CN113759227B - 功率器件的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种功率器件的检测方法，包括：对待测功率器件进行扫频处理；获取待测功率器件各端子的等效阻抗参数；根据预设的判断规则，确定待测功率器件的损伤情况；其中，等效阻抗参数包括：等效电阻、等效电容、等效电感。本发明所提供的功率器件的检测方法，通过扫频处理获取待测功率各端子的等效阻抗参数后，可直接通过预设的判断规则对待测功率器件各方面的损伤情况进行有效准确的判定，无需对功率器件进行带电导通工作，无需设计专门的测试电路或测试系统，无需对功率器件进行开封，满足了可靠性检测、快速性检测、通用性检测、无损性检测的需求。

Description

功率器件的检测方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种功率器件的检测方法。
背景技术
功率器件是电子电力技术的核心，随着电子产业飞速发展，功率器件的应用范围也越来越广泛。在实际使用中，功率器件长期运行在严酷的条件下，不停地经受电-热-振动的冲击，随着使用时间的增长，功率器件的老化和损伤情况日益严重。研究表明，在电力系统故障中，约38％的故障源于功率器件的老化和损伤，因此，功率器件的检测方法就变得尤为重要。
传统的功率器件检测方法分为机械、电学、形貌检测三大类，然而，无论是哪一种检测方法，都存在着一定的弊端。
机械检测方法主要针对功率器件键合线的检测，不适用于功率器件的老化检测和芯片损伤检测。在机械检测的过程中，可能会给功率器件引入微损伤，且对于多根并联的键合线无法进行有效区别。
电学检测方法是基于功率器件的内部特征参数进行检测的，检测结果严重依赖功率器件的芯片温度，难以进行定量分析，且特征参数对于键合线损伤无法进行直观的估算，且在检测过程中，需要在功率器件内部设置高灵敏度的传感器，或者需要设计专用的参数检测电路或测试夹具，对检测人员的知识水平要求较高，不便于普遍推广。
形貌检测方法属于物理结构检测，在检测时往往需要对功率器件进行开封或做成特定的测试结构，测试方法复杂，测试设备昂贵，不适用于功率器件的快速可靠性检测。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明提出一种功率器件的检测方法。
有鉴于此，本发明的提供了一种功率器件的检测方法，包括：对待测功率器件进行扫频处理；获取待测功率器件各端子的等效阻抗参数；根据预设的判断规则，确定待测功率器件的损伤情况；其中，等效阻抗参数包括：等效电阻、等效电容、等效电感。
本发明所提供的功率器件的检测方法，首先对待测功率器件进行扫频处理，在扫频处理的同时获取不同频率下待测功率器件各端子的等效阻抗参数，然后再根据预设的判断规则，确定待测功率器件的损伤情况。其中，等效阻抗参数包括等效电阻、等效电容、等效电感。这样，本发明所提供的功率器件的检测方法可通过不同频率下功率器件的等效阻抗参数(等效电阻、等效电容、等效电感)的变化直接识别出待测功率器件各方面的损伤情况，通过不同的等效阻抗参数的变化对待测功率器件各方面的老化和损伤情况进行有效识别和分析，检测结果准确度较高，满足可靠性检测的需求。
并且，本发明所提供的功率器件的检测方法在对功率器件进行检测时，只需对待测功率器件进行扫频处理以获取功率器件各端子的等效阻抗参数(等效电阻、等效电容、等效电感)，进而可通过等效阻抗参数对功率器件的损伤情况进行判定。也就是说，本发明所提供的功率器件的检测方法，无需对功率器件进行带电导通工作，满足快速性检测的需求。
进一步地，本发明所提供的功率器件的检测方法可通过不同频率下功率器件的等效阻抗参数(等效电阻、等效电容、等效电感)的变化直接识别出待测功率器件各方面的损伤情况，无需针对不同类、不同型号的功率器件设计开发专用的测试电路或测试系统，对测试人员的知识水平要求较低，满足通用性检测的需求。
进一步地，本发明提供的功率器件的检测方法，通过对待测的功率器件进行扫频处理来获取功率器件各端子的等效阻抗参数(等效电阻、等效电容、等效电感)，进而可直接通过预设的判断规则对待测功率器件的损伤情况进行判定。这样，在对功率器件进行检测的过程中，不需要识别出待测功率器件的内部结构，即无需对待测功率器件进行开封，无需对待测功率器件进行预处理，满足了无损性检测的要求。
因此，本发明所提供的功率器件的检测方法将待测功率器件等效为一组R-L-C串联的阻抗网络，通过扫频处理获取待测功率器件各端子的等效阻抗参数(等效电阻、等效电容、等效电感)后，可直接通过预设的判断规则对待测功率器件各方面的损伤情况进行有效准确的判定，满足了可靠性检测、快速性检测、通用性检测、无损性检测的需求。
另外，本发明提供的上述技术方案中的功率器件的检测方法，还可以具有如下附加技术特征：
在上述技术方案中，对待测功率器件进行扫频处理，具体包括：将待测功率器件固定在阻抗匹配测试夹具上；将阻抗匹配测试夹具与矢量网络分析仪电连接；利用矢量网络分析仪对阻抗匹配测试夹具施加连续扫频信号。
在该技术方案中，首先将待测功率器件固定在阻抗匹配测试夹具上，再将阻抗匹配测试夹具与矢量网络分析仪进行电连接，通过矢量网络分析仪对阻抗匹配测试夹具施加连续的扫频信号，以此来实现对待测功率器件的扫频处理。通过对待测功率器件进行扫频处理来获取待测功率器件各端子的等效阻抗参数(等效电阻、等效电容、等效电感)，以为后面的检测做准备。具体地，通过矢量网络分析仪获取待测功率器件的S参数信息，进而将S参数信息转化为Z参数，再利用算法，获取待测功率器件的等效电阻、等效电容以及等效电感。
