CN102735942A

CN102735942A - 功率半导体器件寄生电容测试装置

Info

Publication number: CN102735942A
Application number: CN2012102257247A
Authority: CN
Inventors: 张瑾; 仇志杰; 温旭辉
Original assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2012-10-17

Abstract

一种功率半导体器件寄生电容测试装置，其第一滤波电容的一端与高端电压端子和高端电流端子相连，另一端与滤波电感、第二滤波电容及集电极端子相连，高端电压端子和高端电流端子在内部短接。第二滤波电容的一端与集电极端子相连，另一端与切换开关的第一触点相连。门射极电阻的一端与门极端子相连，另一端与发射极端子相连。滤波电感的一端与电源正极端子相连，另一端与集电极端子相连。电源负极端子与发射极端子相连。切换开关的第一触点与第二滤波电容的一端相连，第二触点与门极端子、低端电压端子及低端电流端子相连，第三触点与地电位端子相连，公共触点与发射极端子以及门射极电阻的一端相连。低端电压端子及低端电流端子在内部短接。

Description

功率半导体器件寄生电容测试装置

技术领域

本发明涉及一种半导体器件测试装置，尤其涉及一种功率半导体器件寄生电容测试装置。

背景技术

功率半导体器件由于受到材料及制造工艺的影响不可避免的在电极之间分布有寄生电容，如图1a所示，这些寄生电容的存在会在很大程度上影响器件的动态特性。描述功率半导体器件的寄生电容，通常借助寄生电容交流等效模型，如图1b所示，功率半导体器件内部的寄生电容一般包括：

输入电容Ciee，Ciee=Cgc+Cge；

输出电容Coee，Coee=Cgc+Cce；

反向传输电容Cree，Cree=Cgc。

随着功率半导体技术的发展，现代功率半导体器件的寄生电容通常很小，只有几十个nF甚至更低，为了准确地测量寄生电容，国际上颁布了许多针对寄生电容的测试标准，如IEC60747-8、IEC60747-9等标准中就规定了三种不同的测试电路分别用于输入电容、输出电容及反向传输电容的测试。目前测试功率半导体器件寄生电容所采用的方法是：针对不同的被测寄生电容参数，分别搭建各自的测试电路，这类方法的缺点是，每当测试完成一个电容参数后，需要重新搭建测试电路才能进行下一个电容参数的测试，因此使得测试工作较为繁琐，测试效率较低。

发明内容

为了克服现有测试方法效率低的缺点，本发明提出一种功率半导体器件寄生电容测试装置，该装置连接于被测器件与电容表、直流电源等外围测试设备之间，通过该装置上的选择开关即可快捷地切换测试电路，从而高效地完成三个寄生电容参数的测量。

本发明采用以下技术方案：

本发明测试装置包括切换开关、第一、第二滤波电容、门射极电阻和滤波电感。第一滤波电容的一端与高端电压端子和高端电流端子相连，高端电压端子和高端电流端子在内部短接。第一滤波电容的另一端与滤波电感、第二滤波电容及集电极端子相连。第二滤波电容的一端与集电极端子相连，第二滤波电容另一端与切换开关的第一触点相连。门射极电阻的一端与门极端子相连，门射极电阻的另一端与发射极端子相连。滤波电感的一端与电源正极端子相连，滤波电感的另一端与集电极端子相连。电源负极端子与发射极端子相连。切换开关的第一触点与第二滤波电容的一端相连，切换开关的第二触点与门极端子、低端电压端子及低端电流端子相连，其中低端电压端子及低端电流端子在内部短接，切换开关的第三触点与地电位端子相连，切换开关的公共触点与发射极端子以及门射极电阻的一端相连。

基于本发明装置的测试步骤如下：

1.门极、集电极、发射极端子分别连接被测器件的门极、集电极、发射极。电源正、负极端子分别连接外部直流电源的正极和负极，并根据需要调节直流电源的输出电压。高端电压端子、高端电流端子、低端电压端子、低端电流端子分别连接电容表对应的端子。地电位端子与电容表内部的高频信号源的地电位相连。旋转切换开关使其第一触点与公共触点连通，从而使被测器件的集电极通过第二滤波电容与发射极连接。本发明中取第二滤波电容的容值远大于集电极与发射极间的寄生电容，因此第二滤波电容对于测试电流呈现极低阻抗，可以认为被测器件的集电极与发射极短接，此时测试电流仅流过门极集电极寄生电容和门极发射极寄生电容，电容表显示的测量值即为输入电容。此外，如果选用电容表的串联电阻电容测量模式，电容表显示的串联电阻值即为门极内阻。

