CN110208677B - 一种测量垂直结构功率器件阻断电压的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量垂直结构功率器件阻断电压的装置，包括阴极钼片、第一缓冲银片和阳极钼片；阴极钼片、第一缓冲银片和阳极钼片从上到下垂直分布，构成层叠结构；待测的垂直结构功率器件位于第一缓冲银片和阳极钼片之间；第一缓冲银片与垂直结构功率器件阴极接触，阳极钼片与垂直结构功率器件阳极接触；阴极钼片作为垂直结构功率器件阴极的外部接触端子；阳极钼片作为垂直结构功率器件阳极的外部接触端子。本发明针对无引出端子的裸芯片结构，通过堆叠的多层金属结构将电极引出，避免了测试压力对金属表面的破坏，且测过程简单，成本低，可靠性高。

Description

一种测量垂直结构功率器件阻断电压的装置

技术领域

本发明属于芯片特性测试技术领域，更具体地，涉及一种测量垂直结构功率器件阻断电压的装置。

背景技术

任何功率器件都具有一定的电压阻断能力，这些器件往往需要在出厂后做阻断能力测试，以得到该器件的最大承受电压参数；另一方面，在器件表面金属不符合封装要求时往往需要芯片的二次处理，这些过程很容易影响器件的阻断能力，因此在器件封装之前必须对器件的阻断能力进行测试。为了追求更高的电压阻断能力，功率器件一般被做成垂直结构来形成足够宽的漂移区以承受高压。这种结构意味着阳极和阴极必须设计在漂移区的两侧，需要在芯片的背面和正面分别加正负测试端，但是这种无封装的芯片级测量无法外接端子，使得测量端子无法固定在芯片电极上。特别地，对于具有控制端的三端器件在测量阻断电压时，控制端需要与阴极短路以防止出现大的漏电流，因此需要对位于同一侧的控制极和阴极设置外部短路结构，增加了阻断测试的复杂性。

三端器件阻断测试过程为：首先将控制极和阴极短接，然后将阳极和阴极分别接到阻断测试设备的正负极，逐渐增加测试电压，然后检测阳极与阴极漏电流变化，该漏电流超过规定限值后切断测试电压，切断时刻的电压值就是器件的阻断电压。常用的器件阻断能力测试方法主要是利用高压探针台的探针分别扎在相应的芯片表面金属上来实现，但是该方法用的探针台价格昂贵，适用于工业生产应用；同时该方法需要复杂的机械对准过程，测试繁琐；此外，在测试时尖锐的探针结构会不同程度地破坏芯片表面的金属化结构，可能影响封装时的焊接性能。

总体而言，现有的阻断电压测试方法存在操作过程繁琐，成本高，且会对芯片表面金属化结构造成破坏的问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种测量垂直结构功率器件阻断电压的装置，目的在于解决现有利用高压探针台的阻断电压测试方法存在测试繁琐，且会对芯片表面金属化结构造成破坏的问题。

为实现上述目的，本发明提供的一种测量垂直结构功率器件阻断电压的装置，包括阴极钼片、第一缓冲银片和阳极钼片；

所述阴极钼片、第一缓冲银片和阳极钼片从上到下垂直分布，构成层叠结构；

待测的垂直结构功率器件位于所述第一缓冲银片和所述阳极钼片之间；

所述第一缓冲银片与所述垂直结构功率器件阴极接触，所述阳极钼片与所述垂直结构功率器件阳极接触；

所述阴极钼片作为所述垂直结构功率器件阴极的外部接触端子；

所述阳极钼片作为所述垂直结构功率器件阳极的外部接触端子。

进一步地，所述第一缓冲银片不覆盖所述垂直结构功率器件终端区域。

本发明中，第一缓冲银片用于为垂直结构功率器件的阻断电压测试提供短路结构，满足阻断电压测试的基本要求，与此同时，第一缓冲银片不覆盖功率器件终端区域的有益效果为：避免测试压力对功率器件的终端结构造成破坏，同时避免功率器件阳极到阴极爬电距离缩短。

优选地，第一缓冲银片厚度为0.3mm。

本发明中，第一缓冲银片的厚度应满足上下钼片的绝缘需求，但是若第一缓冲银片的厚度过厚，在测试压力下第一缓冲银片形变严重，反而会恶化功率器件的应力分布，因此本发明第一缓冲银片的厚度设置为0.3mm的有益效果为：既能满足阴极钼片与阳极钼片之间的绝缘需求，还可以缓冲测试压力以避免破坏功率器件的正面结构。

