CN107728032A - 一种压接型功率半导体器件的测试装置 - Google Patents

一种压接型功率半导体器件的测试装置 Download PDF

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Abstract

一种压接型功率半导体器件的测试装置，包括：测试台控制器；测试底座，测试底座中分布有若干用于放置被测压接型功率半导体器件的测试工位，各个测试工位中形成有用于与被测压接型功率半导体器件的第一被测端子连接的第一测试电极，其中，各个测试工位的第一测试电极与测试台控制器连接；测试顶盖，其与测试台控制器连接，用于在测试台控制器向被测压接型功率半导体器件施加指定压力，测试顶盖中分布有若干用于与被测压接型功率半导体器件的第二被测端子连接的第二测试电极，各个第二测试电极与测试台控制器连接。该装置解决了传统压接型IGBT/FRD子单元无法测试或者测试难度非常大的问题，其可以实现多个子单元同时独立测试与结果记录。

Description

一种压接型功率半导体器件的测试装置
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体地说，涉及一种压接型功率半导体器件的测试装置。
背景技术
压接型IGBT模块内部并联有多个IGBT/FRD子单元，随着应用市场对电流等级需求越来越高，压接型IGBT内部需要并联更多的IGBT/FRD子单元。由于压接型IGBT模块包括内部子单元在工作时需要施加特定的压力，使压力接触部件之间可靠接触，形成电流和热传导的可靠路径，进行子单元测试难度非常大。因此，在对压接型IGBT模块进行测试时，目前普遍的做法是只进行芯片级的探针测试，完成子单元装配后不进行子单元的单独测试。
然而，由于压接型IGBT子单元在装配过程中，有可能造成芯片电学或机械损伤，因此如果不进行子单元测试很可能会造成模块成品率损失，而且并联芯片数量越多问题越严重。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种压接型功率半导体器件的测试装置，其特征在于，包括：
测试台控制器；
测试底座，所述测试底座中分布有若干用于放置被测压接型功率半导体器件的测试工位，各个测试工位中形成有用于与所述被测压接型功率半导体器件的第一被测端子连接的第一测试电极，其中，各个测试工位的第一测试电极与所述测试台控制器连接；
测试顶盖，其与所述测试台控制器连接，用于在所述测试台控制器的控制下向所述被测压接型功率半导体器件施加指定压力，所述测试顶盖中分布有若干用于与所述被测压接型功率半导体器件的第二被测端子连接的第二测试电极，其中，各个第二测试电极分别与各个测试工位相对应，各个第二测试电极与所述测试台控制器连接。
根据本发明的一个实施例，所述测试顶盖包括：
绝缘压板，所述第二测试电极形成在所述绝缘板的第一表面，所述绝缘压板的第一表面上还形成有绝缘压头，所述绝缘压头用于向所述被测功率半导体器件的第二被测端子施加压力；
压力机，其与所述测试台控制器连接，其用于在所述测试台控制器的控制下向所述绝缘压板施加指定压力。
根据本发明的一个实施例，所述第二测试电极包括：
若干绝缘压头，其与所述绝缘压板的第一表面固接，在测试过程中，所述若干绝缘压头与所述被测压接型功率半导体器件的第二被测端子接触，以用于向所述第二被测端子施加指定压力；
测试电极壳体；
弹性导电件，其设置在所述测试电极壳体中；
导电端子，其与所述弹性导电件电连接并能够与所述弹性导电件配合地沿所述测试电极壳体的内壁滑动，在测试过程中，所述导电端子与所述第二被测端子电接触，以用于将所述测试台控制器传输来的相应测试信号传输至所述第二被测端子。
根据本发明的一个实施例，所述第二测试电极包括：
若干绝缘压头，所述若干绝缘压头为中空的管状体，其与所述绝缘压板的第一表面固接，在测试过程中，所述若干绝缘压头与所述被测压接型功率半导体器件的第二被测端子接触，以用于向所述第二被测端子施加指定压力；