另外，通过矢量网络分析仪对待测功率器件进行扫频处理，实际为对待测功率器件进行二端口网络测试，在这个过程中，无需对待测功率器件进行带电导通工作，满足了快速检测的需求。且测试所需的阻抗匹配测试夹具和矢量网络分析仪均为常见的测试工具，在测试过程中，无需对测试环境的温度、湿度等有较高要求，满足了通用性检测的需求，降低了检测成本。
在上述任一技术方案中，获取待测功率器件各端子的等效阻抗参数，具体包括：基于连续扫频信号的频率为谐振频率，获取待测功率器件各端子的等效电阻；基于连续扫频信号的频率在第一预设范围内，获取待测功率器件各端子的等效电容；基于连续扫频信号的频率在第二预设范围内，获取待测功率器件各端子的等效电感。
在该技术方案中，通过矢量网络分析仪对阻抗匹配测试夹具施加连续的扫频信号，在阻抗角等于零时得到待测功率器件的谐振频率，这时电抗和容抗互相抵消，电路表现为纯电阻电路，在此时获取待测功率器件各端子的等效电阻，以为待测功率器件的老化检测做准备。在连续扫频信号的频率处于第一预设范围内的情况下，获取待测功率器件各端子的等效电容，以为待测功率器件的芯片损伤检测做准备。在连续扫频信号的频率处于第二预设范围内的情况下，获取待测功率器件各端子的等效电感，以为待测功率器件的键合线损伤检测做准备。
在上述任一技术方案中，第一预设范围为0-100KHz，第二预设范围为200-350MHz。
在该技术方案中，第一预设范围为0-100KHz，在这个范围内，获取待测功率器件各端子的等效电容。通过限定扫频信号的频率在0-100KHz的范围内，防止了待测功率器件的寄生电感和寄生电阻的干扰，保证了等效电容的精确度。
进一步地，在该技术方案中，第二预设范围为200-350MHz，在这个范围内，获取待测功率器件各端子的等效电感。通过限定扫频信号的频率在200-350MHz的范围内，保证了等效电感的精确度。扫频信号的频率高于350MHz时，趋肤效应的干扰明显，会导致获取到的待测功率器件的S参数不正确，从而无法得出待测功率器件的等效电感。
在上述任一技术方案中，根据预设的判断规则，确定待测功率器件的损伤情况，具体包括：根据预设的导通电阻和等效电阻的拟合曲线，确定待测功率器件的老化程度；根据待测功率器件的等效电容变化率和预设阈值的比较结果，确定待测功率器件的芯片损伤情况；根据预设的等效电感变化率和键合线损伤数量的拟合曲线，确定待测功率器件的键合线损伤情况。
在该技术方案中，根据预设的导通电阻和等效电阻的拟合曲线，确定待测功率器件的老化程度，根据待测功率器件的等效电容变化率和预设阈值的比较结果，确定待测功率器件的芯片损伤情况，根据预设的等效电感变化率和键合线损伤数量的拟合曲线，确定待测功率器件的键合线损伤情况。这样，在保证检测结果的全面性和准确性的同时，仅通过简单的拟合曲线或特定参数值的比较，即可完成对功率器件的检测，测试方法简单有效。
具体地，在待测功率器件的检测过程中，无需对待测功率器件进行开封，也无需设计专门的测试电路或测试系统，也无需对待测功率器件进行带电导通工作，并且通过直观的参数或拟合曲线来获取检测结果，降低了对检测人员的知识水平的要求，从而满足了可靠性检测、快速性检测、通用性检测、无损性检测的需求。
在上述任一技术方案中，预设的导通电阻和等效电阻的拟合曲线通过以下方式得到：对功率器件施加饱和开通电压，持续对功率器件进行老化试验；定时获取功率器件的等效电阻和对应的导通电阻；对等效电阻和导通电阻进行二项式拟合，得到预设的导通电阻和等效电阻的拟合曲线。
在该技术方案中，对功率器件施加饱和开通电压，并对功率器件进行老化试验。在老化试验的过程中，定时获取功率器件的等效电阻和对应的导通电阻。当获得的数据足够多时，对等效电阻和导通电阻进行二项式拟合，得到导通电阻和等效电阻的拟合曲线，以为后续的待测功率器件的老化程度检测做准备。
进一步地，在该技术方案中，也可使导通电阻按照固定的恶化率持续对功率器件进行老化。在功率器件的老化过程中，随着导通电阻恶化率的增加，依次记录导通电阻所对应的等效电阻，进而得到导通电阻和等效电阻的拟合曲线。
在上述任一技术方案中，预设的等效电感变化率和键合线损伤数量的拟合曲线通过以下方式得到：对功率器件开封，逐根损伤功率器件的键合线；获取功率器件的键合线损伤数量和对应的等效电感；通过功率器件的等效电感和标准功率器件的等效电感确定功率器件的等效电感变化率；对等效电感变化率和键合线损伤数量进行拟合，得到预设的等效电感变化率和键合线损伤数量的拟合曲线。
在该技术方案中，对功率器件进行开封，逐根损伤功率器件的键合线。在损伤功率器件的键合线的过程中，依次记录损伤键合线的数量以及对应的等效电感，并通过功率器件的等效电感和标准功率器件的等效电感确定功率器件的等效电感变化率。具体地，根据以下公式来计算功率器件的等效电感变化率：
Figure BDA0003227239120000061
其中，η1表示等效电感变化率，L1表示损伤功率器件的等效电感，L2表示标准功率器件(即完好的功率器件)的等效电感。
当获得的数据足够多时，对等效电感变化率和键合线损伤数量进行拟合，得到等效电感变化率和键合线损伤数量的拟合曲线，以为后续的待测功率器件的键合线的损伤检测做准备。
