环氧塑封料绝缘可靠性评估的电场应力施加装置、试验系统、试验单元和评估方法

技术领域

本申请涉及可靠性试验领域，具体而言，涉及一种环氧塑封料绝缘可靠性评估的电场应力施加装置、试验系统、试验单元和评估方法。

背景技术

环氧塑封料全称为环氧树脂模塑料，是用于半导体封装的一种热固性化学材料，起到保护半导体芯片不受外检环境(水汽、温度、污染等)的影响，并实现导热、绝缘、耐湿、耐压、支撑等复合功能，被广泛应用于电力电子行业。

检测固体绝缘材料绝缘性能的标准方法有很多，如国家标准GB/T1408.1-2016《绝缘材料电气强度试验方法第1部分：工频下试验》和GB/T 31838.2-2019《固体绝缘材料介电和电阻特性第2部分：电阻特性(DC方法)体积电阻和体积电阻率》。也有很多很多针对具体成型产品的长期耐电性能评估方法，如CN 108181558(电缆绝缘层)、CN103454540(瓷绝缘子)、CN113093001(高压继电器)等。

目前，针对环氧塑封料这类固体绝缘材料本体的绝缘可靠性评估方法尚未形成定论和标准。但其核心思想都是通过测量材料在高电场应力的作用下的绝缘性能衰减程度来反应绝缘材料的长期耐电性能。比如发明专利CN 106771894展示了一种带有电压控制装置、温度控制装置、湿度控制装置和样品工装的电老化评估装置，通过检测材料在不同电压、温度和湿度作用下老化一段时间后的击穿强度变化来评估材料的长期耐电性能。但是，该专利方法将各种环境控制模块和工装集成在一个新装置上，脱离了传统环境试验中使用的高温试验箱、低温试验箱、潮热试验箱、温度循环试验箱等成熟完善的环境试验设备，导致该方法在具体实施时缺少灵活性，且成本非常高。

针对这一问题，我们希望能开发一种评估环氧塑封料绝缘可靠性的方法，该方法应具有非常不错的实用性，利于操作，且成本较低，利于推广。利用该方法可以在各类传统环境试验箱中对环氧塑封料施加额外的电场应力，环境试验前后，也可以利用GB/T1408.1-2016、GB/T 31838.2-2019等成熟的标准方法对环氧塑封料样品的绝缘性能进行检测，从而评估环氧塑封料在电场持续存在的条件下，长时间保持绝缘性能，完成绝缘功能的能力。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种环氧塑封料绝缘可靠性评估的电场应力施加装置、试验系统、试验单元和评估方法，用以评估环氧塑封料绝缘可靠性。

第一方面，本发明提供一种用于环氧塑封料绝缘可靠性评估的电场应力施加装置，包括第一加电板和第二加电板；

所述第一加电板包括第一绝缘基板、第一金属电极和第一导线，所述第一金属电极嵌套在所述第一绝缘基板的底部，使所述第一金属电极的正面裸露，所述第一金属电极的背面嵌入所述第一绝缘基板的内部，所述第一金属电极的背面设有第一螺丝螺孔结构，所述第一螺丝螺孔结构与所述第一导线的一端压接并与所述第一金属电极的正面连通，所述第一金属电极的正面与环氧塑封料样片接触；

所述第二加电板包括第二绝缘基板、第二金属电极和第二导线，所述第二金属电极嵌套在所述第二绝缘基板的底部，使所述第二金属电极的正面裸露，所述第二金属电极的背面嵌入所述第二绝缘基板的内部，所述第二金属电极的背面设有第二螺丝螺孔结构，所述第二螺丝螺孔结构与所述第二导线的一端压接并与所述第二金属电极的正面连通，所述第二金属电极的正面与所述环氧塑封料样片接触；

所述第一导线的另一端和所述第二导线的另一端与电源连接，所述第一加电板和所述第二加电板在通电状态下，用于向位于所述第一加电板与所述第二加电板之间的所述环氧塑封料样片施加电场应力。

本申请第一方面的电场应力施加装置能够通过第一加电板和第二加电板向位于中间的环氧塑封料样片施加电场应力，其中，电场应力施加装置的第一加电板和第二加电板便于拆卸和重复利用，具有成本低的优点。

