CN102565657B - 测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种测试装置，用于对被测试器件进行测试，其可以防止过剩电流流入到被测试器件中。所述测试装置具有：用于产生向所述被测试器件供给电源电压的电源部；设置在从所述电源部至所述被测试器件的路径中的感应负载部；相对于所述感应负载部而言与所述被测试器件并联连接的第一半导体开关；以及在切断对所述被测试器件供给的电源电压的情况下，导通所述第一半导体开关的控制部。

Description

测试装置
技术领域
本发明涉及一种测试装置。
背景技术
作为用于大电流电路的开关器件，已知有使用了绝缘栅极型双极晶体管(以下称为IGBT)等元件的器件。在该器件中，根据所要求的电流规格等并联多个IGBT元件(例如参照专利文献1)。用于对该设备进行测试的测试装置从公共的电源向多个IGBT供给电源电力。
专利文献1：专利公开2000-58820号公报
作为大电流的开关器件的测试项目，有雪崩击穿测试。在雪崩击穿测试中，在将被测试器件与感应器等的感应负载连接，而使被测试器件处于导通状态的期间，在该感应负载中蓄积电能。其后，将被测试器件切换至非导通状态，以对在将蓄积于感应负载中的电能施加到被测试器件时的被测试器件的耐受性进行测试。
在此，将在被测试器件处于非导通状态的期间，通过施加超过被测试器件的额定值的电压而流入被测试器件的电流称为雪崩电流。雪崩电流流通的时间称为雪崩时间。在雪崩时间内施加于被测试器件上的电压称为雪崩电压。
在雪崩期间中被测试器件以短路模式发生故障时，过大电流流过被测试器件。当过大电流流过被测试器件时，扩大了被测试器件的损伤，也存在难以分析出被测试器件发生故障的原因的情况。另外，还存在由该过大电流使测试装置损伤的情况。因此，为了防止被测试器件以及测试装置受到损伤，重要的是，在被测试器件发生故障的情况下，利用开关等来迅速防止来自感应负载的电流流入被测试器件中。
发明内容
为了解决所述问题，在本发明的第一技术方案中提供一种测试装置，是对被测试器件进行测试的测试装置，具有：用于产生向所述被测试器件供给电源电压的电源部；设置在从所述电源部至所述被测试器件的路径中的感应负载部；相对于所述感应负载部而言与所述被测试器件并联连接的第一半导体开关；以及在切断对所述被测试器件供给的电源电压的情况下，导通所述第一半导体开关的控制部。
此外，上述发明内容并未全部列举出本发明的必要特征。另外，这些特征组的副组合也还是发明。
附图说明
图1是与被测试器件200一起示出对被测试器件200进行测试的测试装置100的结构的例子。
图2是表示异常检测部30的结构的例子。
图3是表示在作为IGBT的被测试器件200的雪崩击穿耐量的测试中，在被测试器件200正常动作的情况下的被测试器件200的栅极电压、集电极-发射极间电压、集电极电流、第一半导体开关24的控制信号以及连接点A电压的波形的一个例子。
图4是表示在作为IGBT的被测试器件200的雪崩击穿耐量的测试中，被测试器件200异常动作的情况下中的被测试器件200的栅极电压、集电极-发射极间电压、集电极电流、第一半导体开关24的控制信号以及连接点A电压的波形的一个例子。
图5是表示改变对各第三半导体开关28-1及28-2的输入时机的控制信号的一个例子。
图6是表示按各个第三半导体开关28-1及28-2而对变化时的倾向加以改变的控制信号的一个例子。
具体实施方式
以下，通过发明的实施方式对本发明进行说明，但以下的实施方式并不限定专利权利要求所涉及的发明。另外，在实施方式中所说明的特征的组合并非全都是发明的解决手段所必需的。
图1示出了被测试器件200和用于对被测试器件200进行测试的测试装置100的结构例子。被测试器件200包括例如绝缘栅极型双极晶体管(IGBT)等高耐压、大电流的开关元件。被测试器件200可以具有并联地形成于公共基板上的多个开关元件。