在上述任一技术方案中，根据预设的导通电阻和等效电阻的拟合曲线，确定待测功率器件的老化程度，具体包括：根据待测功率器件的等效电阻和预设的导通电阻和等效电阻的拟合曲线，获取待测功率器件的导通电阻；通过待测功率器件的导通电阻和标准功率器件的导通电阻，确定待测功率器件的老化程度。
在该技术方案中，根据预设的导通电阻和等效电阻的拟合曲线，确定待测功率器件的老化程度。首先，通过对待测功率器件进行扫频处理来获取待测功率器件的等效电阻。具体地，利用阻抗匹配测试夹具和矢量网络分析仪对待测功率器件进行扫频处理。然后，根据等效电阻和预设的导通电阻和等效电阻的拟合曲线，推算出待测功率器件当前等效电阻所对应的导通电阻。最后，通过推算出的待测功率器件的导通电阻和标准功率器件的导通电阻，确定待测功率器件的老化程度。具体地，根据以下公式来计算待测功率器件的老化率(老化程度)：
Figure BDA0003227239120000062
其中，η2表示功率器件的老化率(老化程度)，RDS1表示基于等效电阻通过导通电阻和等效电阻的拟合曲线所推算出的待测功率器件的导通电阻，RDS2表示标准功率器件(即完好的功率器件)的导通电阻。
在该技术方案中，只需获取待测功率器件的等效电阻，即可根据预设的导通电阻和等效电阻的拟合曲线推算出待测功率器件当前的导通电阻，进而通过待测功率器件的导通电阻和标准功率器件的导通电阻，即可确定待测功率器件的老化程度。在对待测功率器件的老化程度进行检测的过程中，无需对待测功率器件进行开封，也无需设计专门的测试电路或测试系统，无需复杂的测试工具，也无需对待测功率器件进行带电导通工作。通过直观的拟合曲线即可完成对待测功率器件老化程度的检测，满足了可靠性检测、快速性检测、通用性检测、无损性检测的需求。
在上述任一技术方案中，根据待测功率器件的等效电容变化率和预设阈值的比较结果，确定待测功率器件的芯片损伤情况，具体包括：通过待测功率器件的等效电容和标准功率器件的等效电容，确定待测功率器件的等效电容变化率；若等效电容变化率大于预设阈值，判定待测功率器件的芯片完全损伤，若等效电容变化率小于预设阈值，判定待测功率器件的芯片未完全损伤。
在该技术方案中，根据待测功率器件的等效电容变化率和预设阈值的比较结果，确定待测功率器件的芯片损伤情况。首先，通过对待测功率器件进行扫频处理来获取待测功率器件的等效电容。具体地，利用阻抗匹配测试夹具和矢量网络分析仪对待测功率器件进行扫频处理。然后，根据待测功率器件的等效电容和标准功率器件的等效电容，确定待测功率器件的等效电容变化率。具体地，根据以下公式来计算待测功率器件的等效电容变化率：
Figure BDA0003227239120000071
其中，η3表示等效电容变化率，C1表示损伤功率器件的等效电容，C2表示标准功率器件(即完好的功率器件)的等效电容。
最后，根据等效电容变化率和预设阈值的比较结果，确定待测功率器件的芯片的损伤情况。具体地，如果等效电容变化率大于预设阈值，则判定待测功率器件的芯片完全损伤，如果等效电容变化率小于预设阈值，则判定待测功率器件的芯片未完全损伤。其中，预设阈值根据待测功率器件的种类及型号确定。
在该技术方案中，只需获取待测功率器件的等效电容，即可根据待测功率器件的等效电容和标准功率器件的等效电容，确定待测功率器件的等效电容变化率，进而将待测功率器件的等效电容变化率和预设阈值相比较，即可确定待测功率器件的芯片的损伤情况。在对待测功率器件的芯片损伤进行检测的过程中，无需对待测功率器件进行开封，也无需设计专门的测试电路或测试系统，无需复杂的测试工具，也无需对待测功率器件进行带电导通工作。通过直观的等效电容变化率和预设阈值的比较即可完成对待测功率器件芯片损伤的检测，满足了可靠性检测、快速性检测、通用性检测、无损性检测的需求。
在上述任一技术方案中，根据预设的等效电感变化率和键合线损伤数量的拟合曲线，确定待测功率器件的键合线损伤情况，具体包括：通过待测功率器件的等效电感和标准功率器件的等效电感，得到待测功率器件的等效电感变化率；根据预设的等效电感变化率和键合线损伤数量的拟合曲线，确定待测功率器件的键合线的损伤情况。
在该技术方案中，根据预设的等效电感变化率和键合线损伤数量的拟合曲线，确定待测功率器件的键合线损伤情况。首先，通过对待测功率器件进行扫频处理来获取待测功率器件的等效电感。具体地，利用阻抗匹配测试夹具和矢量网络分析仪对待测功率器件进行扫频处理。然后，根据待测功率器件的等效电感和标准功率器件的等效电感，得到待测功率器件的等效电感变化率。具体地，根据以下公式来计算待测功率器件的等效电感变化率：
Figure BDA0003227239120000081
其中，η1表示等效电感变化率，L1表示损伤功率器件的等效电感，L2表示标准功率器件(即完好的功率器件)的等效电感。
最后，根据预设的等效电感变化率和键合线损伤数量的拟合曲线，确定待测功率器件的键合线的损伤情况。具体地，键合线的损伤情况可包括无损伤、微损伤、键合线断裂1根、键合线断裂2根、键合线断裂3根等。