在可选的实施方式中，所述第一金属电极的正面为金属圆片，所述环氧塑封料样片为圆片。

本可选的实施方式可使第一金属电极的正面为金属圆片，进而适配圆形的环氧塑封料样片。

在可选的实施方式中，所述第一绝缘基板的中部和所述第二绝缘基板的中部均设有圆形凹槽，所述第一金属电极嵌入所述第一绝缘基板的圆形凹槽，所述第二金属电极嵌入所述第二绝缘基板的圆形凹槽。

在本可选的实施方式，通过第一绝缘基板的圆形凹槽可固定第一金属电极，通过第二绝缘基板的圆形凹槽可固定第二金属电极。

在可选的实施方式中，所述金属圆片的直径为55mm，所述环氧塑封料圆片为直径为60mm±0.5mm,所述环氧塑封料样片的厚度为2mm±0.1mm，所述第一绝缘基板和所述第二绝缘基板均为边长为100mm，所述圆形凹槽的直径为55mm。

本可选的实施方式，可使直径为55mm的金属圆片适配直径为60mm±0.5mm的环氧塑封料样片，其中，环氧塑封料样片的尺寸符合GB/T1408.1的要求。同时，环氧塑封料样片直径大于金属电极的直径，进而避免了环境试验过程中出现空气击穿的可能性，安全系数较高。

在可选的实施方式中，所述金属圆片的直径为95mm，所述环氧塑封料样片为直径为100mm±0.5mm，所述环氧塑封料样片的厚度为2mm±0.1mm，所述第一绝缘基板和所述第二绝缘基板均为边长为140mm，所述圆形凹槽的直径为95mm。

本可选的实施方式，可使直径为95mm，的金属圆片适配直径为100mm±0.5mm的环氧塑封料样片，其中，环氧塑封料样片的尺寸符合GB/T 1408.1的要求。同时，环氧塑封料样片直径大于金属电极的直径，进而避免了环境试验过程中出现空气击穿的可能性，安全系数较高。

在可选的实施方式中，所述第一绝缘基板的拐角区域和所述第二绝缘基板的拐角区域均对称设有4个固定通孔，其中，通过单通六角隔离柱的螺栓贯穿第一绝缘基板的固定通孔和所述第二绝缘基板的固定通孔，所述环氧塑封料样片与所述第一金属电极的正面和所述第二金属电极的正面接触。

本可选的实施方式通过单通六角隔离柱的螺栓贯穿第一绝缘基板的固定通孔和所述第二绝缘基板的固定通孔，可将第一加电板和第二加电板固定在一起。并使第一加电板和第二加电板夹紧环氧塑封料样片。

第二方面，本发明提供一种环氧塑封料绝缘可靠性试验系统，包括高温试验箱、低温试验箱、潮热试验箱、温度循环试验箱和基于前述实施方式任一项所述的电场应力施加装置。

本申请第二方面可基于现成的高温试验箱、低温试验箱、潮热试验箱、温度循环试验箱，与本申请第一方面的电场应力施加装置组成环氧塑封料绝缘可靠性试验系统，进而具有成本低、使用灵活的优点。

第三方面，本发明提供一种试验单元，所述试验单元包括至少两个环氧塑封料样片和单通六角隔离柱，其中，每个所述环氧塑封料样片基于前述实施方式任一项所述的电场应力施加装置固定，所述单通六角隔离柱用于组合隔离所述至少两个环氧塑封料样片。

本申请第三方面通过电场应力施加装置固定的环氧塑封料样片、单通六角隔离柱可构成包括至少两个环氧塑封料样片的试验单元，从而便于试样。

第四方面，本发明提供一种环氧塑封料绝缘可靠性评估方法，所述方法包括：

获取环氧塑封料样片的试验前的体积电阻率、试验前的击穿强度、试验后的体积电阻率和试验后的击穿强度；

基于所述试验前的体积电阻率、所述试验前的击穿强度、所述试验后的体积电阻率和所述试验后的击穿强度，计算绝缘可靠性系数，其中，计算式为：

其中，α表示所述绝缘可靠性系数，取值范围在0～1之间，ρ

本申请第四方面通过获取环氧塑封料样片的试验前的体积电阻率、试验前的击穿强度、试验后的体积电阻率和试验后的击穿强度，进而能够基于所述试验前的体积电阻率、所述试验前的击穿强度、所述试验后的体积电阻率和所述试验后的击穿强度，计算绝缘可靠性系数。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本申请实施例公开的一种用于环氧塑封料绝缘可靠性评估的电场应力施加装置的结构示意图；