弹性导电件，其设置在一绝缘压头中；
导电端子，其与所述弹性导电件电连接并能够与所述弹性导电件配合地沿所述绝缘压头的内壁滑动，在测试过程中，所述导电端子与所述第二被测端子电接触，以用于将所述测试台控制器传输来的相应测试信号传输至所述第二被测端子。
根据本发明的一个实施例，所述测试顶盖还包括：
压块适配器，其连接在所述压力机与绝缘压板之间，用于实现压力的均匀分布与适配。
根据本发明的一个实施例，所述测试顶盖中还分布有用于与所述被测压接型功率半导体的第三被测端子连接的第三测试电极，其中，各个第三测试电极分别与各个测试工位相对应，各个第三测试电极与所述测试台控制器电连接。
根据本发明的一个实施例，
各个第一测试电极通过设置在所述测试底座中的第一测试总线与所述测试控制台连接；且/或，
各个第二测试电极通过设置在所述测试顶盖中的第二测试总线与所述测试控制台连接；且/或，
各个第三测试电极通过设置在所述测试顶盖中的第三测试总线与所述测试控制台连接。
根据本发明的一个实施例，所述测试工位中还分布有加热电路，所述加热电路与测试台控制器连接，用于在所述测试台控制器的控制下调节所述被测压接型功率半导体器件的温度。
根据本发明的一个实施例，所述测试工位还分布有制冷回路，所述制冷回路与测试台控制器连接，用于在所述测试台控制器的控制下调节所述被测压接型功率半导体器件的温度。
本发明所提供的压接型功率半导体器件的测试装置解决了传统压接型IGBT/FRD子单元无法测试或者测试难度非常大的问题，通过测试顶盖提供压力，并通过分布在测试底座上的阵列式或非阵列式多安装工位以及与各个子单元对应的顶盖绝缘压头和测试电极实现多个子单元同时并独立测试与结果记录。
同时，利用加热电路和制冷回路，该测试装置还能够实现对压接型IGBT/FRD子单元高温或低温特性的测试要求。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
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的附图做简单的介绍：
图1是现有的压接型IGBT模块的典型封装结构示意图；
图2是现有的压接型IGBT/FRD子单元的典型结构剖面图；
图3是根据本发明一个实施例的压接型功率半导体器件的测试装置的结构示意图；
图4是根据本发明一个实施例的导电压头的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。
现有压接型IGBT模块的典型封装结构如图1所示，一个压接型IGBT模块中会包括多个IGBT/FRD子单元101、一块PCB 102以及外壳(包括集电极端子103、发射极端子104、栅极端子105以及陶瓷管壳106)等部分。外壳分别连接各IGBT/FRD子单元的集电极和发射极，栅极通过弹簧针与PCB 102连接，再通过PCB 102上的电路汇集到栅极引出线。为便于安装子单元，外壳的发射电极台面被加工成和子单元对应的多个凸台结构。
图2是现有的压接型IGBT/FRD子单元的典型结构剖面图。
从图2可以看看出，现有的每一个IGBT/FRD子单元由独立的IGBT/FRD芯片201、集电极/阳极钼片202、弹簧针(IGBT栅极)203、发射极/阴极204以及绝缘定位框205等部分构成。
针对上述压接型IGBT/FRD子单元以及IGBT/FRD模块，目前仅有压接型IGBT/FRD模块整体测试相关工装、装置和测试设备的相关方案，尚没有针对压接型IGBT/FRD子单元的测试方案。
由于压接型IGBT子单元在装配过程中，有可能造成芯片电学或机械损伤，因此如果不进行子单元测试很可能会造成模块成品率损失，而且并联芯片数量越多问题越严重。
同时，由于多芯片参数存在差异，虽然现有的芯片探针测试能够进行参数差别的甄选，但是子单元装配过程中也会带来参数的变化。如果不分别对IGBT/FRD子单元进行该测试，那么并联多芯片之间将会存在参数差异，从而造成压接型IGBT/FRD模块内部电流分布不均衡等问题。