2.全部外部端子的连接不做任何改变，仅旋转切换开关使其第二触点与公共触点连通，从而使被测器件的门极与发射极短接，此时测试电流仅流过门极集电极寄生电容和集电极发射极寄生电容，电容表显示的测量值即为输出电容。

3.全部外部端子的连接不做任何改变，仅旋转切换开关使其第三触点与公共触点连通，从而使被测器件的发射极与地电位短接，即被测器件的发射极与电容表内部信号源的地电位短接，此时测试电流仅流过门极集电极寄生电容，电容表显示的测量值即为反向传输电容。

本发明有别于现有技术的特征是：

本发明属于一种寄生电容测试适配装置，它连接于被测器件及外围测试设备之间，通过操作切换开关可以方便地切换三种寄生电容测试电路，而且本发明装置的全部接口端子与被测器件、外围测试设备的连接无需改变，使用本装置测试功率半导体器件的寄生电容可以大大提高测试效率。

附图说明

图1功率半导体器件内部寄生电容分布及交流等效模型；

图2本发明公开的寄生电容测试装置内部电路原理图；

图3本发明公开的寄生电容测试装置外部连接示意图；

图4本发明公开的寄生电容测试装置结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

如图2所示，第一滤波电容C1的一端与高端电流端子Hc和高端电压端子Hp相连，高端电流端子Hc和高端电压端子Hp短接，第一滤波电容C1的另一端与滤波电感L1，第二滤波电容C2及集电极端子C相连；第二滤波电容C2的一端与集电极端子C相连，第二滤波电容C2的另一端与切换开关S1的第一触点11相连；门射极电阻R1的一端与门极端子G相连，门射极电阻R1的另一端与发射极端子E及切换开关S1的公共触点14相连，切换开关S1的公共触点14与发射极端子E短接。滤波电感L1的一端与电源正极端子DC+相连，滤波电感L1的另一端与集电极端子C相连；电源负极端子DC-与发射极端子E相连；切换开关S1的第一触点11与第二滤波电容C2相连，切换开关S1的第二触点12与门极端子G、低端电压端子Lp及低端电流端子Lc相连，其中低端电压端子Lp与低端电流端子Lc短接；切换开关S1的第三触点13与地电位端子GND相连，切换开关S1的公共触点14与发射极端子E以及门射极电阻R1相连。本发明与外围测试设备：电容表、直流电源，以及被测器件的连接关系如图3所示。

本发明装置通过电源正极端子DC+和电源负极端子DC-与直流电源的正极和负极相连；通过高端电流端子Hc、高端电压端子Hp、低端电压端子Lp和低端电流端子Lc与电容表对应的端子相连；通过门极端子G、集电极端子C和发射极端子E连接被测器件的门极、集电极和发射极。

基于本发明装置的测试方法步骤如下：

1.门极端子G、集电极端子C、发射极端子E分别连接被测器件的门极、集电极、发射极，电源正极端子DC+、电源负极端子DC-分别连接直流电源的正极和负极，并根据需要调节直流电源的输出电压，高端电压端子Hc、高端电流端子Hp、低端电压端子Lp、低端电流端子Lc分别连接电容表对应的端子，地电位端子GND与电容表内部的高频信号源的地电位相连。旋转切换开关S1使其触点11与14连通，从而使被测器件的集电极通过电容C2与发射极连接，本实施例中取电容C2的容值远远大于寄生电容Cce，因此在测量电容时，电容C2呈现极低阻抗，可以认为被测器件的集电极与发射极短接，此时测试电流仅流过Cgc及Cge，电容表显示的测量值即为输入电容Ciee，此外，如果选用电容表的串联电阻电容测量模式，电容表显示的串联电阻值即为门极内阻。

2.全部端子的连接不做任何改变，仅旋转切换开关S1使其触点12与14连通，从而使被测器件的门极与发射极短接，此时测试电流仅流过Cgc及Cce，电容表显示的测量值即为输出电容Coee。

3.全部端子的连接不做任何改变，仅旋转切换开关S1使其触点13与触点14连通，从而使被测器件的发射极与地电位短接，即被测器件的发射极与电容表内部信号源的地短接，此时测试电流仅流过Cgc，电容表显示的测量值即为反向传输电容Cree。

