CN105092637A - 一种半导体功率器件瞬态热阻测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种半导体功率器件瞬态热阻测试装置及方法，包括依序相连的处理器、信号分配及采样电路和电流脉冲产生电路；信号分配及采样电路还与被测器件的输出端相连，用于根据处理器指令，确定输出当前电压脉冲，并采样被测器件热阻信息反馈给处理器；电压脉冲包括第一、第二电压脉冲；电流脉冲产生电路还与被测器件的输入端相连，用于根据当前电压脉冲，确定加载于被测器件上的当前电流脉冲，驱动被测器件产生的热阻信息；电流脉冲包括对应第一电压脉冲的加热电流脉冲和对应第二电压脉冲的热敏电流脉冲。实施本发明，能够实现通过被测器件强加热电流和弱热敏电流的强弱电分离、控制信号与数据分离，提高被测器件瞬态热阻的测试结果的准确性和精确度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件和电子测量技术领域，尤其涉及一种半导体功率器件瞬态热阻测试装置及方法。
背景技术
半导体功率器件一般在大电流、大功率、高温度环境里工作，因此其热阻参数显得尤其重要。半导体功率器件热阻包括稳态热阻Rth和瞬态热阻Zth。半导体功率器件稳态热阻Rth的测试非常普遍，但不适用于工作过程中短时间内难以到达热平衡稳态条件的器件，而且稳态热阻Rth只反映整个器件模块的值，不能得到热传导路径上每一个部件对稳态热阻Rth的贡献值，因此在不了解元器件的结构及工艺条件之前，不宜用稳态热阻Rth盲目地判断半导体器件性能好坏。热平衡前的瞬态热阻Zth的测试能够反映元器件内各部件之间的连接状况及质量，如同种设计结构及工艺条件下生产的功率二极管中瞬态热阻Zth特别大的均可能有焊接不良或欧姆接触不良等问题，但是瞬态热阻Zth的测试存在两个难点：一、加热被测器件的电流脉冲后沿要陡直（数十微秒内），即关闭加热功率要准时，否则在加热脉冲低电平期间被测器件的结温缓慢变化，导致被测器件结温测试结果偏低；二、热敏参数（加热功率脉冲前后的结温）的测试速度、精度和抗干扰要求很高，一旦被测器件的结温发生变化，则会导致被测器件结温测试速度下降，从而使得测试结果出现误差。
由此可见，亟需一种半导体功率器件瞬态热阻测试装置，能够实现通过被测器件强加热电流和弱热敏电流的强弱电分离、控制信号与数据分离，提高被测器件瞬态热阻的测试结果的准确性和精确度。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种半导体功率器件瞬态热阻测试装置及方法，能够实现通过被测器件强加热电流和弱热敏电流的强弱电分离、控制信号与数据分离，提高被测器件瞬态热阻的测试结果的准确性和精确度。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种半导体功率器件瞬态热阻测试装置，其与被测器件相配合，所述测试装置包括处理器、信号分配及采样电路和电流脉冲产生电路；其中，
所述处理器与所述信号分配电路的第一端相连，用于向所述信号分配及采样电路发送指令；
所述信号分配及采样电路的第二端与所述电流脉冲产生电路的输入端相连，第三端与所述被测器件的输出端相连，用于获取所述处理器输出的指令，根据所述获取到的指令，确定输出给所述电流脉冲产生电路的当前电压脉冲，且进一步将采样到所述被测器件对应于当前电压脉冲的热阻信息反馈给所述处理器进行分析处理；其中，所述电压脉冲包括第一电压脉冲和第二电压脉冲；
所述电流脉冲产生电路的输出端与所述被测器件的输入端相连，用于获取所述信号分配及采样电路输出的当前电压脉冲，根据所述获取到的当前电压脉冲，确定加载于所述被测器件上的当前电流脉冲，驱动所述被测器件对应于当前电流脉冲产生相关的热阻信息；其中，所述电流脉冲包括加热电流脉冲和热敏电流脉冲；当所述获取到的当前电压脉冲为所述第一电压脉冲时，确定当前电流脉冲为所述加热电流脉冲；当所述获取到的当前电压脉冲为所述第二电压脉冲时，确定当前电流脉冲为所述热敏电流脉冲。
其中，所述信号分配及采样电路包括控制器、第一电压脉冲产生电路、第二电压脉冲产生电路和采样电路；其中，
所述控制器的第一端与所述处理器相连，第二端与所述第一电压脉冲产生电路的一端相连，第三端与所述第二电压脉冲产生电路的一端相连，用于根据获取到的指令，同时输出高电平信号给所述第一电压脉冲产生电路及低电平信号给所述第二电压脉冲产生电路，或同时输出低电平信号给所述第一电压脉冲产生电路及高电平信号给所述第二电压脉冲产生电路；