针对现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种压接型功率半导体器件的测试装置，该测试装置能够对IGBT/FRD子单元的参数进行单独测试。
图3示出了本实施例所提供的压接型功率半导体器件的测试装置的结构示意图。
如图3所示，本实施例所提供的测试装置优选地包括：测试台控制器301、测试底座302和测试顶盖303。其中，测试底座302中分布有若干用于放置被测压接型半导体功率器件的测试工位302a。其中，这些测试工位的结构相同，各个测试工位302a中均形成有用于与被测压接型功率半导体器件的第一被测端子连接的第一测试电极。
本实施例中，各个被测工位的第一测试电极优选地通过设置在测试底座302中的第一测试总线与测试台控制器301连接。这样，测试台控制器301也就可以通过第一测试总线独立地向各个测试工位的第一测试电极输出相应的测试信号。
需要指出的是，在本发明的其他实施例中，各个测试工位的第一测试电极还可以通过其他合理的方式来与测试台控制器连接，本发明不限于此。
本实施例中，如果被测压接型功率半导体器件为如图2所示的IGBT(即绝缘栅双极晶体管)子单元，那么在测试过程中，当被测IGBT子单元放置到对应的测试工位上后，与第一测试电极电连接的第一被测端子则为IGBT子单元的集电极钼片。
而如果被测压接型功率半导体器件为FRD(即快速恢复二极管)子单元，那么在测试过程中，当被测FRD子单元放置到对应的测试工位上后，与第一测试电极电连接的第一被测端子则为FRD子单元的阳极钼片。
本实施例中，测试底座中还分布有加热电路和/或制冷回路，加热电路和/或制冷回路与测试台控制电路301连接，其能够在测试台控制电路301的控制下来调节对应测试工位的温度，进而调节被测压接型功率半导体器件的温度，从而实现了被测压接型功率半导体器件高温或低温特性的测试要求。
需要指出的是，为了能够使得被测压接型功率半导体器件的温度准确地稳定在所需要的高温或低温状态，本实施例所提供的加热电路和制冷回路中还包含温度传感器，这样测试台控制电路301也就可以根据温度传感器传来的温度信号对加热电路和致冷电路实现闭环温度控制。
本实施例中，加热电路和/或制冷回路优选地通过温控总线302b与测试台控制电路301连接。当然，在本发明的其他实施例中，加热电路和/或制冷回路还可以通过其他合理方式来与测试台控制电路连接，本发明不限于此。
同时还需要指出的是，在本发明的不同实施例中，根据实际需要，测试底座所包含的各个测试工位既可以采用阵列分布的方式也可以采用非阵列分布的方式，同时，测试底座中所包含的测试工位的数量也可以根据实际需要进行配置，本发明同样不限于此。
如图3所示，本实施例中，测试顶盖303优选地包括：压力机303a、压块适配器303b以及绝缘压板303c。其中，压力机303a与测试台控制器301电连接，能够在测试台控制器301的控制下产生相应的压力，并将该压力通过压块适配器303b传递至绝缘压板303c，进而由绝缘压板303c施加给被测压接型功率半导体器件304，这样也就可以实现对被测压接型功率半导体器件304的压力测试。其中，压块适配器303b设置在压力机303a与绝缘压板303c之间，其能够实现压力的均匀分布与适配等功能。
绝缘压板303c与压块适配器303b安装在一起，其面向测试底座302的表面(即第一表面)上分布有若干与测试工位对应的第二测试电极。本实施例中，各个第二测试电极的结构相同，其优选地包括：若干绝缘压头303d以及导电接头303e。其中，绝缘压头303d优选地对称分布在导电接头303e周围，绝缘压头303d为非弹性件，在测试过程中，压力机303a会下降并通过绝缘压头303d来向被测压接型功率半导体器件304施加指定的压力。
本实施例中，各个第二测试电极优选地通过设置在绝缘压板303c中的第二测试总线与测试台控制器301连接。这样，测试台控制器301也就可以通过第二测试总线独立地向各个第二测试电极输出相应的测试信号。
