专利名称：功率器件热真空试验方法
技术领域：
本发明属于热真空试验技术领域，具体涉及一种航天用功率器件热真空试验方法。
背景技术：
随着我国新一代航天器技术的发展，航天器功能密集度增高，空间热真空环境效应对航天用功率器件可靠性的影响变得日益突出，成为影响航天器长寿命、高可靠的关键因素。有事实表明，我国在轨运行的某些卫星在由地球的阴影区转向向阳面的过程中会有器件功能参数漂移或失效，而另一方面卫星的部分功能随着在轨运行时间的延长而出现失效。这些情况都表明虽然我们已经对航天器整体、分系统和组件做过空间环境模拟的热真空试验，但是这些试验在一定程度上已经不能保证航天器安全可靠的长寿命运行。所以随着航天技术的进一步发展，对航天器中的关键功率器件的热真空试验技术已经提到日程上来，而功率器件的热真空试验方法就成为航天用关键器件热真空试验技术的基础。航天用功率器件热真空试验方法，对实现航天用功率器件工程化应用目标，提高航天用功率器件质量与可靠性，具有重大意义。美国军标MIL-STD-1540、国军标GJB《(卫星环境试验要求》该试验标准中包含了针对卫星组件、分系统以及整星的热真空试验方法， 但不包含功率器件的热真空试验方法。功率器件热真空试验方法，对提高航天用功率器件长期可靠性，提高我国热真空试验设备水平，全面、有效地指导研制单位、用户单位发现和解决产品存在的固有缺陷、使用缺陷有着重要意义。
发明内容
(一 )要解决的技术问题本发明的目的提供一种功率器件热真空试验方法，以提高航天用功率器件质量与可靠性。( 二 )技术方案为了解决上述技术问题，本发明提供一种功率器件热真空试验方法，包括以下步骤S101，将受试功率器件置于常温、常压环境中测试受试功率器件的电性能；S102，将功率器件安装在热真空试验箱中；S103，保持热真空试验箱的初始环境温度和压力不变，对受试功率器件通电，进行电性能测试；S104，按设定的压变速率将试验箱内压力减小到试验要求压力值；S105，按设定的温变速率降低/升高试验箱内温度至试验要求所述功率器件需被证明可承受的极限低/高温度，监测整个过程中所述功率器件电性能的变化；S106，保持所述极限低/高温度持续设定的时间，对所述功率器件进行敏感参数测试，并监测所述敏感参数的变化；
S107，按所述设定的温变速率，升高/降低试验箱内温度至极限低/高温度，监测整个过程中所述功率器件电性能的变化；S108，保持极限低/高温度持续设定的时间，对所述功率器件进行敏感参数测试， 并监测所述敏感参数的变化；S109，若所述电性能测试以及敏感参数变化正常，则一次完整的循环结束，重复步骤S105-S108至完成试验要求的循环次数；若某次循环中所述电性能测试或敏感参数变化不正常，则试验结束；若全部循环中所述电性能测试和敏感参数变化均正常，则转入步骤 SlOO ；S100，将试验箱的温度和压力调节至初始环境温度和压力状态，对功率器件进行电性能测试；S111，取出功率器件至常温、常压环境下，在限定时间内对其进行最终电性能测试,试验结束。优选地，在所述步骤S103之前还包括步骤S201，测试所述热真空试验箱是否密封，以及所述热真空试验箱与外部控制系统是否导通，若不密封或未导通，则进行调试直到密封且导通。优选地，根据试验要求或所述功率器件标称的可靠性指标确定试验严酷度，从而确定所述压变速率、温变速率以及试验要求压力值。优选地，所述步骤S104中的试验要求压力值不大于1. 3X10_3帕；所述压变速率不大于10千帕/分钟。优选地，所述试验箱内压力降到20帕的过程的时间至少为10分钟，在此过程中检测所述功率器件有无电晕和电弧放电现象；当压力降到低于11. 3帕时，检测有无微放电发生。