CN111337813A - 可控硅耐量测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种可控硅耐量测试装置及方法，通过第一控制电路根据设定冲击持续时间和设定冲击间隔时间控制第二控制电路每次输入的电流冲击信号的冲击持续时间和冲击间隔时间。然后，通过第二控制电路按照设定冲击电流幅度向待测可控硅输入电流冲击信号，并记录电流冲击信号的冲击次数。最后，通过回路电流检测电路检测待测可控硅的回路电流信号，并根据回路电流信号显示待测可控硅的回路电流状态。如此，能够基于待测可控硅的回路电流状态分析电流冲击信号的冲击次数，将半导体器件的电流冲击耐受能力进行有效量化，以便于后续准确评估半导体器件的电流冲击耐受能力，进而采取必要手段降低半导体器件的器件失效比例。

Description

可控硅耐量测试装置及方法

技术领域

本申请涉及半导体测试技术领域，具体而言，涉及一种可控硅耐量测试装置及方法。

背景技术

在大功率半导体器件的应用场景中，经本申请发明人研究发现，由于其电流冲击耐受能力有限，导致器件失效比例较高。尽管传统手段在应用电路上都制定了防护措施，但在很多应用场景中，短时间的持续冲击电流(例如交流电动机启动状态时的持续冲击电流)是不可避免的。因此，针对半导体器件而言，需要在一定范围内具有适当的电流冲击耐受能力。基于此，如何将半导体器件的电流冲击耐受能力进行有效量化，以便于后续准确评估半导体器件的电流冲击耐受能力，进而采取必要手段降低半导体器件的器件失效比例，是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

为了克服现有技术中的上述不足，本申请的目的在于提供一种可控硅耐量测试装置及方法，能够将半导体器件的电流冲击耐受能力进行有效量化，以便于后续准确评估半导体器件的电流冲击耐受能力，进而采取必要手段降低半导体器件的器件失效比例。

为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

根据本申请实施例的第一方面，本申请实施例提供一种可控硅耐量测试装置，所述可控硅耐量测试装置包括：

交变电源，用于提供频率和幅度周期性变化的交变交流；

与所述交变电源电性连接的第一控制电路；

与所述第一控制电路电性连接的第二控制电路；

与所述交变电源电性连接的回路电流检测电路；

所述第二控制电路，用于按照设定冲击电流幅度向待测可控硅输入电流冲击信号，所述第一控制电路用于根据设定冲击持续时间和设定冲击间隔时间控制所述第二控制电路每次输入的所述电流冲击信号的冲击持续时间和冲击间隔时间，并记录所述电流冲击信号的冲击次数；

所述回路电流检测电路，用于检测所述待测可控硅的回路电流信号，并根据所述回路电流信号显示所述待测可控硅的回路电流状态。

在第一方面的一种可能的实施方式中，所述第一控制电路包括：

电流接通子电路，用于控制所述交变电源向所述第二控制电路输入交变交流；

电流断开子电路，用于控制所述交变电源向所述第二控制电路停止输入交变交流；

与所述电流接通子电路和所述电流断开子电路电性连接的计时控制子电路，用于通过控制所述电流接通子电路和所述电流断开子电路使所述交变电源每间隔所述设定冲击间隔时间向所述第二控制电路输入持续所述设定冲击持续时间的交变交流；以及

与所述计时控制子电路电性连接的计数子电路，用于检测所述交变电源向所述第二控制电路输入的交变交流的计数值，所述计数值与所述电流冲击信号的冲击次数一一对应。

在第一方面的一种可能的实施方式中，所述第二控制电路包括：

触发电流控制子电路以及与所述触发电流控制子电路电性连接的电流冲击控制子电路；

所述触发电流控制子电路用于产生冲击触发信号给所述电流冲击控制子电路，所述电流冲击控制子电路用于在所述冲击触发信号的控制下时，按照设定冲击电流幅度向所述待测可控硅输入电流冲击信号。

