CN110927546A - 一种晶闸管元胞特性测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种晶闸管元胞特性的测试方法，所述方法包括将所述晶闸管进行对准校正；将所述晶闸管移动到起测位置；控制测试台的探针下行接触晶闸管元胞的阴极；对元胞特性进行检测；针对不良元胞进行二次检测；生成测试结果。本发明提供的晶闸元胞特性的测试方法实现了环形走位，能够对晶闸管元胞进行高效检测和筛选。

Description

一种晶闸管元胞特性测试方法

技术领域

本发明涉及功率半导体器件测试技术领域，具体涉及一种晶闸管元胞特性测试方法。

背景技术

门极换流关断晶闸管是传统晶闸管经过门极和阴极版图特殊设计及纵向结构调整后的一种特殊的功率器件，其主要横向特征为器件(本发明实施例中，以下以器件代称门极换流关断晶闸管器件)表面环形分布的众多细小元胞，每一处的元胞阴极和元胞旁的门极区域都可以看成是独立的一个微型晶闸管，所有的这些元胞为并联连接关系，只有所有元胞都保证特性正常才能满足整个器件的正常工作。

门极换流关断晶闸管具有通态损耗低、电流关断能力强、失效进入短路模式等一系列优点，作为一种电力半导体器件广泛应用于电力电子的设计中。其可靠性直接影响电力电子系统。

门极换流关断晶闸管在现有的工艺条件下经常因为随机因素产生门阴极短路元胞或者门阴极阻断特性不良元胞，为了提高器件的成品率和可靠性，需要对器件表面各处的元胞进行高效检测和筛选，以进行后续的修补和测试工作。

现有技术中，大多为x和y方向走位，针对门极换流关断晶闸管表面环形分布的元胞，暂时还没有一种环形移动测试手段。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种晶闸管元胞特性的测试方法。

一种晶闸管元胞特性的测试方法，所述方法包括测试阶段：

将所述晶闸管进行对准校正；

将所述晶闸管移动到起测位置；

控制测试台的探针下行接触晶闸管元胞的阴极；

对元胞特性进行检测；

针对不良元胞进行二次检测；

生成测试结果。

进一步地，在对准校正所述晶闸管前，将晶闸管版图参数和晶闸管元胞特性判断依据输入到所述测试设备中。

进一步地，

所述版图参数包括所述晶闸管表面各环元胞相对三个对准标记形成的水平正半轴的起始角、各环元胞数目、各环元胞中心相对圆心的半径；

所述晶闸管元胞特性为晶闸管元胞门阴极阻断特性；

所述判断依据为所述晶闸管元胞门阴极漏电流或阻断电压。

进一步地，在所述测试阶段之前还包括准备阶段：

通过以下公式确定晶闸管各环元胞的坐标以进行环形移动：

其中，

θ_i表示第i环元胞的起始测量角；

R_i表示第i环元胞距离圆心半径；

N_i表示第i环元胞数目；

i＝1,2,3…,N_ring,max j＝1,2,3,…,N_cell(i),max；

N_ring,max表示晶闸管内环数的最大值；

N_cell(i),max表示晶闸管内第i环内元胞数目的最大值，不同环的最大数目可能不同。

进一步地，元胞门阴极阻断特性通过以下公式进行所述检测：

其中I₁,I₂,I₃…U₁,U₂,U₃…分别为预先抽样测得的晶闸管元胞在U_test测试电压条件下的门阴极漏电流和在I_test测试电流条件下的门阴极阻断电压结果，δ_Iδ_U分别为门阴极漏电流和阻断电压的判别容忍度；

表示在U_test下各个样本的均值；

表示在I_test下各个样本的均值。

进一步地，

所述晶闸管元胞的阳极与所述测试台整面进行真空吸附牢固接触；

所述晶闸管元胞的阴极通过独立的固定探针采用压力触点识别进行轻微接触；

所述晶闸管元胞的门极通过压力弹片与前端的探头紧密接触。

本发明提供的晶闸元胞特性的测试方法实现了环形走位，能够对晶闸管元胞进行高效检测和筛选。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使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明实施例中的一种测试整体流程图；