被测试器件200是具有数百至数千V左右的耐压性能，并且能够流入数A(安培)至数百A(安培)左右电流的器件。另外，被测试器件200可以为车载用的器件。
测试装置100具有控制部10、电源部20、感应负载部22、第一半导体开关24、第二半导体开关26、第三半导体开关28-1、28-2、异常检测部30、放电管50、绝缘放大器52以及钳位部60。控制部10控制测试装置100的各构成要素。控制部10可以对测试装置100的各构成要素供给信号，而且接收来自各构成要素的信号。
控制部10可以根据自测试装置100的用户给定的程序来控制各构成要素。控制部10将用于使被测试器件200动作的测试信号供给至被测试器件200。例如控制部10生成用于通断被测试器件200内的开关元件的测试信号。测试装置100可以根据基于测试信号而施加到被测试器件200上的电压或电流、或者被测试器件200所输出的电压或电流，来判定被测试器件200的好坏。例如控制部10所提供的测试信号被施加给被测试器件200内的开关元件的栅极端子。
电源部20具有电压源42和电容器44，并产生向被测试器件200供给的电源电压。在从电源部20至被测试器件200的路径中设置有感应负载部22。电源部20所供给的电源电压经由感应负载部22施加至开关元件的发射极端子或集电极端子(或：源极端子或漏极端子)。另外，电源部20向开关元件的发射极-集电极间供给电流。电源部20产生规定为被测试器件200的规格的电源电压。作为一个例子，电源部20产生600V至1000V的直流电源电压。
感应负载部22具有电感，且设置于电源部20与被测试器件200之间的路径中。作为一个例子，感应负载部22是感应器46。感应负载部22也可以构成为将具有不同电感的多个感应器46切换，而使其中的一个感应器46与路径相连接。由此，感应负载部22能够将基于被测试器件200种类以及测试内容的电感设置在电源部20与被测试器件200之间的路径中。在使被测试器件200从导通状态变换到断开状态的情况下，感应负载部22产生逆电动势。本例子的测试装置100可以使用由感应负载部22产生的逆电动势，对被测试器件200的耐压进行测试。
第一半导体开关24相对于感应负载部22而言与被测试器件200并联连接。在本实施方式中，第一半导体开关24的发射极端子与被测试器件200的开关元件的发射极端子相连接，第一半导体开关24的集电极端子与被测试器件200的开关元件的集电极端子相连接。第一半导体开关24通过控制部10的控制来进行导通/断开。在切断对被测试器件200供给的电源电压的情况下，可以由控制部10导通第一半导体开关24，将被测试器件200的集电极-发射极间连接起来。在第二半导体开关26断开而切断电源电压的供给时，在感应负载部22上产生逆电动势，在被测试器件200的发射极一集电极间检测过大电压时，控制部10导通第一半导体开关24而成为低电阻，向第一半导体开关24流入电流。由此，能够防止过大电流流入被测试器件200中。
第一半导体开关24可以为IGBT。第一半导体开关24的容许电流优选为大于被测试器件200。另外，第一半导体开关24的容许电流，优选为大于电源部20能够供给至被测试器件200的电流量。第一半导体开关24具有充分大的电流容量，由此能够在电源电压切断时可靠地流过电流。另外，第一半导体开关24的导通电阻优选为小于被测试器件200的导通电阻。如果第一半导体开关24的导通电阻小于被测试器件200的导通电阻，则即使在电源电压切断时被测试器件200以短路模式发生故障，也能够使从感应负载部22向被测试器件200和第一半导体开关24流入的电流的大部分流入到第一半导体开关24中，这样能够防止被测试器件200流入过大电流而受到损伤。
放电管50与被测试器件200并联连接。放电管50将施加至被测试器件200的电压钳位住(clamp)。放电管50在施加至被测试器件200中的电压达到预定值的情况下进行放电，以防止被测试器件200被施加过大的电压。
