IGBT功率器件静态参数测试解决方案

旺材芯片 2023-03-22 5310

描述

IGBT及其应用发展

IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是电力控制和电力转换的核心器件，是由BJT（双极型晶体管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，具有高输入阻抗、低导通压降、高速开关特性和低导通状态损耗等特点，在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。

目前IGBT已经能够覆盖从600V-6500V的电压范围，应用涵盖从工业电源、变频器、新能源汽车、新能源发电到轨道交通、国家电网等一系列领域。

IGBT功率半导体器件主要测试参数

近年来IGBT成为电力电子领域中尤为瞩目的电力电子器件,并得到越来越广泛的应用,那么IGBT的测试就变的尤为重要了。IGBT的测试包括静态参数测试、动态参数测试、功率循环、HTRB可靠性测试等，这些测试中最基本的测试就是静态参数测试。

IGBT静态参数主要包含：栅极-发射极阈值电压VGE(th)、栅极-发射极漏电流IGEs、集电极-发射极截止电流ICEs、集电极-发射极饱和电压VCE(sat)、续流二极管压降VF、输入电容Ciss、输出电容Coss、反向传输电容Crss。只有保证IGBT的静态参数没有问题的情况下，才进行像动态参数(开关时间、开关损耗、续流二极管的反向恢复)、功率循环、HTRB可靠性方面进行测试。

IGBT功率半导体器件测试难点

IGBT是由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有高输入阻抗和低导通压降两方面的优点；同时IGBT芯片属于电力电子芯片，需要工作在大电流、高电压、高频率的环境下，对芯片的可靠性要求较高。这给IGBT测试带来了一定的困难：

1、IGBT是多端口器件，需要多种仪表协同测试；

2、IGBT的漏电流越小越好，需要高精度的设备进行测试；

3、IGBT的电流输出能力很强，测试时需要快速注入1000A级电流，并完成压降的釆样；

4、IGBT耐压较高，一般从几千到一万伏不等，需要测量仪器具备高压输出和高压下nA级漏电流测试的能力；

5、由于IGBT工作在强电流下，自加热效应明显，严重时容易造成器件烧毁，需要提供μs级电流脉冲信号减少器件自加热效应；

6、输入输出电容对器件的开关性能影响很大，不同电压下器件等效结电容不同，C-V测试十分有必要。

普赛斯IGBT功率半导体器件静态参数测试解决方案

普赛斯IGBT功率器件静态参数测试系统，集多种测量和分析功能一体，可以精准测量IGBT功率半导体器件的静态参数,具有高电压和大电流特性、μΩ级精确测量、nA级电流测量能力等特点。支持高压模式下测量功率器件结电容，如输入电容、输出电容、反向传输电容等。

普赛斯功率器件静态参数测试系统，主要包括测试主机、测试线、测试夹具、电脑、上位机软件，以及相关通讯、测试配件等构成。模块化的设计测试方法灵活，能够极大方便用户添加或升级测量模块，适应测量功率器件不断变化的需求。整套系统采用普赛斯自主开发的测试主机，内置多种规格电压、电流、电容测量单元模块。结合专用上位机测试软件，可根据测试项目需要，设置不同的电压、电流等参数，以满足不同测试需求。测试数据可保存与导出，并可生成I-V以及C-V特性曲线。此外，测试主机可与探针台搭配使用，实现晶圆级芯片测试；也可与高低温箱、温控模块等搭配使用，满足高低温测试需求。

测试主机内部采用的电压、电流测量单元，均采用多量程设计，测试精度为0.1%。其中，栅极-发射极，最大支持30V@10A脉冲电流输出与测试，可测试低至pA级漏电流；集电极-发射极，最大支持6000A高速脉冲电流，典型上升时间为15μs，且具备电压高速同步采样功能；最高支持3500V电压输出，且自带漏电流测量功能；频率最高支持1MHz。支持国标全指标的一键测试。

图：IGBT测试系统国标参数测试规格

其中，普赛斯仪表专注于第三代先进半导体的科学仪器国产替代需求为重点研究方向，针对IGBT等功率器件静态参数测试所需的高压源测单元有非常强的设计开发能力，可持续满足市场对3KV、5KV、10KV的测试需求。

普赛斯仪表推出的E系列高压程控电源具有输出及测量电压高（0-3500V，可拓展至10kV）、能输出及测量微弱电流信号（1nA）、输出及测量电流0-100mA等特点。

设备工作在第一象限，产品可以同步电流测量，支持恒压恒流工作模式，支持丰富的IV扫描模式。E系列高压程控电源可应用于IGBT击穿电压测试、IGBT动态测试母线电容充电电源、IGBT老化电源、防雷二极管耐压测试等场合。其恒流模式对于快速测量击穿点具有重大意义。

另外，针对二极管、IGBT器件、IPM模块等需要高电流的测试场合，普赛斯HCPL系列高电流脉冲电源，具有输出电流大(1000A)、脉冲边沿陡(15μS)、支持两路脉冲电压测量（峰值采样）以及支持输出极性切换等特点。设备可应用于肖特基二极管、整流桥堆、IGBT器件、IGBT半桥模块、IPM模块等需要高电流的测试场合，使用该设备可以独立完成“电流-导通电压”扫描测试。

IGBT静态测试夹具方案

针对市面上不同封装类型的IGBT产品，普赛斯还可以提供整套夹具解决方案,可用于TO单管、半桥模组等产品的测试。

经过20多年的高速发展，国内第三代半导体主要企业已基本形成全产业链，产业规模达到世界第一。主要应用的三大领域分别是光电子器件，如半导体照明、激光显示等；射频电子器件，如移动通信基站、卫星通讯等；功率电子器件，如新能源汽车、智能电网、高速轨道交通等。

普赛斯仪表聚焦材料、晶圆到半导体器件的电性能测试设备的研发创新，深耕半导体测试领域，在I-V测试上积累了丰富的经验，先后推出了直流源表、脉冲源表、高电流脉冲源表、高电压源测单元等测试设备,广泛应用于高校研究所、实验室、新能源、光伏、风电、轨交、变频器等场景。

　　审核编辑：汤梓红

打开APP阅读更多精彩内容