图2是本申请实施例公开的一种未与第一金属电极安装的第一绝缘基板的示意图；

图3是本申请实施例公开的一种与第一金属电极安装的第一绝缘基板的正面示意图；

图4是本申请实施例公开的一种与第一金属电极安装的第一绝缘基板的背面示意图；

图5是本申请实施例公开的一种单通六角隔离柱的紧固示意图；

图6是本申请实施例公开的一种试验单元的示意图；

图7是本申请实施例公开的一种环氧塑封料绝缘可靠性评估方法的流程示意图。

图标：1-第一导线；2-第一金属电极；3-第一绝缘基板；4-第二导线；5-第二金属电极；6-第二绝缘基板；7-环氧塑封料样片；801-螺丝；802-螺孔；901-单通六角隔离柱的螺栓；902-单通六角隔离柱的螺孔。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

实施例一

请参阅图1，图1是本申请实施例公开的一种用于环氧塑封料绝缘可靠性评估的电场应力施加装置的结构示意图。如图1所示，该电场应力施加装置包括第一加电板和第二加电板；

第一加电板包括第一绝缘基板3、第一金属电极2和第一导线1，第一金属电极2嵌套在第一绝缘基板3的底部，使第一金属电极2的正面裸露，第一金属电极2的背面嵌入第一绝缘基板3的内部，第一金属电极2的背面设有第一螺丝螺孔结构，第一螺丝螺孔结构与第一导线1的一端压接并与第一金属电极2的正面连通，第一金属电极2的正面与环氧塑封料样片7接触；

第二加电板包括第二绝缘基板6、第二金属电极5和第二导线4，第二金属电极5嵌套在第二绝缘基板6的底部，使第二金属电极5的正面裸露，第二金属电极5的背面嵌入第二绝缘基板6的内部，第二金属电极5的背面设有第二螺丝螺孔结构，第二螺丝螺孔结构与第二导线4的一端压接并与第二金属电极5的正面连通，第二金属电极5的正面与环氧塑封料样片7接触；

第一导线1的另一端和第二导线4的另一端与电源连接，第一加电板和第二加电板在通电状态下，用于向位于第一加电板与第二加电板之间的环氧塑封料样片7施加电场应力。

本申请实施例的电场应力施加装置能够通过第一加电板和第二加电板向位于中间的环氧塑封料样片7施加电场应力，其中，电场应力施加装置的第一加电板和第二加电板便于拆卸和重复利用，具有成本低的优点。

在可选的实施方式中，第一金属电极2的正面为金属圆片，环氧塑封料样片7为塑封料圆片。

在本申请实施例中，具体地，第一螺丝螺孔结构包括螺丝801和螺孔802，其中，第一导线可缠绕在螺丝801上，并通过螺丝801和螺孔802固定。

本可选的实施方式可使第一金属电极2的正面为金属圆片，进而适配圆形的环氧塑封料样片7。

在本申请实施例中，作为一种可选的实施方式，金属圆片的直径为55mm，环氧塑封料样片7为直径为60mm±0.5mm，环氧塑封料样片的厚度为2mm±0.1mm，第一绝缘基板和所述第二绝缘基板均为边长为100mm，圆形凹槽的直径为55mm。

本可选的实施方式，可使直径为55mm的金属圆片适配直径为60mm±0.5mm的环氧塑封料样片7，其中，环氧塑封料样片的尺寸符合GB/T1408.1的要求。同时，环氧塑封料样片7直径大于金属电极的直径，进而避免了环境试验过程中出现空气击穿的可能性，安全系数较高。

在本申请实施例中，作为一种可选的实施方式，金属圆片的直径为95mm，环氧塑封料样片7为直径为100mm±0.5mm，所述环氧塑封料样片的厚度为2mm±0.1mm，所述第一绝缘基板和所述第二绝缘基板均为边长为140mm，所述圆形凹槽的直径为95mm。

本可选的实施方式，可使直径为95mm，的金属圆片适配直径为100mm±0.5mm的环氧塑封料样片，其中，环氧塑封料样片的尺寸符合GB/T 1408.1的要求。同时，环氧塑封料样片直径大于金属电极的直径，进而避免了环境试验过程中出现空气击穿的可能性，安全系数较高。

