功率器件恒结温老化装置的制作方法

1.本发明涉及功率器件可靠性技术领域，尤其涉及一种功率器件恒结温老化装置。


背景技术：

2.随着功率器件在工业、民用、国防等领域的广泛应用，不可避免的会遭遇质量问题，这就要求封测厂严把质量关。可靠性实验是检验功率器件的质量的关键步骤，对于功率器件质量评估起着不可替代的作用。而恒结温老化是可靠性实验中不可或缺的一环，恒结温老化可靠性实验不仅要控制适当的热耗，还需控制相应的底温；
3.目前，恒结温老化可靠性实验采用恒温老化箱来实现热耗和底温的控制，从而实现对功率器件的恒结温老化。然而，恒温老化箱成本高，在进行可靠性实验时无法精准控制热耗和功率器件的底温，且易造成功率器件温升过快而被烧毁。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种功率器件恒结温老化装置，以解决采用恒温老化箱进行可靠性实验时导致的无法精准控制热耗和功率器件的底温的问题。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种功率器件恒结温老化装置，包括：热源模块、温度监控模块和热耗控制模块；
6.所述热源模块，包括功率器件本身或者所述功率器件本身和相邻功率器件，用于基于施加的热耗通过自热或互热的方式产生热量为恒结温老化提供底温；
7.所述温度监控模块分别与所述功率器件和所述热耗控制模块连接，用于监测和控制所述功率器件的温度，使所述功率器件的温度维持在目标底温，并将监测的温度发送给所述热耗控制模块；
8.所述热耗控制模块还与所述热源模块连接，用于当所述功率器件的温度超过所述预设温度阈值且无法通过调节达到预设温度阈值范围内时，产生温度预警信息，并根据所述温度预警信息调节所述功率器件的热耗，使功率器件基于所述目标底温和所述目标热耗进行恒结温老化。
9.在一种可能的实现方式中，所述热耗控制模块，包括：漏压控制单元和栅压控制单元；
10.所述漏压控制单元与所述功率器件的漏极电压输入端连接，用于对所述功率器件的漏极电压进行控制；
11.所述栅压控制单元与所述功率器件的栅极连接，用于基于所述功率器件的漏极电流对所述功率器件的栅极电压进行调整。
12.在一种可能的实现方式中，所述栅压控制单元，包括：单片机、数模转换器、第一运算放大器、第二运算放大器、电流采样芯片和模数转换器；
13.所述单片机分别连接所述温度监控模块和所述数模转换器，用于当接收到所述温度监控模块发送的温度信息后，与预设温度阈值进行比较，并根据比较结果控制所述温度
监控模块对所述功率器件的温度进行控制，或者向所述数模转换器发出调整栅极电压的第一数字信号；
14.所述数模转换器还连接所述第一运算放大器，用于将接收到的所述第一数字信号转为第一模拟信号发送给所述第一运算放大器；
15.所述第一运算放大器还连接所述功率器件的栅极，用于将接收到的第一模拟信号进行处理并输出反向电压，并将反向后的电压输入所述功率器件的栅极，在所述功率器件中形成漏极电流；
16.所述电流采样芯片分别连接所述功率器件的漏极和所述第二运算放大器，用于采集所述功率器件的漏极电流，并将所述漏极电流转化为电压信号传输至所述第二运算放大器；
17.所述第二运算放大器还连接所述模数转换器，用于将接收到的电压信号进行反向，并将得到的第二模拟信号发送给所述模数转换器；
18.所述模数转换器还连接所述单片机，用于将所述第二模拟信号转化为第二数字信号，并将所述第二数字信号传输给所述单片机；
19.所述单片机，还用于对所述第二数字信号进行校对，当校对失败时，继续发出调节栅极电压的数字信号。
20.在一种可能的实现方式中，所述数模转换器、所述第一运算放大器、所述第二运算放大器、所述电流采样芯片和所述功率器件的数量为至少一个；
21.所述栅压控制单元，还包括：至少一个模拟开关；
22.所述至少一个模拟开关的一端与所述单片机的至少一个输出端对应连接，另一端与至少一个数模转换器对应连接，每个数模转换器依次对应连接所述第一运算放大器、所述功率器件、所述电流采样芯片和所述第二运算放大器，每个第二运算放大器分别联合与所述模数转换器的至少一个输入引脚对应连接，所述模数转换器的至少一个输出引脚对应连接所述至少一个模拟开关，所述至少一个模拟开关用于根据所述单片机的指令开启或者关闭。
23.在一种可能的实现方式中，所述热耗控制模块，还包括：继电器；
