CN108139443A - 测试系统 - Google Patents
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Abstract
测试系统(1)是用于进行包括被测装置的静态特性测试的测试的测试系统，测试系统(1)包括：多个静态特性单元(21、22、23、25、71、72、73)，用于静态特性测试的测量；以及替换单元(24)，其被配置成能够附接和拆卸多个静态特性单元(21、22、23、25、71、72、73)之中的特定单元(71、72、73)，根据测量项目选择性使用特定单元(71、72、73)。
Description
技术领域
本公开内容涉及测试系统。
背景技术
通常，存在用于检查诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)的功率半导体模块的测试设备。例如，在PTL1中描述了确定被测装置(DUT)的质量的半导体测试设备。
引用列表
专利文献
PTL1：日本未审专利公开第2009-92562号
发明内容
技术问题
根据用户的要求规格，DUT的测试项目和测试内容可能有所不同。例如，在静态特性测试中，存在需要提供电压的测量、需要提供电流的测量以及需要提供电压和电流的测量。专利文献1中描述的半导体测试设备不能灵活地处理要求规格。更具体地，由于专利文献1中描述的半导体测试设备需要被单独设计以形成对于要求规格中包括的DUT的测试项目和测试内容所需和足够的配置，所以用于提供半导体测试设备所需的时间变长。
在本技术领域中，期望能够灵活处理以下情况的测试系统：在该情况下，每个用户所要求的测试项目不同。
解决问题的技术手段
根据本公开内容的一方面的测试系统是用于进行包括被测装置的静态特性测试的测试的测试系统。测试系统包括：多个静态特性单元，用于静态特性测试的测量；以及替换单元，其被配置成能够附接和拆卸多个静态特性单元之中的特定单元，根据静态特性测试的测量项目选择性使用特定单元。
在测试系统中，可以附接和拆卸根据静态特性测试的测量项目而选择性使用的特定单元。因此，例如，根据要求的静态特性测试的测量项目，可以在替换单元上安装所需的特定单元，并且可以从替换单元移除无用的特定单元。作为结果，即使当每个用户所要求的测试项目变化时，也无需单独地设计测试系统，并且可以提供通过简单工作(仅附接和拆卸特定单元)可以处理要求规格的测试系统。
在实施方式中，特定单元可以包括：第一电压单元，其被配置成将第一电压施加至被测装置；第二电压单元，其被配置成将小于第一电压的第二电压施加至被测装置；以及电流源单元，其被配置成将电流供给至被测测装置。可以根据要求的测量项目在替换单元上安装第一电压单元、第二电压单元和电流源单元。在静态特性测试中，存在需要供给电压的测量、需要供给电流的测量以及需要供给电压和电流的测量。因此，根据要求的静态特性测试的测量项目，可以在替换单元上安装第一电压单元、第二电压单元和电流源单元之中的所需单元，并且可以从替换单元移除无用的特定单元。作为结果，即使当每个用户所要求的测试项目变化时，也无需单独地设计测试系统，并且可以提供通过简单工作(仅附接和拆卸第一电压单元、第二电压单元和电流源单元)可以处理要求规格的测试系统。
在一个实施方式中，电流源单元可以包括：多个电流源子单元，其被配置成将具有第一电流量的电流供给至被测装置。当测量项目是需要电流源单元的测量项目时，根据测量项目所需的电流量，可以在替换单元上安装多个电流源子单元之中的所需数目的电流源子单元。所需电流的大小可以根据静态特性测试的测量项目而变化。因此，当测量项目是需要电流源单元的测量项目时，无需根据要求的测量所需的电流量来单独地设计电流源单元，并且可以提供通过简单工作(仅安装所需数目的电流源子单元)可以处理要求规格的测试系统。
在一个实施方式中，测试系统还可以包括：多个动态特性单元，用于执行被测装置的动态特性测试。在这种情况下，除了静态特性测试以外，还可以执行动态特性测试。
在一个实施方式中，多个动态特性单元和多个静态特性单元中的每个单元可以在由单元发送和接收的信号对被测装置的测量精度的影响程度越大时被布置在越靠近于被测装置的位置处。在这种情况下，由于发送和接收对被测装置的测量精度具有较大影响程度的信号的单元被布置成靠近被测装置，所以可以缩短该单元与被测装置之间的布线的长度。因此，可以抑制用于传送对被测装置的测量精度具有较大影响程度的信号的布线的电感分量，并且可以提高被测装置的测量精度。
在一个实施方式中，测试系统还可以包括：第一壳体、第二壳体和第三壳体。第一壳体、第二壳体和第三壳体可以被布置成使得与被测装置的距离以第一壳体、第二壳体和第三壳体的顺序增加。每个单元可以根据影响程度被容纳在第一壳体、第二壳体和第三壳体之一中。例如，当所有单元被容纳在布置成靠近被测装置的壳体中时，壳体增大，并且限制了使用测试系统时的布置。另一方面，根据由单元发送和接收的信号对被测装置的测量精度的影响程度，单元可以被分配并容纳在第一壳体、第二壳体和第三壳体中，从而缩小布置成靠近被测装置的第一壳体的尺寸，同时抑制被测装置的测量精度降低。作为结果，可以提高使用测试系统时的布置的自由度。
在一个实施方式中，多个静态特性单元可以容纳在第二壳体中。由于静态特性测试与动态特性测试相比更不太可能受电感分量的影响，因此静态特性单元可以布置在有点远离被测装置的位置处。以这种方式，可以减少容纳在第一壳体中的单元的数目。作为结果，可以缩小第一壳体的尺寸，而不降低测量精度。
在一个实施方式中，多个动态特性单元可以包括：动态特性测量电路，用于执行动态特性测试；动态特性控制器，其被配置成根据动态特性测试的预设测量模式来控制动态特性测量电路和被测装置；以及拦截器，其被配置成当在动态特性测试中检测到异常状态时，控制动态特性测量电路和被测装置。与动态特性控制器相比，拦截器可以布置在更靠近被测装置的位置处。在这种情况下，可以缩短拦截器与被测装置之间的布线，并且与正常状态的控制相比，可以更快地执行异常状态的控制。
在一个实施方式中，测试系统还可以包括：接口基板，用于根据被测装置的类型消减物理差异。接口基板可以包括：探头，其电连接至被测装置的电极，并且可以根据被测装置的类型来设定探头的数目和布置。根据配置，由于使用根据待测的被测装置的类型的接口基板，因此无需针对不同类型的被测装置中的每一个来设计测试系统。亦即，不论被测装置的类型如何，都可以共享测试系统的除了接口基板以外的部分。
在一个实施方式中，被测装置可以是功率半导体模块。在这种情况下，即使当每个用户所要求的测试项目不同时，也无需单独地设计功率半导体模块的测试系统，并且可以提供通过简单工作(仅附接和拆卸特定单元)可以处理要求规格的功率半导体模块的测试系统。
本发明的有益效果
根据本公开内容的每个方面和每个实施方式，可以提供能够灵活处理每个用户所要求的测试项目不同的情况的功率半导体测试系统。
附图说明
[图1]图1是示意性示出了根据实施方式的功率半导体测试系统的外观图。
[图2]图2是示意性示出了图1的功率半导体测试系统的配置图。
[图3]图3是示出了图1的功率半导体测试系统中所包括的第一设备的配置示例的示图。
[图4]图4是用于说明图1的第一设备中所包括的DIB的功能的示图。
[图5]图5是图1的第一设备中所包括的电容器组以及动态特性测量电路的电路图的示例。
[图6]图6是图1的第二设备中所包括的替换单元的示意配置图。
[图7]图7是图6的替换单元中所包括的用于电压的母板的示意配置图。
[图8]图8是图6的替换单元中所包括的用于电流的母板的示意配置图。
[图9]图9是可以附接至图6的替换单元并从其拆卸的特定单元的示意配置图。
[图10]图10是用于说明图8的母板与图9的特定单元的连接的示图。
[图11]图11是示出了用于每个测量的单元的示图。
[图12]图12是示出了图1的功率半导体测试系统的布置示例的示图。
[图13]图13是示出了P输出端子以及N输出端子的布线示例的示图。
[图14]图14是示意性示出了图1的第一设备中所包括的电容器组的示例的示图。
[图15]图15是示意性示出了图1的第一设备中所包括的电容器组的另一示例的示图。
具体实施方式
以下，将参考附图来描述本公开内容的实施方式。注意，在附图的说明中，对相同或等同元素提供相同附图标记，并将省略重复的说明。