所述第一电压脉冲产生电路的另一端与所述电流脉冲产生电路的输入端相连，用于当获取到的电平信号为高电平信号时，输出所述第一电压脉冲；
所述第二电压脉冲产生电路的另一端与所述电流脉冲产生电路的输入端相连，用于当获取到的电平信号为高电平信号时，输出所述第二电压脉冲；
所述采样电路的输入端与所述被测器件的输出端相连，输出端与所述处理器相连，用于获取所述被测器件相关的热阻信息，并将所述获取到相关的热阻信息输出给所述处理器。
其中，所述采样电路包括第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关、寄存电容和模数转换器；其中，
所述第一电子开关及所述第二电子开关的控制端均与所述控制器的第四端相连，输入端均与所述被测器件的输出端相连，输出端分别与所述寄存电容的两端相连；
所述第三电子开关及所述第四电子开关的控制端均与所述控制器的第五端相连，输入端分别与所述寄存电容的两端相连，输出端均与所述模数转换器的输入端相连；
所述模数转换器的输出端与所述处理器相连。
其中，所述电流脉冲产生电路包括滤波电路、脉冲调制器、变压器、整流电路、放大器和中和电容；其中，
所述滤波电路的一端外接220V工频交流电源，依次通过所述脉冲调制器、变压器、整流电路与所述被测器件的正输入端相连；
所述放大器的正输入端与所述信号分配及采样电路的第二端相连，负输入端接地，输出端与所述被测器件的负输入端相连；
所述中和电容的正极与所述被测器件的负输入端相连，负极接地。
其中，所述测试装置还包括低噪声电源电路。
本发明实施例还提供了一种半导体功率器件瞬态热阻测试方法，其在前述的测试装置及被测器件中实现，所述方法包括：
所述测试装置中的信号分配及采样电路获取处理器输出的指令，且根据所述获取到的指令，确定输出给电流脉冲产生电路的当前电压脉冲；其中，所述电压脉冲包括第一电压脉冲和第二电压脉冲；
所述电流脉冲产生电路获取所述信号分配及采样电路输出的当前电压脉冲，根据所述获取到的当前电压脉冲，确定加载于所述被测器件上的当前电流脉冲，驱动所述被测器件对应于当前电流脉冲产生相关的热阻信息；其中，所述电流脉冲包括加热电流脉冲和热敏电流脉冲；当所述获取到的当前电压脉冲为所述第一电压脉冲时，确定当前电流脉冲为所述加热电流脉冲；当所述获取到的当前电压脉冲为所述第二电压脉冲时，确定当前电流脉冲为所述热敏电流脉冲；
所述信号分配及采样电路采样所述被测器件的热阻信息，并将所述采样到的热阻信息反馈给所述处理器进行分析处理。
其中，所述电流脉冲产生电路获取所述信号分配及采样电路输出的当前电压脉冲，根据所述获取到的当前电压脉冲，确定加载于所述被测器件上的当前电流脉冲，驱动所述被测器件对应于当前电流脉冲产生相关的热阻信息的具体步骤包括：
当所述获取到的当前电压脉冲为所述第一电压脉冲时，确定当前电流脉冲为所述加热电流脉冲；
将所述加热电流脉冲以预设的时间加载于所述被测器件上，并驱动所述被测器件对应于加热电流脉冲产生相关的热阻信息。
其中，所述预设的时间为30ms、100ms、300ms和1000ms之中其一。
其中，所述电流脉冲产生电路获取所述信号分配及采样电路输出的当前电压脉冲，根据所述获取到的当前电压脉冲，确定加载于所述被测器件上的当前电流脉冲，驱动所述被测器件对应于当前电流脉冲产生相关的热阻信息的具体步骤包括：
当所述获取到的当前电压脉冲为所述第二电压脉冲时，确定当前电流脉冲为所述热敏电流脉冲；
将所述热敏电流脉冲幅度控制于预设的幅度范围内于所述被测器件上，进一步驱动所述被测器件对应于热敏电流脉冲产生相关的热阻信息。
其中，所述预设的幅度范围位于[20mA，500mA]之间。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
1、在本发明实施例中，由于测试装置中采用信号分配及采样电路将加热电流脉冲与热敏电流脉冲进行信号分离、控制信号与数据分离，能在短时间内完成被测器件的预热，又可避免被测器件明显发热，同时确保通过被测器件瞬间产生的热敏电压差，从而提高被测器件瞬态热阻的测试结果的准确性和精确度；
2、在本发明实施例中，由于测试装置中电流脉冲产生电路的中和电容能快速中和被测器件内的少子，进一步保证加热电流脉冲过后热敏电压差测量的速度、精度和抗干扰要求，达到加热电流脉冲后沿陡直的效果，从而提高被测器件瞬态热阻的测试结果的准确性和精确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明实施例提供的半导体功率器件瞬态热阻测试装置的系统结构图；
图2为图1中信号分配及采样电路的系统结构示意图；
图3为图2中采样电路的系统结构示意图；