图2示出了根据本发明实施例中的带有对准标记的门极换流关断晶闸管阴极面版图示意图；

图3(a)示出了门阴阳三个电极与测试系统的连接正视示意图；

图3(b)示出了门阴阳三个电极与测试系统的连接俯视示意图；

图4示出了根据本发明实施例的晶闸管元胞门阴极的5种伏安特性示意图；

图5示出了根据本发明实施例的测试流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明主要针对门极换流关断晶闸管表面环形分布的元胞特性进行高效检测和筛选。如图1示出了根据本发明实施例的一种测试整体流程图，如图1所示，本发明实施例的针对门极换流关断晶闸管表面环形分布的元胞特性测试的方法主要包括版图设计、测试准备及测试流程三个阶段，其中版图设计阶段主要包括水平自动对准标记和器件元胞排布位置的设计；测试准备阶段一般包括器件版图关键参数输入、器件电极与测试台连接、器件元胞特性判据输入；测试流程阶段一般包括器件自动对准校正、器件逐点移位测试以及测试结果存储导出。

版图设计阶段：

如图1所示，在版图设计阶段主要包括设计水平自动对准标记和设计器件元胞排布位置，具体地如下：

1)设计水平自动对准标记时，需要兼顾标记的大小、位置和特征易识别度，本发明实施例在门极换流关断晶闸管器件的中心和同一水平线的门极两侧各布置了1mm×1mm大小的十字标记，以借助光学图像识别手段来实现器件水平轴校准，如图2所示的“①”所指之处。图2中②代表器件的门极区域、③代表器件的阴极元胞区域。

2)设计器件元胞排布位置时，将每一环的元胞中相对于三个水平标记形成的水平正半轴上方的第一个元胞作为起始元胞，然后在此基础上进行一定数目的排布，起始元胞的角度、各环元胞的数目及各环元胞的半径可以自由设计。

测试准备阶段：

1)器件版图的关键参数主要包括各环元胞的起始测量角θ_i、距离圆心半径R_i、各元胞数目N_i三项信息，根据极坐标与直角坐标的转换关系可以逐一得出器件表面每一处元胞的详细直角坐标信息，然后机械移动系统可据此进行环形移动，计算公式如下：

其中：

i＝1,2,3…,N_ring,max j＝1,2,3,…,N_cell,max；

N_ring,max表示器件内环数的最大值；

N_cell,max表示器件内特定环内元胞数目的最大值，不同环的最大数目可能不同。

2)器件电极连接分为门、阴、阳三极三个部分，其中阳极与测试台整面进行真空吸附牢固接触、阴极通过独立的固定探针采用压力触点识别进行轻微接触，门极通过压力弹片与前端的探头紧密接触，阳极和门极的具体连接方式如图3(a)的正视图和图3(b)的俯视图所示。其中图3中⑦是阳极接触极及真空吸附底座、⑧是阳极和门极之间的绝缘垫块、⑨是门极压力弹片、④是门极探头、⑤和⑥是不同尺寸的芯片卡位槽。

3)器件元胞特性(门阴极阻断特性)的常见特性曲线如图4所示(该图4中，从左向右第一条折线表示转折电压偏低、第二条折线表示表面存在漏电沟道、第三条折线表示软转折特性、第四条折线表示分段击穿特性、第五条折线表示正常特性)，选择合适的测试方法和判别依据可以识别出元胞的特性种类。

测试方法有恒流测压和恒压测流两种方式，即在给定门阴极漏电条件下门阴极阻断电压不应低于一定值，或者在给定门阴极阻断电压下门阴极漏电不应超过一定值。公式描述如下：

其中I₁,I₂,I₃…U₁,U₂,U₃…分别为两种测试方法下预先抽样测得的元胞在U_test条件下的门阴极漏电流和在I_test条件下的门阴极阻断电压结果，δ_Iδ_U为门阴极漏电流和阻断电压的判别容忍度，可以根据标准正太分布进行确定。

表示在U_test下各个样本的均值；

表示在I_test下各个样本的均值

测试流程阶段

1)器件自动对准测试分为对准校正和自动测试两部分，前者是利用光学图像识别模块对器件的三个水平标记进行图像识别完成的，主要通过移动、旋转等方式确定测试的水平方向基准轴。后者则基于精密移动平台和器件测试仪进行的，具体步骤为：器件移动到起测点，探针下行接触阴极、测试仪进行测试、测试完成同时探针抬起、器件根据元胞坐标信息移动下一位置…依次类推。整个过程在开始测试后全部自动完成，大大提高器件元胞特性检测和不良元胞筛选的效率。