在该技术方案中，只需获取待测功率器件的等效电感，即可根据待测功率器件的等效电感和标准功率器件的等效电感，得到待测功率器件的等效电感变化率，进而通过等效电感变化率和键合线损伤数量的拟合曲线，确定待测功率器件的键合线的损伤情况。在对待测功率器件的键合线损伤进行检测的过程中，无需对待测功率器件进行开封，也无需设计专门的测试电路或测试系统，无需复杂的测试工具，也无需对待测功率器件进行带电导通工作。通过直观的拟合曲线即可完成对待测功率器件键合线损伤的检测，满足了可靠性检测、快速性检测、通用性检测、无损性检测的需求。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1示出了根据本发明的一个实施例的功率器件的检测方法的流程图；
图2示出了根据本发明的另一个实施例的功率器件的检测方法的流程图；
图3示出了根据本发明的再一个实施例的功率器件的检测方法的流程图；
图4示出了根据本发明的再一个实施例的功率器件的检测方法的流程图；
图5示出了根据本发明的一个实施例的确定导通电阻和等效电阻的拟合曲线的方法流程图；
图6示出了根据本发明的一个实施例的确定等效电感变化率和键合线损伤数量的拟合曲线的方法流程图；
图7示出了根据本发明的再一个实施例的功率器件的检测方法的流程图；
图8示出了根据本发明的再一个实施例的功率器件的检测方法的流程图；
图9示出了根据本发明的再一个实施例的功率器件的检测方法的流程图；
图10示出了根据本发明的再一个实施例的功率器件的检测方法的流程图；
图11示出了根据本发明的一个具体实施例的功率器件的导通电阻和等效电阻的关系曲线图；
图12示出了根据本发明的一个具体实施例的功率器件的等效电感及等效电感变化率与键合线损伤数量的关系图；
图13示出了根据本发明的一个具体实施例的确定导通电阻和等效电阻的拟合曲线的方法示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面参照图1至图13描述根据本发明一些实施例提出的功率器件的检测方法。
在本发明的一个实施例中，如图1所示，本发明提供了一种功率器件的检测方法，包括：
步骤S102，对待测功率器件进行扫频处理；
步骤S104，获取待测功率器件各端子的等效阻抗参数；
步骤S106，根据预设的判断规则，确定待测功率器件的损伤情况；
其中，等效阻抗参数包括：等效电阻、等效电容、等效电感。
本发明所提供的功率器件的检测方法，首先对待测功率器件进行扫频处理，在扫频处理的同时获取不同频率下待测功率器件各端子的等效阻抗参数，然后再根据预设的判断规则，确定待测功率器件的损伤情况。其中，等效阻抗参数包括等效电阻、等效电容、等效电感。这样，本发明所提供的功率器件的检测方法可通过不同频率下功率器件的等效阻抗参数(等效电阻、等效电容、等效电感)的变化直接识别出待测功率器件各方面的损伤情况，通过不同的等效阻抗参数的变化对待测功率器件各方面的老化和损伤情况进行有效识别和分析，检测结果准确度较高，满足可靠性检测的需求。
并且，本发明所提供的功率器件的检测方法在对功率器件进行检测时，只需对待测功率器件进行扫频处理以获取功率器件各端子的等效阻抗参数(等效电阻、等效电容、等效电感)，进而可通过等效阻抗参数对功率器件的损伤情况进行判定。也就是说，本发明所提供的功率器件的检测方法，无需对功率器件进行带电导通工作，满足快速性检测的需求。
进一步地，本发明所提供的功率器件的检测方法可通过不同频率下功率器件的等效阻抗参数(等效电阻、等效电容、等效电感)的变化直接识别出待测功率器件各方面的损伤情况，无需针对不同型号的功率器件设计开发专用的测试电路或测试系统，对测试人员的知识水平要求较低，满足通用性检测的需求。
进一步地，本发明提供的功率器件的检测方法，通过对待测的功率器件进行扫频处理来获取功率器件各端子的等效阻抗参数(等效电阻、等效电容、等效电感)，进而可直接通过预设的判断规则对待测功率器件的损伤情况进行判定。这样，在对功率器件进行检测的过程中，不需要识别出待测功率器件的内部结构，即无需对待测功率器件进行开封，无需对待测功率器件进行预处理，满足了无损性检测的要求。
因此，本发明所提供的功率器件的检测方法将待测功率器件等效为一组R-L-C串联的阻抗网络，通过扫频处理获取待测功率器件各端子的等效阻抗参数(等效电阻、等效电容、等效电感)后，可直接通过预设的判断规则对待测功率器件各方面的损伤情况进行有效准确的判定，满足了可靠性检测、快速性检测、通用性检测、无损性检测的需求。
在本发明的另一个实施例中，如图2所示，功率器件的检测方法包括：
步骤S202，将待测功率器件固定在阻抗匹配测试夹具上；
步骤S204，将阻抗匹配测试夹具与矢量网络分析仪电连接；
步骤S206，利用矢量网络分析仪对阻抗匹配测试夹具施加连续扫频信号；
步骤S208，获取待测功率器件各端子的等效阻抗参数；
步骤S210，根据预设的判断规则，确定待测功率器件的损伤情况；
其中，等效阻抗参数包括：等效电阻、等效电容、等效电感。
在该实施例中，首先将待测功率器件固定在阻抗匹配测试夹具上，再将阻抗匹配测试夹具与矢量网络分析仪进行电连接，通过矢量网络分析对阻抗匹配测试夹具施加连续的扫频信号，以此来实现对待测功率器件的扫频处理。通过对待测功率器件进行扫频处理来获取待测功率器件各端子的等效阻抗参数(等效电阻、等效电容、等效电感)，以为后面的检测做准备。具体地，通过矢量网络分析仪获取待测功率器件的S参数信息，进而将S参数信息转化为Z参数，再利用算法，获取待测功率器件的等效电阻、等效电容以及等效电感。