图4为图1中电流脉冲产生电路的系统结构示意图；
图5为本发明实施例提供的半导体功率器件瞬态热阻测试装置应用场景中处理器的电路连接图；
图6为本发明实施例提供的半导体功率器件瞬态热阻测试装置应用场景中信号分配及采样电路的电路连接图；
图7为本发明实施例提供的半导体功率器件瞬态热阻测试装置应用场景中电流脉冲产生电路的电路连接图；
图8为本发明实施例提供的半导体功率器件瞬态热阻测试装置应用场景中低噪声电源电路的电路连接图；
图9为本发明实施例提供的半导体功率器件瞬态热阻测试装置应用场景中瞬态热阻测量结果的示意图；
图10为本发明实施例提供的半导体功率器件瞬态热阻测试方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，为本发明实施例中，提供的一种半导体功率器件瞬态热阻测试装置，其与被测器件DUT相配合，测试装置包括处理器1、信号分配及采样电路2和电流脉冲产生电路3；其中，
处理器1与信号分配电路2的第一端DIN/SCLK相连，用于向信号分配及采样电路2发送指令；
信号分配及采样电路2的第二端OUT与电流脉冲产生电路3的输入端相连，第三端M/N与被测器件DUT的输出端相连，用于获取处理器1输出的指令，根据获取到的指令，确定输出给电流脉冲产生电路2的当前电压脉冲，且进一步将采样到被测器件DUT对应于当前电压脉冲的热阻信息反馈给处理器1进行分析处理；其中，电压脉冲包括第一电压脉冲和第二电压脉冲；
电流脉冲产生电路3的输出端与被测器件DUT的输入端相连，用于获取信号分配及采样电路2输出的当前电压脉冲，根据获取到的当前电压脉冲，确定加载于被测器件DUT上的当前电流脉冲，驱动被测器件DUT对应于当前电流脉冲产生相关的热阻信息；其中，电流脉冲包括加热电流脉冲和热敏电流脉冲；当获取到的当前电压脉冲为第一电压脉冲时，确定当前电流脉冲为加热电流脉冲；当获取到的当前电压脉冲为第二电压脉冲时，确定当前电流脉冲为热敏电流脉冲。
应当说明的是，信号分配及采样电路2所采样被测器件DUT对应于当前电压脉冲的热阻信息与电流脉冲产生电路3加载于被测器件DUT上的当前电流脉冲后驱动产生的热阻信息是相同的，如信号分配及采样电路2采样第一电压脉冲状态下被测器件DUT的热阻信息与电流脉冲产生电路3将加热电流脉冲加载于被测器件DUT上产生的热阻信息是相同的。
应当说明的是，通过信号分配及采样电路2控制加热电流脉冲的时间，实现控制被测器件DUT在短时间内完成预热，可避免被测器件DUT明显发热，同时确保通过被测器件DUT瞬间产生的热敏电压差；通过信号分配及采样电路2控制热敏电流脉冲的幅度，能在电流过小被测器件DUT的温度系数大，瞬间产生较明显的热敏电压差，从而能比较准确地测试瞬态热阻值的目的。
如图2所示，在本发明实施例中，信号分配及采样电路2包括控制器21、第一电压脉冲产生电路22、第二电压脉冲产生电路23和采样电路24；其中，
控制器21的第一端LE与处理器1相连，第二端Q5与第一电压脉冲产生电路22的一端相连，第三端Q6与第二电压脉冲产生电路23的一端相连，用于根据获取到的指令，同时输出高电平信号给第一电压脉冲产生电路22及低电平信号给第二电压脉冲产生电路23，或同时输出低电平信号给第一电压脉冲产生电路22及高电平信号给第二电压脉冲产生电路23；
第一电压脉冲产生电路22的另一端与电流脉冲产生电路3的输入端相连，用于当获取到的电平信号为高电平信号时，输出第一电压脉冲；
第二电压脉冲产生电路23的另一端与电流脉冲产生电路3的输入端相连，用于当获取到的电平信号为高电平信号时，输出第二电压脉冲；
采样电路24的输入端与被测器件DUT的输出端相连，输出端与处理器1相连，用于获取被测器件DUT相关的热阻信息，并将获取到相关的热阻信息输出给处理器1。
如图3所示，在本发明实施例中，采样电路24包括第一电子开关241、第二电子开关242、第三电子开关243、第四电子开关244、寄存电容245和模数转换器246；其中，
第一电子开关241及第二电子开关242的控制端均与控制器21的第四端Q3相连，输入端均与被测器件DUT的输出端相连，输出端分别与寄存电容245的两端相连；
第三电子开关243及第四电子开关244的控制端均与控制器21的第五端Q4相连，输入端分别与寄存电容245的两端相连，输出端均与模数转换器246的输入端相连；
模数转换器246的输出端与处理器1相连。
如图4所示，在本发明实施例中，电流脉冲产生电路3包括滤波电路31、脉冲调制器32、变压器33、整流电路34、放大器35和中和电容36；其中，