2)二次检测和坏点标记主要针对快速自动检测结束后特性较差的元胞进行二次判别，通过输入与元胞位置对应的元胞编号，可以自动移动到需要二次检测的元胞处进行再次测试，如果判别为不良，数据结果同时更新，最后通过墨迹打点器对不良元胞进行打点标记。

3)测试结果存储导出主要有map判别图和全局元胞特性数据两部分，其中前者的map判别图在自动测试时可以全程进行监控，绿色为测试通过点，红色为测试未通过点，黑色为待测点，全局元胞特性数据按照设定的编号以excel形式存储，方便后期数据处理。

整个测试的流程示意图如图5所示：

输入各环元胞的起始角、各环元胞数目、各环元胞中心相对圆心的半径等版图关键参数和特性判别依据(元胞门阴极漏电流或阻断电压)；

检查测试仪与精密移动平台通信设置；

判断测试仪与精密移动平台通信是否正常，在通信不正常时，继续检查测试仪与精密移动平台通信设置；在通信正常时，进行器件对准校正；

检查器件是否对准(本发明实施例中具体包括两个方面的对准：器件水平轴自动校准和探针与测试器件中心的手动对准校正)完成，如果没有完成则继续进行器件对准校正；如果已经完成，将器件移动到起测位置；

探针下行接触元胞阴极；

利用测试仪进行测试；

测试完成后，探针抬起；

更新map监控图信息；

判断是否完成全部元胞测试，在没有完成全部元胞测试时，根据下一元胞坐标位置移动器件，并返回到上述探针下行接触元胞阴极的步骤；在完成全部元胞测试时，针对不良点进行二次检测和墨点标记；

导出map图和测试结果。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种晶闸管元胞特性的测试方法，所述方法包括测试阶段：

将所述晶闸管进行对准校正；

将所述晶闸管移动到起测位置；

控制测试台的探针下行接触晶闸管元胞的阴极；

对元胞特性进行检测；

针对不良元胞进行二次检测；

生成测试结果。

2.根据权利要求1所述的晶闸管元胞特性的测试方法，其中，

在对准校正所述晶闸管前，将晶闸管版图参数和晶闸管元胞特性判断依据输入到所述测试设备中。

3.根据权利要求2所述的晶闸管元胞特性的测试方法，其中，

所述版图参数包括所述晶闸管表面各环元胞相对三个对准标记形成的水平正半轴的起始角、各环元胞数目、各环元胞中心相对圆心的半径；

所述晶闸管元胞特性为晶闸管元胞门阴极阻断特性；

所述判断依据为所述晶闸管元胞门阴极漏电流或阻断电压。

4.根据权利要求1所述的晶闸管元胞特性的测试方法，在所述测试阶段之前还包括准备阶段：

通过以下公式确定晶闸管各环元胞的坐标以进行环形移动：

其中，

θ_i表示第i环元胞的起始测量角；

R_i表示第i环元胞距离圆心半径；

N_i表示第i环元胞数目；

i＝1,2,3…,N_ring,max j＝1,2,3,…,N_cell(i),max；

N_ring,max表示晶闸管内环数的最大值；

N_cell(i),max表示晶闸管内第i环内元胞数目的最大值，不同环的最大数目可能不同。

5.根据权利要求1所述的晶闸管元胞特性的测试方法，元胞门阴极阻断特性通过以下公式进行所述检测：

其中I₁,I₂,I₃…U₁,U₂,U₃…分别为预先抽样测得的晶闸管元胞在U_test测试电压条件下的门阴极漏电流和在I_test测试电流条件下的门阴极阻断电压结果，δ_Iδ_U分别为门阴极漏电流和阻断电压的判别容忍度；

表示在U_test下各个样本的均值；

表示在I_test下各个样本的均值。

6.根据权利要求1所述的晶闸管元胞特性的测试方法，其中，

所述晶闸管元胞的阳极与所述测试台整面进行真空吸附牢固接触；

所述晶闸管元胞的阴极通过独立的固定探针采用压力触点识别进行轻微接触；

所述晶闸管元胞的门极通过压力弹片与前端的探头紧密接触。

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