CN110879343B - 器件高温漏源漏电流特性的测试方法及测试系统 - Google Patents

器件高温漏源漏电流特性的测试方法及测试系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种器件高温漏源漏电流特性的测试方法及测试系统。该方法包括：对被测器件施加反偏电压，使被测器件被反向击穿；检测被测器件在反向击穿状态下塑封体的温度；检测所述塑封体的温度达到第一温度时被测器件漏源漏电流的实际值；根据所述漏源漏电流的实际值判断所述被测器件是否合格。本申请是由被测器件内部产生的温度实现高温测试环境的，这与被测器件实际工作过程中产生温度的原理一样，因此，该测试方法更切合实际应用，更能真实的反映被测器件的高温漏源漏电流特性。并且本申请的测试方法不需要使用专用的反偏测试设备，测试过程简单，测试时间一般为10分钟，测试时间较短，实现了简单、快速测试器件高温漏电流特性的目的。

Description

器件高温漏源漏电流特性的测试方法及测试系统
技术领域
本发明涉及半导体器件测试领域，特别是涉及一种器件高温漏源漏电流特性的测试方法及测试系统。
背景技术
功率场效应晶体管器件(POWER MOSFET)，广泛的应用于各类电子电路中，主要用于功率放大和开关。开发人员会根据客户的要求及对产品质量、寿命的要求，对功率场效应晶体管的工作温度进行控制，由于功率场效应晶体管在工作时，自身的损耗会产生一定的热量，功率场效应晶体管长时间工作在高温状态下；高温反偏状态下，其漏极-源极之间的漏电流(Idss)对功率场效应晶体管的工作温度有着直接的影响，因此，需要对器件进行的漏电流的测试。示例性的的漏电流测试主要按照国家标准中的高温反偏测试(HTRB，HighTemperature Reverse Bias)进行测试，但这种测试往往耗时较长，典型的测试时间为96小时，且需使用专用反偏测试设备才能实现，测试过程也很复杂。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种新的器件高温漏源漏电流特性的测试方法及测试系统。
一种器件高温漏源漏电流特性的测试方法,包括：
对被测器件施加反偏电压，使被测器件被反向击穿；
检测被测器件在反向击穿状态下塑封体的温度；
检测所述塑封体的温度达到第一温度时被测器件漏源漏电流的实际值；
根据所述漏源漏电流的实际值判断所述被测器件是否合格。
在其中一个实施例中，根据所述漏源漏电流的实际值判断被测器件是否合格的步骤包括：
获取被测器件漏源漏电流的最大值；
比较所述漏源漏电流的实际值和最大值；
当所述实际值小于等于所述最大值时，判定被测器件合格；
当所述实际值大于所述最大值时，判定被测器件不合格。
在其中一个实施例中，反偏电压是通过晶体管特性图示仪施加在被测器件漏端和源端之间的电压，所述晶体管特性图示仪的正极测试端口连接被测器件的漏端，负极测试端连接被测器件的栅极和源端。
在其中一个实施例中，所述塑封体的温度是通过点温计获得的，被测器件为功率场效应晶体管。
在其中一个实施例中，被测器件漏源漏电流的最大值为25微安。
在其中一个实施例中，所述塑封体的第一温度小于等于135摄氏度。
在其中一个实施例中，所述塑封体的第一温度大于等于80摄氏度且小于等于110摄氏度。
上述测试方法，包括对被测器件施加反偏电压，使被测器件被反向击穿；检测被测器件在反向击穿状态下塑封体的温度；检测所述塑封体的温度达到第一温度时被测器件漏源漏电流的实际值；根据所述漏源漏电流的实际值判断被测器件是否合格。本申请利用被测器件反向击穿电流产生的功耗导致被测器件的塑封体发热，使得被测器件塑封体达到第一温度，通过第一温度下被测器件漏源漏电流的实际值来判断被测器件的高温漏电流特性，与传统HTRB通过外部环境实现高温环境相比，本申请是由被测器件内部产生的温度实现高温测试环境的，这与被测器件实际工作过程中产生温度的原理一样，因此，该测试方法更切合实际应用，更能真实的反映被测器件的高温漏源漏电流特性。并且本申请的测试方法不需要使用专用的反偏测试设备，测试过程简单，测试时间一般为10分钟，测试时间较短，实现了简单、快速测试器件高温漏电流特性的目的。
一种器件高温漏源漏电流特性测试系统，包括：
