CN114325284A - 一种可实现自动重复浪涌的浪涌测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可实现自动重复浪涌的浪涌测试方法，包括以下内容：将需要被测试的功率半导体器件放置在测试台上，使被测器件和浪涌测试平台的浪涌电流输出端安全可靠连接，然后设置浪涌周期数目、两次浪涌测试的间隔时间以及浪涌电流的幅值和周期。在浪涌测试期间，测量被测器件的源漏电压和浪涌电流，在浪涌测试前和浪涌测试后测量各个电极间的电阻、转移特性曲线等电学参数。遭受浪涌电流冲击的被测器件的电学特性通常会发生变化，根据所测量的电学参数的变化来判断器件是否失效以及器件性能的退化程度。本发明解决了传统的以LC振荡原理为基础的浪涌测试平台仅能进行单次浪涌测试的问题，通过选择合适的开关器件以及设计合理的浪涌电流发生电路得到了能够实现自动重复浪涌的测试平台。
Description
技术领域
本发明属于功率半导体器件测试领域，具体涉及一种可实现自动重复浪涌的浪涌测试方法。
背景技术
自20世纪80年代起，硅基IGBT已经成为电力电子应用领域的主导功率器件。然而随着技术的不断进步，传统的功率器件已经逼近了硅材料的极限。为了突破硅材料的极限，采用宽禁带的半导体器件，如SiC器件和GaN器件已经成为热门的研究课题。SiC材料作为一种宽禁带半导体材料，具有高击穿场强、高饱和电子漂移速率、高热导率等优点，因此SiC功率半导体器件可以实现高压、大功率、高频、高温应用，可以提高电力电子装置的效率、降低装置体积和重量。商业化的SiC功率MOSFET相比于传统的硅基IGBT，具有特征导通电阻低、集成度高、阻断特性好、热稳定性好以及耐辐照等优点。但由于SiC功率MOSFET栅氧工艺的局限性，其可靠性远不及传统的硅基IGBT器件。为了进一步推广和加快SiC功率MOSFET的应用和发展，势必要提高SiC功率MOSFET的可靠性。例如，SiC功率MOSFET在开通或者关断状态下，器件的体二极管可能因某些原因会承受远超于额定电流的浪涌冲击。在整个电路的运行过程中，器件可能会受到多次浪涌电流的冲击。而目前，传统的用于检测器件浪涌性能的测试平台要进行重复浪涌测试仍需要手动频繁调试。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种可实现自动重复浪涌的浪涌测试方法，用于测试SiCMOSFET的浪涌可靠性。
本发明涉及的技术方案是：
步骤一：将需要被测试的功率半导体器件放置在测试台上，使被测器件源极和漏极两端和浪涌测试平台的浪涌电流输出端安全可靠连接；
步骤二：设置浪涌电流的幅值和周期、重复浪涌的数目以及两次浪涌测试的间隔时间；
步骤三：在浪涌测试期间，测量被测器件的源漏电压和浪涌电流，在浪涌测试前和浪涌测试后测量各个电极间的电阻、体二极管的伏安特性曲线等电学参数；
步骤四：遭受浪涌电流冲击的被测器件的电学特性通常会发生变化，根据所测量的电学参数的变化来判断器件是否失效以及器件性能的退化程度。
所述的被测试的功率半导体器件是指SiCMOSFET。
在充电回路中，利用直流电源V1向电容C充电。在浪涌产生回路中，利用电容C和电感L产生正弦振荡的交流电流。S2为半控型器件晶闸管，通过阻断负向的交流电流使被测器件在每次浪涌测试中只承受一个正弦半波的浪涌电流冲击。
通过调整电容C和电感L的大小来控制浪涌电流的周期，在电容C和电感L固定不变时，可通过调整直流电源V1的输出来控制浪涌电流的幅值。
为实现可重复的浪涌测试，充电回路的S1需为完全可控的器件，例如IGBT或者MOSFET。充电过程中，前期的过冲电流可能会损坏S1，充电回路需要串联限流电阻。
当漏源电压的波形发生严重畸变或者被测器件三个电极之间的电阻阻值急剧降低时，器件因浪涌冲击而失效。当转移特性曲线等电学参数出现明显偏移时，器件因浪涌冲击而显著退化。
本发明的有益效果：本发明测试方法弥补了传统方法在进行重复测试时需要手动频繁调试的不足，使用本方法可以安全、快速、有效地进行任意周期和循环次数的浪涌测试并得到被测器件关于浪涌可靠性的相关数据。
附图说明
图1为重复浪涌测试平台的电路原理图；
图2为用于实现重复浪涌的控制信号；
图3为具体实施的浪涌电流的波形；
图4为具体实施的源漏电压的波形；
图5为重复浪涌测试中的体二极管伏安特性的变化曲线。
具体实施方式
为了更详细地阐述本发明，下面将结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