在本申请实施例中，作为一种可选的实施方式，所述第一绝缘基板的中部和所述第二绝缘基板的中部均设有圆形凹槽，所述第一金属电极嵌入所述第一绝缘基板的圆形凹槽，所述第二金属电极嵌入所述第二绝缘基板的圆形凹槽。

在本可选的实施方式，通过第一绝缘基板的圆形凹槽可固定第一金属电极，通过第二绝缘基板的圆形凹槽可固定第二金属电极。在本申请实施例中，作为一种可选的实施方式，第一绝缘基板3的中部和第二绝缘基板6的中部均设有通孔，其中，第一螺丝螺孔结构贯穿第一绝缘基板3的通孔，第二螺丝螺孔结构贯穿第二绝缘基板6的通孔。

在本可选的实施方式，第一螺丝螺孔结构贯穿第一绝缘基板3的通孔后便于设置在外部的第一导线1连接，而第二螺丝螺孔结构贯穿第二绝缘基板6的通孔后便于设置在外部的第二导线4连接。

在本申请实施例中，作为一种可选的实施方式，第一绝缘基板3的拐角区域和第二绝缘基板6的拐角区域均对称设有4个固定通孔，其中，通过单通六角隔离柱的螺栓8贯穿第一绝缘基板3的固定通孔和第二绝缘基板6的固定通孔，环氧塑封料样片7与第一金属电极2的正面和第二金属电极5的正面接触。

本可选的实施方式通过单通六角隔离柱的螺栓8贯穿第一绝缘基板3的固定通孔和第二绝缘基板6的固定通孔，可将第一加电板和第二加电板固定在一起。并使第一加电板和第二加电板夹紧环氧塑封料样片7。

针对上述可选的实施方式，请参阅图2、图3、图4，其中，图2是本申请实施例公开的一种未与第一金属电极2安装的第一绝缘基板3的示意图，图3是本申请实施例公开的一种与第一金属电极2安装的第一绝缘基板3的正面示意图，图4是本申请实施例公开的一种与第一金属电极2安装的第一绝缘基板3的背面示意图。如图2所示，第一绝缘基板3设有圆形的凹槽，相应地，设置在第一金属电极2上的凸台嵌入该凹槽中，进而与第一绝缘基板3卡接。进一步地，如图2所示，第一绝缘基板3设有圆形的通孔，第一螺丝螺孔结构贯穿第一绝缘基板3的通孔，其中，第一螺丝螺孔结构的顶端与第一导线1连接，而如图3所示，第一螺丝螺孔结构的底部为第一金属电极2的正面。进一步地，如图4所示，第一绝缘基板3上的四个边角处设有固定通孔，可用于和第二绝缘基板6固定连接，从而将第一加电板和第二加电板固定在一起。进一步地，请参阅图5，图5是本申请实施例公开的一种单通六角隔离柱的紧固示意图。如图5所示，通过单通六角隔离柱的螺栓901与单通六角隔离柱的螺孔902的配合，第一加电板和第二加电板固定在一起。

本申请实施例还提供一种环氧塑封料绝缘可靠性试验系统，其中，该系统包括高温试验箱、低温试验箱、潮热试验箱、温度循环试验箱和基于前述实施方式任一项的电场应力施加装置。

本申请实施例可基于现成的高温试验箱、低温试验箱、潮热试验箱、温度循环试验箱，与本申请实施例的电场应力施加装置组成环氧塑封料绝缘可靠性试验系统，进而具有成本低、使用灵活的优点。例如，在需要对环氧树脂塑料件进行可靠性试验时，可在现成的高温试验箱、低温试验箱、潮热试验箱、温度循环试验箱，仅添加本申请时候实施例的电场应力施加装置，因此，具有更低的试验成本。需要说明的是，关于高温试验箱、低温试验箱、潮热试验箱、温度循环试验箱的具体结构，请参阅现有技术，本申请实施例对此不作限定。

本申请实施例还提供一种试验单元，其中，该试验单元包括至少两个环氧塑封料样片7和单通六角隔离柱，其中，每个环氧塑封料样片7基于前述实施方式任一项的电场应力施加装置固定，单通六角隔离柱用于组合隔离至少两个环氧塑封料样片7。

