的发射极e与第四导电块320接触，第四导电块320设置在支撑板301的上侧，支撑板301的下侧设置有第三导电块310，第三导电块310与第一igbt器件120的集电极c接触，第一igbt器件120的发射极e与第一导电块130接触，第一导电块130设置在第一导电母排110上，从而电流依次流过上述相互接触的部件。如图7所示，在第一导电母排110的底部电流分为两条支路，分别沿第一导电母排110的两侧返回，由于第一导电母排110的两侧分别与第二导电母排210的两侧相接触，因此电流返回至第二导电母排210的两侧，并到达负极连接端子216从而与直流母线电容形成电流回路。
79.在一些实施例中，第一夹具100还包括位于第一导电母排110的底部外侧的第一绝缘板140，第二夹具200还包括位于第二导电母排210的顶部外侧的第二绝缘板240，第一绝缘板140和第二绝缘板240上均设置有绝缘件400。
80.绝缘件400为l形结构，通过绝缘件400可限制第一导电母排110在第一绝缘板140上沿x轴方向上的位移自由度，以及第二导电母排210在第二绝缘板240沿x轴方向上的位移自由度。其中，绝缘件400可设置为环氧树脂板。
81.此外，第一绝缘板140上还设置有紧固件500，例如紧固螺栓，该紧固件500贯穿第一导电母排110的底部并伸入第一导电块130中，从而将限制第一导电母排110和第一导电块130在y轴方向的位移自由度。
82.同样地，第二绝缘板240上也设置有紧固件500，该紧固件500贯穿第二导电母排210的顶部并伸入第二导电块230中，从而将限制第二导电母排210和第二导电块230在y轴方向的位移自由度。
83.此外，第一导电块130和第二导电块230均由金属材料制成。第一绝缘板140和第二绝缘板240均可设置为环氧树脂板。
84.第一导电块130上与第一igbt器件120相接触的表面设置有定位销600，该定位销600位于第一导电块130的中间位置处，第一igbt器件120的底部设置有相应的安装孔，通过将定位销600伸入安装孔中，从而保证第一igbt器件120的安装位置不会偏移。第四导电块320上也设置有定位销600，以保证第二igbt器件220的安装位置不会偏移。
85.在一些实施例中，为了便于在非测试状态时第一igbt器件120和第二igbt器件220
的放置，以及在测试状态时快速地形成电流回路，本发明通过在测试状态改变第一夹具100和第二夹具200之间的距离，以使第一igbt器件120分别与第一夹具100和导电凸块302的第一端，即第三导电块310相接触，第二igbt器件220分别与第二夹具200以及导电凸块302的第二端，即第四导电块320相接触，第一夹具100的端部与第二夹具200的端部相接触，从而形成电流回路。
86.由此，本发明的igbt器件动态测试用夹具无需手动将夹具与igbt器件进行组装以及拆卸，仅需将igbt器件放入相应的夹具中即可，其自动化程度较高，能够极大地减轻测试人员劳动强度，并提升动态测试效率。
87.其中，改变第一夹具100和第二夹具200之间的距离可以通过使二者之间产生相对位移来实现。例如，第一夹具100和第二夹具200可根据需要，将其中一者设置为能够运动，另一者设置为固定；或者将二者设置为均能够运动，即进行相对运动，本发明对此并不进行限定。
88.可以理解地，若第一夹具100和第二夹具200二者中的其中一者为固定，另一者为能够运动，那么支撑架300应当设置为能够随之相应地进行移动，以使各部件之间能够相互接触；若第一夹具100和第二夹具200二者皆可移动，那么支撑架300可固定，以使各部件之间能够相互接触。
89.在测试状态，第一夹具100及支撑架300均向着靠近第二夹具200的方向运动，使第一igbt器件120的集电极c与第三导电块310接触，第二igbt器件220的集电极c与第二导电块230接触。并且第一夹具100与第二夹具200的相对运动还可使第一导电母排110的端部穿过支撑架300后与第二导电母排210的端部相接触；和/或第二导电母排210的端部穿过支撑架300后与第一导电母排110的端部相接触，从而形成电流回路。
90.为了保证测试状态下，第一导电母排110的端部与第二导电母排210的端部的有效接触，支撑板301上还设置有压机330。其中，压机330为启动压机，其设置在第一导电母排110的端部的外侧或第二导电母排210的端部的外侧。通过压机330施加沿x轴方向的力，从而可使第一导电母排110的端部与第二导电母排210的端部压合接触，以保证二者之间的有效、可靠的连接。
91.进一步地，支撑板301上设置有连接孔305，连接孔305设置在支撑板301的边缘处，用于安装压机升降导柱。如图9所示的实施例中，连接孔305设置有4个，换言之，压机330也对应地设置有4个。
92.此外，为了便于第一导电母排110的端部与第二导电母排210的端部的接触，支撑架300上设置有用于使第一导电母排110的端部和/或第二导电母排210的端部穿过的通孔340，在第一导电母排110运动时，其端部逐渐地伸入通孔340中，并穿透该通孔340到达第一导电母排110的端部内侧，通过压机330的压合作用，二者即可电气导通。
93.进一步地，通孔340的两端及内壁均设置有绝缘层。例如在通孔340的两端分别设置绝缘板350。绝缘板350可以是环氧树脂板，以防止第一导电母排110和第二导电母排210对支撑板301放电。
94.根据本发明的第二个方面，本发提供一种igbt器件动态测试方法，其采用上述的igbt器件动态测试用夹具。具体来说，该方法包括以下步骤。
95.第一步，将第一igbt器件120放置在第一夹具100中，使第一igbt器件120的发射极
e与第一导电母排110中的第一导电块130接触，并使第一导电块130上的定位销600伸入第一igbt器件120的底部的安装孔中，保证第一igbt器件120位于第一导电母排110的中间位置处。
96.第二步，将第二igbt器件220放置在第二夹具200中，使第二igbt器件220的发射极e与支撑板301上的第四导电块320接触，并使第四导电块320上的定位销600伸入第二igbt器件220的底部的安装孔中，保证第二igbt器件220位于第二导电母排210的中间位置处。
97.第三步，使第一夹具100和支撑架300向靠近第二夹具200的方向移动，使支撑板301的第三导电块310先与第一igbt器件120的集电极c相接触，随后第二导电块230与第二igbt器件220的集电极c相接触，并且第一导电母排110的端部与第二导电母排210的端部相接触，从而形成电流回路。
98.或者也可使第二夹具200和支撑架300向靠近第一夹具100的方向移动，移动过程类似上述第三步，本发明对此不再赘述。
99.综上所述，本发明的其中一个目的是基于低电感设计理论，在于通过叠层母排及u型排连接结构来降低杂散电感l
σ1
、l
σ4
；通过叠层堆放的结构形式来降低寄生杂散电感l
σ2
和l
σ3
，从而有效降低了测试电路中杂散电感，，有助于提升器件动态参数测试的可靠性。
100.此外，本发明的另一个目的还在于提高测试的自动化程度，通过改变第一夹具100和第二夹具200之间的距离，使各部件之间相互接触以形成电流回路，从而解决了连接导线及负载电感需要重复拆卸连接的工作量，以便提升测试效率、减轻了操作人员劳动强度。
101.虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。