在第一方面的一种可能的实施方式中，所述电流冲击控制子电路向所述待测可控硅输入的电流冲击信号中设置有相位信号。

在第一方面的一种可能的实施方式中，还包括：

电性连接于所述交变电源和所述待测可控硅之间的可调负载电阻。

在第一方面的一种可能的实施方式中，所述回路电流检测电路具体用于根据所述回路电流信号展示所述待测可控硅的回路电流信号在时间轴上的电流幅度。

在第一方面的一种可能的实施方式中，还包括：

与所述回路电流检测电路、所述第一控制电路以及所述第二控制电路电性连接的主控电路；

所述主控电路，用于根据所述待测可控硅的回路电流信号在时间轴上的电流幅度以及所述电流冲击信号的冲击次数生成所述待测可控硅的电流冲击耐量值。

在第一方面的一种可能的实施方式中，所述主控电路，具体用于：

检测所述待测可控硅的回路电流信号的电流幅度是否小于所述待测可控硅完全导通时的电流幅度，当所述待测可控硅的回路电流信号的电流幅度小于所述待测可控硅完全导通时的电流幅度时，确定所述待测可控硅的导通状态为部分导通状态；以及

当所述待测可控硅完全导通，且所述待测可控硅的回路电流信号的电流幅度不小于所述待测可控硅完全导通时的电流幅度时，确定所述待测可控硅的导通状态为完全导通状态；

将所述待测可控硅的导通状态转换为完全导通状态之前的电流冲击信号的冲击次数确定为所述待测可控硅的电流冲击耐量值。

在第一方面的一种可能的实施方式中，所述设定冲击电流幅度根据所述待测可控硅的额定电流值确定，所述设定冲击持续时间和所述设定冲击间隔时间根据所述待测可控硅的器件使用场景确定。

根据本申请实施例的第二方面，本申请实施例提供一种可控硅耐量测试方法，应用于第一方面中任意一种可能的实施方式中所述的可控硅耐量测试装置，所述方法包括：

按照设定冲击电流幅度向待测可控硅输入电流冲击信号；

根据设定冲击持续时间和设定冲击间隔时间控制每次输入的所述电流冲击信号的冲击持续时间和冲击间隔时间，并记录所述电流冲击信号的冲击次数；

检测所述待测可控硅的回路电流信号，并根据所述回路电流信号显示所述待测可控硅的回路电流状态。

基于上述任一方面，采用本申请实施例的实施方式，通过第一控制电路根据设定冲击持续时间和设定冲击间隔时间控制第二控制电路每次输入的电流冲击信号的冲击持续时间和冲击间隔时间。然后，通过第二控制电路按照设定冲击电流幅度向待测可控硅输入电流冲击信号，并记录电流冲击信号的冲击次数。最后，通过回路电流检测电路检测待测可控硅的回路电流信号，并根据回路电流信号显示待测可控硅的回路电流状态。如此，能够基于待测可控硅的回路电流状态分析电流冲击信号的冲击次数，将半导体器件的电流冲击耐受能力进行有效量化，以便于后续准确评估半导体器件的电流冲击耐受能力，进而采取必要手段降低半导体器件的器件失效比例。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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它相关的附图。

图1为本申请实施例提供的可控硅耐量测试装置的应用场景示意框图之一；

图2为本申请实施例提供的可控硅耐量测试方法的原理示意图；

图3为本申请实施例提供的可控硅耐量测试装置的应用场景示意框图之二；

图4为本申请实施例提供的可控硅耐量测试装置的应用场景示意框图之三；

图5为本申请实施例提供的可控硅耐量测试方法的流程示意图。

图标：10-可控硅耐量测试装置；110-交变电源；120-第一控制电路；130-第二控制电路；140-回路电流检测电路；150-可调负载电阻；160-主控电路；20-待测可控硅。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