图1是示意性示出了根据实施方式的功率半导体测试系统的外观图。图2是示意性示出了图1的功率半导体测试系统的配置图。图1和图2所示的功率半导体测试系统1是用于进行包括DUT 2的静态特性(DC：直流)测试和动态特性(AC：交流)测试的各种测试的测试系统。DUT 2是被测装置，并且例如是包括一组串联电连接的2个半导体元件的功率半导体模块。DUT 2例如是2合1类型、4合1类型、6合1类型和8合1类型等的功率半导体模块。包括在DUT 2中的半导体元件的示例包括IGBT。DUT 2包括P端子、N端子、O端子以及控制端子(电极)。
在静态特性测试中，可以测量诸如集电极分断电流Ices、栅极-发射极阈值电压Vge(th)、栅极-发射极漏电流Iges以及集电极-发射极饱和电压Vce(sat)的特性。在动态特性测试中，执行切换测量、短路能力测量(SC测量)等。具体地，可以测量诸如整个栅极电荷Qg、导通延迟时间td(on)、导通上升时间tr、关断延迟时间td(off)、关断下降时间tf、反向恢复时间trr、反向恢复电荷Qrr以及发射极-集电极电压Vec的特性。这些测量项目根据用户的要求规格而适当选择。
功率半导体测试系统1包括：多个静态特性单元，用于静态特性测试中的测量；以及多个动态特性单元，用于动态特性测试中的测量。多个静态特性单元包括：稍后将描述的静态特性测量电路21、栅极伺服(gate servo)22、大电流测量电路23、触发器矩阵25、高压单元71、低压单元72以及大电流源单元73。多个动态特性单元包括：稍后将描述的动态特性测量电路14、电容器组(capacitor bank)15、驱动用驱动器(driving driver)16、电流传感器17、电压传感器18、拦截器26、数字转换器27、充电电源32以及动态特性控制器33。
多个静态特性单元以及多个动态特性单元中的每个单元根据由该单元发送和接收的信号对DUT 2的测量精度的影响程度来布置。每个单元例如在由该单元发送和接收的信号对DUT 2的测量精度的影响程度较小时被布置在更远离DUT 2的位置处，并且在由该单元发送和接收的信号对DUT 2的测量精度的影响程度较大时被布置在更靠近DUT 2的位置处。功率半导体测试系统1包括：第一设备10、第二设备20和第三设备30。在功率半导体测试系统1中，图2所示的单元根据管理等级被分配至第一设备10、第二设备20和第三设备30。第一设备10、第二设备20和第三设备30被布置成使得与DUT 2的距离以第一设备10、第二设备20和第三设备30的顺序增加。在第一设备10中布置管理等级Lv1的单元。在第二设备20中布置管理等级Lv2的单元。在第三设备30中布置管理等级Lv3的单元。
管理等级是指示由每个单元发送和接收的信号所要求的精度的标准，并且根据该信号对DUT 2的测量精度的影响程度而设定。管理等级Lv1是电感管理等级。具体地，对于管理等级Lv1的单元发送和接收的信号，要求高速且高精度。管理等级Lv2是噪声管理等级。具体地，由管理等级Lv2的单元发送和接收的信号所要求的精度低于由管理等级Lv1的单元发送和接收的信号所要求的精度，而高于由管理等级Lv3的单元发送和接收的信号所要求的精度。由管理等级Lv2的单元发送和接收的信号的示例包括小的模拟信号。管理等级Lv3是普通的管理等级。具体地，由管理等级Lv3的单元发送和接收的信号所要求的精度低于由管理等级Lv1和管理等级Lv2的单元发送和接收的信号所要求的精度，并且要求不引起通信错误的程度的精度。由管理等级Lv3的单元发送和接收的信号的示例包括数字信号和不要求精度的信号。因此，要求的精度按照管理等级Lv3、管理等级Lv2和管理等级Lv1的顺序增加。
除了图1和图2以外，参照图3至图5详细地说明第一设备10。图3是示出了第一设备10的配置示例的示图。图4是用于说明第一设备10中所包括的DIB的功能的示图，其中，图4(a)是用于说明在DUT 2为2合1类型的功率半导体模块时的DIB的功能的示图，而图4(b)是用于说明在DUT 2为6合1类型的功率半导体模块时的DIB的功能的示图。图5是第一设备10中所包括的电容器组和动态特性测量电路的电路图的示例。如图1至图3所示，第一设备10包括：DIB(设备接口板)11(接口基板)以及测试头12。
DIB 11是用于根据DUT 2的类型消减物理差异的单元。DIB 11提供DUT 2与测试头12之间的接口。针对每种类型的DUT 2准备DIB 11。DIB 11通过支持构件13布置在测试头12上。DIB 11包括：基板61、探头62以及接触部63。探头62的数目和布置根据DUT 2的类型来设定。在该示例中，探头62电连接至DUT 2的P端子、N端子、O端子以及控制端子。接触部63电连接至测试头12的端子。不论DUT 2的类型如何，接触部63均相同。注意，虽然在此将功率半导体模块描述为DUT 2，但是在图2的DIB 11和动态特性测量电路14对应于单个半导体元件时，功率半导体测试系统1可以是用于半导体元件的测试系统。换言之，功率半导体测试系统1还可应用于被配置成进行半导体元件的测试(静态特性以及动态特性测试)的测试系统。
在图3和图4(a)中，图示了DUT 2为2合1类型的功率半导体模块时的DIB 11。在该情况下，DUT 2包括：晶体管Qdp和Qdn以及二极管Ddp和Ddn。晶体管Qdp和Qdn为IGBT。晶体管Qdp的发射极与晶体管Qdn的集电极彼此电连接。二极管Ddp和Ddn的阴极分别电连接至晶体管Qdp和Qdn的集电极，并且二极管Ddp和Ddn的阳极分别电连接至晶体管Qdp和Qdn的发射极。亦即，晶体管Qdp和Qdn以相同方向串联地电连接，二极管Ddp是与晶体管Qdp并联地电连接的飞轮二极管(free wheel diode)，并且二极管Ddn为与晶体管Qdn并联地电连接的飞轮二极管。DUT 2包括：P端子、O端子以及N端子。P端子电连接至晶体管Qdp的集电极以及二极管Ddp的阴极，N端子电连接至晶体管Qdn的发射极以及二极管Ddn的阳极，并且O端子电连接至晶体管Qdp的发射极、晶体管Qdn的集电极、二极管Ddp的阳极以及二极管Ddn的阴极。亦即，O端子电连接至用于电连接晶体管Qdp和Qdn的连接部Cd(参见图5)。
探头62包括：探头62p、探头62n、探头62o和探头62g。探头62g包括：探头62gp和探头62gn。探头62p的前端与DUT 2的P端子接触，使得探头62p电连接至DUT 2的P端子。探头62n的前端与DUT 2的N端子接触，使得探头62n电连接至DUT 2的N端子。探头62o的前端与DUT 2的O端子接触，使得探头62o电连接至DUT 2的O端子。探头62gp的前端与DUT 2的晶体管Qdp的控制端子接触，使得探头62gp电连接至DUT 2的晶体管Qdp的控制端子。探头62gn的前端与DUT 2的晶体管Qdn的控制端子接触，使得探头62gn电连接至DUT 2的晶体管Qdn的控制端子。
接触部63包括：接触部63p、接触部63n、接触部63o和接触部63g。接触部63g包括：接触部63gp和接触部63gn。接触部63p与测试头12的P输出端子Tp接触。接触部63n与测试头12的N输出端子Tn接触。接触部63o与测试头12的O输出端子To接触。接触部63g与测试头12的控制输出端子Tg接触。
基板61为板状构件，并且包括：主表面61a；以及背面61b，其为位于主表面61a相反侧上的表面。DUT 2布置在主表面61a上。在主表面61a上，探头62p、62n、62o、62gp和62gn被设置成沿主表面61a的法线轴向突出。在DUT 2被布置在主表面61a上时，探头62p、62n、62o、62gp和62gn分别被布置在与DUT 2的晶体管Qdn的控制端子以及晶体管Qdp的P端子、N端子、O端子和控制端子接触的位置处。接触部63p、63n、63o和63g设置在背面61b上。在DIB 11被布置在测试头12上的预定位置时，接触部63p、63n、63o和63g分别被布置在与测试头12的P输出端子Tp、N输出端子Tn、O输出端子To以及控制输出端子接触的位置处。