钳位部60与感应负载部22的被测试器件200侧的端子所连接的节点(连接点A)相连接，用于进行电位钳位以使该节点电压不超过预定电压值。作为一个例子，钳位部60具有二极管62、电容器64以及钳位电压设定部66。二极管62的阳极与感应负载部22的被测试器件200侧的端子所连接的节点相连接，其阴极与电容器64的一端以及钳位电压设定部66相连接。电容器64的另一端与接地电位等基准电位相连接。钳位电压设定部66输出要进行电位钳位固定的电压VClamp。在二极管62的阳极的电位、即感应负载部22的被测试器件200侧的端子所连接的节点的电位高于钳位电压设定部66所输出的电压的情况下，电流在二极管62中正向流入，而抑制阳极的电位上升。此外，钳位电压设定部66可以利用二极管62的正向电压下降而将阳极的电位设定为不超过预定电压值。
第二半导体开关26设置在电源部20与感应负载部22之间，用于将电源部20与感应负载部22之间连接或切断。第二半导体开关26在控制部10的控制下导通/断开。第二半导体开关26，在测试中将电源部20与感应负载部22之间连接起来，在测试以外的期间，将电源部20与感应负载部22之间切断。作为一个例子，第二半导体开关26为继电器或IGBT等半导体开关。
在感应负载部22与被测试器件200之间的路径上，一个或多个第三半导体开关28-1及28-2相对于感应负载部22与被测试器件200串联连接。第三半导体开关数目并不局限于二个，也可以是一个或三个以上串联连接。第三半导体开关28-1及28-2在控制部10的控制下而导通/断开。在本实施方式中，第三半导体开关28-1及28-2设置在感应负载部22的未与电源部20连接一侧的端子与作为IGBT的被测试器件200的集电极之间的路径上。在切断对被测试器件200供给的电源电压的情况下，控制部10断开第三半导体开关28-1及28-2。第三半导体开关28-1及28-2在异常时切断感应负载部22与被测试器件200间的连接。半导体开关的开关速度随着耐压越小而越快，因此，为了迅速切断对被测试器件200供给的电源电压，第三半导体开关28-1及28-2的耐压也可以小于被测试器件200的耐压。
与各个第三半导体开关28-1及28-2相对应地设置有绝缘放大器52。并且，多个绝缘放大器52分别根据从外部输入的控制信号，导通或关断开所对应的第三半导体开关28-1及28-2。在本实施方式中，多个绝缘放大器52分别控制作为IGBT的相应的第三半导体开关28-1及28-2的栅极电压，而将集电极-发射极之间导通(连接)或断开(切断)。
进而，多个绝缘放大器52分别将用于输出控制信号的外部电路与所对应的第三半导体开关28-1及28-2之间绝缘起来。由此，多个绝缘放大器52分别能够使自电源部20供给至被测试器件200的高电压不会供给至用于输出控制信号的外部电路中。
异常检测部30检测该测试装置100有否异常动作。作为一个例子，异常检测部30检测被测试器件200中是否流通了异常的电流或产生异常的电压。另外，作为一个例子，异常检测部30也可以在被测试器件200的温度超过预定值的情况下将其检测为异常动作。在测试发生异常时，控制部10可以控制第一到第三半导体开关，切断对被测试器件200供给的电源电压。由此，能够防止被测试器件暴露于非预期的环境中，而使被测试器件200自身以及其他器件受到损伤。
图2表示本实施方式中的异常检测部30的结构。异常检测部30具有摄像部70和确定部80。摄像部70利用用于检测被摄体的温度分布的照相机来摄像被测试器件200。例如，摄像部70对形成多个被测试器件200的晶片进行摄像，也可以检测晶片上中的各被测试器件200的温度。根据摄像部70经摄像获得的温度分布，确定部80对被测试器件200所包含的多个开关元件中发生故障的开关元件进行确定。在被测试器件200包括多个开关元件的情况下，通过使用摄像部70测定被测试器件200的温度分布，能够确定暴露于异常温度中的开关元件的位置。