滤波电路31的一端外接220V工频交流电源，依次通过脉冲调制器32、变压器33、整流电路34与被测器件DUT的正输入端A相连；
放大器35的正输入端（+）与信号分配及采样电路2的第二端a2相连，负输入端（-）接地，输出端与被测器件DUT的负输入端B相连；
中和电容36的正极与被测器件的负输入端相连，负极接地。
应当说明的是，中和电容36能快速中和被测器件DUT内的少子，进一步保证加热电流脉冲过后热敏电压差测量的速度、精度和抗干扰要求，达到加热电流脉冲后沿陡直的效果，从而提高被测器件DUT瞬态热阻的测试结果的准确性和精确度。在此通过电子中和技术同时达到了加热电流脉冲后沿陡直、热敏参数测量迅速的要求，是本发明的创新方案。
当然为了给测试装置中所有的模块进行供电，因此测试装置还包括低噪声电源电路。
本发明实施例中提供的一种半导体功率器件瞬态热阻测试装置的工作原理为：处理器1将获取到的用户输入的操作数据转换成相应的指令，使得信号分配及采样电路2能够根据指令确定要输出给电流脉冲产生电路3的电压脉冲，驱动被测器件DUT产生相关的热阻信息，并反馈给处理器1进行分析处理。当输出电压脉冲为第一电压脉冲时，电流脉冲产生电路3产生加热电流脉冲，并按用户指令输入的时间进行激发，确保被测器件DUT能在短时间内完成预热，又可避免被测器件DUT明显发热，而且通过被测器件DUT能瞬间产生热敏电压差；当输出电压脉冲为第二电压脉冲时，电流脉冲产生电路3产生脉冲幅度位于一定范围内的热敏电流脉冲，确保被测器件DUT能瞬间产生热敏电压差，从而能比较准确地测试瞬态热阻值。
如图5至图9所示，为本发明实施例中，提供的一种半导体功率器件瞬态热阻测试装置的应用场景；其中，
图5为处理器的电路连接图；其中，IC12为W78E54B型主CPU，外接RT12864B型液晶显示器（LCD）进行数字化显示，还外接输入键盘、打印机等接口。主CPU的P00-P07端是二进制数字信号输出口；P10-P17端为双向I/O端口；P20-P27端口为模拟信号双向I/O端口；T0、T1端口为是定时器外部输入，用于确认从LCD显示芯片上读取数据还是输出数据。主CPU的INT1/P33端口为外部中断；INT0端为外部中断，当AN控件按下时将控制信息传送给此端口；WR/P36端为外部数据存储器写选通；RD/P37端为外部数据存储器读选通，打印信息回传。主CPU的EA/VP端为外部访问使能；X1、X2端为晶振输入输出口，所接晶振频率为12MHz；RESET为复位端，当晶振运行时此端口会产生两个周期的高电平让单片机复位；TXD、RXD端口主要是键盘信息的输入口及键盘操作信息的反馈口。主CPU的P00-P07端给LCD的DB0-DB7端提供数据。主CPU的T0-T1端连接LCD芯片的R/W和RS端，主CPU的P10端控制LCD芯片E端，主CPU的P20-P21脚控制LCD芯片的CS1-CS2端。键盘输入通过主CPU的串行输入口RXD连接24C02型存储器IC3的SDA端和键盘输入端。测试触发开关CK是三端口开关，一般处于常开状态，当LCD显示进入测试流程时CK闭合，此时按下AN按钮开关开始测试。
图6为信号分配及采样电路的电路连接图；其中，控制器21为芯片IC1，其为74HC373型三态输出的八位透明锁存器；第一电压脉冲电路22包括TLC5615CP型数模(D/A)转换器芯片IC7、电阻R18、R30和HC4053型三路二选一模拟开关数据选择器的IC5、TL084型放大器IC11D和60N05型场效应管TR3；第二电压脉冲电路23包括TLC5615CP型数模(D/A)转换器芯片IC8、电阻R37、TL084型放大器IC11C、IRFZ44通用型场效应管TR5和IC5；采样电路24包括HC4066型模拟开关芯片IC4A、IC4B、IC4C、IC4D分别对应的第一至第四电子开关，寄存电容C16和TLC2543CN型模数(A/D)转换器IC6。
（1）图6中的控制信号分配：芯片IC1的D0-D7端连接图5主控及输入/输出驱动电路中W78E54B型主CPU芯片IC12的P00-P07端，LE端为锁存允许端，接IC12的P15端。IC5的A、B、C端口连接IC1设置为低电平时选择对应的X0、Y0、Z0端口。当IC1的LE为高电平时，Q0-Q7输出端数据随D0-D7输入数据的变化而变；当LE为低电平时，Q0-Q7被锁存在已建立的数据电平。IC1的输出端Q0控制trr开=1为输送到图7中IRF9540型场效应管TR7的控制信号；Q1控制IF2=0开为输送到本图芯片IC5的C端；Q2控制IF1=0开为输送到本图IC5的A端；Q3控制采样=1开为输送到本图芯片IC4A、IC4B之间，当Q3=1时IC4A、IC4B闭合，可以通过图7的M、N两点对被测器件DUT的端信号经本图的电阻R13、R14后进行采样；Q4控制A/D=1开为输送到本图芯片IC4C、IC4D之间，当Q4=1时IC4C、IC4D闭合，可以把本图芯片IC5的Y端口信号经TL084型通用放大器IC11B输送到本图IC6芯片的IN0脚。