基板61包括：选择电路64；以及布线，用于将包括在DUT 2中的的半导体元件的端子与测试头12的输出端子电连接。具体地，基板61包括：用于将探头62p与接触部63p电连接的布线；以及用于将探头62n与接触部63n电连接的布线。选择电路64是用于在DUT 2中所包括的多组半导体元件中选择要被测试的一组半导体元件的电路。具体地，选择电路64选择DUT 2中要被测试的该组半导体元件的O端子以及控制端子。选择电路64例如包括诸如继电器的开关。
如图4(a)所示，由于在DUT 2为2合1类型的功率半导体模块时无需选择一组半导体元件，所以选择电路64电连接探头62o与接触部63o，电连接探头62gp与接触部63gp，并且电连接探头62gn与接触部63gn。
在图4(b)中，图示了DUT 2为6合1类型的功率半导体模块时的DIB 11。在该情况下，DUT 2包括并联地用于三相(U、V和W相)的多组2合1类型的晶体管Qdp和Qdn以及二极管Ddp和Ddn。更具体地，DUT 2包括用于U相的晶体管Qdpu和Qdnu以及二极管Ddpu和Ddnu，包括用于V相的晶体管Qdpv和Qdnv以及二极管Ddpv和Ddnv，并且包括用于W相的晶体管Qdpw和Qdnw以及二极管Ddpw和Ddnw。DUT 2包括P端子、U端子、V端子、W端子和N端子。P端子电连接至晶体管Qdpu、Qdpv和Qdpw的集电极，并且N端子电连接至晶体管Qdnu、Qdnv和Qdnw的发射极。U端子电连接至晶体管Qdpu的发射极以及晶体管Qdnu的集电极，V端子电连接至晶体管Qdpv的发射极以及晶体管Qdnv的集电极，并且W端子电连接至晶体管Qdpw的发射极以及晶体管Qdnw的集电极。
与2合1类型的功率半导体模块的DIB 11相比，在6合1类型的功率半导体模块的DIB 11中，探头62的布置和数目不同。具体地，不同在于，探头62o包括探头62ou、探头62ov和探头62ow，并且探头62g包括探头62gpu、探头62gnu、探头62gpv、探头62gnv、探头62gpw和探头62gnw。
探头62ou的前端与DUT 2的U端子接触，使得探头62ou电连接至DUT 2的U端子。探头62ov的前端与DUT 2的V端子接触，使得探头62ov电连接至DUT 2的V端子。探头62ow的前端与DUT 2的W端子接触，使得探头62ow电连接至DUT 2的W端子。探头62gpu的前端与DUT 2的晶体管Qdpu的控制端子接触，使得探头62gpu电连接至DUT 2的晶体管Qdpu的控制端子。探头62gnu的前端与DUT 2的晶体管Qdnu的控制端子接触，使得探头62gnu电连接至DUT 2的晶体管Qdnu的控制端子。探头62gpv的前端与DUT 2的晶体管Qdpv的控制端子接触，使得探头62gpv电连接至DUT 2的晶体管Qdpv的控制端子。探头62gnv的前端与DUT 2的晶体管Qdnv的控制端子接触，使得探头62gnv电连接至DUT 2的晶体管Qdnv的控制端子。探头62gpw的前端与DUT 2的晶体管Qdpw的控制端子接触，使得探头62gpw电连接至DUT 2的晶体管Qdpw的控制端子。探头62gnw的前端与DUT 2的晶体管Qdnw的控制端子接触，使得探头62gnw电连接至DUT 2的晶体管Qdnw的控制端子。
当DUT 2被布置在主表面61a上时，探头62ou、62ov、62ow、62gpu、62gnu、62gpv、62gnv、62gpw和62gnw分别被布置在与DUT 2的晶体管Qdpu的U端子、V端子、W端子和控制端子、晶体管Qdnu的控制端子、晶体管Qdpv的控制端子、晶体管Qdnv的控制端子、晶体管Qdpw的控制端子以及晶体管Qdnw的控制端子接触的位置处。
当DUT 2为6合1类型的功率半导体模块时，需要从3组半导体元件中选择1组半导体元件。因此，选择电路64将探头62ou、62ov和62ow之一与接触部63o电连接，将探头62gpu、62gpv和62gpw之一与接触部63gp电连接，并且将探头62gnu、62gnv和62gnw之一与接触部63gn电连接。具体地，当选择电路64选择U相时，选择电路64将探头62ou与接触部63o电连接，将探头62gpu与接触部63gp电连接，并且将探头62gnu与接触部63gn电连接。当选择电路64选择V相时，选择电路64将探头62ov与接触部63o电连接，将探头62gpv与接触部63gp电连接，并且将探头62gnv与接触部63gn电连接。当选择电路64选择W相时，选择电路64将探头62ow与接触部63o电连接，将探头62gpw与接触部63gp电连接，并且将探头62gnw与接触部63gn电连接。
如上所述，根据DIB 11中的DUT 2的类型改变探头62的数目和布置，使得无需改变功率半导体测试系统1的除了DIB 11以外的部分。亦即，由于DIB 11取决于DUT 2的类型消减DUT 2的物理形状的差异，所以不论DUT 2的类型如何，测试头12、第二设备20和第三设备30基本上具有共同的配置。在以下的说明中，2合1类型的功率半导体模块将用作DUT 2。
虽然未在以上说明中示出，但是探头62包括：用于动态特性测试的探头62p、探头62n和探头62o以及用于静态特性测试的探头62p、探头62n和探头62o，并且探头分别与DUT2的端子接触。此外，DIB 11包括未示出的分离电路。分离电路是用于使用于静态特性测试的探头62p、探头62n和探头62o与静态特性测量电路21电分离的电路。当要执行静态特性测试的测量时，分离电路将用于静态特性测试的探头62p、探头62n和探头62o与静态特性测量电路21电连接，并且当要执行动态特性测试的测量时，分离电路将用于静态特性测试的探头62p、探头62n和探头62o与静态特性测量电路21电分离。注意，探头62g在动态特性测试和静态特性测试中共同使用。
测试头12包括：动态特性测量电路14、电容器组15、驱动用驱动器16、电流传感器17、电压传感器18和壳体19(第一壳体)。在测试头12中，动态特性测量电路14、电容器组15、驱动用驱动器16、电流传感器17和电压传感器18被容纳在壳体19中。壳体19是盒状的，并且P输出端子Tp、N输出端子Tn、O输出端子To和控制输出端子Tg被设置成从壳体19的上表面向上突出。
动态特性测量电路14是用于执行DUT 2的动态特性测试的电路。电容器组15是被配置成将用于动态特性测试的电流供给至动态特性测量电路14的电源。图5示出了在DUT 2为2合1类型的功率半导体模块时的动态特性测量电路14和电容器组15。如图5所示，动态特性测量电路14包括：选择电路41、过电流防止电路42、高速分断电路43、选择电路44、和电抗器L。电容器组15包括：电容器51和主开关部52。
例如，具有优异频率特性的薄膜电容器用作电容器51。当所存储的能量(电荷)减少时，电容器51连接至充电电源32，并且通过充电电源32进行充电。
主开关部52是被配置成切换从电容器51至DUT 2(晶体管Qdp或晶体管Qdn)的电流的供给和阻断的电路。主开关部52包括：晶体管Qp和二极管Dp。晶体管Qp是IGBT。二极管Dp的阴极电连接至晶体管Qp的集电极，并且二极管Dp的阳极电连接至晶体管Qp的发射极。因此，二极管Dp是与晶体管Qp并联电连接的飞轮二极管。晶体管Qp的集电极电连接至电容器51的“+”端子(正端子)，并且晶体管Qp的发射极电连接至稍后将描述的晶体管Qhp的集电极、二极管Dhp的阴极、开关SWp的一端以及DUT 2的P端子。
选择电路41是用于选择DUT 2中所包括的晶体管Qdp和Qdn之一作为切换测量的对象的电路。选择电路41包括：晶体管Qhp和Qhn以及二极管Dhp和Dhn。晶体管Qhp和Qhn是IGBT。二极管Dhp和Dhn的阴极分别电连接至晶体管Qhp和Qhn的集电极，并且二极管Dhp和Dhn的阳极分别电连接至晶体管Qhp和Qhn的发射极。因此，二极管Dhp是与晶体管Qhp并联电连接的飞轮二极管，并且二极管Dhn是与晶体管Qhn并联电连接的飞轮二极管。晶体管Qhp的发射极与晶体管Qhn的集电极彼此电连接，并且电连接至稍后将描述的晶体管Qcf的集电极和二极管Dcf的阴极。亦即，晶体管Qhp和Qhn以相同方向串联电连接，并且电连接晶体管Qhp和Qhn的连接部Cs通过高速分断电路43和电抗器L电连接至DUT 2的O端子。晶体管Qhp的集电极电连接至晶体管Qp的发射极、二极管Dp的阳极、开关SWp的一端以及DUT 2的P端子。晶体管Qhn的发射极电连接至电容器51的“﹣”端子(负端子)、开关SWn的另一端以及DUT 2的N端子。