优选地，所述极限高温度为+125摄氏度，极限低温度为-55摄氏度；在极限高温度停留的持续时间至少为6. 5小时，在极限低温度停留的持续时间至少为2. 5小时；所述温变速率不小于1摄氏度/分钟，在温度稳定时，所述试验箱内的温度波动不超过3摄氏度/小时。优选地，当试验箱压力降至临界压力值时，按照设定的温变速率升高/降低试验箱内温度，温度升至/降至受试功率器件可正常工作状态下的最高/最低温度时，功率器件断电，等待一定时间以使功率器件完全放电至稳定状态，试验箱内压力达到1. 3X ΙΟ"3帕时，重新给功率器件通电，并按照设定的温变速率，升高/降低试验箱内温度至试验所要求的受试样品需证明可承受的极限高温/低温，监测整个过程中所述功率器件电性能的变化。优选地，所述步骤S109中试验要求的循环次数为10 500次；在完成所述循环次数期间，如果中断次数超过试验要求循环次数的10%或中断超过12小时时，则试验从S105 重新开始循环。优选地，若为第一次循环或最后一次循环，所述设定的时间至少为9小时。优选地，所述步骤Slll中的限定时间为1 M小时。(三)有益效果本发明通过试验要求的或者受试功率器件标称的可靠性指标，确定试验严酷度，从而确定试验温变速率、极限温度、压变速率以及试验要求压力值后，将受试功率器件放入热真空试验箱内；按设定的压变速率降低试验箱内压力至试验要求压力值；按设定的温变速率降/升温至极限温度，保持极限温度一定时间，同时对受试功率器件进行电性能测试； 重复以上循环至规定的循环次数后，对受试功率器件进行最终电性能测试，确定受试功率器件是否符合试验要求。本发明功率器件热真空试验方法科学、准确，可靠性高，能够指导进行功率器件热真空试验，提高航天用功率器件的可靠性，指导功率器件的热设计，为功率器件热真空试验标准的制定提供了科学依据。
图1是本发明功率器件热真空试验方法的流程图；图2为本发明一实施例中功率器件热真空试验一个循环温度变化曲线示意图；图3为本发明一实施例中功率器件热真空试验压力变化曲线示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不是限制本发明的范围。如图1所示，本发明包括以下步骤S101，将受试功率器件置于常温、常压环境中测试受试功率器件的电性能；S102，将功率器件安装在热真空试验箱中；在步骤S102后还可以包括步骤S201， 测试热真空试验箱是否密封，以及试验箱与外部控制系统是否导通；S103，保持热真空试验箱的初始环境温度和压力不变，对受试功率器件通电，进行电性能测试；S104，按设定的压变速率将试验箱内压力减小到试验要求压力值；S105，按设定的温变速率降低/升高试验箱内温度至试验要求所述功率器件需被证明可承受的极限低/高温度，监测整个过程中所述功率器件电性能的变化；S106，保持所述极限低/高温度持续设定的时间，对所述功率器件进行敏感参数测试，并监测所述敏感参数的变化；S107，按所述设定的温变速率，升高/降低试验箱内温度至极限低/高温度，监测整个过程中所述功率器件电性能的变化；S108，保持极限低/高温度持续设定的时间，对所述功率器件进行敏感参数测试， 并监测所述敏感参数的变化；S109，若所述电性能测试以及敏感参数变化正常，则一次完整的循环结束，重复步骤S105-S108至完成试验要求的循环次数；若某次循环中所述电性能测试或敏感参数变化不正常，则试验结束；若全部循环中所述电性能测试和敏感参数变化均正常，则转入步骤 SlOO ；S100,将试验箱的温度和压力调节至初始环境温度和压力状态，对功率器件进行电性能测试；S111，取出功率器件至常温、常压环境下，在限定时间内对其进行最终电性能测试，试验结束。
