一种绝缘电树枝观测装置

本技术涉及绝缘检测，尤其涉及一种绝缘电树枝观测装置。

背景技术：

1、随着高品质军事卫星的不断发展，以及未来天基信息港、天基雷达、超大口径光学遥感卫星等为代表的“大尺度、大重量、大功率、长寿命”大型航天器平台研发，对空间电源的功率传输需求越来越大，使用寿命需求越来越长。

2、太阳能电池帆板为航天器提供能源动力，被誉为航天器的心脏，功率传输器件将太阳能电池阵上的功率和信号通过内部的电传输装置传输到星体内部后，其中的电源控制器通过对功率实施调节和控制，协调太阳电池阵和锂电池组的能量传输及与负载的功率平衡。半导体功率模块作为电源控制器各个功能模块的核心部件，承担着能量变换与调节的重要功能，其工作稳定性、可靠性和服役寿命直接影响航天器的能源供给和信号传递，进而影响航天器在轨飞行安全。高品质航天器的研发对功率模块的小型化、高功率密度化发展提出新的需求，导致其封装绝缘的绝缘劣化问题逐渐突出，主要表现为绝缘内部电树枝的引发及生长，最终导致绝缘击穿，严重缩短了其服役寿命。

3、功率模块的绝缘封装材料一般采用硅凝胶灌封，硅凝胶在固化前具有液体的流动性质，而固化后呈现软凝胶状态，并不完全具备固体的支撑力。在功率模块中，上下金属铜层、陶瓷基板(两者合称陶瓷覆铜板)与硅凝胶的交界之处(通常被称作三结点)局部场强畸变严重，是电树枝引发的重灾区。

4、实践和研究表明，在施加电压后，电树枝总是从三结点处引发，并沿着陶瓷基板－硅凝胶界面生长。因此功率模块绝缘中生长的电树枝是一种在硅凝胶-陶瓷基板沿面生长的电树枝。

5、然而，观测装置始终制约着功率模块绝缘内部电树枝生长机制的研究，不利于探究绝缘劣化机理，从而严重阻碍了绝缘耐电提升方法的研究。目前，现有的电树枝观测均为在单纯绝缘材料内部进行观测，在绝缘材料内部埋入针电极与地电极，将装置连入电路中配合显微镜和工业相机成功观测到硅凝胶内部电树枝的生长。有部分学者考虑到封装绝缘中电树枝的沿面生长特性，采用方便观测的透明的玻璃板代替陶瓷基板，将针电极直接放置于玻璃基板上加以硅凝胶灌封以模拟功率模块中的沿面电树枝生长，在高速相机下观测到在玻璃基板与硅凝胶的沿面的电树枝的生长，相比单纯材料内部的观测更接近于功率模块真实情况。但是，现有技术中的装置并未考虑到功率模块真实绝缘结构，与功率模块实际绝缘结构具有较大差异。因此，现有装置难以确保电树枝在硅凝胶-陶瓷基板沿面的生长，也难以实现电极的有效连接及电极间距离的确定，从而使得观测到的电树枝生长过程准确性较低。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种绝缘电树枝观测装置，用于解决如下技术问题：现有技术中的装置并未考虑到功率模块真实绝缘结构，与功率模块实际绝缘结构具有较大差异。因此，现有装置难以确保电树枝在硅凝胶-陶瓷基板沿面的生长，也难以实现电极的有效连接及电极间距离的确定，从而使得观测到的电树枝生长过程准确性较低。

2、本技术实施例采用下述技术方案：

3、本技术实施例提供一种绝缘电树枝观测装置，其特征在于，装置包括陶瓷覆铜板、钨钢针及金属夹具、定位板、电极距离测量板以及圆柱状腔体；定位板水平放置于圆柱状腔体内部，且定位板边缘与圆柱状腔体内部贴合；定位板设有第一中空缺口，陶瓷覆铜板水平设置于第一中空缺口中，且陶瓷覆铜板的短边与第一中空缺口的内侧贴合，陶瓷覆铜板固定于第一中空缺口中；电极距离测量板的一侧与陶瓷覆铜板的上层铜板贴合放置，电极距离测量板的另一侧与钨钢针的针尖贴合放置，使钨钢针与上层铜板之间，预留出电极距离测量板宽度所对应的电极距离，以实现电极距离的确定；金属夹具与钨钢针连接，在电气上联通，以对钨钢针进行固定，金属夹具实现高压电极的引出与电极的连接，在对圆柱状腔体内的试样施加电压后，在针尖处引发电树枝，以实现沿面生长的电树枝观测。