（2）图6中的数据采样及传输：测试数据采样从图7加热/热敏电流脉冲产生电路中的M、N端获得，传输到本图的M、N节点。通过设计程序控制，在加热、热敏电流脉冲高电平通过DUT后，DUT上形成的信号脉冲VF刚来到HC4066型高速模拟电子开关芯片IC4A、IC4B时，IC4A、IC4B断开；当信号脉冲VF高电平稳定后，IC4A、IC4B闭合，对电容C16充电。在加热、热敏电流脉冲低电平通过DUT后，IC4A、IC4B断开，形成采样脉冲，并将信号电压VF通过充电存于C16。此后的IC4C、IC4D闭合，采样脉冲电压经过电容IC6的+极放电，通过IC4D、经IC11B放大再送给A/D转换器IC6的IN0端；电容IC6的-极通过IC4C接地。HC4066型高速电子开关的内阻约80Ω，采样速度在30ns以下，不产生非正常电压（微伏μV级误差）。4个HC4066型高速电子开关分成2对，构成差分型开尔文测试方式，采样到的是信号脉冲高低端电平的差值，排除电路和测试导线的压降，提高了测量精度。图6中模数转换器IC6的IN2接由电阻R22和R23分压而得的+2V电压和M、N端口的测试电压；IC6的IN3接由电阻R24和R25分压而得的+2V电压；IC6的IN4接放大器IC11A输出的+2V电压；IC6的IN为串行数据输入端，接主CPU的P16端；IC6的EOC为转换结束端，接图5主CPU的INT1/P33端；IC6的I/OCK是时钟输入/输出端，与IC7、IC8的SCLK同时接主CPU的P14端；IC6的OUT为A/D转换结果三态输出端，输出至主CPU的P13端。
（3）图6中加热/热敏电流的强、弱电分离：IC7、IC8分别将图5中主CPU芯片IC12的P05、P06端的加热、热敏电流脉冲幅度控制信号做D/A转换。IC7、IC8的DIN口为串行数据输入端，接图5中主CPU的P12端，SCLK为串行时钟输入端，接主CPU的P14端。IC7、IC8的CS为芯片选用通端，低电平有效。IC1的Q6端设DA=1控制选择IF1即选择IC8，Q5端设DA=1控制选择IF2即选择IC7。IC7、IC8的OUT为模拟电压输出端，IC7的输出端通过R18输送到IC11D控制DUT测试端B产生IF电流；IC8的OUT输出端一方面经TL084型放大器IC11C、IRFZ44型通用型场效应管TR5反馈给被测器件B端的信号，另一方面连接芯片IC5的X0端口。IC1的Q1=1时IC5的4、5端口不通，IC7的输出经电阻R18、R30分压到IC11D，IC11D不工作，控制加热电流脉冲；Q1=0时IC5的4、5端口导通，D9的-0.7V电压通过IC5的4端口——到5端口导通，-0.7V送至IC11D，因此IC11D不工作，控制热敏电流脉冲。
图7为本发明实施例提供的半导体功率器件瞬态热阻测试装置应用场景中电流脉冲产生电路的电路连接图；其中，滤波电路31包括电容C7、C8、C9及电感L1；脉冲调制器32为UC3846型IC2；变压器33为B1；整流电路34包括MBR160A型肖特基二极管D2和电感L2；放大器35为TL084型IC11D；中和电容36为C1；当然，中和电容C1与被测器件DUT之间，需要设置场效应管TR7来控制电子中和，TR7的控制信号由图6中IC1的输出端Q0控制trr开=1来获得；图6中芯片IC5的输出到放大器IC11D的12脚控制加热电流脉冲，场效应管TR5的漏极连接被测器件DUT的B端来控制热敏电流脉冲。
（1）加热电流脉冲的形成：外接220V电压源的工频交流电经C7、C8、C9和L1滤波，抑制了干扰信号，同时也防止工频交流电中叠加的高频信号干扰其它电路正常工作，工频交流电通过D1整流桥经启动电阻R2后，从C5和C6中间流出。TR1导通时电路电流对C6充电而C5放电，TR2导通时电路电流对C5充电而C6放电，功率由IC2芯片控制，而IC2由IC12主CPU的P16/WR端控制。然后，交流信号一方面经变压器B1转换降压后，流过二极管D2整流后，再流过电感L2抑制交流成分，将产生的加热电流加到测试端A，加热电流脉冲幅度范围为5-100A；另一路交流信号经过电阻R42后，将由主CPU的P04输出的时间控制数字信号A/D转换后经IC11D后加到TR3，信号输入至测试端B从而控制加热时间，此时间可选30ms、100ms、300ms、1000ms。加热电流脉冲幅度由主CPU控制图6中的IC7决定。
