本發(fā)明屬于一種功率半導(dǎo)體器件狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，具體是涉及到一種基于反射特征辨識(shí)的焊料層老化狀態(tài)評(píng)估方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、以絕緣柵雙極型晶體管(insulated?gate?bipolar?transistor，igbt)為代表的功率模塊是電力傳輸、轉(zhuǎn)換與控制系統(tǒng)的核心部件，基于igbt模塊退化機(jī)理開(kāi)展焊料層的老化狀態(tài)評(píng)估研究對(duì)于器件故障預(yù)警和系統(tǒng)運(yùn)維保障具有積極的指導(dǎo)意義。目前，“電磁-熱-機(jī)械”應(yīng)力耦合模型是焊料層老化失效規(guī)律及疲勞壽命預(yù)測(cè)研究的理論基礎(chǔ)之一，其中，由于熱膨脹系數(shù)(coefficient?of?thermal?expansion，cte)不匹配所導(dǎo)致的熱應(yīng)力影響更是焊料層老化過(guò)程的溯源分析關(guān)鍵。

2、目前現(xiàn)有針對(duì)焊料層老化狀態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估的相關(guān)研究主要是基于多物理場(chǎng)仿真和熱網(wǎng)絡(luò)建模等解析方法，通過(guò)測(cè)量或估算熱阻、結(jié)溫參數(shù)來(lái)間接映射焊料老化狀態(tài)，或直接進(jìn)行空洞、裂紋演化模擬及樣本分布統(tǒng)計(jì)來(lái)評(píng)估和監(jiān)測(cè)igbt模塊的老化狀態(tài)和剩余使用壽命。但多物理場(chǎng)解析及熱傳播網(wǎng)絡(luò)模型易受參數(shù)精度及溫敏性等因素的影響，且熱阻、結(jié)溫等特征參數(shù)的檢測(cè)精度在應(yīng)用層面受限于器件封裝結(jié)構(gòu)的限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有技術(shù)常用的上述方法存在易受參數(shù)精度及溫敏性等因素的影響，且熱阻、結(jié)溫等特征參數(shù)的檢測(cè)精度在應(yīng)用層面受限于器件封裝結(jié)構(gòu)限制的問(wèn)題，為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于反射特征辨識(shí)的焊料層老化狀態(tài)評(píng)估方法及裝置。

2、本發(fā)明的內(nèi)容包括：

3、第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于反射特征辨識(shí)的焊料層老化狀態(tài)評(píng)估方法，包括：

4、生成檢測(cè)信號(hào)；

5、向待測(cè)試設(shè)備注入所述檢測(cè)信號(hào)，所述檢測(cè)信號(hào)經(jīng)連接線纜傳輸至所述待測(cè)試設(shè)備，并在所述連接線纜的阻抗與所述待測(cè)試設(shè)備的阻抗不匹配的情況下產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的反射信號(hào)；

6、基于同步參考信號(hào)和所述反射信號(hào)確定目標(biāo)反射信號(hào)，所述同步參考信號(hào)與所述檢測(cè)信號(hào)相同；

7、對(duì)所述目標(biāo)反射信號(hào)進(jìn)行處理，得到與所述待測(cè)試設(shè)備阻抗屬性相關(guān)的目標(biāo)特征參量；

8、基于預(yù)先構(gòu)建的特征參量與老化狀態(tài)的映射模型，將所述目標(biāo)特征參量映射為對(duì)應(yīng)的目標(biāo)老化狀態(tài)。

9、可選地，所述生成檢測(cè)信號(hào)，包括：

10、通過(guò)二進(jìn)制相移鍵控法對(duì)偽隨機(jī)序列進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，得到sstdr信號(hào)；

11、將所述sstdr信號(hào)確定為檢測(cè)信號(hào)。

12、可選地，所述基于同步參考信號(hào)和所述反射信號(hào)確定目標(biāo)反射信號(hào)，包括：

13、采集得到初始采集樣本，所述初始采集樣本存在多個(gè)反射信號(hào)的混疊；

14、擬合所述初始采集樣本中除首次反射信號(hào)之外的其余反射信號(hào)的波形，從所述初始采集樣本中提取得到目標(biāo)反射信號(hào)；

15、對(duì)所述目標(biāo)反射信號(hào)和所述同步參考信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，得到相關(guān)運(yùn)算結(jié)果；

16、基于所述相關(guān)運(yùn)算結(jié)果確定所述目標(biāo)特征參量，所述目標(biāo)特征參量為最大相關(guān)峰值。

17、可選地，所述初始采集樣本為：

18、

19、其中，si為所述檢測(cè)信號(hào)，sac為所述初始采集樣本，fdut(n)為所述待測(cè)試設(shè)備產(chǎn)生的第n次反射信號(hào)，m為采集的反射信號(hào)的數(shù)量；ρa(bǔ)為所述待測(cè)試設(shè)備的端點(diǎn)處的透射系數(shù)，n和m均為大于等于2的整數(shù)；

20、多個(gè)反射信號(hào)的擬合波形滿足：

21、

22、其中，fa(n)為所述檢測(cè)信號(hào)的注入點(diǎn)處的第n次反射信號(hào)，ia(n)為所述檢測(cè)信號(hào)的注入點(diǎn)處的第n次透射信號(hào)，γa為所述檢測(cè)信號(hào)的注入點(diǎn)處的反射系數(shù)，γb為所述待測(cè)試設(shè)備的端點(diǎn)處的反射系數(shù)；