如图2和图3所示，分别为本发明一实施例中的温度变化和压力变化曲线示意图。在试验进行之前，根据试验任务要求或者受试功率器件标称的可靠性指标确定试验严酷度，从而确定整个试验的温变速率，极限温度以及试验要求压力值等条件在本实施例中，试验的压力条件为不大于1.3X10—3帕，试验箱内压力应缓慢下降，从常压将达20帕的时间至少应有10分钟，以便检测有无电晕和电弧放电现象，当压力降到低于11. 3帕时，还应检测有无微放电发生，若无其他规定，以不大于10千帕/分的降压速率降压；试验箱最大温度范围是由受试功率器件设计的无激励状态系所能承受的最大温度范围(TNQ_min，TNQ_max)所决定的，其中TNQ_min不大于-10°c，且T.max不小于60°C。整个温度范围一定要涵盖功率器件在服役期间，处于工作状态时可能遇到的最低温度和最高温度， 这个温度范围可以使用热力学模型计算得出，热力学模型需要综合考虑多种因素，比如设备运行，内部加热，卫星方位，太阳辐射，日月食影响，发射和回收过程中的加热，以及材料的表面热退化，每种因素都要考虑最严酷的情况，热力学模型的正确性可以使用热平衡试验来证明；考虑热平衡试验和热力学模型的误差，还需要留出一定的温度余量，即对于热真空试验，模型和试验给出的最低温度再低11. rc，最高温度再加11. rc，才是最终的温度范围；对于处于工作状态的功率器件，温度余量可以小于11. rc;温度范围一定要满足环境应力筛选的目的；升降温速率应不小于rc /min，一般在3-5°C /min之间，也不宜过高，过高的变温率有可能使受试功率器件受到过高的热应力，从而造成不应发生的损坏，因此，应该根据样品的承受能力和设备的性能确定升降温的速率，当温度稳定时，试验箱内的温度波动不能超过3°C /h。本实施例的试验过程为R01，将受试功率器件置于常温、常压环境中，测试通电后的受试功率器件的电性能，测试完毕后断电；R02，通过测试夹具将受试功率器件安装在热真空试验箱中，在受试功率器件、功率器件壳以及试验箱的温度监测点和试验箱的冷板等地方布置热传感器，试验中所进行的温度检测包括对受试功率器件壳温、试验箱内温度以及温度波动，连接试验箱与外部控制系统，其中，多路温度检测和大量的测试引线是试验箱气载的主要来源，所以应选择具有小出气量的引线裹敷材料的引线；R03，测试热真空试验箱是否密封，以及试验箱与外部控制系统是否导通；R04，在测试得热真空试验箱密封，以及试验箱与外部控制系统导通后，保持初始环境温度和压力不变的条件下，对受试功率器件通电，进行电性能测试；R05，将试验箱内的压力以规定的温变速率缓慢下降至不大于1. 3X ΙΟ"3帕的试验要求的压力条件下；在此过程中，从常压降到20帕的时间至少应有10分钟，以便检测有无电晕和电弧放电现象；当压力降到低于11. 3帕时，还应检测有无微放电发生，若无其他规定，以不大于 10千帕/分的压变速率降压；R06,当试验箱压力降至临界压力值时，临界压力值是指确保压力低于这个值时受试功率器件不会再产生电晕、电弧放电或者微放电等现象的压力临界值，按照设定的温变速率升高试验箱内温度，温度升至受试功率器件可正常工作状态下的最高温度Tsu_high时，功率器件断电，等待时间、(0. 5小时)，以使功率器件完全放电至稳定状态，试验箱内压力达到1.3X10—3帕时，重新给功率器件通电，并按照规定的温变速率，升高试验箱内温度至试验所要求的受试样品需证明可承受的极限高温TQ_max(+125°C )，监测整个过程中所述功率器件电性能变化；R07,等待时间、之后，试验箱内温度逐渐稳定在TQ_max，保持极限高温TQ_max持续设定的时间，对受试功率器件进行敏感参数测试，监控功率器件的各种参数在此极端条件下的变化情况，设定的极限高温持续时间为至少6. 