重复浪涌测试平台的主电路原理图如图1所示，整个电路包括左半部分为充电回路，右半部分为浪涌发生电路。充电回路包括直流电源V1、开关S1、电容C以及限流电阻R，四个部分依次按照上述顺序串联。浪涌发生电路包括、电容C、开关S2、电感L以及被测器件，四个部分依次按照上述顺序串联。其中被测器件源极和电感L连接，漏极和电容C连接。开关S2的一端连接于开关S1和电容C之间，被测器件的一端连接于限流电阻R和电容C之间。
如图1所示，电路的驱动部分包括被测器件的驱动电路和开关S1和S2的控制信号。驱动电路连接于被测器件的栅极和源极两端以控制沟道的开通和关断。控制信号由信号发生器产生，用于控制开关S1和S2的开通以及开关S1的关断。
本发明的实施例：
步骤一：将需要被测试的功率半导体器件放置在测试台上，使被测器件源极和漏极两端和浪涌测试平台的浪涌电流输出端安全可靠连接；
步骤二：通过调整电容C和电感L的大小来控制浪涌电流的周期，依据的计算公式为：
由于在测试过程中有交流电流经过电容C，电容C不宜采用有极性的电解电容，可采用薄膜电容。为满足测试较大浪涌电流的要求，需提高电感L的饱和电流，可采用空芯电感。
在电容C和电感L的大小确定之后，可通过调整直流电源V1的输出来控制浪涌电流的幅值。若忽略电路的损耗，依据的公式为：
重复浪涌测试的过程：如图2所示，通过对开关S1和S2施加同步控制信号以实现重复浪涌。首先关断S2并开启S1，待电容C充电完毕后，关断S1，然后开启S2，浪涌发生回路产生浪涌电流。图2中t1为电容的充电时间，由于限流电阻的存在，应注意给予足够的充电时间以保证电容电压达到设定值。t2为两次浪涌的间隔时间，应保证在下一次浪涌测试之前被测器件已冷却至室温，一般设置为数几十秒；
步骤三：在浪涌测试期间，测量被测器件的源漏电压和浪涌电流，在浪涌测试前和浪涌测试后测量各个电极间的电阻、体二极管的伏安特性曲线等电学参数；
电路产生的具体的浪涌电流波形如图3所示，浪涌电流为脉宽10ms的正弦半波电流。电路产生的具体的源漏电压波形如图4所示。
步骤四：遭受浪涌电流冲击的被测器件的电学特性通常会发生变化，根据所测量的电学参数的变化来判断器件是否失效以及器件性能的退化程度。
通常可利用三个电极间的电阻的变化来判断器件是否失效以及器件的失效模式。可利用体二极管的伏安特性曲线的变化来判断器件的退化程度，如图5所示，在相同的漏极电流下，体二极管的压降随循环次数的增加不断变大，表明器件在重复的浪涌电流冲击中封装电阻逐渐增加或者可能发生了双极退化。
Claims (6)
1.一种可实现自动重复浪涌的浪涌测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将需要被测试的功率半导体器件放置在测试台上，使被测器件源极和漏极两端和浪涌测试平台的浪涌电流输出端安全可靠连接；
步骤二：设置浪涌电流的幅值和周期、重复浪涌的数目以及两次浪涌测试的间隔时间；
步骤三：在浪涌测试期间，测量被测器件的源漏电压和浪涌电流，在浪涌测试前和浪涌测试后测量各个电极间的电阻、体二极管的伏安特性曲线等电学参数；
步骤四：遭受浪涌电流冲击的被测器件的电学特性通常会发生变化，根据所测量的电学参数的变化来判断器件是否失效以及器件性能的退化程度。
2.根据权利要求1所述的一种可实现自动重复浪涌的浪涌测试方法，其特征在于：所述的被测试的功率半导体器件是指SiCMOSFET。
3.根据权利要求1所述的一种可实现自动重复浪涌的浪涌测试方法，其特征在于：在充电回路中，利用直流电源V1向电容C充电。在浪涌产生回路中，电容C和电感L产生正弦振荡的交流电流。S2为半控型器件晶闸管，通过阻断负向的交流电流使被测器件在每次浪涌测试中只承受一个正弦半波的浪涌电流冲击。
4.根据权利要求1所述的一种可实现自动重复浪涌的浪涌测试方法，其特征在于：通过调整电容C和电感L的大小来控制浪涌电流的周期，在电容C和电感L固定不变时，可通过调整直流电源V1的输出来控制浪涌电流的幅值。
5.根据权利要求1所述的一种可实现自动重复浪涌的浪涌测试方法，其特征在于：为实现可重复的浪涌测试，充电回路的S1需为完全可控的器件，例如IGBT或者MOSFET。充电过程中，前期的过冲电流可能会损坏S1，充电回路需要串联限流电阻。
6.根据权利要求1所述的一种可实现自动重复浪涌的浪涌测试方法，其特征在于：当漏源电压的波形发生严重畸变或者被测器件三个电极之间的电阻阻值急剧降低时，器件因浪涌冲击而失效。当转移特性曲线等电学参数出现明显偏移时，器件因浪涌冲击而显著退化。
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