23、所述目標(biāo)反射信號(hào)為：

24、

25、其中，fdut_ref(n)為第n次反射信號(hào)的擬合波形。

26、可選地，所述最大相關(guān)峰值滿足：

27、

28、其中，si為所述檢測(cè)信號(hào)，fdut(t-τ)為所述待測(cè)試設(shè)備在(t-τ)時(shí)刻產(chǎn)生的反射信號(hào)，fdut(1)為所述目標(biāo)反射信號(hào)，ρa(bǔ)為所述待測(cè)試設(shè)備的端點(diǎn)處的透射系數(shù)，r(t)為所述相關(guān)運(yùn)算結(jié)果，t為信號(hào)周期，τ為信號(hào)的往返傳輸時(shí)延，當(dāng)t0＝τ時(shí)，r(t)等于所述最大相關(guān)峰值rpτ。

29、可選地，所述基于同步參考信號(hào)和所述反射信號(hào)確定目標(biāo)反射信號(hào)之前，所述方法還包括：

30、沿第一通道采集所述反射信號(hào)，以及沿第二通道采集所述同步參考信號(hào)，所述同步參考信號(hào)為與所述檢測(cè)信號(hào)同步生成的信號(hào)。

31、可選地，所述基于預(yù)先構(gòu)建的特征參量與老化狀態(tài)的映射模型，將所述目標(biāo)特征參量映射為對(duì)應(yīng)的目標(biāo)老化狀態(tài)之前，所述方法還包括：

32、在實(shí)驗(yàn)設(shè)備的不同老化階段注入所述檢測(cè)信號(hào)，所述實(shí)驗(yàn)設(shè)備與所述待測(cè)試設(shè)備為同類設(shè)備；

33、提取所述實(shí)驗(yàn)設(shè)備在不同老化階段對(duì)應(yīng)的目標(biāo)反射信號(hào)；

34、對(duì)所述不同老化階段對(duì)應(yīng)的目標(biāo)反射信號(hào)進(jìn)行處理，得到不同老化階段對(duì)應(yīng)的特征參量，并構(gòu)建特征參量與老化狀態(tài)的映射模型。

35、第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于反射特征辨識(shí)的焊料層老化狀態(tài)評(píng)估裝置，包括：

36、信號(hào)生成模塊，用于生成檢測(cè)信號(hào)；

37、信號(hào)注入模塊，用于向待測(cè)試設(shè)備注入所述檢測(cè)信號(hào)，所述檢測(cè)信號(hào)經(jīng)連接線纜傳輸至所述待測(cè)試設(shè)備，并在所述連接線纜的阻抗與所述待測(cè)試設(shè)備的阻抗不匹配的情況下產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的反射信號(hào)；

38、第一處理模塊，用于基于同步參考信號(hào)和所述反射信號(hào)確定目標(biāo)反射信號(hào)，所述同步參考信號(hào)與所述檢測(cè)信號(hào)相同；

39、第二處理模塊，用于對(duì)所述目標(biāo)反射信號(hào)進(jìn)行處理，得到與所述待測(cè)試設(shè)備阻抗屬性相關(guān)的目標(biāo)特征參量；

40、映射模塊，用于基于預(yù)先構(gòu)建的特征參量與老化狀態(tài)的映射模型，將所述目標(biāo)特征參量映射為對(duì)應(yīng)的目標(biāo)老化狀態(tài)。

41、第三方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種電子設(shè)備，包括：存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器上并可在所述處理器上運(yùn)行的程序；所述處理器，用于讀取存儲(chǔ)器中的程序?qū)崿F(xiàn)如第一方面所述的基于反射特征辨識(shí)的焊料層老化狀態(tài)評(píng)估方法中的步驟。

42、第四方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，用于存儲(chǔ)程序，所述程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如第一方面所述的基于反射特征辨識(shí)的焊料層老化狀態(tài)評(píng)估方法中的步驟。

43、針對(duì)現(xiàn)有多物理場(chǎng)解析及熱傳播網(wǎng)絡(luò)模型方法存在的易受參數(shù)精度及溫敏性等因素的影響，且熱阻、結(jié)溫等特征參數(shù)的檢測(cè)精度在應(yīng)用層面受限于器件封裝結(jié)構(gòu)限制的問(wèn)題，在本發(fā)明實(shí)施例中，向待測(cè)試設(shè)備注入檢測(cè)信號(hào)，檢測(cè)信號(hào)經(jīng)連接線纜傳輸至待測(cè)試設(shè)備，并在連接線纜的阻抗與待測(cè)試設(shè)備的阻抗不匹配的情況下產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的反射信號(hào)；基于同步參考信號(hào)和反射信號(hào)確定目標(biāo)反射信號(hào)，對(duì)目標(biāo)反射信號(hào)進(jìn)行處理，得到與待測(cè)試設(shè)備阻抗屬性相關(guān)的目標(biāo)特征參量；基于預(yù)先構(gòu)建的特征參量與老化狀態(tài)的映射模型，將目標(biāo)特征參量映射為對(duì)應(yīng)的目標(biāo)老化狀態(tài)。

44、本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明提供的方法不依賴于待測(cè)試設(shè)備的傳統(tǒng)電氣參數(shù)，由于注入的檢測(cè)信號(hào)與系統(tǒng)正常工作信號(hào)間存在明顯帶寬差異，故可實(shí)現(xiàn)互不干擾的非侵入式的檢測(cè)目標(biāo)。同時(shí)本發(fā)明借助信號(hào)反射特性間接刻畫(huà)了焊料層空洞發(fā)展趨勢(shì)，克服了內(nèi)部參數(shù)監(jiān)測(cè)方案的部分局限性，能有效規(guī)避現(xiàn)有技術(shù)中“電磁-熱-機(jī)械”應(yīng)力耦合模型的復(fù)雜度和精度缺陷，并克服模塊內(nèi)部評(píng)價(jià)參數(shù)采集的封裝限制。