请参阅图1，本申请实施例提供一种可控硅耐量测试装置10，可控硅耐量测试装置10可以包括交变电源110、与交变电源110电性连接的第一控制电路120、与第一控制电路120电性连接的第二控制电路130以及与交变电源110电性连接的回路电流检测电路140。

本实施例中，交变电源110可以用于提供频率和幅度周期性变化的交变交流，交变交流是指电流方向随频率和幅度作周期性变化的电流，在一个周期内的平均电流为零。例如，不同于直流电，交变交流的方向是会随着频率和幅度发生改变的，而直流电流没有周期性变化。

本实施例中，第二控制电路130可以按照设定冲击电流幅度向待测可控硅20输入电流冲击信号，第一控制电路120可根据设定冲击持续时间和设定冲击间隔时间控制第二控制电路130每次输入的电流冲击信号的冲击持续时间和冲击间隔时间，并记录电流冲击信号的冲击次数。

其中，设定冲击电流幅度可以是指输入的电流冲击信号的电流幅度，设定冲击持续时间可以是指在输入的电流冲击信号的冲击时间，设定冲击间隔时间可以是指每次向待测可控硅20输入电流冲击信号时的间隔时间。

本实施例中，回路电流检测电路140可以用于检测待测可控硅20的回路电流信号，并根据回路电流信号显示待测可控硅20的回路电流状态。

基于上述描述，下面结合图2对本实施例的各个参数进行示例性说明。如图2所示，Im1(-Im1)可以表示电流冲击信号的设定冲击电流幅度，T可以表示设定冲击间隔时间，T_on表示设定冲击持续时间，T_off表示设定冲击间隔时间中除去设定冲击持续时间的时间。

基于上述设计，本实施例提供的可控硅耐量测试装置10，通过第一控制电路120根据设定冲击持续时间和设定冲击间隔时间控制第二控制电路130每次输入的电流冲击信号的冲击持续时间和冲击间隔时间，并通过第二控制电路130按照设定冲击电流幅度向待测可控硅20输入电流冲击信号，并记录电流冲击信号的冲击次数，并且通过回路电流检测电路140检测待测可控硅20的回路电流信号，并根据回路电流信号显示待测可控硅20的回路电流状态。如此，能够基于待测可控硅20的回路电流状态分析电流冲击信号的冲击次数，将半导体器件的电流冲击耐受能力进行有效量化，以便于后续准确评估半导体器件的电流冲击耐受能力，进而采取必要手段降低半导体器件的器件失效比例。

值得说明的是，在一种可能的实施方式中，设定冲击电流幅度根据待测可控硅20的额定电流值确定，设定冲击持续时间和设定冲击间隔时间根据待测可控硅20的器件使用场景确定。例如，设定冲击电流幅度通常情况下会远大于待测可控硅20的额定电流值，从而才可能测试到待测可控硅20的极限耐受能力。设定冲击持续时间和设定冲击间隔时间可以根据待测可控硅20的器件使用场景确定。例如，待测可控硅20使用在不同的器件使用场景，其具体的使用强度和使用持续时长不同，可以相对应地灵活设置设定冲击持续时间和设定冲击间隔时间，从而满足不同器件使用场景的具体需求。

在一种可能的实施方式中，第一控制电路120可以包括电流接通子电路、电流断开子电路、计时控制子电路以及计数子电路，计时控制子电路与电流接通子电路和电流断开子电路电性连接，计数子电路与计时控制子电路电性连接。

其中，电流接通子电路用于控制交变电源110向第二控制电路130输入交变交流，电流断开子电路用于控制交变电源110向第二控制电路130停止输入交变交流，计时控制子电路用于通过控制电流接通子电路和电流断开子电路使交变电源110每间隔设定冲击间隔时间向第二控制电路130输入持续设定冲击持续时间的交变交流，计数子电路用于检测交变电源110向第二控制电路130输入的交变交流的计数值。可以理解，计数值与电流冲击信号的冲击次数一一对应。