在摄像部70对形成有多个被测试器件200的晶片进行摄像的情况下，确定部80可以根据晶片的温度分布来确定包括发生故障的开关元件的被测试器件200。例如，确定部80可以将温度高于预定基准值的部位附近的预定范围内的开关元件确定为有故障的开关元件。根据这样的结构，在将晶片内所包含的多个被测试器件200同时进行测试的情况下，检测测试装置100在晶片内的大范围内对温度的异常进行检测，能够确定被测试器件200因温度异常而可能受损伤的区域。确定部80可以将温度高于预定基准值的部位附近的预定范围内的开关元件通知给控制部10，控制部10可以切断对被通知范围内的开关元件供给电源电压。
摄像部70可以从配置于被测试器件200上的衬垫上对被测试器件200进行摄像，在该情况下，确定部80可以根据所获得的温度分布来确定出故障的被测试器件200。配置于被测试器件200上的衬垫可以分别与被测试器件200所包含的多个开关元件的相对应地设置，也可以代之共同设置在多个元件上。通过摄像部70从配置于被测试器件200上的衬垫上来摄像被测试器件200，能够使衬垫下的元件不露出而以某一精度来确定温度的异常。另外，通过将衬垫分别与被测试器件200所包含的多个开关元件相对应地设置，能够确定各个开关元件是否暴露在异常温度下。
图3表示在作为IGBT的被测试器件200的雪崩击穿耐量的测试中，在被测试器件200进行正常动作的情况下的被测试器件200的栅极电压、集电极-发射极间电压、集电极电流，第一半导体开关24的控制信号以及连接点A电压的波形的一个例子。此外，在图3中，标号Vge表示被测试器件200的栅极电压(栅极-发射极间电压)。另外，标号Vce表示被测试器件200的集电极-发射极间电压。标号Ic表示被测试器件200的集电极电流。标号SW表示第一半导体开关24的控制信号的波形。标号Vsw表示感应负载部22的被测试器件200侧的端子所连接的节点(连接点A)的电位。
在对作为IGBT的被测试器件200的雪崩击穿耐量进行测试的情况下，首先，控制部10断开被测试器件200，导通第二半导体开关26。另外，控制部10，由于未进行异常检测，因此，断开第一半导体开关24，并且导通第三半导体开关28-1及28-2。在断开被测试器件200以及导通第二半导体开关26后，连接点A的电位(Vsw)成为电源电压Vcc。另外，被测试器件200的集电极-发射极间电压(Vce)也成为电源电压Vcc。
此外，其后控制部10维持导通第二半导体开关26的状态。另外，其后控制部10维持导通第三半导体开关28-1及28-2的状态，直到开始对异常进行检测。
接着，控制部10在时刻t1，将被测试器件200从断开切换到导通。在时刻t1导通被测试器件200后，被测试器件200的集电极-发射极间电压(Vce)变为0电位(接地电位)。另外，连接点A的电位(Vsw)也变为0电位(接地电位)。
另外，在时刻t1导通被测试器件200后，被测试器件200的集电极电流Ic以对应于感应负载部22电感的变化速度而增加。并且，在感应负载部22利用从电源部20供给的电力来蓄积能量。
接着，控制部10在自时刻t1起经过预定时间的时刻t2，将被测试器件200从导通切换到断开。当将被测试器件200从导通切换到断开时，切断流入感应负载部22的电流，在感应负载部22中产生逆电动势。因此，在时刻t2断开被测试器件200后，连接点A的电位(Vsw)上升到将自电源部20产生的电源电位Vcc加上与感应负载部22的逆电动势对应的电压而成的电压。
另外，在时刻t2断开被测试器件200后，感应负载部22将从时刻t1到时刻t2的期间中所蓄积的能量作为电流放出。被测试器件200通过流通集电极电流Ic来吸收自感应负载部22放出的电流。
因此，在时刻t2断开被测试器件200后，被测试器件200在到感应负载部22中所蓄积的能量全部放出之前流通集电极电流Ic。并且，该集电极电流Ic以与感应负载部22的电感对应的变化速度而减少。此外，将感应负载部22所蓄积能量作为电流放出的期间称为雪崩期间Tav。
接着，当感应负载部22中蓄积的能量全放出(时刻t3)时，集电极电流Ic变为0。另外，由感应负载部22产生的逆电动势也变为0，因此，连接点A的电位(Vsw)变为电源电压Vcc。另外，被测试器件200的集电极-发射极间电压(Vce)也变为电源电压Vcc。