24.所述继电器的一端连接所述漏压控制单元，另一端连接所述功率器件的漏极电压输入端。
25.在一种可能的实现方式中，所述温度监控模块，包括：温度监测设备和温度控制设备；
26.所述温度监测设备设置在所述功率器件底部，并与所述单片机连接，用于监测所述功率器件的底温，并将所述底温发送给所述单片机；
27.所述温度控制设备连接所述单片机，用于当接收到所述单片机发送的降温指令后降低所述功率器件的温度。
28.在一种可能的实现方式中，所述温度控制设备为风扇。
29.在一种可能的实现方式中，所述温度监控模块，还包括：温度稳定板；
30.所述温度稳定板设置在所述温度监测设备的底部，用于稳定所述功率器件的底温。
31.在一种可能的实现方式中，所述温度稳定板为一空腔结构，并在所述空腔结构的
上表面设置连通所述空腔结构的至少一个通孔，所述通孔用于向所述空腔结构内放置比热容大于预值的液体；
32.在所述温度稳定板的所述空腔结构的任两个对应侧面设置为几字形结构。
33.在一种可能的实现方式中，所述温度稳定板的材质为铜和/或铝。
34.本发明实施例提供一种功率器件恒结温老化装置，通过温度监控模块监测功率器件的温度，当温度不在预设温度阈值范围内时，对功率器件的温度进行控制，使温度维持在目标底温，当温度不在预设温度阈值范围内且无法进一步调控时，热耗控制模块产生温度预警信息，并根据所述温度预警信息调节所述功率器件的热耗到目标热耗，使功率器件基于所述目标底温和所述目标热耗进行恒结温老化，实现精准控制功率器件的底温和热耗，实现恒结温老化。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1是本发明实施例提供的功率器件恒结温老化装置的示意图；
37.图2是本发明实施例提供的热耗控制模块的示意图；
38.图3是本发明实施例提供的温度监控模块的示意图；
39.图4是本发明实施例提供的温度稳定板的示意图。
具体实施方式
40.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
41.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
42.图1为本发明实施例提供的一种功率器件恒结温老化装置的示意图，功率器件恒结温老化装置可以包括：热源模块10、温度监控模块20和热耗控制模块30；
43.热源模块10包括功率器件40本身或者功率器件40本身和相邻功率器件，用于基于施加的热耗通过自热或互热的方式产生热量为恒结温老化提供底温；
44.温度监控模块20分别与功率器件40和热耗控制模块30连接，用于监测和控制功率器件40的温度，使功率器件40的温度维持在目标底温，并将监测的温度发送给热耗控制模块30；
45.热耗控制模块30还与热源模块10连接，用于当功率器件40的温度超过预设温度阈值且无法通过调节达到预设温度阈值范围内时，产生温度预警信息，并根据温度预警信息调节功率器件40的热耗，使功率器件40基于目标底温和目标热耗进行恒结温老化。
46.温度监控模块20和热耗控制模块30形成负反馈调节机制，这里负反馈调节机制为
功率器件的温度超过预设温度阈值上限，且无法进一步调节而使功率器件的温度降低时，通过降低功率器件的热耗来调节功率器件的结温。
47.可选的，如图2所示，热耗控制模块30，包括：漏压控制单元301和栅压控制单元302；
48.漏压控制单元301与功率器件40的漏极电压输入端连接，用于对功率器件40的漏极电压进行控制；
49.栅压控制单元302与功率器件40的栅极连接，用于基于功率器件40的漏极电流对功率器件40的栅极电压进行调整。
50.可选的，漏压控制单元301的一端用于与电源304连接，另一端连接功率器件40的漏极电压输入端，电源304可以为漏压控制单元301提供电量。
51.热耗控制模块30，还包括：继电器303；
52.继电器303的一端连接漏压控制单元301，另一端连接功率器件40的漏极电压输入端，用于控制漏压控制单元301的开启与关断。
53.可选的，栅压控制单元302，包括：单片机3021、数模转换器3022、第一运算放大器3023、第二运算放大器3024、电流采样芯片3025和模数转换器3026；
54.单片机3021分别连接温度监控模块20和数模转换器3022，用于当接收到温度监控模块20发送的温度信息后，与预设温度阈值进行比较，并根据比较结果控制温度监控模块20对功率器件40的温度进行控制，或者向数模转换器3022发出调整栅极电压的第一数字信号；