测试装置，所述测试装置的正极测试端口与被测器件的输入端电连接，所述测试装置的负极测试端与被测器件的控制端和输出端电连接，所述测试装置用于向被测器件提供反向偏压，使被测器件被反向击穿，所述测试装置还用于测量被测器件漏源漏电流的实际值；
温度检测装置，所述温度检测装置的测试端与被测器件的塑封体电连接，所述温度检测装置用于检测所述塑封体的温度；
判断装置，所述判断装置与测试装置电连接，所述判断装置用于根据温度检测装置测得所述塑封体的温度达到第一温度时，所述测试装置检测的被测器件漏源漏电流的实际值判断被测器件是否合格。
在其中一个实施例中，判断装置还用于设置被测器件漏源漏电流的最大值，所述判断装置还用于比较被测器件漏源漏电流的最大值和被测器件漏源漏电流的实际值，当所述实际值小于等于所述最大值时，判定被测器件合格；当所述实际值大于所述最大值时，判定被测器件不合格。
在其中一个实施例中，测试装置为晶体管特性图示仪。
在其中一个实施例中，温度检测装置为点温计，被测器件为功率场效应晶体管。
在其中一个实施例中，被测器件漏源漏电流的最大值为25微安。
在其中一个实施例中，所述塑封体的第一温度小于等于135摄氏度。
上述测试系统，包括测试装置，所述测试装置的正极测试端口与被测器件的输入端电连接，所述测试装置的负极测试端与被测器件的控制端和输出端电连接，所述测试装置用于向被测器件提供反向偏压，使被测器件被反向击穿，所述测试装置还用于测量被测器件漏源漏电流的实际值；温度检测装置，所述温度检测装置的测试端与被测器件的塑封体电连接，所述温度检测装置用于检测塑封体的温度；判断装置，所述判断装置与所述测试装置电连接，所述判断装置用于根据所述温度检测装置测得所述塑封体的温度达到第一温度时，所述测试装置检测的被测器件漏源漏电流的实际值判定被测器件是否合格。本申请利用被测器件反向击穿电流产生的功耗导致被测器件的塑封体发热，使得被测器件塑封体达到第一温度，通过第一温度下被测器件漏源漏电流的实际值来判断被测器件的高温漏电流特性，与传统HTRB通过外部环境实现高温环境相比，本申请是由被测器件内部产生的温度实现高温测试环境的，这与被测器件实际工作过程中产生温度的原理一样，因此，该测试系统更切合实际应用，更能真实的反映被测器件的高温漏电流特性。并且本申请的测试系统不需要使用专用的反偏测试设备，测试过程简单，测试时间一般为10分钟，测试时间较短，实现了简单、快速测试器件高温漏电流特性的目的。
附图说明
图1为一实施例中器件高温漏源漏电流特性的测试方法的流程图；
图2为一实施例中根据漏源漏电流的实际值判断被测器件是否合格的流程图；
图3为一实施例中器件高温漏源漏电流特性测试系统的结构框图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“竖直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的属于“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
对于功率场效应晶体管器件漏源漏电流(Idss)的测试，示例性的测试方式是按照国家标准中的高温反偏测试(HTRB,High Temperature Reverse Bias)进行测试，这种测试的测试时间较长，典型的测试时间为96小时。其次，这种测试方式只能在设定的指定结温条件下持续施加反向偏压，典型的反向偏压为晶体管器件最大击穿电压的80％，测试器件在进行HTRB前后的电性，该测试方式不能实时观察漏源漏电流的动态变化过程，即不能实时观察升温过程中漏源漏电流从小到大的变化过程和不同反偏电压下的漏电流情况。再次，传统的HTRB方法测试过程复杂，需要采用专业的专用反偏测试设备才能实现测试。
如图1所示，在一实施例中，提供一种器件高温漏源漏电流特性的测试方法,包括：
S102，对被测器件施加反偏电压，使被测器件被反向击穿。
S104，检测被测器件在反向击穿状态下塑封体的温度。
在一个实施例中，所述塑封体的温度是通过点温计获得的，将点温计探头连接到被测器件的塑封体上，通过点温计测量塑封体的温度。
在一个实施例中，被测器件为功率场效应晶体管。