为了进一步说明本发明，图4公开了一种功率半导体器件寄生电容测试装置的结构示意图，该装置的内部电路按照图2进行连接，外部为金属导电盒体200，金属盒体200的一侧面板上设置有电源正极输入接口21、电源负极输入接口22，这两个接口分别对应图2中的DC+和DC-端子，为了方便与电容表连接，该侧面板上还设有四个刺刀螺母连接器（BNC接头），分别为高端电流端子23、高端电压端子24、低端电压端子25和低端电流端子26，这四个接口分别对应图2中的Hc、Hp、Lp、Lc端子，三档式波段开关20对应图2中的切换开关S1，其旋钮设置在金属盒体200的上面板，通过旋转开关20，即可切换相应的测试电路，金属盒体200的另一侧面板引出三根测试线27、28、29，这三根测试线分别对应图2中与被测器件连接的G、C、E端子，此外金属盒体200整体作为地电位端子与图2中的GND端子短接。

需要进一步说明的是，不同封装形式的功率半导体器件的电极端子形状各异，因此，很难找到通用的夹具连接被测器件的三个电极，为了提高本发明装置的通用性，上述实施例中，三根测试线的接头采用了香蕉头的形式，这种设计可以方便的外接测试探头，如鳄鱼夹探头201、202、挂钩夹探头203、204等。

用此装置测试功率半导体器件寄生电容的过程为：根据被测器件电极端子的形式，选取合适的探头，并通过探头将被测器件的门极、集电极以及发射极分别与本发明装置的27、28、29测试线连接，接着将直流稳压电源的正、负极分别接到本发明装置的电源正极输入接口21和电源负极输入接口22，调节电源输出电压到测试所需电压，将电容表的高端电流、高端电压、低端电压以及低端电流四个信号接口分别与本发明装置的23、24、25、26端子连接，由于采用BNC接头形式连接，因此电容表内部信号源地电位将直接通过金属盒体200与本发明装置内部的GND端子连接，最后根据需要旋转波段开关20至相应的档位，电容表显示的测量值即为对应的寄生电容值。

本实施例的装置通过一个金属盒体将内部电路包裹其中，在一定程度上减轻了外界对测试信号的干扰，在提高测试效率的同时，也提高了测试精度。

Claims

1.一种功率半导体器件寄生电容测试装置，其特征在于，所述的测试装置包括切换开关(S1)、第一滤波电容(C1)、第二滤波电容（C2）、门射极电阻（R1）和滤波电感（L1）；第一滤波电容(C1)的一端与高端电流端子(Hc)和高端电压端子(Hp)相连，高端电流端子(Hc)和高端电压端子(Hp)短接；第一滤波电容（C1）的另一端与滤波电感（L1）、第二滤波电容（C2）及集电极端子（C）相连；第二滤波电容（C2）的一端与集电极端子（C）相连，第二滤波电容（C2）的另一端与切换开关（S1）的第一触点（11）相连；门射极电阻（R1）的一端与门极端子（G）相连，门射极电阻（R1）的另一端与发射极端子（E）及切换开关（S1）的公共触点（14）相连，切换开关（S1）的公共触点（14）与发射极端子（E）短接；滤波电感（L1）的一端与电源正极端子（DC+）相连，滤波电感（L1）的另一端与集电极端子（C）相连；电源负极端子（DC-）与发射极端子（E）相连；切换开关（S1）的第一触点（11）与第二滤波电容（C2）相连，切换开关（S1）的第二触点(12)与门极端子（G）、低端电压端子（Lp）及低端电流端子（Lc）相连，其中低端电压端子（Lp）与低端电流端子（Lc）短接；切换开关（S1）的第三触点（13）与地电位端子（GND）相连，切换开关（S1）的公共触点（14）与发射极端子（E）以及门射极电阻（R1）相连。

2.按照权利要求1所述的功率半导体器件寄生电容测试装置，其特征在于，所述的测试装置与被测器件的连接方式为：所述的门极端子（G）连接被测器件的门极，所述的集电极端子（C）连接被测器件的集电极；所述的发射极端子（E）连接被测器件的发射极；所述的电源正极端子（DC+）、电源负极端子（DC-）分别连接直流电源的正极和负极；所述的高端电压端子（Hc）、高端电流端子（Hp）、低端电压端子（Lp）、低端电流端子（Lc）分别连接电容表对应的端子；所述的地电位端子（GND）与电容表内部的高频信号源的地电位相连。