例如，假设设定冲击间隔时间为1秒，设定冲击持续时间为0.3秒，那么计时控制子电路可以每隔1秒控制电流接通子电路接通交变电源110，并在1秒之后控制电流断开子电路断开交变电源110，从而可以使得交变电源110每间隔1秒的时间向第二控制电路130输入持续0.3秒的交变交流，同时在每次交变电源110接通时，计数子电路检测交变电源110向第二控制电路130输入的交变交流的计数值即可增加一次计数。

在一种可能的实施方式中，第二控制电路130可以包括触发电流控制子电路以及与触发电流控制子电路电性连接的电流冲击控制子电路。

其中，触发电流控制子电路可用于产生冲击触发信号给电流冲击控制子电路，电流冲击控制子电路可用于在冲击触发信号的控制下时，按照设定冲击电流幅度向待测可控硅20输入电流冲击信号。

值得说明的是，在一种可能的实施方式中，为了便于后续直观观察出电流冲击信号的冲击电流幅度变化，电流冲击控制子电路向待测可控硅20输入的电流冲击信号中可以设置有相位信号。例如，通过调整电流冲击信号PF值来设置对应的相位信号。

在一种可能的实施方式中，请进一步参阅图3，可控硅耐量测试装置10还可以包括电性连接于交变电源110和待测可控硅20之间的可调负载电阻150，以通过该可调负载电阻150缓冲电流。

在一种可能的实施方式中，回路电流检测电路140可以用于根据回路电流信号展示待测可控硅20的回路电流信号在时间轴上的电流幅度。

基于此，测试人员可以根据回路电流检测电路140展示的回路电流信号在时间轴上的电流幅度，观察电流幅度的变化。考虑到在该待测可控硅20的器件功能正常时，其导通时具有较小的控制角，不是处于完全导通的状态，因此电流幅度小于该待测可控硅20完全导通时的电流幅度。当观察到电流幅度增加，此时待测可控硅20处于完全导通状态时，则表明该待测可控硅20的控制失效。因此，在该待测可控硅20控制失效前承受的电流冲击信号的冲击次数，可以等同于该待测可控硅20的电流冲击耐量值。

例如，仍旧参阅图2，当电流幅度由Im1(-Im1)增加到Im2(-Im2)时，则表明该待测可控硅20的控制失效，此时可以观测到在该待测可控硅20控制失效前承受的电流冲击信号的冲击次数为3次，因此该待测可控硅20的电流冲击耐量值为3。

在上述基础上，为了便于自动观测到该待测可控硅20的电流冲击耐量值，节省人力观察成本，在一种可能的实施方式中，请结合参阅图4，可控硅耐量测试装置10还可以包括与回路电流检测电路140、第一控制电路120以及第二控制电路130电性连接的主控电路160。

其中，主控电路160可用于根据待测可控硅20的回路电流信号在时间轴上的电流幅度以及电流冲击信号的冲击次数生成待测可控硅20的电流冲击耐量值。

例如，主控电路160可以检测待测可控硅20的回路电流信号的电流幅度是否小于待测可控硅20完全导通时的电流幅度，当待测可控硅20的回路电流信号的电流幅度小于待测可控硅20完全导通时的电流幅度时，确定待测可控硅20的导通状态为部分导通状态。

其次，当主控电路160检测到待测可控硅20完全导通，且待测可控硅20的回路电流信号的电流幅度不小于待测可控硅20完全导通时的电流幅度时，确定待测可控硅20的导通状态为完全导通状态。