在一个实施例中，反偏电压是通过晶体管特性图示仪施加在被测器件漏端和源端之间的电压，晶体管特性图示仪的正极测试端口连接被测器件的漏端，负极测试端连接被测器件的栅极和源端。在其它实施例中，反偏电压是通过可调节电压源施加在被测器件漏端和源端之间的电压。
以反偏电压是通过晶体管特性图示仪施加在被测器件上为例，根据被测器件的最大耗散功率的大小，将晶体管特性图示仪上的各档旋钮旋至适当的档位，例如电压档旋至100伏/度，电流档旋至0.5毫安/度。
通过调节晶体管特性图示仪上的电压调节旋钮，从0伏开始逐渐增加施加在被测器件漏端和源端之间的反偏电压，直到被测器件出现击穿特性，此时被测器件被反向击穿。继续调节电压调节旋钮控制施加在被测器件漏端和源端之间的反偏电压即通过调节电压调节旋钮控制施加在被测器件上的击穿电流得大小，直至所述塑封体的温度达到测试需要的第一温度。其中，塑封体的温度达到第一温度时施加在被测器件上的击穿电流是由被测器件的最大耗散功率(PCM)决定的。PCM越大的被测器件，施加在器件上的击穿电流越大，PCM越小的被测器件，施加在器件上的击穿电流越小，对于不同的被测器件，实际施加的击穿电流是通过测试需要的第一温度来确定的，塑封体的温度偏高时，调节电压调节旋钮降低击穿电流，塑封体的温度偏低时，增加击穿电流。
S106，检测所述塑封体的温度达到第一温度时被测器件漏源漏电流的实际值。
在所述塑封体的温度达到第一温度时，获取此时测得的被测器件漏源漏电流的测量值，即被测器件漏源漏电流的实际值。
在一个实施例中，被测器件漏源漏电流的实际值是通过晶体管特性图示仪进行测量的；当塑封体的温度达到的设定的第一温度时，此时，晶体管特性图示仪屏幕上显示的被测器件的漏电流Idss即为被测器件的高温漏电流。
在一个实施例中，塑封体的第一温度小于等于135摄氏度。
在一个实施例中，塑封体的第一温度大于等于80摄氏度且小于等于110摄氏度。例如50摄氏度、70摄氏度、90摄氏度、100摄氏度等。该测试方式可以实时观察漏源漏电流的动态变化过程，即实时观察升温过程中漏源漏电流从小到大的变化过程和不同反偏电压下的漏电流情况。
S108，根据所述漏源漏电流的实际值判断所述被测器件是否合格。
在电路正常工作中，被测器件的高温漏电流Idss乘以被测器件漏极与源极之间的电压，即为得到被测器件的直流损耗功率，这种损耗会在被测器件本体即塑封体上以热的形式体现出来。
高温漏电流Idss小的器件，在长时间高温工作时，它的可靠性、寿命等相关品质方面的问题，都可以得到有效的保证，此时的器件为合格产品。相反，高温漏电流Idss大的器件，轻则出现器件寿命短的问题，重则造成电器产品损坏、火灾等严重问题，此时的器件为不合格品，根据被测器件漏源漏电流的实际值即可判断所述被测器件是否合格。
在一个实施例中，步骤S108包括：
S202，获取被测器件漏源漏电流的最大值。
根据被测器件的种类等获得被测器件漏源漏电流的最大值。
在一个实施例中，被测器件漏源漏电流的最大值为25微安。
S204，比较所述漏源漏电流的实际值和最大值。
通过比较被测器件漏源漏电流的实际值和被测器件漏源漏电流的最大值来判断被测器件是否合格，当所述实际值小于等于所述最大值时，判定被测器件合格；当所述实际值大于所述最大值时，判定被测器件不合格。
在一个实施例中，选取功率场效应晶体管样品A和样品B，样品A和样品B的型号为2N60，封装形式为TO-252。根据本发明所述的方法分别测量样品A和样品B在塑封体温度为25℃和100℃时的漏电流，测试数据见表一。由表一知，A样品塑封体温度在25℃时，其常温漏电流Idss在25uA以下，塑封体温度在100℃时，其高温漏电流Idss也在25uA以下。B样品塑封体温度在25℃时，其常温漏电流Idss在25uA以下，塑封体温度在100℃时，其高温漏电流Idss却大于500uA，B样品的高温漏电流Idss是A样品的20倍以上，将样品A和样品B分别安装在LED-7W-球泡灯整灯上，测量样品A和样品B的塑封体温度，测试数据见表二。
根据功率场效应晶体管的散热条件不同，会导致晶体管塑封体和芯片结温之间的温差有所不同。一般晶体管塑封体和芯片结温之间的温差在15℃到20℃之间。即芯片结温比塑封体温度要高15℃至20℃。