过电流防止电路42是用于消耗存储在电抗器L中的能量的电路。过电流防止电路42与电抗器L电气上并联设置。过电流防止电路42包括：晶体管Qif和Qir以及二极管Dif和Dir。晶体管Qif和Qir是IGBT。二极管Dif和Dir的阴极分别电连接至晶体管Qif和Qir的集电极，并且二极管Dif和Dir的阳极分别电连接至晶体管Qif和Qir的发射极。因此，二极管Dif是与晶体管Qif并联电连接的飞轮二极管，并且二极管Dir是与晶体管Qir并联电连接的飞轮二极管。晶体管Qif的发射极与晶体管Qir的发射极彼此电连接。亦即，晶体管Qif和Qir以相反方向串联电连接。晶体管Qif的集电极电连接至稍后将描述的晶体管Qcr的集电极、二极管Dcr的阴极和电抗器L的一端。晶体管Qir的集电极电连接至电抗器L的另一端、开关SWp的另一端、开关SWn的一端以及DUT 2的O端子。
高速分断电路43是用于使过电流防止电路42高速消耗存储于电抗器L中的能量的电路。高速分断电路43与电抗器L电气上串联设置。高速分断电路43包括：晶体管Qcf和Qcr以及二极管Dcf和Dcr。晶体管Qcf和Qcr是IGBT。二极管Dcf和Dcr的阴极分别电连接至晶体管Qcf和Qcr的集电极，并且二极管Dcf和Dcr的阳极分别电连接至晶体管Qcf和Qcr的发射极。因此，二极管Dcf是与晶体管Qcf并联电连接的飞轮二极管，并且二极管Dcr是与晶体管Qcr并联电连接的飞轮二极管。晶体管Qcf的发射极与晶体管Qcr的发射极彼此电连接。亦即，晶体管Qcf和Qcr以相反方向串联电连接。晶体管Qcf的集电极电连接至晶体管Qhp的发射极、晶体管Qhn的集电极、二极管Dhp的阳极以及二极管Dhn的阴极。晶体管Qcr的集电极电连接至晶体管Qif的集电极、二极管Dif的阴极以及电抗器L的一端。
选择电路44是用于选择DUT 2中所包括的晶体管Qdp和Qdn之一作为短路能力测量的对象的电路。选择电路44包括：开关SWp和SWn。开关SWp和SWn是继电器。开关SWp的一端电连接至晶体管Qp的发射极、二极管Dp的阳极、晶体管Qhp的集电极、二极管Dhp的阴极以及DUT 2的P端子。开关SWp的另一端与开关SWn的一端彼此电连接，并且电连接至电抗器L的另一端、晶体管Qir的集电极、二极管Dir的阴极以及DUT 2的O端子。开关SWn的另一端电连接至电容器51的“﹣”端子、晶体管Qhn的发射极、二极管Dhn的阳极以及DUT 2的N端子。
电抗器L是动态特性测试的负载。亦即，电抗器L是晶体管Qdp和Qdn的负载。电抗器L的一端电连接至晶体管Qcr的集电极和二极管Dcr的阴极，并且电抗器L的另一端电连接至DUT 2的O端子。
驱动用驱动器16切换晶体管Qp、Qhp、Qhn、Qif、Qir、Qcf、Qcr、Qdp和Qdn以及开关SWp和SWn的接通状态(导通状态)与断开状态(截止状态)。驱动用驱动器16根据来自拦截器26或动态特性控制器33的指令，将栅极信号输出至晶体管Qp、Qhp、Qhn、Qif、Qir、Qcf、Qcr、Qdp和Qdn中的每一个，从而切换每个晶体管的接通状态与断开状态。驱动用驱动器16根据来自拦截器26或动态特性控制器33的指令，将继电器信号输出至开关SWp和SWn中的每一个，从而切换每个开关的接通状态与断开状态。注意，晶体管的接通状态指代集电极和发射极处于电导通状态，而晶体管的断开状态指代集电极和发射极处于电截止状态。当晶体管是IGBT时，通过栅极-发射极电压来切换接通状态与断开状态。
电流传感器17是被配置成检测在DUT 2的P端子和N端子中流动的电流的电流值的传感器。电流传感器17设置在P输出端子Tp和N输出端子Tn上。电流传感器17将检测到的电流值输出至拦截器26和数字转换器27。电压传感器18是被配置成检测DUT 2的P端子和N端子的电压的电压值的传感器。电压传感器18设置在P输出端子Tp和N输出端子Tn上。电压传感器18将检测到的电压值输出至拦截器26和数字转换器27。电流传感器17和电压传感器18与拦截器26和数字转换器27通过模拟电压进行通信。
接着，将参照图1和图2详细说明第二设备20。第二设备20包括：静态特性测量电路21、栅极伺服22、大电流测量电路23、替换单元24、触发器矩阵25、拦截器26、数字转换器27以及壳体28(第二壳体)。在第二设备20中，静态特性测量电路21、栅极伺服22、大电流测量电路23、替换单元24、触发器矩阵25、拦截器26以及数字转换器27被容纳在壳体28中。壳体28是盒状的。
静态特性测量电路21是用于执行DUT 2的静态特性测试的电路。静态特性测量电路21例如包括：继电器矩阵电路以及包括诸如电阻元件、电容器和电抗器的无源元件的电路。继电器矩阵电路是用于确定如何连接高压单元71和低压单元72中的每个单元与DUT 2中的每个端子的电路。包括无源元件的电路是用于使栅极箝位(clamp)并且稳定静态特性测量的电路。
栅极伺服22是在静态特性测试中用于测量栅极-发射极阈值电压Vge(th)的单元。栅极伺服22例如包括：运算放大器和多个电阻元件。栅极伺服22调整DUT 2的晶体管Qdp和Qdn中待测量的元件的栅极电压，从而执行控制使得待测量的元件的集电极电流变成预定电流。栅极伺服22被安装作为可以附接至静态特性测量电路21并从其拆卸的基板。
大电流测量电路23是用于执行静态特性测试中需要大电流(例如，约800A)的测量的电路。大电流测量电路23例如用于静态特性测试的集电极-发射极饱和电压Vce(sat)以及动态特性测试的发射极-集电极电压Vec的测量。大电流测量电路23例如具有与静态特性测量电路21相似的电路配置，并且包括：继电器矩阵电路以及包括诸如电阻元件、电容器和电抗器的无源元件的电路。在大电流测量电路23中，继电器矩阵电路是用于确定如何连接大电流源单元73与DUT 2的每个端子的电路。大电流测量电路23例如包括多个开关，并且大电流测量电路23切换开关的接通状态与断开状态，从而选择DUT 2的晶体管Qdn和Qdp之一作为测量对象。
替换单元24被配置成可以在多个静态特性单元之间附接和拆卸根据测量项目选择使用的特定单元。可附接和拆卸的特定单元的示例包括：高压单元71(第一电压单元)、低压单元72(第二电压单元)以及大电流源单元73(电流源单元)。亦即，高压单元71、低压单元72和大电流源单元73根据要求的测量项目被安装在替换单元24上。高压单元71将第一电压施加至DUT 2的测量对象。第一电压例如是约1500V的高电压。低压单元72将小于第一电压的第二电压施加至DUT 2的测量对象。第二电压例如是约150V的低电压。注意，高压单元71和低压单元72将约0.1A的电流供给至DUT 2的测量对象。大电流源单元73将电流供给至DUT2的测量对象。大电流源单元73例如供给约500A的电流和约10V的电压。稍后将描述替换单元24的具体配置。
触发器矩阵25被配置成接收由单元发出的触发，并控制接收到的触发的输出目的地。触发器矩阵25例如通过光纤与动态特性测量电路14、静态特性测量电路21、大电流测量电路23、充电电源32、动态特性控制器33、高压单元71、低压单元72和大电流源单元73连接并可通信。触发器矩阵25从这些单元接收触发，并将触发输出至输出目的地的单元。触发器矩阵25根据由集成控制器31预先设定的矩阵来确定输出目的地的单元，并将触发输出至输出目的地的单元。触发器矩阵25将用于使单元同步的同步脉冲分发至与触发器矩阵25连接并可通信的所有单元。
当拦截器26在动态特性测试中检测到异常状态时，拦截器26控制动态特性测量电路14、电容器组15和DUT 2。拦截器26指示驱动用驱动器16切换动态特性测量电路14、电容器组15和DUT 2中所包括的晶体管的接通状态和断开状态。拦截器26例如确定由电流传感器17检测到的电流值是否超过过电流阈值，并且在由电流传感器17检测到的电流值超过过电流阈值时，拦截器26检测出过电流(异常状态)。过电流阈值是用于检测过电流的预设值。当拦截器26检测到过电流时，拦截器26指示驱动用驱动器16执行过电流防止处理。拦截器26在过电流防止处理中操作过电流防止电路42。稍后将描述过电流防止处理。