本申请实施例通过电场应力施加装置固定的环氧塑封料样片7、单通六角隔离柱可构成包括至少两个环氧塑封料样片7的试验单元，从而便于试样。

针对本申请实施例的试验单元，作为一种示例，请参阅图6，图6是本申请实施例公开的一种试验单元的示意图。如图6所示，试验单元包括5个被电场应力施加装置固定的环氧塑封料样片7，其中，各被电场应力施加装置固定的环氧塑封料样片7通过单通六角隔离柱固定在一起，试验时，每次试验可同时对5个被电场应力施加装置固定的环氧塑封料样片7施加环境应力，提高了试验效率。

请参阅图7，图7是本申请实施例公开的一种环氧塑封料绝缘可靠性评估方法的流程示意图。如图7所示，本申请实施例的方法包括以下步骤：

101、获取环氧塑封料样片的试验前的体积电阻率、试验前的击穿强度、试验后的体积电阻率和试验后的击穿强度；

102、基于试验前的体积电阻率、试验前的击穿强度、试验后的体积电阻率和试验后的击穿强度，计算绝缘可靠性系数，其中，计算式为：

其中，α表示绝缘可靠性系数，取值范围在0～1之间，ρ

本申请实施例通过获取环氧塑封料样片7的试验前的体积电阻率、试验前的击穿强度、试验后的体积电阻率和试验后的击穿强度，进而能够基于试验前的体积电阻率、试验前的击穿强度、试验后的体积电阻率和试验后的击穿强度，计算绝缘可靠性系数。

基于上述电场应力施加装置、试验系统、试验单元和评估方法，本申请实施例对环氧塑封料进行可靠性进行评估的一个具体过程为：

选取一款环氧塑封料，然后按照以下步骤对其绝缘可靠性进行评估：

1)制样：通过高温注塑工艺将环氧塑封料支撑直径100mm±0.5mm，厚度2mm±0.1mm的样片。

2)试验单元装配：选择直径为95mm的金属电极和边长为140mm的绝缘基板，组装成加电板，按照本发明专利的技术方法，将塑封料样片与加电板组装成试验单元。

3)环境试验：将试验单元置于潮热环境试验箱内，并将试验单元的导线与400V交流电源相连。将潮热试验条件定为85℃，85％RH，开始1000h的多应力环境试验。

4)关键技术指标测试：多应力环境试验结束后，将环氧塑封料样片7从试验单元上取下作为试验样片，另取未经历环境试验的样片作为初始样片，将试验样片和初始样片置于23℃，55％RH的标准环境下调节2h。随后参考GB/T 31838.2-2019和GB/T 1408.1-2016中的标准测试方法，对试验样片和初始样片的击穿强度和体积电阻率进行测试，并计算绝缘可靠性系数。

其中，绝缘性能测试结果详见表1-1和表1-2，绝缘可靠性系数计算结果详见表1-3。

表1-1初始样片的绝缘性能测试结果

表1-2试验样片的绝缘性能测试结果

表1-3环氧塑封料的绝缘可靠性系数计算结果

进一步地，基于上述电场应力施加装置、试验系统、试验单元和评估方法，本申请实施例对环氧塑封料进行可靠性进行评估的另一个具体过程为：

1)制样：通过高温注塑工艺将环氧塑封料支撑直径100mm±0.5mm，厚度2mm±0.1mm的样片。

2)试验单元装配：选择直径为95mm的金属电极和边长为140mm的绝缘基板，组装成加电板，按照本发明专利的技术方法，将塑封料样片与加电板组装成试验单元。

3)环境试验：将试验单元置于高温环境试验箱内，并将试验单元的导线与600V直流电源相连。将高温试验条件定为125℃，开始1000h的多应力环境试验。

4)关键技术指标测试：多应力环境试验结束后，将环氧塑封料样片7从试验单元上取下作为试验样片，另取未经历环境试验的样片作为初始样片，将试验样片和初始样片置于23℃，55％RH的标准环境下调节2h。随后参考GB/T 31838.2-2019和GB/T 1408.1-2016中的标准测试方法，对试验样片和初始样片的击穿强度和体积电阻率进行测试，并计算绝缘可靠性系数。

绝缘性能测试结果详见表2-1和表2-2，绝缘可靠性系数计算结果详见表2-3。

表2-1初始样片的绝缘性能测试结果

表2-2试验样片的绝缘性能测试结果

表2-3环氧塑封料的绝缘可靠性系数计算结果

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

需要说明的是，功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。