另外，在该实施例中，通过矢量网络分析仪对待测功率器件进行扫频处理，实际为对待测功率器件进行二端口网络测试，在这个过程中，无需对待测功率器件进行带电导通工作，满足了快速检测的需求。且测试所需的阻抗匹配测试夹具和矢量网络分析仪均为常见的测试工具，在测试过程中，无需对测试环境的温度、湿度等有较高要求，满足了通用性检测的需求，降低了检测成本。
具体实施例中，阻抗匹配测试夹具的阻抗为50Ω，连续扫频信号的频率为10KHz-300MHz。
在本发明的再一个实施例中，如图3所示，功率器件的检测方法包括：
步骤S302，将待测功率器件固定在阻抗匹配测试夹具上；
步骤S304，将阻抗匹配测试夹具与矢量网络分析仪电连接；
步骤S306，利用矢量网络分析仪对阻抗匹配测试夹具施加连续扫频信号；
步骤S308，基于连续扫频信号的频率为谐振频率，获取待测功率器件各端子的等效电阻；
步骤S310，基于连续扫频信号的频率在第一预设范围内，获取待测功率器件各端子的等效电容；
步骤S312，基于连续扫频信号的频率在第二预设范围内，获取待测功率器件各端子的等效电感；
步骤S314，根据预设的判断规则，确定待测功率器件的损伤情况；
其中，等效阻抗参数包括：等效电阻、等效电容、等效电感。
在该实施例中，通过矢量网络分析仪对阻抗匹配测试夹具施加连续的扫频信号，在阻抗角等于零时得到待测功率器件的谐振频率，这时电抗和容抗互相抵消，电路表现为纯电阻电路，在此时获取待测功率器件各端子的等效电阻，以为待测功率器件的老化检测做准备。在连续扫频信号的频率处于第一预设范围内的情况下，获取待测功率器件各端子的等效电容，以为待测功率器件的芯片损伤检测做准备。在连续扫频信号的频率处于第二预设范围内的情况下，获取待测功率器件各端子的等效电感，以为待测功率器件的键合线损伤检测做准备。
在该实施例中，第一预设范围为0-100KHz，在这个范围内，获取待测功率器件各端子的等效电容。通过限定扫频信号的频率在0-100KHz的范围内，防止了待测功率器件的寄生电感和寄生电阻的干扰，保证了等效电容的精确度。
进一步地，在该实施例中，第二预设范围为200-350MHz，在这个范围内，获取待测功率器件各端子的等效电感。通过限定扫频信号的频率在200-350MHz的范围内，保证了等效电感的精确度。扫频信号的频率高于350MHz时，趋肤效应的干扰明显，会导致获取到的待测功率器件的S参数不正确，从而无法得出待测功率器件的等效电感。
在本发明的再一个实施例中，如图4所示，功率器件的检测方法包括：
步骤S402，对待测功率器件进行扫频处理；
步骤S404，获取待测功率器件各端子的等效阻抗参数；
步骤S406，根据预设的导通电阻和等效电阻的拟合曲线，确定待测功率器件的老化程度；
步骤S408，根据待测功率器件的等效电容变化率和预设阈值的比较结果，确定待测功率器件的芯片损伤情况；
步骤S410，根据预设的等效电感变化率和键合线损伤数量的拟合曲线，确定待测功率器件的键合线损伤情况；
其中，等效阻抗参数包括：等效电阻、等效电容、等效电感。
在该实施例中，根据预设的导通电阻和等效电阻的拟合曲线，确定待测功率器件的老化程度，根据待测功率器件的等效电容变化率和预设阈值的比较结果，确定待测功率器件的芯片损伤情况，根据预设的等效电感变化率和键合线损伤数量的拟合曲线，确定待测功率器件的键合线损伤情况。这样，在保证检测结果的全面性和准确性的同时，仅通过简单的拟合曲线或特定参数值的比较，即可完成对功率器件的检测，测试方法简单有效。
在该实施例中，在待测功率器件的检测过程中，无需对待测功率器件进行开封，也无需设计专门的测试电路或测试系统，也无需对待测功率器件进行带电导通工作，并且通过直观的参数或拟合曲线来获取检测结果，降低了对检测人员的知识水平的要求，从而满足了可靠性检测、快速性检测、通用性检测、无损性检测的需求。
具体实施例中，预设阈值根据待测功率器件的种类及型号设定，不同种类和型号的功率器件的预设阈值可能相同，也可能不同。
在本发明的一个实施例中，如图5所示，预设的导通电阻和等效电阻的拟合曲线通过以下方式得到：
步骤S502，对功率器件施加饱和开通电压，持续对功率器件进行老化试验；
步骤S504，定时获取功率器件的等效电阻和对应的导通电阻；
步骤S506，对等效电阻和导通电阻进行二项式拟合，得到预设的导通电阻和等效电阻的拟合曲线。
在该实施例中，对功率器件施加饱和开通电压，并对功率器件进行老化试验。在老化试验的过程中，定时获取功率器件的等效电阻和对应的导通电阻。当获得的数据足够多时，对等效电阻和导通电阻进行二项式拟合，得到导通电阻和等效电阻的拟合曲线，以为后续的待测功率器件的老化程度检测做准备。
具体实施例中，也可使导通电阻按照固定的恶化率持续对功率器件进行老化。在功率器件的老化过程中，随着导通电阻恶化率的增加，依次记录导通电阻所对应的等效电阻，进而得到导通电阻和等效电阻的拟合曲线。
具体实施例中，可利用大电流高温(200℃)对功率器件进行老化，或者利用温度循环(-50℃至150℃)对功率器件进行老化。
在本发明的一个实施例中，如图6所示，预设的等效电感变化率和键合线损伤数量的拟合曲线通过以下方式得到：
步骤S602，对功率器件开封，逐根损伤功率器件的键合线；
步骤S604，获取功率器件的键合线损伤数量和对应的等效电感；
步骤S606，通过功率器件的等效电感和标准功率器件的等效电感确定功率器件的等效电感变化率；