功率场效应晶体管的最高结温，一般为150℃，超过此极限值，则会损坏功率场效应晶体管。通过表二可知，样品A工作60分钟后，其塑封体温度为82℃，加上20℃的温差，其芯片结温在102℃，此温度远低于最高结温150℃，可以认为它的工作是可靠的，样品A。而样品B工作60分钟后，其塑封体温度为145℃，加上20℃的温差，其芯片结温在165℃附近，此温度已超过最高结温150℃，所以，样品B的工作结温太高，长时间工作，会造成功率场效应晶体管的损坏，样品B不合格，由此可知，根据被测器件漏源漏电流的实际值即可判断所述被测器件是否合格。
Figure BDA0002249846480000071
表一
样品 10分钟 20分钟 30分钟 40分钟 50分钟 60分钟
A 39℃ 53℃ 62℃ 71℃ 79℃ 82℃
B 42℃ 73℃ 94℃ 116℃ 137℃ 145℃
表二
上述测试方法，包括对被测器件施加反偏电压，使被测器件被反向击穿；检测被测器件在反向击穿状态下塑封体的温度；检测所述塑封体的温度达到第一温度时被测器件漏源漏电流的实际值；根据所述漏源漏电流的实际值判断被测器件是否合格。本申请利用被测器件反向击穿电流产生的功耗导致被测器件的塑封体发热，使得被测器件塑封体达到第一温度，通过第一温度下被测器件漏源漏电流的实际值来判断被测器件的高温漏电流特性，与传统HTRB通过外部环境实现高温环境相比，本申请是由被测器件内部产生的温度实现高温测试环境的，这与被测器件实际工作过程中产生温度的原理一样，因此，该测试方法更切合实际应用，更能真实的反映被测器件的高温漏源漏电流特性。并且本申请的测试方法不需要使用专用的反偏测试设备，测试过程简单，测试时间一般为10分钟，测试时间较短，实现了简单、快速测试器件高温漏电流特性的目的。
如图3所示，在本发明一实施例中，提供一种器件高温漏源漏电流特性测试系统，包括：
测试装置302，测试装置302的正极测试端口1与被测器件304的输入端3电连接，测试装置302的负极测试端2与被测器件304的控制端4和输出端5电连接，测试装置302用于向被测器件304提供反向偏压，使被测器件304被反向击穿，测试装置302还用于测量被测器件304漏源漏电流的实际值。
温度检测装置306，温度检测装置306的测试端6与被测器件304的塑封体7电连接，温度检测装306置用于检测塑封体7的温度。
判断装置308，判断装置308与测试装置302电连接，判断装置308用于根据温度检测装置306测得塑封体7的温度达到第一温度时，测试装置302检测的被测器件304漏源漏电流的实际值判断被测器件304是否合格。
在一个实施例中，判断装置308还用于设置被测器件304漏源漏电流的最大值，判断装置308还用于比较被测器件漏源漏电流的最大值和被测器件漏源漏电流的实际值，当所述实际值小于等于所述最大值时，判定被测器件304合格；当所述实际值大于所述最大值时，判定被测器件304不合格。
在一个实施例中，测试装置为晶体管特性图示仪。在其他实施例中，测试装置是由具有可调电压的电压源和电流测试功能的测试模块构成的装置。
在一个实施例中，温度检测装置为点温计。
在一个实施例中，被测器件为功率场效应晶体管。
在一个实施例中，被测器件漏源漏电流的最大值为25微安。
在一个实施例中，塑封体的第一温度小于等于135摄氏度。
在一个实施例中，塑封体的第一温度大于等于80摄氏度且小于等于110摄氏度。例如50摄氏度、70摄氏度、90摄氏度、100摄氏度等。该测试系统可以实时观察漏源漏电流的动态变化过程，即实时观察升温过程中漏源漏电流从小到大的变化过程和不同反偏电压下的漏电流情况。
上述测试系统，包括测试装置，所述测试装置的正极测试端口与被测器件的输入端电连接，所述测试装置的负极测试端与被测器件的控制端和输出端电连接，所述测试装置用于向被测器件提供反向偏压，使被测器件被反向击穿，所述测试装置还用于测量被测器件漏源漏电流的实际值；温度检测装置，所述温度检测装置的测试端与被测器件的塑封体电连接，所述温度检测装置用于检测塑封体的温度；判断装置，所述判断装置与所述测试装置电连接，所述判断装置用于根据所述温度检测装置测得所述塑封体的温度达到第一温度时，所述测试装置检测的被测器件漏源漏电流的实际值判定被测器件是否合格。