5小时；R08，设定的时间到达后，按照设定的温变速率降低试验箱内温度，在温度降至受试功率器件可正常工作状态下的最低温度Tsu_lOT时，功率器件断电，等待时间tE，以使功率器件完全放电至稳定状态后，重新给功率器件通电，并按照设定的温变速率，提高试验箱内温度至试验所要求的受试样品需被证明可承受的极限低温TQ_min(-55°C )，监视整个过程中所述功率器件电性能变化；R09,等待时间、以使温度稳定于TQ_min，保持极限低温TQ_min持续设定的时间，对受试功率器件进行敏感参数测试，监控功率器件的各种参数在此极端条件下的变化情况，设定的时间为至少2. 5小时，以使功率器件内部达到热平衡；R10，受试功率器件在上述测试过程中符合试验对受试样品的合格要求，则第一次完整的循环结束，第二次循环开始，重复执行R06-R10步骤至完整完成试验规定的循环次数；R11，对试验箱进行升温、升压处理，至初始环境温度、压力状态，对功率器件进行电性能测试；R12，取出功率器件至常温、常压环境下，在限定期限内对其进行最终电性能测试。 第二次循环至倒数第二次循环都从步骤R06开始重复执行至步骤R10，其规定极限温度持续时间中第一次和最后一次循环各至少9小时。最后一次循环从R06开始重复执行至RlO后，还执行步骤Rl 1、R12试验箱恢复至初始环境温度以及常压状态后，需对受试功率器件再进行一次电性能测试，然后断电取出， 取出箱后，恢复1小时之后且在M小时之内，再次对受试功率器件进行最终的电性能测试。 最终电性能测试除所述敏感参数测试外，还包括不放大或放大不超过3倍对所述功率器件标志进行检查，放大10 20倍对所述功率器件外壳、引线或封口进行目检。使用本发明提供的功率器件热真空试验方法对航天用功率器件进行热真空寿命试验，需进行多次完整的温度循环过程，受试样品在规定的条件下必须连续完成规定的循环次数，循环次数在10 500次之间。在完成规定的试验循环总次数期间，为了进行器件批的加载或去载，或由于电源或设备故障，允许中断试验，由于意外而中断的循环应该重做一次，如果是最后一次循环意外中断，则除了重复此次循环外，还应补做一次循环，如果中断次数超过规定的循环总次数的10%或中断超过12小时的时候，无论任何理由，试验必须重新开始循环。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种功率器件热真空试验方法，其特征在于，包括以下步骤S101，将受试功率器件置于常温、常压环境中测试受试功率器件的电性能；S102，将功率器件安装在热真空试验箱中；S103，保持热真空试验箱的初始环境温度和压力不变，对受试功率器件通电，进行电性能测试；S104，按设定的压变速率将试验箱内压力减小到试验要求压力值；S105，按设定的温变速率降低/升高试验箱内温度至试验要求所述功率器件需被证明可承受的极限低/高温度，监测整个过程中所述功率器件电性能的变化；S106，保持所述极限低/高温度持续设定的时间，对所述功率器件进行敏感参数测试， 并监测所述敏感参数的变化；S107，按所述设定的温变速率，升高/降低试验箱内温度至极限低/高温度，监测整个过程中所述功率器件电性能的变化；S108，保持极限低/高温度持续设定的时间，对所述功率器件进行敏感参数测试，并监测所述敏感参数的变化；S109，若所述电性能测试以及敏感参数变化正常，则一次完整的循环结束，重复步骤 S105-S108至完成试验要求的循环次数；若某次循环中所述电性能测试或敏感参数变化不正常，则试验结束；若全部循环中所述电性能测试和敏感参数变化均正常，则转入步骤 SlOO ；S100，将试验箱的温度和压力调节至初始环境温度和压力状态，对功率器件进行电性能测试；S111，取出功率器件至常温、常压环境下，在限定时间内对其进行最终电性能测试，试验结束。