由此，主控电路160可以将待测可控硅20的导通状态转换为完全导通状态之前的电流冲击信号的冲击次数确定为待测可控硅20的电流冲击耐量值。

在一种可能的实施方式中，考虑到在实际测试过程中，可能会采用不同的设定冲击电流幅度、设定冲击持续时间以及设定冲击间隔时间下的电流冲击耐量值对待测可控硅20的电流冲击耐量值进行多次不同分组的测试，从而可以得到多组数据。为了进一步准确评估待测可控硅20的电流冲击耐量值，主控单元130还可以用于根据待测可控硅20分别在不同的设定冲击电流幅度、设定冲击持续时间以及设定冲击间隔时间下的电流冲击耐量值，生成待测可控硅20的电流冲击耐量值的权衡值。

例如，作为一种可能的示例，可以将每一组不同的设定冲击电流幅度、设定冲击持续时间以及设定冲击间隔时间下的电流冲击耐量值构建对应的权衡矩阵，权衡矩阵中可以对应于每一组电流冲击耐量值所对应的器件使用场景。由此，可以根据权衡矩阵输出多个器件使用场景的电流冲击耐量调整参数，并获取多个电流冲击耐量调整参数中每个电流冲击耐量调整参数在权衡矩阵中的分布权值，根据每个电流冲击耐量调整参数的分布权值，从预设分布权值信息表中获取得到每个电流冲击耐量调整参数的分布权值序列。在此基础上，可以根据每个电流冲击耐量调整参数关联的电流冲击耐量调整参数的调整参数范围区间，从该电流冲击耐量调整参数对应的分布权值序列中选取该电流冲击耐量调整参数的分布权值信息。

接下来，可以根据每个电流冲击耐量调整参数的调整参数范围区间，计算得到每个电流冲击耐量调整参数的分布权值下限值，然后根据每个电流冲击耐量调整参数的分布权值下限值，查询预先配置的查询数据库得到多个电流冲击耐量调整参数的参数分量。

由此，可以根据每个电流冲击耐量调整参数的参数分量分别对每个对应的电流冲击耐量值进行乘积运算，并将乘积运算结果进行加权处理，从而可以得到待测可控硅20的电流冲击耐量值的权衡值。

基于同一发明构思，请结合参阅图5，本申请实施例还提供一种可控硅耐量测试方法，该可控硅耐量测试方法可以由上述实施例中的可控硅耐量测试装置10来执行。应当说明的是，本实施例所提供的可控硅耐量测试方法的详细步骤可以参照上述实施例中相关部分的描述即可，本实施例不对加以详述。下面对该可控硅耐量测试方法进行简要介绍。

步骤S110，按照设定冲击电流幅度向待测可控硅20输入电流冲击信号。

步骤S120，根据设定冲击持续时间和设定冲击间隔时间控制每次输入的电流冲击信号的冲击持续时间和冲击间隔时间，并记录电流冲击信号的冲击次数。

步骤S130，检测待测可控硅20的回路电流信号，并根据回路电流信号显示待测可控硅20的回路电流状态。

关于上述步骤的详细内容可以参照上述关于可控硅耐量测试装置10的描述，此处不再一一赘述。

基于上述步骤，本实施例能够基于待测可控硅20的回路电流状态分析电流冲击信号的冲击次数，将半导体器件的电流冲击耐受能力进行有效量化，以便于后续准确评估半导体器件的电流冲击耐受能力，进而采取必要手段降低半导体器件的器件失效比例。

需要说明的是，在本文中，术语"包括"、"包含"或者其任何其它变体意在涵盖非排它性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括一个……"限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种可控硅耐量测试装置，其特征在于，所述可控硅耐量测试装置包括：

交变电源，用于提供频率和幅度周期性变化的交变交流；

与所述交变电源电性连接的第一控制电路；

与所述第一控制电路电性连接的第二控制电路；

与所述交变电源电性连接的回路电流检测电路；

所述第二控制电路，用于按照设定冲击电流幅度向待测可控硅输入电流冲击信号，所述第一控制电路用于根据设定冲击持续时间和设定冲击间隔时间控制所述第二控制电路每次输入的所述电流冲击信号的冲击持续时间和冲击间隔时间，并记录所述电流冲击信号的冲击次数；