进一步地，所述垂直结构功率器件位于所述阳极钼片的中间位置。

本发明设置阴极钼片和阳极钼片用于引出电极，还用于减小功率器件在测试压力下的形变，使功率器件表面具有均匀的应力分布，以避免功率器件损坏；在此基础上，本发明将垂直结构功率器件设置在阳极钼片中间位置的有益效果为：避免在测试压力下阴极钼片倾斜而导致功率器件阳极和阴极短路。

优选地，所述阴极钼片厚度为2mm，所述阳极钼片厚度为1.2mm，以保证阴极钼片与阳极钼片在测试压力下不发生形变，同时控制成本并降低加工难度。

优选地，所述装置还包括：第二缓冲银片；所述第二缓冲银片位于所述阳极钼片下方。

本发明设置第二缓冲银片的有益效果为：能够为阴极钼片、第一缓冲银片和阳极钼片组成的叠层结构提供支撑，同时还可作为阳极钼片和外部金属的缓冲层，缓冲测试压力。

优选地，所述第二缓冲银片的厚度为0.3mm。

本发明中，第二缓冲银片与第一缓冲银片的缓冲效果类似，因此厚度同样为0.3mm。

优选地，为固定上述结构，所述装置还包括：PC材质的固定座；所述固定座设置有卡槽用于固定所述第二缓冲银片，同时设置有多个凸起用于固定所述阳极钼片。

进一步地，对于三端垂直结构功率器件，所述第一缓冲银片覆盖所述三端垂直结构功率器件的阴极和门极，将阴极和门极短路。

进一步地，对于二端垂直结构功率器件，所述第一缓冲银片覆盖所述二端垂直结构功率器件的阴极。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：

(1)本发明的装置针对无引出端子的裸芯片结构，通过堆叠的多层金属结构将电极引出以测量阻断电压，相比使用高压探针台进行阻断电压测试的方法，无需复杂的机械对准过程，安装和测试过程简单且降低了测试成本。

(2)本发明的装置设置缓冲银片缓冲被测器件受到的测试压力，相比使用高压探针台进行阻断电压测试的方法，避免了测试过程对芯片表面金属结构的破坏。

附图说明

图1是本发明实施例提供的测量垂直结构功率器件阻断电压的装置结构示意图；

图2是在测量功率阻断电压时对本发明的装置施加压力示意图；

其中，1为阴极钼片，2为第一缓冲银片，3为阳极钼片，4为第二缓冲银片，5为固定座，6为垂直结构功率器件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供了一种测量垂直结构功率器件阻断电压的装置，包括阴极钼片1、第一缓冲银片2和阳极钼片3；

阴极钼片1、第一缓冲银片2和阳极钼片3从上到下垂直分布，构成层叠结构；

待测的垂直结构功率器件位于第一缓冲银片2和阳极钼片3之间；

第一缓冲银片2与垂直结构功率器件的阴极接触，阳极钼片3与垂直结构功率器件阳极接触；

阴极钼片1作为垂直结构功率器件阴极的外部接触端子；阳极钼片3作为垂直结构功率器件阳极的外部接触端子。

其中，第一缓冲银片2不覆盖所述垂直结构功率器件终端区域。

本发明中，第一缓冲银片用于为垂直结构功率器件的阻断电压测试提供短路结构，满足阻断电压测试的基本要求，与此同时，第一缓冲银片不覆盖功率器件终端区域是为了避免测试压力对功率器件的终端结构造成破坏，同时避免功率器件阳极到阴极爬电距离缩短。

第一缓冲银片2的厚度应满足阴极钼片1和阳极钼片3的绝缘需求，本发明的装置在进行阻断测试时通常暴露在空气中，假定空气的平均击穿场强为E_BR，且器件最大的阻断测试电压为v，器件的厚度为h，则该器件测试阻断能力时所需的第一缓冲银片厚度为d＝v/E_BR-h；在本发明中，分别取E_BR为3kV/mm，v为1.2kV，h为0.2mm，相应的，第一缓冲银片厚度应大于0.2mm；值得注意的是，该厚度为第一缓冲银片被压缩后的厚度，因此第一缓冲银片的实际厚度应高于0.2mm，一般地，按照10％的压缩比例，第一缓冲银片的实际厚度应大于0.22mm；另一方面，若第一缓冲银片过厚，在压力的作用下，第一缓冲银片的形变严重，反而恶化了功率器件的应力分布，因此第一缓冲银片不能过厚，本发明实施例针对特定的被测器件，将第一缓冲银片的厚度设置为0.3mm。

进一步地，本发明设置阴极钼片和阳极钼片用于引出电极，同时用于减小垂直结构功率器件在测试压力下的形变，使垂直结构功率器件表面具有均匀的应力分布，以避免功率器件损坏；在此基础上，本发明还将垂直结构功率器件设置在阳极钼片3的中间位置，以避免在测试压力下阴极钼片倾斜而导致功率器件阳极和阴极短路。