（2）热敏电流脉冲的形成：加热电流脉冲前后，将由图5主CPU的P06输出的热敏电流脉冲幅度控制信号由图6中IC5的Z0端经IC11D后加到TR3，从而控制热敏电流脉冲幅度，其范围为20-500mA。热敏电流脉冲幅度由主CPU控制图6中的IC8决定。
（3）电子中和：普通被测器件DUT里储存的少数载流子较多，在加热电流脉冲过后，由图7中IC1的Q0端设置为1时TR7导通，将电容C1所存储电荷通过TR7突然加到被测器件DUT的负极，以快速中和被测器件DUT内的少子，借以保证加热电流脉冲过后热敏电压差测量的速度、精度和抗干扰要求，达到加热电流脉冲后沿陡直的效果。在此不直接采取加热电流脉冲整形使后沿陡直的办法，而是通过电子中和消除了被测器件DUT内的少数载流子，达到了加热电流脉冲整形后沿陡直的要求，提高了测量的速度，具有异曲同工的效果，成为本发明的创新思想。
（4）图7中，开尔文接法的电阻R42作电流采样用，它避免了来自引线焊点的不确定性影响，保证电流采样准确。电阻R45和R46是为了保护图6中的4个HC4066型电子开关（IC4A、IC4B、IC4C、IC4D），电容C33、C34是为了滤除信号中的高频成分（毛刺），平滑信号，提高测量精度。
图8为本发明实施例提供的半导体功率器件瞬态热阻测试装置应用场景中低噪声电源电路的电路连接图；因为半导体功率器件瞬态热阻Zth测试装置用于动态特性测试，所用电源的噪声要低，以免干扰测量结果，因此每路直流电源经过整流桥后，都用电容、电感滤波，消除噪声。
低噪声电源电路通过电源插座引入220V的工频交流电，使用0.5A的保险丝，开关K1实现通/断电功能。使用变压器B2将220V的交流电降压，B2原边有一组线圈，次边有两组线圈，使得220V交流电分别降为两组不同的电压。通过D5整流桥后，由线性稳压器IC13（7805）、IC14（7905）分别实现±5V供电。线性输入输出压差不能太大，否则转换效率急速降低，而且容易击穿损坏。因此7805输入端设为+12V，避免了输出与输入间压差带来大量的功率损耗。在7805和7905的输入处均有电容（C25、C28）滤波，保证输入电压的稳定性；而二者的输出端均有电容（C26、C27）滤波，保证输出电压的稳定性。通过D6整流桥后，由C17滤波，做外部触发用，电阻R32起保护作用，保证输出电流不会过大。
如图9所示，为本发明实施例提供的半导体功率器件瞬态热阻测试装置应用场景中瞬态热阻测量结果的示意图，该图针对1N4729型二极管，在幅度100A持续时间300ms加热电流脉冲、300mA热敏电流脉冲条件下得到的，在测试中，热敏电流引起的热敏电压与瞬态热阻之间的热敏电压温度系数设为-2mV/℃。
如图10所示，为本发明实施例中，提供的一种半导体功率器件瞬态热阻测试方法，其在前述的测试装置及被测器件中实现，所述方法包括：
步骤S1、所述测试装置中的信号分配及采样电路获取处理器输出的指令，且根据所述获取到的指令，确定输出给电流脉冲产生电路的当前电压脉冲；其中，所述电压脉冲包括第一电压脉冲和第二电压脉冲；
步骤S2、所述电流脉冲产生电路获取所述信号分配及采样电路输出的当前电压脉冲，根据所述获取到的当前电压脉冲，确定加载于所述被测器件上的当前电流脉冲，驱动所述被测器件对应于当前电流脉冲产生相关的热阻信息；其中，所述电流脉冲包括加热电流脉冲和热敏电流脉冲；当所述获取到的当前电压脉冲为所述第一电压脉冲时，确定当前电流脉冲为所述加热电流脉冲；当所述获取到的当前电压脉冲为所述第二电压脉冲时，确定当前电流脉冲为所述热敏电流脉冲；
步骤S3、所述信号分配及采样电路采样所述被测器件的热阻信息，并将所述采样到的热阻信息反馈给所述处理器进行分析处理。
在本发明实施例中，步骤S2的具体步骤包括：
当获取到的当前电压脉冲为所述第一电压脉冲时，确定当前电流脉冲为加热电流脉冲；将加热电流脉冲以预设的时间加载于被测器件上，并驱动被测器件对应于加热电流脉冲产生相关的热阻信息；其中，预设的时间为30ms、100ms、300ms和1000ms之中其一。
或当获取到的当前电压脉冲为第二电压脉冲时，确定当前电流脉冲为热敏电流脉冲；将热敏电流脉冲幅度控制于预设的幅度范围内于被测器件上，进一步驱动被测器件对应于热敏电流脉冲产生相关的热阻信息；其中，预设的幅度范围位于[20mA，500mA]之间。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