在动态特性测试中使用数字转换器27，并且数字转换器27被配置成对由电流传感器17检测到的电流值以及由电压传感器18检测到的电压值进行采样，以将电流值和电压值转换为数字值。数字转换器27将转换为数字值的电流值和电压值输出至集成控制器31。数字转换器27与集成控制器31例如通过光纤连接，并且数字转换器27与集成控制器31通过光通信发送和接收数据。
接着，将参照图1和图2详细地说明第三设备30。第三设备30包括：集成控制器31、充电电源32、动态特性控制器33以及壳体34(第三壳体)。壳体34包括：壳体34a和壳体34b。在第三设备30中，充电电源32被容纳在壳体34a中，并且集成控制器31和动态特性控制器33被容纳在壳体34b中。壳体34a和壳体34b是盒状的。壳体34a和壳体34b可以被集成。
集成控制器31是用于控制整个功率半导体测试系统1的控制设备。集成控制器31将用于控制每个单元的命令等输出至每个单元。集成控制器31例如通过在通用个人计算机上安装功率半导体测试系统1的控制程序(软件)来实现。集成控制器31例如通过LAN(局域网)与动态特性测量电路14、静态特性测量电路21、触发器矩阵25、充电电源32、动态特性控制器33、高压单元71、低压单元72和大电流源单元73中的每一个连接并可通信。注意，在图2中，省略了对集成控制器31与动态特性测量电路14之间以及集成控制器31与静态特性测量电路21之间的连接的图示。在该情况下，根据与LAN连接的单元，在集成控制器31中设定单元定义文件。单元定义文件是定义单元的IP(因特网协议)地址、功能、命令等的文件。以这种方式，集成控制器31识别与LAN连接的单元。
充电电源32是用于使电容器组15的电容器51充电和放电的电源。充电电源32例如是高压电源。充电电源32对电容器51充电以进行动态特性测试。充电电源32在动态特性测试结束之后使电容器51放电。
动态特性控制器33被配置成根据动态特性测试的预设测量模式来控制动态特性测量电路14、电容器组15和DUT 2。动态特性控制器33根据动态特性测试的预设测量模式来指示驱动用驱动器16切换晶体管Qp、Qhp、Qhn、Qif、Qir、Qcf、Qcr、Qdp和Qdn以及开关SWp和SWn的接通状态和断开状态。注意，动态特性控制器33通过拦截器26由光信号连接至驱动用驱动器16。
接着，将参照图5说明通过拦截器26的过电流防止处理的示例。例如，拦截器26响应于在N输出端子Tn中检测到由以下事实引起的过电流而指示驱动用驱动器16操作过电流防止电路42：DUT 2的晶体管Qdn在晶体管Qdn的切换测量(在一些情况下将被称为“N侧切换测量”)中没有进入断开状态。更具体地，拦截器26指示驱动用驱动器16使晶体管Qcf、Qcr、Qir和Qdn进入接通状态，并且使其它晶体管进入断开状态。在该情况下，形成依次通过晶体管Qcf、晶体管Qcr、电抗器L、晶体管Qdn和二极管Dhn绕走的电流路径，并且形成依次通过电抗器L、晶体管Qir和二极管Dif绕走的电流路径。以这种方式，存储在电抗器L中的能量在发生过电流时在每个电流路径中流动。在每个电流路径中，能量通过诸如晶体管和二极管的电阻部件等被消耗，并且电流量变为0。以这种方式，过电流防止电路42在发生过电流时消耗了存储在电抗器L中的能量，并且在N侧切换测量中防止DUT 2中的过电流的进一步流动。
相似地，拦截器26响应于在P输出端子Tp中检测到由以下事实引起的过电流而指示驱动用驱动器16操作过电流防止电路42：DUT 2的晶体管Qdp在晶体管Qdp的切换测量(在一些情况下将被称为“P侧切换测量”)中没有进入断开状态。更具体地，拦截器26指示驱动用驱动器16使晶体管Qcf、Qcr、Qif和Qdp进入接通状态，并且使其它晶体管进入断开状态。在该情况下，形成依次通过电抗器L、晶体管Qcr、晶体管Qcf、二极管Dhp和晶体管Qdp绕走的电流路径，并且形成依次通过电抗器L、晶体管Qif和二极管Dir绕走的电流路径。以这种方式，存储在电抗器L中的能量在发生过电流时在每个电流路径中流动。在每个电流路径中，能量通过诸如晶体管和二极管的电阻部件等被消耗，并且电流量变为0。以这种方式，过电流防止电路42在发生过电流时消耗了存储在电抗器L中的能量，并且在P侧切换测量中防止DUT 2中的过电流的进一步流动。
当在N侧切换测量中要求更快地分断过电流时，拦截器26也可以响应于在N输出端子Tn中检测到过电流来指示驱动用驱动器16除了操作过电流防止电路42以外还操作高速分断电路43。更具体地，拦截器26可以指示驱动用驱动器16使晶体管Qir和Qdn进入接通状态，并且使其他晶体管进入断开状态。在该情况下，仅形成依次通过电抗器L、晶体管Qir和二极管Dif绕走的电流路径。以这种方式，存储在电抗器L中的能量在发生过电流时在电流路径中流动。在电流路径中，能量通过诸如晶体管和二极管的电阻部件等被消耗，并且电流量变为0。以这种方式，过电流防止电路42在发生过电流时消耗了存储在电抗器L中的能量，并且在N侧切换测量中防止DUT 2中的过电流的进一步流动。
相似地，当在在P侧切换测量中要求更快地分断过电流时，拦截器26可以响应于在P输出端子Tp中检测到过电流来指示驱动用驱动器16除了操作过电流防止电路42以外还操作高速分断电路43。更具体地，拦截器26可以指示驱动用驱动器16使晶体管Qif和Qdp进入接通状态，并且使其他晶体管进入断开状态。在该情况下，仅形成依次通过电抗器L、晶体管Qif和二极管Dir绕走的电流路径。以这种方式，存储在电抗器L中的能量在发生过电流时在电流路径中流动。在电流路径中，能量通过诸如晶体管和二极管的电阻部件等被消耗，并且电流量变为0。以这种方式，过电流防止电路42在发生过电流时消耗了存储在电抗器L中的能量，并且在P侧切换测量中防止DUT 2中的过电流的进一步流动。
注意，与未操作高速分断电路43时相比，当操作高速分断电路43时，有助于消耗过电流的电阻值较大。因此，存储在电抗器L中的能量短时间被消耗。因此，在切换测量中更加确信地防止DUT 2中的过电流的进一步流动。
接着，将参照图6至图10说明替换单元24的具体配置。图6是替换单元24的示意配置图。图7是替换单元24中所包括的用于电压的母板的示意配置图。图8是替换单元24中所包括的用于电流的母板的示意配置图。图9是可以附接至替换单元24并从其拆卸的特定单元的示意配置图，其中，图9(a)是特定单元的俯视图，而图9(b)是特定单元的侧视图。图10是用于说明图8的母板与图9的特定单元的连接的示图。
如图6所示，替换单元24包括：母板MB1和母板MB2。母板MB1是用于电压的母板。母板MB2是用于电流的母板。母板MB1和母板MB2沿方向X延伸，并且被布置成在与方向X相交的方向Y上彼此平行。高压单元71、低压单元72和中间电压单元74可以附接至母板MB1并从其拆卸。中间电压单元74是用于将约1500V的电压供给至高压单元71并将约150V的电压供给至低压单元72的单元。中间电压单元74不是与测量直接相关的单元，而是用于从属于高压单元71和低压单元72。
大电流源单元73可以附接至母板MB2并从其拆卸。大电流源单元73包括：一个大电流主控装置75和多个大电流升压器(booster)76(多个电流源子单元)。大电流主控装置75被配置成控制需要大电流源单元73的DUT 2的测量。大电流主控装置75例如可供给约1A的电流。大电流升压器76根据测量所需的电流量而适当使用，并且可供给具有第一电流量的电流。第一电流量例如为约125A。大电流主控装置75例如在由集成控制器31指定的定时处将电流指令发送至每个大电流升压器76。每个大电流升压器76接收从大电流主控装置75发送的电流指令，并且根据电流指令供给电流。大电流主控装置75还在由集成控制器31指定的定时处测量电压和电流。
当测量项目是需要大电流源单元73的测量项目时，1个大电流主控装置75和1个大电流升压器76一直安装在替换单元24上。根据测量所需的电流量，多个大电流升压器76中的所需数目(例如1至4)的大电流升压器76被安装在替换单元24上。注意，当测量所需的电流量超过由1个大电流主控装置75和4个大电流升压器76可供给的电流量(在该示例中为约500A)时，另一母板MB2可以进一步添加至替换单元24。通过在添加的母板MB2上安装所需数目的大电流升压器76，大电流源单元73可供给测量所需的电流量。
