一种基于等效电容的DBC基板界面裂纹发展状态评估方法技术

本发明专利技术公开了一种基于等效电容的DBC基板界面裂纹发展状态评估方法，包括：获取待评估DBC基板的等效电容；根据待评估DBC基板的等效电容计算该待评估DBC基板的等效电容百分数；根据待评估DBC基板的等效电容百分数和已获得的DBC基板的等效电容临界百分数判断待评估DBC基板的裂纹发展阶段；当待评估DBC基板的等效电容百分数大于所述等效电容临界百分数时，表明待评估DBC基板铜

【技术实现步骤摘要】
一种基于等效电容的DBC基板界面裂纹发展状态评估方法


[0001]本专利技术属于电力设备电气绝缘检测领域，涉及一种基于等效电容的DBC基板界面裂纹发展状态评估方法。

技术介绍

[0002]DBC陶瓷覆铜基板是铜
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陶瓷
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铜“三明治”结构的复合材料。它具有陶瓷的散热性好、绝缘性高、机械强度高、热膨胀与芯片匹配的特性，又兼有无氧铜电流承载能力强、焊接和键合性能好、热导率高的特性，是IGBT模块的关键封装材料之一。IGBT模块在实际运行中所产生的热量主要都是通过DBC基板传到散热板，最终传导出去，因此DBC基板是影响IGBT模块长期稳定运行的关键部分之一。
[0003]陶瓷和铜之间固有的热膨胀系数差异会导致DBC基板承受热循环、热冲击等作用时，在铜和陶瓷界面产生较大的应力，从而在界面处引发微裂纹。当铜层和陶瓷层之间产生裂纹或气隙时，DBC基板的整体的导热系数将会显著下降，其散热能力将会明显降低；且当基板在实际运行时承受较高电压时，界面处的裂纹处极易发生局部放电，在其封装材料内引发电树枝，破坏系统的绝缘结构，从而逐渐导致DBC基板失效。
[0004]目前普遍认为DBC基板的失效来源于铜
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陶瓷界面处裂纹的不断扩展，但在IGBT实际运行情况中无法直接观测到界面处的裂纹生长情况。通过测试DBC基板的剥离强度可以间接表征基板的力学性能变化，但需要破坏试样；超声波扫描显微镜、X射线CT成像等测试可以观察铜
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陶瓷界面处的形貌特征，但操作过程繁琐、不易观察到处于引发阶段的微裂纹。如若能采取一种易于操作、准确灵敏且无需损坏试样的测试方法来评估DBC基板铜
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陶瓷界面裂纹发展状态，将有利于预测基板的失效情况，提高IGBT模块的运行可靠性。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于等效电容的DBC基板界面裂纹发展状态评估方法，该方法具有分析速度快、简单易行、无损测试、对试样要求低等优点，可以为快速准确地评估DBC基板界面裂纹的发展状态提供重要依据。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]一种基于等效电容的DBC基板界面裂纹发展状态评估方法，包括如下过程：
[0008]获取待评估DBC基板的等效电容；
[0009]根据待评估DBC基板的等效电容计算等效电容百分数，其中，DBC基板的等效电容百分数为老化后的DBC基板的等效电容值与未老化的原始DBC基板的等效电容值的百分比；
[0010]根据待评估DBC基板的等效电容百分数，和已获得的DBC基板的等效电容临界百分数判断待评估DBC基板的裂纹发展阶段：当等效电容百分数大于所述等效电容临界百分数时，表明待评估DBC基板铜
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陶瓷界面处的裂纹发展处于裂纹引发阶段；当待评估DBC基板的等效电容百分数等于或小于所述等效电容临界百分数时，表明待评估DBC基板铜
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陶瓷界面处的裂纹发展处于裂纹扩展阶段。
[0011]其中，DBC基板的等效电容临界百分数为当DBC基板在铜
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陶瓷界面处出现明显裂纹时，DBC基板的等效电容百分数。
[0012]优选的，基于西林电桥法测试待评估DBC基板的等效电容。
[0013]优选的，基于西林电桥法测试待评估DBC基板的等效电容的过程包括：
[0014]将待评估DBC基板夹持在西林电桥的电极之间，之后将测试电压逐渐调至0.5～1.5kV，调节可调电阻的值使电流表读数为零；转动灵敏度旋钮升高西林电桥系统的灵敏度，再次调节可调电阻的值使电流表读数接近于0；重复上述过程，直至在最高灵敏度时电流表读数为零，根据测试结果计算得出待评估DBC基板的等效电容。
[0015]优选的，根据DBC基板的介质损耗角正切以及铜
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陶瓷界面状态与等效电容的关系，确定DBC基板等效电容临界百分数。
[0016]优选的，DBC基板等效电容临界百分数为DBC基板介质损耗角正切出现明显转折点以及铜
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陶瓷界面处出现明显裂纹的DBC基板的等效电容百分数。
[0017]优选的，DBC基板的介质损耗角正切获取的过程包括：
[0018]对若干DBC基板进行高低温循环老化处理，且对每个DBC基板老化处理时间不同；之后采用西林电桥测试每个DBC基板的介质损耗角正切值，根据所有DBC基板的质损耗角正切值确定DBC基板介质损耗角正切出现明显转折的点。
[0019]优选的，将所有DBC基板的介质损耗角正切值作出曲线，根据曲线确定DBC基板的介质损耗角正切出现明显转折的点。