1、在本发明实施例中，由于测试装置中采用信号分配及采样电路将加热电流脉冲与热敏电流脉冲进行信号分离、控制信号与数据分离，能在短时间内完成被测器件的预热，又可避免被测器件明显发热，同时确保通过被测器件瞬间产生的热敏电压差，从而提高被测器件瞬态热阻的测试结果的准确性和精确度；
2、在本发明实施例中，由于测试装置中电流脉冲产生电路的中和电容能快速中和被测器件内的少子，进一步保证加热电流脉冲过后热敏电压差测量的速度、精度和抗干扰要求，达到加热电流脉冲后沿陡直的效果，从而提高被测器件瞬态热阻的测试结果的准确性和精确度。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种半导体功率器件瞬态热阻测试装置，其与被测器件相配合，其特征在于，所述测试装置包括处理器、信号分配及采样电路和电流脉冲产生电路；其中，
所述处理器与所述信号分配电路的第一端相连，用于向所述信号分配及采样电路发送指令；
所述信号分配及采样电路的第二端与所述电流脉冲产生电路的输入端相连，第三端与所述被测器件的输出端相连，用于获取所述处理器输出的指令，根据所述获取到的指令，确定输出给所述电流脉冲产生电路的当前电压脉冲，且进一步将采样到所述被测器件对应于当前电压脉冲的热阻信息反馈给所述处理器进行分析处理；其中，所述电压脉冲包括第一电压脉冲和第二电压脉冲；
所述电流脉冲产生电路的输出端与所述被测器件的输入端相连，用于获取所述信号分配及采样电路输出的当前电压脉冲，根据所述获取到的当前电压脉冲，确定加载于所述被测器件上的当前电流脉冲，驱动所述被测器件对应于当前电流脉冲产生相关的热阻信息；其中，所述电流脉冲包括加热电流脉冲和热敏电流脉冲；当所述获取到的当前电压脉冲为所述第一电压脉冲时，确定当前电流脉冲为所述加热电流脉冲；当所述获取到的当前电压脉冲为所述第二电压脉冲时，确定当前电流脉冲为所述热敏电流脉冲。
2.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述信号分配及采样电路包括控制器、第一电压脉冲产生电路、第二电压脉冲产生电路和采样电路；其中，
所述控制器的第一端与所述处理器相连，第二端与所述第一电压脉冲产生电路的一端相连，第三端与所述第二电压脉冲产生电路的一端相连，用于根据获取到的指令，同时输出高电平信号给所述第一电压脉冲产生电路及低电平信号给所述第二电压脉冲产生电路，或同时输出低电平信号给所述第一电压脉冲产生电路及高电平信号给所述第二电压脉冲产生电路；
所述第一电压脉冲产生电路的另一端与所述电流脉冲产生电路的输入端相连，用于当获取到的电平信号为高电平信号时，输出所述第一电压脉冲；
所述第二电压脉冲产生电路的另一端与所述电流脉冲产生电路的输入端相连，用于当获取到的电平信号为高电平信号时，输出所述第二电压脉冲；
所述采样电路的输入端与所述被测器件的输出端相连，输出端与所述处理器相连，用于获取所述被测器件的相关热阻信息，并将所述获取到的相关热阻信息输出给所述处理器。
3.如权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述采样电路包括第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关、寄存电容和模数转换器；其中，
所述第一电子开关及所述第二电子开关的控制端均与所述控制器的第四端相连，输入端均与所述被测器件的输出端相连，输出端分别与所述寄存电容的两端相连；
所述第三电子开关及所述第四电子开关的控制端均与所述控制器的第五端相连，输入端分别与所述寄存电容的两端相连，输出端均与所述模数转换器的输入端相连；
所述模数转换器的输出端与所述处理器相连。
4.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述电流脉冲产生电路包括滤波电路、脉冲调制器、变压器、整流电路、放大器和中和电容；其中，
所述滤波电路的一端外接220V工频交流电源，依次通过所述脉冲调制器、变压器、整流电路与所述被测器件的正输入端相连；
所述放大器的正输入端与所述信号分配及采样电路的第二端相连，负输入端接地，输出端与所述被测器件的负输入端相连；
所述中和电容的正极与所述被测器件的负输入端相连，负极接地。
5.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述测试装置还包括低噪声电源电路。
6.一种半导体功率器件瞬态热阻测试方法，其特征在于，其在包括如权利要求1至5中任一项所述的测试装置及被测器件中实现，所述方法包括：