本申请利用被测器件反向击穿电流产生的功耗导致被测器件的塑封体发热，使得被测器件塑封体达到第一温度，通过第一温度下被测器件漏源漏电流的实际值来判断被测器件的高温漏电流特性，与传统HTRB通过外部环境实现高温环境相比，本申请是由被测器件内部产生的温度实现高温测试环境的，这与被测器件实际工作过程中产生温度的原理一样，因此，该测试系统更切合实际应用，更能真实的反映被测器件的高温漏电流特性。并且本申请的测试系统不需要使用专用的反偏测试设备，测试过程简单，测试时间一般为10分钟，测试时间较短，实现了简单、快速测试器件高温漏电流特性的目的。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种器件高温漏源漏电流特性的测试方法,包括：
对被测器件施加反偏电压，使所述被测器件被反向击穿；
检测所述被测器件在反向击穿状态下塑封体的温度；
检测所述塑封体的温度达到第一温度时所述被测器件漏源漏电流的实际值；
根据所述漏源漏电流的实际值判断所述被测器件是否合格；
其中，利用被测器件反向击穿电流产生的功耗导致被测器件的塑封体发热，使得被测器件塑封体达到第一温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述漏源漏电流的实际值判断所述被测器件是否合格的步骤包括：
获取所述被测器件漏源漏电流的最大值；
比较所述漏源漏电流的实际值和最大值；
当所述实际值小于等于所述最大值时，判定所述被测器件合格；
当所述实际值大于所述最大值时，判定所述被测器件不合格。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反偏电压是通过晶体管特性图示仪施加在所述被测器件漏端和源端之间的电压，所述晶体管特性图示仪的正极测试端口连接所述被测器件的漏端，负极测试端连接所述被测器件的栅极和源端。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述塑封体的温度是通过点温计获得的，所述被测器件为功率场效应晶体管。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述被测器件漏源漏电流的最大值为25微安。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一温度小于等于135摄氏度。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一温度大于等于80摄氏度且小于等于110摄氏度。
8.一种器件高温漏源漏电流特性测试系统，包括：
测试装置，所述测试装置的正极测试端口与被测器件的输入端电连接，所述测试装置的负极测试端与所述被测器件的控制端和输出端电连接，所述测试装置用于向所述被测器件提供反向偏压，使所述被测器件被反向击穿，所述测试装置还用于测量所述被测器件漏源漏电流的实际值；
温度检测装置，所述温度检测装置的测试端与所述被测器件的塑封体电连接，所述温度检测装置用于检测所述塑封体的温度；
判断装置，所述判断装置与所述测试装置电连接，所述判断装置用于根据所述温度检测装置测得所述塑封体的温度达到第一温度时，所述测试装置检测的所述被测器件漏源漏电流的实际值判断所述被测器件是否合格；
其中，利用被测器件反向击穿电流产生的功耗导致被测器件的塑封体发热，使得被测器件塑封体达到第一温度。
9.根据权利要求8所述的测试系统，其特征在于，所述判断装置还用于设置所述被测器件漏源漏电流的最大值，所述判断装置还用于比较所述被测器件漏源漏电流的最大值和所述被测器件漏源漏电流的实际值，当所述实际值小于等于所述最大值时，判定所述被测器件合格；当所述实际值大于所述最大值时，判定所述被测器件不合格。
10.根据权利要求8所述的测试系统，其特征在于，所述测试装置为晶体管特性图示仪。
11.根据权利要求8所述的测试系统，其特征在于，所述温度检测装置为点温计，所述被测器件为功率场效应晶体管。
12.根据权利要求8所述的测试系统，其特征在于，所述被测器件漏源漏电流的最大值为25微安。
13.根据权利要求8所述的测试系统，其特征在于，所述第一温度小于等于135摄氏度。
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