在雪崩击穿耐量的测试中，测试装置100也对被测试器件200进行如上述那样的控制。并且，如果测试装置100正常地进行以上的动作、即被测试器件200不流通过电流或被击穿，则判定被测试器件200为合格品。
图4表示在作为IGBT的被测试器件200的雪崩击穿耐量的测试中，在被测试器件200进行了异常动作的情况下的被测试器件200的栅极电压、集电极-发射极间电压、集电极电流、第一半导体开关24的控制信号以及连接点A电压的波形的一个例子。此外，在图4中，Vge、Vce、Ic、SW以及Vsw与图3同样。
另一个面，在测试中，认为被测试器件200发生了故障。在该情况下，被测试器件200的动作出现了异常。
例如，在作为雪崩期间Tav的时刻t4，认为被测试器件200以短路模式发生了故障。在该情况下，在感应负载部22产生逆电动势，集电极电流Ic急速地增加。另外，连接点A的电位(Vsw)因被测试器件200发生短路而瞬间下落至接地电位，但其后急速地增加且达到钳位电压。
在此，在这样被测试器件200发生故障的情况下，当集电极电流Ic继续流入被测试器件200和从感应负载部22流入被测试器件200中时，随着集电极电流Ic的增加而被测试器件200受击穿的可能性大。在这样被测试器件200发生了故障的情况下，本实施方式涉及的异常检测部30将发生了异常的情况通知给控制部10。作为一个例子，在雪崩期间，异常检测部30对集电极电流Ic急速上升的状况进行检测，并通知给控制部10。
并且，控制部10根据从异常检测部30收到的通知，将第一半导体开关24从断开切换至导通，且将第三半导体开关28-1及28-2从导通切换至断开(时刻t5)。由此，控制部10，能够使来自感应负载部22的电流中要流入被测试器件200的电流分流到第一半导体开关24中，以使流入被测试器件200的集电极电流Ic减少，并且利用第三半导体开关28-1及28-2，阻断集电极电流Ic急速从感应负载部22流入被测试器件200。电压控制部10在切断对被测试器件200供给的电源电压的情况下，可以在断开第二半导体开关26之后导通第一半导体开关24。第一半导体开关24和第二半导体开关26不同时导通，因此，从感应负载部22直到接地电位并未短路，能够防止从电源部20供给过剩电流。通过如上所述那样的动作，根据测试装置100，在作为IGBT的被测试器件200的雪崩击穿耐量的测试中，能够防止过电流流入而使被测试器件200受到击穿或者测试装置100自身受到击穿。
另外，即使在被测试器件200以开放模式发生故障的情况下，控制部10也根据从异常检测部30收到的通知信息，将第一半导体开关24从断开切换至导通。由此，能够将被测试器件200的集电极-发射极间保持在低电压，从而能够防止被测试器件200受到击穿或者测试装置100自身受到击穿。
图5表示改变了对各个第三半导体开关28-1及28-2的输入时机的控制信号的一个例子。
在使各个第三半导体开关28-1及28-2从断开变为导通的情况下，控制部10也可以对越靠近被测试器件200的半导体开关越推迟多个控制信号各自的输入时机。由此，控制部10，在使第三半导体开关28-1及28-2从断开变换到导通的情况下，接地电位侧(即，第三半导体开关28-2)能够最后导通。
另外，在使各个第三半导体开关28-1及28-2从导通变换到断开的情况下，控制部10也可以对越靠近被测试器件200的半导体开关越提早多个控制信号各自的输入时机。由此，在使第三半导体开关28-1及28-2从断开变换到导通的情况下，控制部10能够最先断开接地电位侧(即第三半导体开关28-2)。
根据这样的控制部10，即使在感应负载部22产生过大电压的情况下，也会对第三半导体开关28-1及28-2施加平均化的电压，即，不使过大电压只施加在1个半导体开关上，因此，能够避免第三半导体开关28-1及28-2发生故障。