2.如权利要求1所述的功率器件热真空试验方法，其特征在于，在所述步骤S103之前还包括步骤S201，测试所述热真空试验箱是否密封，以及所述热真空试验箱与外部控制系统是否导通，若不密封或未导通，则进行调试直到密封且导通。
3.如权利要求1所述的功率器件热真空试验方法，其特征在于，根据试验要求或所述功率器件标称的可靠性指标确定试验严酷度，从而确定所述压变速率、温变速率以及试验要求压力值。
4.如权利要求3所述的功率器件热真空试验方法，其特征在于，所述步骤S104中的试验要求压力值不大于1. 3X ΙΟ"3帕；所述压变速率不大于10千帕/分钟。
5.如权利要求4所述的功率器件热真空试验方法，其特征在于，所述试验箱内压力降到20帕的过程的时间至少为10分钟，在此过程中检测所述功率器件有无电晕和电弧放电现象；当压力降到低于11. 3帕时，检测有无微放电发生。
6.如权利要求1-5中任意一项所述的功率器件热真空试验方法，其特征在于，所述极限高温度为+125摄氏度，极限低温度为-55摄氏度；在极限高温度停留的持续时间至少为 6. 5小时，在极限低温度停留的持续时间至少为2. 5小时；所述温变速率不小于1摄氏度/ 分钟，在温度稳定时，所述试验箱内的温度波动不超过3摄氏度/小时。
7.如权利要求6所述的功率器件热真空试验方法，其特征在于，当试验箱压力降至临界压力值时，按照设定的温变速率升高/降低试验箱内温度，温度升至/降至受试功率器件可正常工作状态下的最高/最低温度时，功率器件断电，等待一定时间以使功率器件完全放电至稳定状态，试验箱内压力达到1.3X10—3帕时，重新给功率器件通电，并按照设定的温变速率，升高/降低试验箱内温度至试验所要求的受试样品需证明可承受的极限高温/ 低温，监测整个过程中所述功率器件电性能的变化。
8.如权利要求1所述的功率器件热真空试验方法，其特征在于，所述步骤S109中试验要求的循环次数为10 500次；在完成所述循环次数期间，如果中断次数超过试验要求循环次数的10%或中断超过12小时时，则试验从S105重新开始循环。
9.如权利要求1所述的功率器件热真空试验方法，其特征在于，若为第一次循环或最后一次循环，所述设定的时间至少为9小时。
10.如权利要求1所述的功率器件热真空试验方法，其特征在于，所述步骤Slll中的限定时间为1 M小时。
全文摘要
本发明涉及一种功率器件热真空试验方法，该方法通过试验要求的或者受试功率器件标称的可靠性指标，确定试验严酷度，从而确定试验温变速率、极限温度、压变速率以及试验要求压力值后，将受试功率器件放入热真空试验箱内；调试、测试试验箱密封以及测试试验系统导通后，按设定的压变速率降低试验箱内压力至试验要求压力值；按设定的温变速率降/升温至极限温度，保持极限温度一定时间，同时对受试功率器件进行电性能测试；重复以上循环至规定的循环次数后，对受试功率器件进行最终电性能测试，确定受试功率器件是否符合试验要求。本发明能够指导功率器件热真空模拟循环试验，提高航天用功率器件的可靠性，指导功率器件的热设计。
文档编号G01R31/00GK102360045SQ201110167989
公开日2012年2月22日 申请日期2011年6月21日 优先权日2011年6月21日
发明者冯建科, 刘燕芳, 吴文章, 哈文慧, 孙旭朋, 张东, 白桦, 钟征宇, 阳辉, 陈冬梅 申请人:北京圣涛平北科检测技术有限公司, 北京自动测试技术研究所
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