步骤S608，对等效电感变化率和键合线损伤数量进行拟合，得到预设的等效电感变化率和键合线损伤数量的拟合曲线。
在该实施例中，对功率器件进行开封，逐根损伤功率器件的键合线。在损伤功率器件的键合线的过程中，依次记录损伤键合线的数量以及对应的等效电感，并通过功率器件的等效电感和标准功率器件的等效电感确定功率器件的等效电感变化率。具体地，根据以下公式来计算功率器件的等效电感变化率：
Figure BDA0003227239120000151
其中，η1表示等效电感变化率，L1表示损伤功率器件的等效电感，L2表示标准功率器件(即完好的功率器件)的等效电感。
当获得的数据足够多时，对等效电感变化率和键合线损伤数量进行拟合，得到等效电感变化率和键合线损伤数量的拟合曲线，以为后续的待测功率器件的键合线的损伤检测做准备。
在本发明的再一个实施例中，如图7所示，功率器件的检测方法包括：
步骤S702，对待测功率器件进行扫频处理；
步骤S704，获取待测功率器件各端子的等效阻抗参数；
步骤S706，根据待测功率器件的等效电阻和预设的导通电阻和等效电阻的拟合曲线，获取待测功率器件的导通电阻；
步骤S708，通过待测功率器件的导通电阻和标准功率器件的导通电阻，确定待测功率器件的老化程度；
其中，等效阻抗参数包括：等效电阻、等效电容、等效电感。
在该实施例中，根据预设的导通电阻和等效电阻的拟合曲线，确定待测功率器件的老化程度。首先，通过对待测功率器件进行扫频处理来获取待测功率器件的等效电阻。具体地，利用阻抗匹配测试夹具和矢量网络分析仪对待测功率器件进行扫频处理。然后，根据等效电阻和预设的导通电阻和等效电阻的拟合曲线，推算出待测功率器件当前等效电阻所对应的导通电阻。最后，通过推算出的待测功率器件的导通电阻和标准功率器件的导通电阻，确定待测功率器件的老化程度。具体地，根据以下公式来计算待测功率器件的老化率(老化程度)：
Figure BDA0003227239120000161
其中，η2表示功率器件的老化率(老化程度)，RDS1表示基于等效电阻通过导通电阻和等效电阻的拟合曲线所推算出的待测功率器件的导通电阻，RDS2表示标准功率器件(即完好的功率器件)的导通电阻。
在该实施例中，只需获取待测功率器件的等效电阻，即可根据预设的导通电阻和等效电阻的拟合曲线推算出待测功率器件当前的导通电阻，进而通过待测功率器件的导通电阻和标准功率器件的导通电阻，即可确定待测功率器件的老化程度。在对待测功率器件的老化程度进行检测的过程中，无需对待测功率器件进行开封，也无需设计专门的测试电路或测试系统，无需复杂的测试工具，也无需对待测功率器件进行带电导通工作。通过直观的拟合曲线即可完成对待测功率器件老化程度的检测，满足了可靠性检测、快速性检测、通用性检测、无损性检测的需求。
在本发明的再一个实施例中，如图8所示，功率器件的检测方法包括：
步骤S802，对待测功率器件进行扫频处理；
步骤S804，获取待测功率器件各端子的等效阻抗参数；
步骤S806，通过待测功率器件的等效电容和标准功率器件的等效电容，确定待测功率器件的等效电容变化率；
步骤S808，若等效电容变化率大于预设阈值，判定待测功率器件的芯片完全损伤，若等效电容变化率小于预设阈值，判定待测功率器件的芯片未完全损伤；
其中，等效阻抗参数包括：等效电阻、等效电容、等效电感。
在该实施例中，根据待测功率器件的等效电容变化率和预设阈值的比较结果，确定待测功率器件的芯片损伤情况。首先，通过对待测功率器件进行扫频处理来获取待测功率器件的等效电容。具体地，利用阻抗匹配测试夹具和矢量网络分析仪对待测功率器件进行扫频处理。然后，根据待测功率器件的等效电容和标准功率器件的等效电容，确定待测功率器件的等效电容变化率。具体地，根据以下公式来计算待测功率器件的等效电容变化率：
Figure BDA0003227239120000171
其中，η3表示等效电容变化率，C1表示损伤功率器件的等效电容，C2表示标准功率器件(即完好的功率器件)的等效电容。
最后，根据等效电容变化率和预设阈值的比较结果，确定待测功率器件的芯片的损伤情况。具体地，如果等效电容变化率大于预设阈值，则判定待测功率器件的芯片完全损伤，如果等效电容变化率小于预设阈值，则判定待测功率器件的芯片未完全损伤。其中，预设阈值根据待测功率器件的种类及型号确定。
在该实施例中，只需获取待测功率器件的等效电容，即可根据待测功率器件的等效电容和标准功率器件的等效电容，确定待测功率器件的等效电容变化率，进而将待测功率器件的等效电容变化率和预设阈值相比较，即可确定待测功率器件的芯片的损伤情况。在对待测功率器件的芯片损伤进行检测的过程中，无需对待测功率器件进行开封，也无需设计专门的测试电路或测试系统，无需复杂的测试工具，也无需对待测功率器件进行带电导通工作。通过直观的等效电容变化率和预设阈值的比较即可完成对待测功率器件芯片损伤的检测，满足了可靠性检测、快速性检测、通用性检测、无损性检测的需求。
在本发明的再一个实施例中，如图9所示，功率器件的检测方法包括：
步骤S902，对待测功率器件进行扫频处理；
步骤S904，获取待测功率器件各端子的等效阻抗参数；
步骤S906，通过待测功率器件的等效电感和标准功率器件的等效电感，得到待测功率器件的等效电感变化率；
步骤S908，根据预设的等效电感变化率和键合线损伤数量的拟合曲线，确定待测功率器件的键合线的损伤情况；