4、在本技术的一种实现方式中，金属夹具顶端与底端均为圆角；金属夹具的底端设有盲孔，钨钢针的尾端放置于盲孔内；金属夹具底端侧壁上设有螺纹孔，螺纹孔与盲孔连通，螺纹孔内的螺丝将钨钢针固定于盲孔内。

5、在本技术的一种实现方式中，圆柱状腔体的侧壁设有与金属夹具相同直径的倾斜通孔；倾斜通孔贯穿侧壁；圆柱状腔体外侧壁对应的通孔端高于内侧壁对应的通孔端，且内侧壁对应的通孔端高于陶瓷覆铜板。

6、在本技术的一种实现方式中，金属夹具穿过倾斜通孔，使底端的钨钢针尖置于陶瓷覆铜板的表面；钨钢针与陶瓷覆铜板通过预置水平面夹角接触连接。

7、在本技术的一种实现方式中，绝缘电树枝观测装置底部设有倒t型螺纹通孔；倒t型螺纹通孔通过环形密封圈与t型不锈钢体连接，t型不锈钢体与陶瓷覆铜板的下层铜板接触，用于地电极的引出连接。

8、在本技术的一种实现方式中，圆柱状腔体内壁设有矩形突出体；矩形突出体沿圆柱状腔体内壁，自圆柱状腔体底部至顶部设置，矩形突出体用于与定位板固定连接。

9、在本技术的一种实现方式中，定位板设有第二中空缺口；第二中空缺口与矩形突出体尺寸一致；矩形突出体嵌入第二中空缺口中，以对定位板进行固定。

10、在本技术的一种实现方式中，第二缺口的长边与第一缺口的宽边平行设置。

11、在本技术的一种实现方式中，第一中空缺口处的长边为梯形凹槽设置，梯形凹槽下部放置陶瓷覆铜板，梯形凹槽上部放置电极距离测量板；电极距离测量板在梯形凹槽内移动，以使电极距离测量板与陶瓷覆铜板的上层铜板贴合。

12、在本技术的一种实现方式中，圆柱状腔体内灌封和固化硅凝胶；硅凝胶的高度没过钨钢针。

13、本技术实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

14、1.本技术实施例通过定位板以确定陶瓷覆铜板在绝缘观测装置中的具体位置，以保证高低压电极距离的一致。其次，本技术实施例通过定位板上的第一缺口，对陶瓷覆铜板进行位置固定，以及基于不同的需求，设置不同尺寸的电极距离测量板，通过电极距离测量板对电极距离进行调节，从而实现不同的电极距离确定。模拟功率模块中三结点处的场强集中效应，从而确保模拟功率模块中的电树枝生长状态的准确性。

15、2.本技术实施例中由于钨钢针较细，因此通过设置金属夹具对钨钢针进行固定，两者构成高压电极，以及通过倾斜通孔将金属夹具置于圆柱状腔体内，方便对钨钢针进行固定，以便更好的实现高压电极的引出。并保证针尖抵在陶瓷基板表面，使得电树枝是在硅凝胶－陶瓷基板界面引发并沿面生长，高度模拟功率模块中电树枝的生长状态。

16、3.本技术实施例通过在绝缘电树枝观测装置底部设有倒t型螺纹通孔，方便不锈钢体的安装与拆卸，还便于地电极的引出连接。同时确保绝缘电树枝观测装置良好的气密性，可将固化前呈液体状的硅凝胶混合液置于腔体中加热固化。

17、附图说明

18、为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，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技术中记载的一些实施例，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。在附

19、图中：

20、图1为本技术实施例提供的一种圆柱状腔体示意图；

21、图2为本技术实施例提供的一种绝缘电树枝观测装置示意图；

22、图3为本技术实施例提供的一种定位板示意图；

23、图4为本技术实施例提供的一种陶瓷覆铜板示意图；

24、图5为本技术实施例提供的一种金属夹具示意图；

25、图6为本技术实施例提供的一种观测到的电树枝生长过程示意图。