图4示出了本实施例中导电压头303e的结构示意图。如图4所示，本实施例中，导电接头303e优选地包括：测试电极壳体401、弹性导电件402以及导电端子403。其中，弹性导电件402设置在测试电极壳体401中，导电端子403与导电弹性件402电连接，并且导电端子403能够与弹性导电件402配合地沿测试电极壳体401的内壁滑动。即，弹性导电件402压缩程度越大，导电端子403露出测试电极壳体401的部位的长度越小。
在测试过程中，导电端子403与被测压接型功率半导体器件404的第二被测端子点接触，这样导电端子403也就可以将测试台控制器301传输来的相应测试信号传输至被测压接型功率半导体器件的第二被测端子。
需要指出的是，在发明的其他实施例中，第二测试电极还可以采用其他合理的形式来实现，本发明不限于此。例如在本发明的一个实施例中，第二测试电极还可以采用将图4中的测试电极壳体用作绝缘压头，此时该绝缘压头为中空的管状体，其与绝缘压板的第一表面固接。在测试过程中，该绝缘压头与被测压接型功率半导体器件的第二被测端子接触，从而来向第二被测端子施加指定压力。该第一测试电极的其他部位则可以与图4所示的第二电极的结构相同，故在此不再赘述。
本实施例中，如果被测压接型功率半导体器件为如图2所示的IGBT(即绝缘栅双极晶体管)子单元，那么在测试过程中，当被测IGBT子单元放置到对应的测试工位上后，与第二测试电极电连接的第二被测端子则为IGBT子单元的发射极钼片。
而如果被测压接型功率半导体器件为FRD(即快速恢复二极管)子单元，那么在测试过程中，当被测FRD子单元放置到对应的测试工位上后，与第一测试电极电连接的第一被测端子则为FRD子单元的阴极。
为了使得整个测试装置具有更好的测试兼容性(例如既能够用于对IGBT子单元进行测试，也能够用于对FRD子单元进行测试)，在此如图3所示，在本实施例所提供的测试装置中，绝缘压板303c上还分布有用于与IGBT子单元的第三被测端子(即栅极弹簧针)连接的第三测试电极303f。其中，各个第三测试电极303f分别与分布在测试底座302中各个测试工位相对应。本实施例中，各个第三测试电极优选地通过设置在绝缘压板303c中的第三测试总线与测试台控制器301连接。这样，测试台控制器301也就可以通过第三测试总线独立地向各个第三测试电极输出相应的测试信号。
本实施例中，在对被测压接型功率半导体器件(例如IGBT子单元或FRD子单元)进行测试时，首先会将多个被测器件同时放置到相应的测试工位中。如果需要进行高温测试或低温测试，则通过测试台控制器控制相应的加热电路或致冷电路，来使得被测器件的温度处于期望温度。
随后，通过测试台控制器所设定的测试压力值来控制压力机下降以产生相应的压力值，这些压力值最终通过绝缘压头传递给被测器件表面。对此类似地，测试台控制器根据预设测试程序来自动完成所有被测子单元的测试，并将各个被测子单元的单独测试结果进行显示和保存。
当对此批被测子单元的测试完成后，测试台控制器控制压力机上升，这样也就可以移除此批被测子单元并换上下一配子单元来继续进行测试。
从上述描述中可以看出，本实施例所提供的压接型功率半导体器件的测试装置解决了传统压接型IGBT/FRD子单元无法测试或者测试难度非常大的问题，通过测试顶盖提供压力，并通过分布在测试底座上的阵列式或非阵列式多安装工位以及与各个子单元对应的顶盖绝缘压头和测试电极实现多个子单元同时并独立测试与结果记录。
同时，利用加热电路和制冷回路，该测试装置还能够实现对压接型IGBT/FRD子单元高温或低温特性的测试要求。
应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构或处理步骤，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。
说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。
虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。

Claims (9)

1.一种压接型功率半导体器件的测试装置，其特征在于，包括：
测试台控制器；
测试底座，所述测试底座中分布有若干用于放置被测压接型功率半导体器件的测试工位，各个测试工位中形成有用于与所述被测压接型功率半导体器件的第一被测端子连接的第一测试电极，其中，各个测试工位的第一测试电极与所述测试台控制器连接；
测试顶盖，其与所述测试台控制器连接，用于在所述测试台控制器的控制下向所述被测压接型功率半导体器件施加指定压力，所述测试顶盖中分布有若干用于与所述被测压接型功率半导体器件的第二被测端子连接的第二测试电极，其中，各个第二测试电极分别与各个测试工位相对应，各个第二测试电极与所述测试台控制器连接。
2.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述测试顶盖包括：
绝缘压板，所述第二测试电极形成在所述绝缘板的第一表面，所述绝缘压板的第一表面上还形成有绝缘压头，所述绝缘压头用于向所述被测功率半导体器件的第二被测端子施加压力；
压力机，其与所述测试台控制器连接，其用于在所述测试台控制器的控制下向所述绝缘压板施加指定压力。
3.如权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述第二测试电极包括：
若干绝缘压头，其与所述绝缘压板的第一表面固接，在测试过程中，所述若干绝缘压头与所述被测压接型功率半导体器件的第二被测端子接触，以用于向所述第二被测端子施加指定压力；
测试电极壳体；
弹性导电件，其设置在所述测试电极壳体中；
导电端子，其与所述弹性导电件电连接并能够与所述弹性导电件配合地沿所述测试电极壳体的内壁滑动，在测试过程中，所述导电端子与所述第二被测端子电接触，以用于将所述测试台控制器传输来的相应测试信号传输至所述第二被测端子。
4.如权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述第二测试电极包括：
若干绝缘压头，所述若干绝缘压头为中空的管状体，其与所述绝缘压板的第一表面固接，在测试过程中，所述若干绝缘压头与所述被测压接型功率半导体器件的第二被测端子接触，以用于向所述第二被测端子施加指定压力；
弹性导电件，其设置在一绝缘压头中；
导电端子，其与所述弹性导电件电连接并能够与所述弹性导电件配合地沿所述绝缘压头的内壁滑动，在测试过程中，所述导电端子与所述第二被测端子电接触，以用于将所述测试台控制器传输来的相应测试信号传输至所述第二被测端子。
5.如权利要求2～4中任一项所述的测试装置，其特征在于，所述测试顶盖还包括：
压块适配器，其连接在所述压力机与绝缘压板之间，用于实现压力的均匀分布与适配。
6.如权利要求1～5中任一项所述的测试装置，其特征在于，所述测试顶盖中还分布有用于与所述被测压接型功率半导体的第三被测端子连接的第三测试电极，其中，各个第三测试电极分别与各个测试工位相对应，各个第三测试电极与所述测试台控制器电连接。
7.如权利要求6所述的测试装置，其特征在于，
各个第一测试电极通过设置在所述测试底座中的第一测试总线与所述测试控制台连接；且/或，
各个第二测试电极通过设置在所述测试顶盖中的第二测试总线与所述测试控制台连接；且/或，
各个第三测试电极通过设置在所述测试顶盖中的第三测试总线与所述测试控制台连接。
8.如权利要求1～7中任一项所述的测试装置，其特征在于，所述测试工位中还分布有加热电路，所述加热电路与测试台控制器连接，用于在所述测试台控制器的控制下调节所述被测压接型功率半导体器件的温度。
9.如权利要求1～8中任一项所述的测试装置，其特征在于，所述测试工位还分布有制冷回路，所述制冷回路与测试台控制器连接，用于在所述测试台控制器的控制下调节所述被测压接型功率半导体器件的温度。
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