图6表示按各个第三半导体开关28-1及28-2，在进行导通与断开的变换期间改变了控制信号的变化斜度的变形例。作为一个例子，控制部10调整使各个控制信号变化的斜度。
在该情况下，控制部10针对越靠近被测试器件200的半导体开关，越使多个控制信号各自的波形斜度变缓。由此，在使第三半导体开关28-1及28-2从断开变换到导通的情况下，控制部10能够最后导通接地电位侧(即第三半导体开关28-2)。
另外，在使各个第三半导体开关28-1及28-2从导通变换为断开的情况下，控制部10对越靠近被测试器件200的半导体开关使多个控制信号各自的波形斜度越陡。由此，在使第三半导体开关28-1及28-2从导通变换到断开的情况下，控制部10能够使接地电位侧(第三半导体开关28-2)的半导体开关最先断开。
作为这样的控制部10，即使在感应负载部22产生过大电压的情况下，也对第三半导体开关28-1及28-2施加平均化的电压，即，不使过大电压只施加在1个半导体开关上，因此，能够避免第三半导体开关28-1及28-2发生故障。
根据这样的结构，为了防止被测试器件受到击穿，在检测出一定的电流值等异常状况的情况下，能够切断对器件的电力供给。另外，在切断供电时，能够防止过大电流注入被测试器件中。
以上，使用实施方式说明了本发明，但本发明的技术范围并不局限于上述实施方式记载的范围。能够对上述实施方式施加各种各样的变更或改良，这对本领域的技术人员而言显而易见。从专利权利要求的记载明确可知，施加那样的变更或改良的实施方式也可包含在本发明的技术范围内。
对于专利权利要求书、说明书以及附图中所示的装置、系统、程序以及方法中的动作、顺序、步骤以及阶段等各处理的施行顺序，应注意如果没有特别标明“更前面”、“先于”等字样，而且只要不是在后面的处理中使用先前的处理的输出，便能够以任意的顺序来实现。关于专利权利要求、说明书以及附图中的动作流程，即使为了方便说明而使用了“首先”、“接着”等字样，也并不意味必须按该顺序进行实施。
附图标记说明
10.控制部，20.电源部，22.感应负载部，24.第一半导体开关，26.第二半导体开关，28-1.第三半导体开关，28-2.第三半导体开关，30.异常检测部，50.放电管，60.钳位部，62.二极管，64.电容器，66.钳位电压设定部，100测试装置，200.被测试器件。

Claims (7)

1.一种测试装置，其用于对被测试器件进行测试，具有：
用于产生向所述被测试器件供给电源电压的电源部；
设置在从所述电源部至所述被测试器件的路径中的感应负载部；
相对于感应负载部而与所述被测试器件并联连接的第一半导体开关；
在切断对所述被测试器件供给的电源电压的情况下，导通所述第一半导体开关的控制部；以及
设置于所述电源部与所述感应负载部之间的第二半导体开关；
在切断对所述被测试器件供给的电源电压的情况下，所述控制部断开所述第二半导体开关后，导通所述第一半导体开关。
2.根据权利要求1所述的测试装置，其中，所述第一半导体开关的容许电流大于所述被测试器件的容许电流。
3.根据权利要求1所述的测试装置，其中，所述第一半导体开关的导通电阻小于所述被测试器件的导通电阻。
4.根据权利要求1所述的测试装置，其中，所述测试装置还具有放电管，其与所述被测试器件并联连接，以将施加于所述被测试器件上的电压钳位住。
5.根据权利要求1所述的测试装置，其中，所述测试装置还具有设置于自所述感应负载部至所述被测试器件的路径中并与所述被测试器件串联连接的多个第三半导体开关；
在切断对所述被测试器件供给的电源电压的情况下，所述控制部断开所述多个第三半导体开关。
6.根据权利要求1所述的测试装置，其中，所述被测试器件和所述第一半导体开关均为绝缘栅极型双极晶体管。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的测试装置，其中，所述控制部在测试发生异常时切断电源电压对所述被测试器件的供给。
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