进一步地，由于阴极钼片尺寸较阳极钼片更大，因此阴极钼片发生形变的程度更加严重，为了保证在测试压力下阴极钼片与阳极钼片不形变，阴极钼片厚度应大于阳极钼片，同时考虑到成本和加工条件的约束，本发明设置阴极钼片的厚度为2mm，阳极钼片厚度为1.2mm。

进一步地，为了对阴极钼片1、第一缓冲银片2和阳极钼片3组成的叠层结构提供支撑，同时作为阳极钼片和外部金属的缓冲层，缓冲测试压力，本发明还可在阳极钼片3的下方还可设置第二缓冲银片4；

由于第二缓冲银片与第一缓冲银片的缓冲效果类似，因此第二缓冲银片的厚度同样为0.3mm。

为固定上述结构，本发明在第二缓冲银片4的下方还可设置PC材质的固定座，该固定座设置有卡槽用于固定第二缓冲银片4，同时设置有4个凸起用于固定阳极钼片3。

本发明提供的装置适用于测试所有功率垂直器件的阻断电压：

对于三端垂直结构功率器件，如SiC MOSFET，为了测量SiC MOSFET芯片漏极源极之间的阻断能力，需要将第一缓冲银片覆盖SiC MOSFET的栅极和源极，以将栅极和源极短路；

对于二端垂直结构功率器件，第一缓冲银片应覆盖二端垂直结构功率器件的阴极。

本发明的装置需要适当的压力来保证金属和被测功率器件之间的可靠接触，因此利用如图2所示的结构对本发明装置施加压力，将放有功率器件的装置放置在两个导电铜板之间，施加的压力完全由弹簧提供，其等效的压力值能使装置与功率器件充分可靠的接触，具体应满足ABB公司关于芯片压接的推荐参考值(1-5kN/cm²)，压力越高，电阻和热阻越小，但是由于本发明装置在测试阻断电压时通过叠层结构的电流很小，也没有发热问题，因此只需施加上述参考值的最小值(1kN/cm²)的压力即可；由于本发明的装置在功率器件上层设置有硬度很低的银片，可以有效缓冲压力，避免了测试压力对器件表面金属的损坏。

本发明的装置适用于IGBT、MOSFET、硅基、碳化硅基等所有垂直结构压控型器件。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种测量垂直结构功率器件阻断电压的装置，其特征在于，包括阴极钼片(1)、第一缓冲银片(2)和阳极钼片(3)；

所述阴极钼片(1)、第一缓冲银片(2)和阳极钼片(3)从上到下垂直分布，构成层叠结构；

待测的垂直结构功率器件(6)位于所述第一缓冲银片(2)和所述阳极钼片(3)之间；所述第一缓冲银片(2)与所述垂直结构功率器件(6)的阴极接触，所述阳极钼片(3)与所述垂直结构功率器件(6)的阳极接触；

所述阴极钼片(1)作为所述垂直结构功率器件(6)阴极的外部接触端子；

所述阳极钼片(3)作为所述垂直结构功率器件(6)阳极的外部接触端子；

对于三端垂直结构功率器件，所述第一缓冲银片(2)覆盖所述三端垂直结构功率器件的阴极和门极，将阴极和门极短路；

或者对于二端垂直结构功率器件，所述第一缓冲银片(2)覆盖所述二端垂直结构功率器件的阴极。

2.根据权利要求1所述的一种测量垂直结构功率器件阻断电压的装置，其特征在于，所述第一缓冲银片(2)不覆盖所述垂直结构功率器件(6)的终端区域。

3.根据权利要求2所述的一种测量垂直结构功率器件阻断电压的装置，其特征在于，所述第一缓冲银片(2)的厚度为0.3m。

4.根据权利要求1所述的一种测量垂直结构功率器件阻断电压的装置，其特征在于，所述垂直结构功率器件(6)位于所述阳极钼片(3)的中间位置。

5.根据权利要求4所述的一种测量垂直结构功率器件阻断电压的装置，其特征在于，所述阴极钼片(1)厚度为2mm，所述阳极钼片(3)厚度为1.2mm。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种测量垂直结构功率器件阻断电压的装置，其特征在于，所述装置还包括：第二缓冲银片(4)；所述第二缓冲银片(4)位于所述阳极钼片(3)的下方。

7.根据权利要求6所述的一种测量垂直结构功率器件阻断电压的装置，其特征在于，所述第二缓冲银片(4)的厚度为0.3mm。

8.根据权利要求6所述的一种测量垂直结构功率器件阻断电压的装置，其特征在于，所述装置还包括：PC材质的固定座(5)；所述固定座(5)设置有卡槽用于固定所述第二缓冲银片(4)，同时设置有多个凸起用于固定所述阳极钼片(3)。

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