所述回路电流检测电路，用于检测所述待测可控硅的回路电流信号，并根据所述回路电流信号显示所述待测可控硅的回路电流状态。

2.根据权利要求1所述的可控硅耐量测试装置，其特征在于，所述第一控制电路包括：

电流接通子电路，用于控制所述交变电源向所述第二控制电路输入交变交流；

电流断开子电路，用于控制所述交变电源向所述第二控制电路停止输入交变交流；

与所述电流接通子电路和所述电流断开子电路电性连接的计时控制子电路，用于通过控制所述电流接通子电路和所述电流断开子电路使所述交变电源每间隔所述设定冲击间隔时间向所述第二控制电路输入持续所述设定冲击持续时间的交变交流；以及

与所述计时控制子电路电性连接的计数子电路，用于检测所述交变电源向所述第二控制电路输入的交变交流的计数值，所述计数值与所述电流冲击信号的冲击次数一一对应。

3.根据权利要求1所述的可控硅耐量测试装置，其特征在于，所述第二控制电路包括：

触发电流控制子电路以及与所述触发电流控制子电路电性连接的电流冲击控制子电路；

所述触发电流控制子电路用于产生冲击触发信号给所述电流冲击控制子电路，所述电流冲击控制子电路用于在所述冲击触发信号的控制下时，按照设定冲击电流幅度向所述待测可控硅输入电流冲击信号。

4.根据权利要求3所述的可控硅耐量测试装置，其特征在于，所述电流冲击控制子电路向所述待测可控硅输入的电流冲击信号中设置有相位信号。

5.根据权利要求1所述的可控硅耐量测试装置，其特征在于，还包括：

电性连接于所述交变电源和所述待测可控硅之间的可调负载电阻。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的可控硅耐量测试装置，其特征在于，所述回路电流检测电路具体用于根据所述回路电流信号展示所述待测可控硅的回路电流信号在时间轴上的电流幅度。

7.根据权利要求6所述的可控硅耐量测试装置，其特征在于，还包括：

与所述回路电流检测电路、所述第一控制电路以及所述第二控制电路电性连接的主控电路；

所述主控电路，用于根据所述待测可控硅的回路电流信号在时间轴上的电流幅度以及所述电流冲击信号的冲击次数生成所述待测可控硅的电流冲击耐量值。

8.根据权利要求7所述的可控硅耐量测试装置，其特征在于，所述主控电路，具体用于：

检测所述待测可控硅的回路电流信号的电流幅度是否小于所述待测可控硅完全导通时的电流幅度，当所述待测可控硅的回路电流信号的电流幅度小于所述待测可控硅完全导通时的电流幅度时，确定所述待测可控硅的导通状态为部分导通状态；以及

当所述待测可控硅完全导通，且所述待测可控硅的回路电流信号的电流幅度不小于所述待测可控硅完全导通时的电流幅度时，确定所述待测可控硅的导通状态为完全导通状态；

将所述待测可控硅的导通状态转换为完全导通状态之前的电流冲击信号的冲击次数确定为所述待测可控硅的电流冲击耐量值。

9.根据权利要求1所述的可控硅耐量测试装置，其特征在于，所述设定冲击电流幅度根据所述待测可控硅的额定电流值确定，所述设定冲击持续时间和所述设定冲击间隔时间根据所述待测可控硅的器件使用场景确定。

10.一种可控硅耐量测试方法，其特征在于，应用于权利要求1-9中任意一项所述的可控硅耐量测试装置，所述方法包括：

按照设定冲击电流幅度向待测可控硅输入电流冲击信号；

根据设定冲击持续时间和设定冲击间隔时间控制每次输入的所述电流冲击信号的冲击持续时间和冲击间隔时间，并记录所述电流冲击信号的冲击次数；

检测所述待测可控硅的回路电流信号，并根据所述回路电流信号显示所述待测可控硅的回路电流状态。

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