其中，等效阻抗参数包括：等效电阻、等效电容、等效电感。
在该实施例中，根据预设的等效电感变化率和键合线损伤数量的拟合曲线，确定待测功率器件的键合线损伤情况。首先，通过对待测功率器件进行扫频处理来获取待测功率器件的等效电感。具体地，利用阻抗匹配测试夹具和矢量网络分析仪对待测功率器件进行扫频处理。然后，根据待测功率器件的等效电感和标准功率器件的等效电感，得到待测功率器件的等效电感变化率。具体地，根据以下公式来计算待测功率器件的等效电感变化率：
Figure BDA0003227239120000181
其中，η1表示等效电感变化率，L1表示损伤功率器件的等效电感，L2表示标准功率器件(即完好的功率器件)的等效电感。
最后，根据预设的等效电感变化率和键合线损伤数量的拟合曲线，确定待测功率器件的键合线的损伤情况。具体地，键合线的损伤情况可包括无损伤、微损伤、键合线断裂1根、键合线断裂2根、键合线断裂3根等。
在该实施例中，只需获取待测功率器件的等效电感，即可根据待测功率器件的等效电感和标准功率器件的等效电感，得到待测功率器件的等效电感变化率，进而通过等效电感变化率和键合线损伤数量的拟合曲线，确定待测功率器件的键合线的损伤情况。在对待测功率器件的键合线损伤进行检测的过程中，无需对待测功率器件进行开封，也无需设计专门的测试电路或测试系统，无需复杂的测试工具，也无需对待测功率器件进行带电导通工作。通过直观的拟合曲线即可完成对待测功率器件键合线损伤的检测，满足了可靠性检测、快速性检测、通用性检测、无损性检测的需求。
在本发明的再一个实施例中，如图10所示，功率器件的检测方法包括：
步骤S1002，将待测功率器件固定在阻抗匹配测试夹具上；
步骤S1004，将阻抗匹配测试夹具与矢量网络分析仪电连接；
步骤S1006，利用矢量网络分析仪对阻抗匹配测试夹具施加连续扫频信号；
步骤S1008，基于连续扫频信号的频率为谐振频率，获取待测功率器件各端子的等效电阻；
步骤S1010，基于连续扫频信号的频率在第一预设范围内，获取待测功率器件各端子的等效电容；
步骤S1012，基于连续扫频信号的频率在第二预设范围内，获取待测功率器件各端子的等效电感；
步骤S1014，根据待测功率器件的等效电阻和预设的导通电阻和等效电阻的拟合曲线，获取待测功率器件的导通电阻；
步骤S1016，通过待测功率器件的导通电阻和标准功率器件的导通电阻，确定待测功率器件的老化程度；
步骤S1018，通过待测功率器件的等效电容和标准功率器件的等效电容，确定待测功率器件的等效电容变化率；
步骤S1020，若等效电容变化率大于预设阈值，判定待测功率器件的芯片完全损伤，若等效电容变化率小于预设阈值，判定待测功率器件的芯片未完全损伤；
步骤S1022，通过待测功率器件的等效电感和标准功率器件的等效电感，得到待测功率器件的等效电感变化率；
步骤S1024，根据预设的等效电感变化率和键合线损伤数量的拟合曲线，确定待测功率器件的键合线的损伤情况；
其中，等效阻抗参数包括：等效电阻、等效电容、等效电感。第一预设范围为0-100KHz，第二预设范围为200-350MHz。
进一步地，图11示出了一个具体实施例中的随着功率器件的老化，功率器件的导通电阻和等效电阻的关系曲线图。其中L1表示随着功率器件的老化，功率器件的导通电阻和等效电阻的实际测量曲线，L2表示随着功率器件的老化，导通电阻和等效电阻的拟合曲线。具体地，导通电阻和等效电阻的拟合曲线(L2)可由以下方程表示：
y＝Intercept+B1×x+B2×x2+B3×x3，
其中，y表示导通电阻的数值，x表示等效电阻的数值，Intercept表示曲线的截距，Intercept的取值范围为-4.6776±1.01569，B1的取值范围为40.47381±8.3707，B2的取值范围为-108.16906±22.87926，B3的取值范围为97.98805±20.74376。
由图11可知，随着功率器件的老化，功率器件的导通电阻和等效电阻之间的关系可由一个具体的方程表示，即随着功率器件的老化，功率器件的导通电阻和等效电阻之间存在着明显的对应关系。在实际的测量中，只需获取待测功率器件的等效电阻，即可根据导通电阻和等效电阻的拟合曲线推算出对应的导通电阻，而无需对待测功率器件进行带电导通工作以获取其导通电阻。推算出待测功率器件的导通电阻后，即可通过待测功率器件的导通电阻和标准功率器件的导通电阻，确定待测功率器件的老化程度，具体方式见上述实施例。
进一步地，图12示出了一个具体实施例中随着功率器件键合线的损伤，功率器件的等效电感及等效电感变化率与键合线损伤数量的关系图。其中L1表示随着键合线的损伤，功率器件的等效电感和键合线损伤数量的对应关系，L2表示随着键合线的损伤，功率器件的等效电感变化率和键合线损伤数量的对应关系。
由图12可知，随着功率器件键合线的损伤，功率器件的等效电感变化率和键合线损伤数量之间存在着明显的相关性，随着键合线损伤数量的增加，功率器件的等效电感变化率也逐渐增加。因此，将功率器件的等效电感变化率和键合线损伤数量进行拟合，即可得到一个表征等效电感变化率和键合线损伤数量对应关系的确定的曲线。
在实际的测量中，只需获取待测功率器件的等效电感，并通过待测功率器件的等效电感和标准功率器件的等效电感，确定待测功率器件的等效电感变化率，即可根据等效电感变化率和键合线损伤数量的拟合曲线推算出待测功率器件的键合线损伤数量，而无需对待测功率器件进行开封测试，满足了无损测试的需求。