如图7所示，母板MB1包括：连接器CN1，其电连接至第二设备20的电源；多个连接器CN2，其电连接至静态特性测量电路21；以及多个连接器CN3，用于与每个特定单元电连接。连接器CN1、连接器CN2和连接器CN3设置在母板MB1的一侧上的表面MB1a上。连接器CN1和连接器CN2在母板MB1沿方向X的一端处沿着方向Y布置。用于控制的电源电压通过连接器CN1被供给至安装在母板MB1上的高压单元71、低压单元72和中间电压单元74。安装在母板MB1上的高压单元71和低压单元72通过连接器CN2电连接至静态特性测量电路21。用于与每个特定单元连接的连接器CN3和导向机构G(参见图10)形成插槽。具体地，母板MB1包括：允许附接和拆卸特定单元的槽SL1至SL5。槽SL1至SL5依序沿着方向X布置。槽SL1和SL2是用于高压单元71的槽。槽SL3是用于中间电压单元74的槽。槽SL4和SL5是用于低压单元72的槽。
连接器CN3包括：连接器CN31、连接器CN32、连接器CN33、连接器CN34和连接器CN35。连接器CN31是用于向每个特定单元供给通过连接器CN1供给的电源电压的连接器。连接器CN32是用于将电压从中间电压单元74供给至高压单元71的连接器。连接器CN33是用于将电压从中间电压单元74供给至低压单元72的连接器。连接器CN34是用于通过连接器CN2将静态特性测量电路21与高压单元71电连接的连接器。连接器CN35是用于通过连接器CN2将静态特性测量电路21与低压单元72电连接的连接器。槽SL1和SL2由连接器CN31、CN32和CN34形成，槽SL3由连接器CN31、CN32和CN33形成，而槽SL4和SL5由连接器CN31、CN33和CN35形成。
如图8所示，母板MB2包括：连接器CN4，其电连接至第二设备20的电源；连接器CN5，其电连接至静态特性测量电路21；以及多个连接器CN6，用于连接每个特定单元。连接器CN4、连接器CN5以及连接器CN6设置在母板MB2的一侧上的表面MB2a上。连接器CN4和连接器CN5在母板MB2沿方向X的一端处沿着方向Y布置。用于控制的电源电压通过连接器CN4被供给至安装在母板MB2上的大电流主控装置75和大电流升压器76。安装在母板MB2上的大电流主控装置75以及大电流升压器76通过连接器CN5电连接至大电流测量电路23。用于连接每个特定单元的连接器CN6以及导向机构G(参见图10)形成槽。具体地，母板MB2包括：允许附接和拆卸特定单元的槽SL6至SL10。槽SL6至SL10依序沿着方向X布置。槽SL6是用于大电流主控装置75的槽。槽SL7至SL10是用于大电流升压器76的槽。
连接器CN6包括：连接器CN61、连接器CN62、连接器CN63、连接器CN64以及连接器CN65。连接器CN61是用于向大电流主控装置75供给通过连接器CN4供给的电源电压的连接器。连接器CN62是用于通过连接器CN5电连接大电流测量电路23与大电流主控装置75的连接器。连接器CN63是用于向大电流升压器76供给通过连接器CN4供给的电源电压并用于通过连接器CN5电连接大电流测量电路23与大电流升压器76的连接器。连接器CN64和连接器CN65是用于从大电流升压器76输出的电流的连接器。连接器CN64是“+”输出连接器，而连接器CN65是“－”输出连接器。槽SL6由连接器CN61和CN62形成，而槽SL7至SL10由连接器CN63、CN64和CN65形成。注意，在一侧上的表面MB2a的相反侧的表面上，母板MB2包括连接至外部低电压电源的未示出的连接器。
高压单元71、低压单元72、中间电压单元74、大电流主控装置75以及大电流升压器76均具有相似的配置。此处，将参照图9和图10使用大电流主控装置75的示例来说明特定单元的配置以及特定单元与母板的连接。如图9所示，大电流主控装置75包括：控制基板81、电力基板82、连接器83、连接器84以及连接器85。控制基板81是用于控制电力基板82以获得所期望的电压和电流的基板。注意，在母板MB2的相反侧上的控制基板81的端部上，控制基板81包括：用于与集成控制器31连接和通信的连接器(例如，LAN连接器)；以及用于与触发器矩阵25连接和通信的连接器(例如，用于光通信的连接器)。控制基板81由高压单元71、低压单元72、中间电压单元74、大电流主控装置75以及大电流升压器76共同使用。电力基板82针对高压单元71、低压单元72、中间电压单元74、大电流主控装置75以及大电流升压器76中的每一个而不同。低压单元72和高压单元71的电力基板82执行电力转换，以便将中间电压单元74所产生的恒定电压转换为所期望的电压和电流。大电流源单元73的电力基板82执行电力转换，以便将第二设备20的电源电压转换为所期望的电压和电流。
连接器83是用于将大电流主控装置75连接至母板MB2的连接器CN61的连接器。连接器84是用于将大电流主控装置75连接至母板MB2的连接器CN62的连接器。连接器83和连接器84设置在电力基板82的一端82a上，并且沿着电力基板82的一端82a的边缘布置。连接器85是用于电连接控制基板81与电力基板82的连接器。控制基板81的一侧上的主表面与电力基板82的一侧上的主表面通过连接器85彼此面向，并且控制基板81与电力基板82被布置成使得控制基板81与电力基板82交迭。
如图10所示，替换单元24包括导向机构G。导向机构G是在与母板MB2的一侧上的表面MB2a相交的方向Z上延伸的成对的构件。导向机构G在延伸方向上保持大电流主控装置75的电力基板82的两端，使得两端都可以滑动。将大电流主控装置75安装在母板MB2上的工作通过将大电流主控装置75沿着导向机构G插入到槽SL6中而进行。在这种情况下，大电流主控装置75以以下状态被插入到槽SL6中：电力基板82的一端82a面向母板MB2的一侧上的表面MB2a。大电流主控装置75沿着导向机构G被插入，直至连接器83和连接器84分别装配到母板MB2的连接器CN61和连接器CN62为止。另一方面，将大电流主控装置75从母板MB2移除的工作通过将大电流主控装置75沿着导向机构G从槽SL6拔出而进行。
图11是示出用于每个测量的单元的示图。图11图示了可以由功率半导体测试系统1进行的静态特性测试和动态特性测试的一部分。如图11所示，集成控制器31与触发器矩阵25用于所有测量。在动态特性测试的每个测量中，除了集成控制器31和触发器矩阵25以外，还使用测试头12、动态特性测量电路14、电容器组15、驱动用驱动器16、电流传感器17、电压传感器18、拦截器26、数字转换器27、充电电源32以及动态特性控制器33。大电流测量电路23进一步用于发射极-集电极电压Vec的测量。
另一方面，在静态特性测试中，用于每个测量的单元不同。例如，对于集电极分断电流Ices的测量，除了集成控制器31和触发器矩阵25以外，还使用静态特性测量电路21和高压单元71。对于栅极-发射极阈值电压Vge(th)的测量，除了集成控制器31和触发器矩阵25以外，还使用静态特性测量电路21、栅极伺服22、低压单元72以及大电流源单元73。对于栅极-发射极漏电流Iges的测量，除了集成控制器31和触发器矩阵25以外，还使用静态特性测量电路21和低压单元72。对于集电极-发射极饱和电压Vce(sat)的测量，除了集成控制器31和触发器矩阵25以外，还使用静态特性测量电路21、大电流测量电路23、低压单元72以及大电流源单元73。
在功率半导体测试系统1中，根据静态特性测试的测量项目而选择使用的特定单元(高压单元71、低压单元72和大电流源单元73)可以附接至替换单元24并从其上拆卸。因此，根据所要求的静态特性测试的测量项目，所需的特定单元可以安装在替换单元24上，并且无用的特定单元可以从替换单元24移除。栅极伺服22可以附接至静态特性测量电路21并从其上拆卸。因此，根据所要求的静态特性测试的测量项目，栅极伺服22安装在静态特性测量电路21上，或者栅极伺服22从静态特性测量电路21移除。作为结果，即使当每个用户要求的测试项目(测量项目)不同时，也无需单独地设计功率半导体测试系统1，并且可以提供通过简单工作(仅附接和拆卸特定单元和栅极伺服22)可以处理要求规格的功率半导体测试系统1。