55.需要说明的是，向数模转换器3022发出调整栅极电压的第一数字信号的前提条件是温度超过预设温度阈值上限，且无法通过温度监控模块20调控到预设温度阈值范围内。这里无法通过温度监控模块20调控到预设温度阈值范围内是指通过预设次数的调控后温度仍然超过预设温度阈值上限，这里预设次数可以根据实际需求进行设置，在本实施例中不限定预设次数的具体取值。
56.数模转换器3022还连接第一运算放大器3023，用于将接收到的第一数字信号转为第一模拟信号发送给第一运算放大器3023；
57.第一运算放大器3023还连接功率器件40的栅极，用于将接收到的第一模拟信号进行处理并输出反向电压，并将反向后的电压输入功率器件40的栅极，在功率器件40中形成漏极电流；
58.电流采样芯片3025分别连接功率器件40的漏极和第二运算放大器3024，用于采集功率器件40的漏极电流，并将漏极电流转化为电压信号传输至第二运算放大器3024；
59.第二运算放大器3024还连接模数转换器，用于将接收到的电压信号进行反向，并将得到的第二模拟信号发送给ad芯3026片；
60.模数转换器3026还连接单片机3021，用于将第二模拟信号转化为第二数字信号，并将第二数字信号传输给单片机3021；
61.单片机3021，还用于对第二数字信号进行校对，当校对失败时，继续发出调节栅极电压的数字信号。这里单片机3021校对漏极电流是否达到目标漏极电流值，当未达到时，校对失败，发出进一步调节栅极电压的数字信号，当漏极电流达到目标漏极电流值时，校对成功，则不进行继续调节栅极电压，等待温度监测设备发送的温度。
62.可选的，目标热耗为漏极电流乘以漏极电压。
63.需要说明的是，栅压控制单元302可以提供单路栅压控制电路进行精准控制结温，还可以实现矩阵式单路栅压控制电路进行精准控制结温，即多路栅压控制电路进行控制结温，具体如下：数模转换器3022、第一运算放大器3023、第二运算放大器3024、电流采样芯片3025和功率器件40的数量为至少一个；
64.栅压控制单元302，还包括：至少一个模拟开关3027；
65.至少一个模拟开关3027的一端与单片机3021的至少一个输出端对应连接，另一端与至少一个数模转换器3022对应连接，每个数模转换器3022依次对应连接第一运算放大器3023、功率器件40、电流采样芯片3025和第二运算放大器3024，每个第二运算放大器3024分别联合与模数转换器3026的至少一个输入引脚对应连接，模数转换器3026的至少一个输出引脚对应连接至少一个模拟开关3027，至少一个模拟开关3027用于根据单片机3021的指令开启或者关闭。
66.需要说明的是，模数转换器3026上仅有一个输出引脚，这里我们定义其他未定义的空闲引脚为输出引脚，输入引脚同理。
67.可以理解的，当模拟开关3027仅有一个时，模拟开关3027设置在单片机3021和数模转换器3022之间，且与模数转换器3026连接。当模拟开关3027为两个或者两个以上时，除单片机3021和数模转换器3022之外，其他的设备均与模拟开关3027的数量相同，形成至少两路栅压控制电路对至少两个功率器件40进行精准控制结温。
68.可选的，参见图2，热耗控制模块30还可以包括电源控制子单元；电源控制子单元中包括电源3028、降压稳压芯片3029和反向芯片3030，电源3028为栅压控制单元302中的各个器件提供工作电压，还可以为功率器件提供前端栅压。电源3028连接降压稳压芯片3029，降压稳压芯片3029还分别连接电压反相芯片3030和单片机3021。电压反相芯片3030连接到模数转换器的输出端上。
69.另外，栅压控制单元302，还包括晶振3031和复位按钮3032；单片机3021上还连接晶振3031和复位按钮3032，晶振用于配合时钟电路可以保证单片机稳定的工作；复位按钮用于需要复位时进行人为触动，例如需要对新的功率器件进行恒结温老化时，重新连接功率器件后，则需要对单片机进行复位。
70.可选的，参见图3，温度监控模块20，包括：温度监测设备201和温度控制设备202；
71.温度监测设备201设置在功率器件40底部，并与单片机3021连接，用于监测功率器件40的底温，并将底温发送给单片机3021；单片机3021接收到温度监测设备201监测的底温后，与保存的预设温度阈值进行比较，当底温达到预设温度阈值的上限时，向温度控制设备202发送指令，此指令为降温指令。