进一步地，具体实施例中，如图13所示，获取导通电阻和等效电阻的拟合曲线的具体方式为：将功率器件固定在50Ω阻抗匹配测试夹具1304上，通过测试电缆1308和测试电缆1310将50Ω阻抗匹配测试夹具1304和矢量网络分析仪1302进行电连接，以此来获取功率器件的等效电阻。通过导通电阻测试系统1306获取功率器件的导通电阻。通过数据处理系统1312对获取的功率器件的等效电阻和导通电阻进行处理，最终得到导通电阻和等效电阻的拟合曲线。
在本发明的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本发明中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种功率器件的检测方法，其特征在于，包括：
对待测功率器件进行扫频处理；
获取所述待测功率器件各端子的等效阻抗参数；
根据预设的判断规则，确定所述待测功率器件的损伤情况；
其中，所述等效阻抗参数包括：等效电阻、等效电容、等效电感；
所述根据预设的判断规则，确定所述待测功率器件的损伤情况，具体包括：
根据预设的导通电阻和等效电阻的拟合曲线，确定所述待测功率器件的老化程度；
根据所述待测功率器件的等效电容变化率和预设阈值的比较结果，确定所述待测功率器件的芯片损伤情况；
根据预设的等效电感变化率和键合线损伤数量的拟合曲线，确定所述待测功率器件的键合线损伤情况；
所述获取所述待测功率器件各端子的等效阻抗参数，具体包括：
基于连续扫频信号的频率为谐振频率，获取所述待测功率器件各端子的等效电阻；
基于所述连续扫频信号的频率在第一预设范围内，获取所述待测功率器件各端子的等效电容；
基于所述连续扫频信号的频率在第二预设范围内，获取所述待测功率器件各端子的等效电感；
所述第一预设范围为0-100KHz，所述第二预设范围为200-350MHz。
2.根据权利要求1所述的功率器件的检测方法，其特征在于，所述对待测功率器件进行扫频处理，具体包括：
将所述待测功率器件固定在阻抗匹配测试夹具上；
将所述阻抗匹配测试夹具与矢量网络分析仪电连接；
利用所述矢量网络分析仪对所述阻抗匹配测试夹具施加连续扫频信号。
3.根据权利要求1所述的功率器件的检测方法，其特征在于，所述预设的导通电阻和等效电阻的拟合曲线通过以下方式得到：
对功率器件施加饱和开通电压，持续对所述功率器件进行老化试验；
定时获取所述功率器件的等效电阻和对应的导通电阻；
对所述等效电阻和所述导通电阻进行二项式拟合，得到所述预设的导通电阻和等效电阻的拟合曲线。
4.根据权利要求1所述的功率器件的检测方法，其特征在于，所述预设的等效电感变化率和键合线损伤数量的拟合曲线通过以下方式得到：
对功率器件开封，逐根损伤所述功率器件的键合线；
获取所述功率器件的键合线损伤数量和对应的等效电感；
通过所述功率器件的等效电感和标准功率器件的等效电感确定所述功率器件的等效电感变化率；
对所述等效电感变化率和所述键合线损伤数量进行拟合，得到所述预设的等效电感变化率和键合线损伤数量的拟合曲线。
5.根据权利要求1所述的功率器件的检测方法，其特征在于，所述根据预设的导通电阻和等效电阻的拟合曲线，确定所述待测功率器件的老化程度，具体包括：
根据所述待测功率器件的等效电阻和预设的导通电阻和等效电阻的拟合曲线，获取所述待测功率器件的导通电阻；
通过所述待测功率器件的导通电阻和标准功率器件的导通电阻，确定所述待测功率器件的老化程度。
6.根据权利要求1所述的功率器件的检测方法，其特征在于，所述根据所述待测功率器件的等效电容变化率和预设阈值的比较结果，确定所述待测功率器件的芯片损伤情况，具体包括：
通过所述待测功率器件的等效电容和标准功率器件的等效电容，确定所述待测功率器件的等效电容变化率；
若所述等效电容变化率大于所述预设阈值，判定所述待测功率器件的芯片完全损伤，若所述等效电容变化率小于所述预设阈值，判定所述待测功率器件的芯片未完全损伤。
7.根据权利要求1所述的功率器件的检测方法，其特征在于，所述根据预设的等效电感变化率和键合线损伤数量的拟合曲线，确定所述待测功率器件的键合线损伤情况，具体包括：
通过所述待测功率器件的等效电感和标准功率器件的等效电感，得到所述待测功率器件的等效电感变化率；
根据所述预设的等效电感变化率和键合线损伤数量的拟合曲线，确定所述待测功率器件的键合线的损伤情况。
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Assignee: Guilin Xinyi Semiconductor Technology Co.,Ltd.

Assignor: GUILIN University OF ELECTRONIC TECHNOLOGY

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Denomination of invention: Testing methods for power devices

Granted publication date: 20230418

License type: Common License

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