[0020]优选的，对若干DBC基板进行高低温循环老化处理时，进行温度范围为
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55～150℃的高低温冷热循环老化处理，对每个DBC基板进行不同周期的高低温冷热循环老化处理。
[0021]优选的，高低温冷热循环老化处理的周期为2
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5小时，可根据不同的DBC基板进行选取。
[0022]优选的，利用超声波扫描显微镜、CT成像获取DBC基板铜
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陶瓷界面情况并确定铜
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陶瓷界面处出现明显裂纹的时间点。
[0023]本专利技术还提供了一种基于等效电容的DBC基板界面裂纹发展状态评估系统，包括：
[0024]等效电容获取模块：用于获取待评估DBC基板的等效电容；
[0025]计算模块：用于根据待评估DBC基板的等效电容计算等效电容百分数，其中，DBC基板的等效电容百分数为老化后的DBC基板的等效电容值与未老化的原始DBC基板的等效电容值的百分比；
[0026]判断模块：用于根据待评估DBC基板的等效电容百分数和已获得的DBC基板的等效电容临界百分数判断待评估DBC基板的裂纹发展阶段：当待评估DBC基板的等效电容百分数大于所述等效电容临界百分数时，表明待评估DBC基板铜
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陶瓷界面处的裂纹发展处于裂纹引发阶段；当待评估DBC基板的等效电容百分数等于或小于所述等效电容临界百分数时，表明待评估DBC基板铜
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陶瓷界面处的裂纹发展处于裂纹扩展阶段；其中，DBC基板的等效电容临界百分数为当DBC基板在铜
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陶瓷界面处出现明显裂纹时，DBC基板的等效电容百分数。
[0027]本专利技术具有如下有益效果：
[0028]本专利技术一种基于等效电容的DBC基板界面裂纹发展状态评估方法，通过获取待评估DBC基板的等效电容，等效电容越接近初始值说明基板的界面裂纹状态良好；等效电容越小，基板的界面裂纹状态越严重，很好地反映了DBC基板界面裂纹的发展状态。对应地，利用
等效电容百分数的以及DBC基板的等效电容临界百分数这两个参数可适用于不同类型DBC基板的评估，因此本专利技术是一种准确、简便、无损的测试方法，同时适用于不同类型DBC基板的评估，针本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于等效电容的DBC基板界面裂纹发展状态评估方法，其特征在于，包括如下过程：获取待评估DBC基板的等效电容；根据待评估DBC基板的等效电容计算等效电容百分数，其中，DBC基板的等效电容百分数为老化后的DBC基板的等效电容值与未老化的原始DBC基板的等效电容值的百分比；根据待评估DBC基板的等效电容百分数和已获得的DBC基板的等效电容临界百分数判断待评估DBC基板的裂纹发展阶段：当待评估DBC基板的等效电容百分数大于所述等效电容临界百分数时，表明待评估DBC基板铜
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陶瓷界面处的裂纹发展处于裂纹引发阶段；当待评估DBC基板的等效电容百分数等于或小于所述等效电容临界百分数时，表明待评估DBC基板铜
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陶瓷界面处的裂纹发展处于裂纹扩展阶段；其中，DBC基板的等效电容临界百分数为当DBC基板在铜
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陶瓷界面处出现明显裂纹时，DBC基板的等效电容百分数。2.根据权利要求1所述的一种基于等效电容的DBC基板界面裂纹发展状态评估方法，其特征在于，基于西林电桥法测试待评估DBC基板的等效电容；基于西林电桥法测试待评估DBC基板的等效电容的过程包括：将待评估DBC基板夹持在西林电桥的电极之间，之后将测试电压逐渐调至0.5～1.5kV，调节可调电阻的值使电流表读数为0；转动灵敏度旋钮升高西林电桥系统的灵敏度，再次调节可调电阻的值使电流表读数接近于0；重复上述过程，直至在最高灵敏度时电流表读数为零，根据测试结果计算得出待评估DBC基板的等效电容。3.根据权利要求1所述的一种基于等效电容的DBC基板界面裂纹发展状态评估方法，其特征在于，根据DBC基板的介质损耗角正切以及铜
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陶瓷界面状态与等效电容的关系，确定DBC基板等效电容临界百分数。4.根据权利要求3所述的一种基于等效电容的DBC基板界面裂纹发展状态评估方法，其特征在于，DBC基板等效电容临界百分数为DBC基板介质损耗角正切出现明显转折点以及铜
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陶瓷界面处出现明显裂纹的DBC基板的等效电容百分数。5.根据权利要求3所述的一种基于等效电容的DBC基板界面裂纹发展状态评估方法，其特征在于，DBC基板的介质损耗角正切获取的过程包括：对若干DBC基板进行高低温循环...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙一苇，程卓林，武康宁，李建英，汪胜和，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：