72.可选的，预设温度阈值可以为一个温度范围，包括预设温度阈值下限和预设温度阈值上限在内的温度范围。当底温在预设温度阈值范围内时，功率器件40可以正常恒结温老化，当底温超过预设温度阈值上限时，给温度控制设备202发送降温指令。
73.温度控制设备202连接单片机3021，用于当接收到单片机3021发送的降温指令后降低功率器件40的温度。
74.可选的，温度控制设备202为风扇。需要说明的是，本实施例中还可以根据单片机的降温指令进行不同温度控制。降温指令中还可以包括风扇的档位。当单片机3021接收的
温度监测设备201监测的底温与预设温度阈值上限的差值大于预设值时，即底温较预设温度阈值上限大很多时，则产生的降温指令中包括的档位为较高的档位。例如风扇可以调节5档，档位越高风扇转速越快，则功率器件40的温度降低较快。则此时降温指令中包括的档位可以为3档至5档中的任一档位。当单片机3021接收的温度监测设备201监测的底温与预设温度阈值上限的差值小于预设值时，即底温较预设温度阈值上限差值较小时，则产生的降温指令，其中包括的档位为较低的档位，例如1档至3档中的任一档位。
75.可选的，温度监控模块20，还包括：温度稳定板203；
76.温度稳定板203设置在温度监测设备的底部，用于保持功率器件的底温的稳定。
77.参见图4，温度稳定板203为一空腔结构，并在空腔结构的上表面设置连通空腔结构的至少一个通孔，通孔用于向空腔结构内放置比热容大于预值的液体，温度稳定板203的结构既可以维持稳定散热，使温度稳定板表面温差较小，又可以防止功率器件40升温过快而烧毁。这里空腔结构内放置的液体可以为水、液氢和改性石墨烯中的任一种。
78.可选的，温度稳定板203可以为一立方体空腔结构。
79.在温度稳定板203的空腔结构的任两个对应侧面设置为几字形结构，增加了温度稳定板203的散热面积，便于功率器件40的散热。
80.可选的，温度稳定板的材质为铜和/或铝。
81.采用上述功率器件恒结温老化装置进行功率器件的恒结温老化时，首先对功率器件恒结温老化装置上电，温度监测设备监测功率器件的温度，并将监测到的温度实时发送给单片机，单片机将监测温度与预设温度阈值进行比较，当达到预设温度阈值上限时，向温度控制设备发送降温指令，温度控制设备对功率器件进行降温，以维持功率器件的底温到目标底温。当监测温度超过预设温度阈值上限，且无法进一步调控时，单片机则下发调整栅极电压的第一数字信号，数模转换器将第一数字信号转为第一模拟信号，第一运算放大器将接收到的第一模拟信号进行反向，并将反向后的信号输入功率器件的栅极，在功率器件中形成漏极电流；电流采样芯片采集功率器件的漏极电流，并将漏极电流转化为电压信号传输至第二运算放大器；第二运算放大器将接收到的电压信号进行反向，并将得到的第二模拟信号发送给模数转换器；模数转换器将第二模拟信号转化为第二数字信号，并将第二数字信号传输给单片机；单片机对第二数字信号进行校对，当校对失败时，继续发出调节栅极电压的数字信号，直到漏极电流达到目标漏极电流值。漏压控制模块对功率器件的漏极电压进行控制，使之维持在目标漏极电压值范围内。此时功率器件的热耗为漏极电压和漏极电流的乘积，然后再加上目标底温，即为功率器件的结温，采用此结温进行老化。即本发明采用温度监控模块和热耗控制模块共同调节功率器件，达到精确控制热耗和功率器件底温的效果。
82.上述功率器件恒结温老化装置，通过温度监控模块监测功率器件的温度，当温度不在预设温度阈值范围内时，对功率器件的温度进行控制，使温度维持在目标底温，当温度不在预设温度阈值范围内且无法进一步调控时，热耗控制模块产生温度预警信息，并根据所述温度预警信息调节所述功率器件的热耗，使功率器件基于所述目标底温和所述目标热耗进行恒结温老化，实现精准控制功率器件的底温和热耗，实现恒结温老化。本发明由于功率器件的底温来自功率器件的自热和互热，从而可以降低实验成本，且采用液冷方式的温度稳定板，可以保证温度稳定板温度均匀，防止功率器件升温过快造成产品的烧毁。本发明
还可以实现批量化加电，对多个功率器件进行恒结温老化。
83.应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
84.以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。