所述测试装置中的信号分配及采样电路获取处理器输出的指令，且根据所述获取到的指令，确定输出给电流脉冲产生电路的当前电压脉冲；其中，所述电压脉冲包括第一电压脉冲和第二电压脉冲；
所述电流脉冲产生电路获取所述信号分配及采样电路输出的当前电压脉冲，根据所述获取到的当前电压脉冲，确定加载于所述被测器件上的当前电流脉冲，驱动所述被测器件对应于当前电流脉冲产生相关的热阻信息；其中，所述电流脉冲包括加热电流脉冲和热敏电流脉冲；当所述获取到的当前电压脉冲为所述第一电压脉冲时，确定当前电流脉冲为所述加热电流脉冲；当所述获取到的当前电压脉冲为所述第二电压脉冲时，确定当前电流脉冲为所述热敏电流脉冲；
所述信号分配及采样电路采样所述被测器件的热阻信息，并将所述采样到的热阻信息反馈给所述处理器进行分析处理。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述电流脉冲产生电路获取所述信号分配及采样电路输出的当前电压脉冲，根据所述获取到的当前电压脉冲，确定加载于所述被测器件上的当前电流脉冲，驱动所述被测器件对应于当前电流脉冲产生相关的热阻信息的具体步骤包括：
当所述获取到的当前电压脉冲为所述第一电压脉冲时，确定当前电流脉冲为所述加热电流脉冲；
将所述加热电流脉冲以预设的时间加载于所述被测器件上，并驱动所述被测器件对应于加热电流脉冲产生相关的热阻信息。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预设的时间为30ms、100ms、300ms和1000ms之中其一。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述电流脉冲产生电路获取所述信号分配及采样电路输出的当前电压脉冲，根据所述获取到的当前电压脉冲，确定加载于所述被测器件上的当前电流脉冲，驱动所述被测器件对应于当前电流脉冲产生相关的热阻信息的具体步骤包括：
当所述获取到的当前电压脉冲为所述第二电压脉冲时，确定当前电流脉冲为所述热敏电流脉冲；
将所述热敏电流脉冲幅度控制于预设的幅度范围内于所述被测器件上，进一步驱动所述被测器件对应于热敏电流脉冲产生相关的热阻信息。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预设的幅度范围位于[20mA，500mA]之间。
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Effective date of registration: 20201010 Address after: 314000 Room 101, floor 1, building 3, No. 383, Huimin Avenue, Huimin street, Jiashan County, Jiaxing City, Zhejiang Province Patentee after: Andean new material technology (Zhejiang) Co.,Ltd. Address before: 536000 factory building, West export processing zone, Beihai Road, the Guangxi Zhuang Autonomous Region, Beihai Patentee before: BEIHAI HUAYUAN ELECTRONIC Co.,Ltd. |
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Effective date of registration: 20230531 Address after: No. 2 Factory Building and Office Building, No. 2870 Puti East Road, Changshou District, Chongqing, 401220 Patentee after: Chongqing Enrui Industrial Co.,Ltd. Address before: Room 101, 1st floor, building 3, 383 Huimin Avenue, Huimin street, Jiashan County, Jiaxing City, Zhejiang Province 314000 Patentee before: Andean new material technology (Zhejiang) Co.,Ltd. |