此外，根据静态特性测试的测量项目以及用户的要求规格，所需电流的大小可以不同。当测量项目为需要大电流源单元73的测量项目时，1个大电流主控装置75和1个大电流升压器76被安装在替换单元24上。当通过1个大电流升压器76可供给的第一电流量小于测量所需的电流量时，所需数目的大电流升压器76进一步被安装在替换单元24上。以这种方式，无需根据要求的测量所需的电流量而单独地设计大电流源单元73，并且可以提供通过简单工作(仅安装所需数目的大电流升压器76)可以处理要求规格的功率半导体测试系统1。
此外，根据静态特性测试的测量项目以及用户的要求规格，所需电压的大小可以不同。当测量项目为需要高压单元71的测量项目时，根据测量所需的电压值，所需数目的高压单元71被安装在替换单元24上。同样地，当测量项目为需要低压单元72的测量项目时，根据测量所需的电压值，所需数目的低压单元72被安装在替换单元24上。以这种方式，无需根据要求的测量所需的电压值而单独地设计高压单元71和低压单元72，并且可以提供通过简单工作(仅安装所需数目的高压单元71和低压单元72)可以处理要求规格的功率半导体测试系统1。
以这种方式，根据要求规格，所需的单元被安装在替换单元24上，而无用的单元从替换单元24被移除。在这种情况下，根据附接至替换单元24和从替换单元24拆卸的单元，在集成控制器31中添加和删除单元定义文件。当单元定义文件所指定的单元不存在于包括在单元定义文件中的IP地址时，集成控制器31检测出系统配置错误。以这种方式，集成控制器31可以识别安装在替换单元24上的单元。注意，在大电流源单元73中，IP地址可以被分配至大电流主控装置75，并且IP地址可以不被分配至大电流升压器76。亦即，可以对整个大电流源单元73分配1个IP地址。
多个静态特性单元和多个动态特性单元中的每个单元在由单元发送和接收的信号对DUT 2的测量精度的影响程度越大时被布置在越靠近于DUT 2的位置处。在这种情况下，发送和接收对DUT 2的测量精度影响程度较大的信号的单元被布置得靠近DUT 2，并且可以缩短单元与DUT 2之间的布线长度。换言之，每个单元被布置成使得影响程度越大，单元与DUT 2之间的布线长度越短。因此，可以减少用于传送对DUT 2的测量精度影响程度较大的信号的布线的电感分量，并且可以提高DUT 2的测量精度。
在实施方式的功率半导体测试系统1中，多个静态特性单元和多个动态特性单元中的单元根据管理等级Lv被分配至第一设备10、第二设备20和第三设备30。亦即，每个单元容纳于壳体19、壳体28和壳体34之一中。对于管理等级Lv1的单元，与DUT 2的距离(与DUT 2的布线长度)例如为约10mm至100mm，对于管理等级Lv2的单元，与DUT 2的距离(与DUT 2的布线长度)例如为约10cm至100cm，并且对于管理等级Lv3的单元，与DUT 2的距离(与DUT 2的布线长度)例如为约10m至100m。因此，第一设备10、第二设备20和第三设备30被布置成使得与DUT 2的距离以第一设备10、第二设备20和第三设备30的顺序增大。换言之，第二设备20被布置在与第一设备10相比更远离DUT 2的位置处。第三设备30被布置在与第二设备20相比更远离DUT 2的位置处。因此，壳体19、壳体28和壳体34被布置成使得与DUT 2的距离以壳体19、壳体28和壳体34的顺序增加。
例如，当将所有单元容纳在靠近DUT 2布置的壳体19中时，壳体19增大，并且限制了在使用功率半导体测试系统1时的布置。另一方面，每个单元可以根据由单元发送和接收的信号对DUT 2的测量精度的影响程度而被分配和容纳于壳体19、壳体28和壳体34中，从而缩小靠近DUT 2布置的壳体19的尺寸，同时抑制DUT 2的测量精度的降低。
例如，如图12所示，壳体19(第一设备10)可以布置在用于传送DUT 2的成对传送器3之间，壳体28(第二设备20)可以布置成靠近通过成对传送器3和第一设备10形成的传送线路，并且壳体34(第三设备30)可以布置在远离传送线路的位置处。以这种方式，通过将缩小尺寸的第一设备10布置在DUT 2的传送线路上，在从位于传送线路上游的传送器3向功率半导体测试系统1供给DUT 2，以及从功率半导体测试系统1向位于传送线路下游的传送器3排出DUT 2时，变得能够缩短DUT 2的移动距离。亦即，如果第一设备10增大，则需要增加DUT 2的传送间隔，并且传送线路变大。然而，DUT 2的传送间隔可以通过缩小第一设备10的尺寸而减小，并且可以缩小传送线路的尺寸。因此，不必提供用于转移的机器人等，以防止传送线路的扩大。作为结果，DUT 2的测试可以是有效的。以这种方式，可以提高在使用功率半导体测试系统1时的布置的自由度。
此外，通过将拦截器26布置成靠近电流传感器17和电压传感器18，可以缩短电流传感器17与拦截器26之间以及电压传感器18与拦截器26之间的布线，并且可以提高异常状态的检测精度。由于动态特性控制器33与驱动用驱动器16通过拦截器26由光信号连接，所以即使动态特性控制器33被布置成比拦截器26更远离驱动用驱动器16，也能够实现高速控制。此外，通过将数字转换器27布置成靠近电流传感器17和电压传感器18，可以缩短电流传感器17与数字转换器27之间以及电压传感器18与数字转换器27之间的布线，并且可以提高测量精度。
多个静态特性单元(静态特性测量电路21、栅极伺服22、大电流测量电路23、触发器矩阵25、高压单元71、低压单元72以及大电流源单元73)被容纳在壳体28中。由于静态特性测试与动态特性测试相比更不太可能受电感分量的影响，因此静态特性单元可以布置在有点远离DUT 2的位置处。以这种方式，可以减少容纳在壳体19中的单元的数目。作为结果，可以缩小壳体19的尺寸，而不降低DUT 2的测量精度。
通过根据待测试的DUT 2的类型来使用DIB 11，无需针对不同类型的DUT 2中的每一个来设计功率半导体测试系统1。亦即，不论DUT 2的类型如何，可以共享功率半导体测试系统1的除了DIB 11以外的部分。
注意，根据本发明的功率半导体测试系统不限于实施方式。例如，DUT 2中所包括的半导体元件不限于IGBT。DUT 2中所包括的半导体元件可以是场效应晶体管(FET)、二极管等。即使在这样的DUT 2中，由于根据DUT 2的端子适当地设计DIB 11的探头62的数目和布置，所以除了DIB 11以外也无需改变功率半导体测试系统1的设计。
可以根据要求规格中所包括的静态特性测试的测量项目改变静态特性测量电路21的设计。由于大电流测量电路23需要选择DUT 2中所包括的测量对象，所以当无法通过DIB 11根据DUT 2的类型消减DUT 2中所包括的待测量元件的数目等的差异时，可以根据DUT 2中所包括的待测量元件的数目等改变大电流测量电路23的电路配置。根据上述配置，通过在将测试系统提供至客户时适当改变安装在替换单元24上的特定单元，并且通过改变静态特性测量电路21和大电流测量电路23的设计，可以满足客户的需求。换言之，可以通过主要改变第二设备20满足客户的需求。例如，可以通过对集成控制器31的软件等进行较小的调整来处理除了第二设备20以外的部分。以这种方式，可以快速地向具有各种需求的客户提供测试系统，并且可以降低成本。
可以通过即插即用识别安装在替换单元24上的单元。在这种情况下，当由系统定义文件识别的单元不同于由即插即用识别的单元时，集成控制器31可以检测到系统配置错误。
P输出端子Tp与N输出端子Tn可以平行。例如，如图13所示，P输出端子Tp和N输出端子Tn中的每一个包括：圆柱部91和平板部92。圆柱部91为金属汇流条(bus bar)，并且被插入到环形的电流传感器17中。圆柱部91的外径与电流传感器17的内径相同或略微小于电流传感器17的内径。这样的形状提高了电流测量精度，同时降低了电流密度。圆柱部91包括端部91a和端部91b。端部91a被定位在圆柱部91的一端处，并且为半圆柱状。端部91a的沿着圆柱部91的轴心的表面91c与电容器组15的基板53的一侧上的表面接触。P输出端子Tp的表面91c与基板53的表面53a接触。N输出端子Tn的表面91c与表面53b(其为与基板53的表面53a相反的表面)接触。
端部91b被定位在圆柱部91的另一端处。平板部92电连接至端部91b。P输出端子Tp的平板部92与N输出端子Tn的平板部92被构成为由跨绝缘体的扁平编织(flat braided)导体形成的平行平板。绝缘体例如为绝缘纸或绝缘热收缩管。在这种情况下，由于P输出端子Tp的平板部92和N输出端子Tn的平板部92平行，并且在P输出端子Tp的平板部92与N输出端子Tn的平板部92中流动相反方向的电流，所以可以降低P输出端子Tp和N输出端子Tn的电感。作为结果，可以提高动态特性测试的测量精度。此外，可以实现平板部92的灵活性。
此外，P输出端子Tp与电容器组15的连接图案以及N输出端子Tn与电容器组15的连接图案可以平行。图14是示意性示出了电容器组15的示例的示图，其中图14(a)是电容器组15的截面图，并且图14(b)是沿着图14(a)的线XIVb-XIVb的端视图。如图14所示，电容器组15包括：多个电容器51、主开关部52以及基板53。基板53为多层印刷电路板。在图14所示的示例中，基板53为4层印刷电路板。基板53包括：表面53a；以及表面53b，其为表面53a的相反侧上的表面。基板53包括为板状绝缘体的基底54，并且包括第一层55、第二层56、第三层57和第四层58作为布线层。第一层55、第二层56、第三层57和第四层58由诸如铜箔的传导材料构成。在第一层55、第二层56、第三层57和第四层58中的每一个上形成布线图案。
基底54包括：表面54a；以及表面54b，其为表面54a相反侧上的表面。第一层55设置在表面54a上。第二层56和第三层57设置在基底54的内部。P输出端子Tp、主开关部52和电容器51的“+”端子电连接至第二层56，并且第二层56的布线形成P输出布线。N输出端子Tn和电容器51的“－”端子电连接至第三层57，并且第三层57的布线形成N输出布线。第四层58设置在表面54b上。表面53a相当于设置有第一层55的表面54a，而表面53b相当于设置有第四层58的表面54b。
在基板53的端部53c处，P输出端子Tp的端部91a和N输出端子Tn的端部91a被布置成使得夹持基板53。第一层55具有连接图案55a，用于在端部53c处电连接P输出端子Tp的端部91a。第四层58具有连接图案58a，用于在端部53c处电连接N输出端子Tn的端部91a。连接图案55a与连接图案58a被布置成平行。
在基底54上设置IVH(间隙通孔(Interstitial Via Hole))59。IVH 59是以下结构：所述结构用于通过在未穿透通过基底54的孔的壁表面上提供传导材料来电连接基板53的层。IVH 59包括IVH 59a和IVH 59b。IVH59a从表面54a朝向基底54的内部延伸，并且电连接第一层55的连接图案55a与第二层56。IVH 59b从表面54b朝向基底54的内部延伸，并且电连接第三层57与第四层58的连接图案58a。
如图15所示，当使用通常的通孔通道(through hole via)159代替IVH时，穿透通过基底54的孔被设置在端部53c上。由于在通孔通道159的周围电位差较大，所以需要以距离通孔通道159绝缘间隔来设置布线图案。因此，由于无法在通孔通道159的周围设置布线图案，所以在基板53的端部53c处，连接图案55a与连接图案58a不能足够平行，并且相应地电感增加。
以这种方式，通过使用IVH 59，连接图案55a与连接图案58a可以布置成在基板53的端部53c平行。因此，可以进一步降低包括连接图案55a的P输出布线以及包括连接图案58a的N输出布线的电感。作为结果，可以进一步提高动态特性测试的测量精度。
第二层56和第三层57的厚度可以大于第一层55和第四层58的厚度。在这种情况下，可以使流动通过第二层56和第三层57的电流增加。第二层56与第三层57之间的间隔可以小于第一层55与第二层56之间的间隔以及第三层57与第四层58之间的间隔。在这种情况下，可以进一步降低P输出布线与N输出布线的电感，并且可以进一步提高动态特性测试的测量精度。
附图标记列表
1…功率半导体测试系统(测试系统)，2…DUT(被测装置)，10…第一设备，11…DIB(接口基板)，12…测试头，14…动态特性测量电路(动态特性单元)，15…电容器组(动态特性单元)，16…驱动用驱动器(动态特性单元)，17…电流传感器(动态特性单元)，18…电压传感器(动态特性单元)，19…壳体(第一壳体)，20…第二设备，21…静态特性测量电路(静态特性单元)，22…栅极伺服(静态特性单元)，23…大电流测量电路(静态特性单元)，24…替换单元(静态特性单元)，25…触发器矩阵，28…壳体(第二壳体)，26…拦截器(动态特性单元)，27…数字转换器(动态特性单元)，30…第三设备，31…集成控制器，32…充电电源(动态特性单元)，33…动态特性控制器(动态特性单元)，34、34a、34b…壳体(第三壳体)，62、62p、62n、62o、62g…探头，71…高压单元(静态特性单元、特定单元、第一电压单元)，72…低压单元(静态特性单元、特定单元、第二电压单元)，73…大电流源单元(静态特性单元、特定单元、电流源单元)，75…大电流主控装置，76…大电流升压器(电流源子单元)。
Claims (10)
1.一种测试系统，用于进行包括被测装置的静态特性测试的测试，所述测试系统包括：
多个静态特性单元，用于静态特性测试的测量；以及
替换单元，其被配置成能够附接和拆卸所述多个静态特性单元之中的特定单元，根据静态特性测试的测量项目选择性使用所述特定单元。
2.根据权利要求1所述的测试系统，其中，
所述特定单元包括：
第一电压单元，其被配置成将第一电压施加至所述被测装置；
第二电压单元，其被配置成将小于所述第一电压的第二电压施加至所述被测装置；以及
电流源单元，其被配置成将电流供给至所述被测装置，并且
根据要求的测量项目在所述替换单元上安装所述第一电压单元、所述第二电压单元和所述电流源单元。
3.根据权利要求2所述的测试系统，其中，
所述电流源单元包括：多个电流源子单元，其被配置成将具有第一电流量的电流供给至所述被测装置，并且
当所述测量项目是需要所述电流源单元的测量项目时，根据测量项目所需的电流量，在所述替换单元上安装所述多个电流源子单元之中的所需数目的电流源子单元。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的测试系统，还包括：
多个动态特性单元，用于执行所述被测装置的动态特性测试。
5.根据权利要求4所述的测试系统，其中，
所述多个动态特性单元和所述多个静态特性单元中的每个单元被布置在当由单元发送和接收的信号对所述被测装置的测量精度的影响程度越大时越靠近于所述被测装置的位置处。
6.根据权利要求5所述的测试系统，还包括：
第一壳体、第二壳体和第三壳体，其中，
所述第一壳体、所述第二壳体和所述第三壳体被布置成使得与所述被测装置的距离以所述第一壳体、所述第二壳体和所述第三壳体的顺序增加，并且
所述每个单元根据所述影响程度被容纳在所述第一壳体、所述第二壳体和所述第三壳体之一中。
7.根据权利要求6所述的测试系统，其中，
所述多个静态特性单元被容纳所述第二壳体中。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的测试系统，其中，
所述多个动态特性单元包括：
动态特性测量电路，用于执行所述动态特性测试；
动态特性控制器，其被配置成根据所述动态特性测试的预设测量模式来控制所述动态特性测量电路和所述被测装置；以及
拦截器，其被配置成当在所述动态特性测试中检测到异常状态时，控制所述动态特性测量电路和所述被测装置，并且
与所述动态特性控制器相比，所述拦截器被布置在更靠近所述被测装置的位置。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的测试系统，还包括：
接口基板，用于根据所述被测装置的类型消减物理差异，其中，
所述接口基板包括：探头，其电连接至所述被测装置的电极，并且
根据所述被测装置的类型来设定所述探头的数目和布置。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的测试系统，其中，
所述被测装置是功率半导体模块。
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