CN114563676A - 一种mosfet高温可靠性综合测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MOSFET高温可靠性综合测试装置，包括：高温栅偏测试平台及高温反偏测试平台置于所述恒温箱内，恒温箱提供预设温度的恒温条件；电源模块为所述高温栅偏测试平台提供栅极电压、为高温反偏测试平台提供漏极电压；高温栅偏测试平台能同时对多个MOSFET进行栅偏测试，高温反偏测试平台能同时对多个MOSFET进行反偏测试；电流采集模块采集高温栅偏测试平台的测试电流、高温反偏测试的测试电流，从而实现对多个MOSFET同时进行高温栅偏测试或高温反偏测试，节省了测试时间，提高了测试效率。

Description

一种MOSFET高温可靠性综合测试装置

技术领域

本发明涉及半导体器件测试领域，具体涉及一种MOSFET高温可靠性综合测试装置。

背景技术

SiC材料的禁带宽度宽、临界击穿场强大、热导率高，是第三代半导体的典型代表。在诸多电力电子器件中，拥有电压控制、高输入阻抗、低驱动功率、低导通电阻、低开关损耗及高工作频率等优点的金属-氧化物半导体场效应晶体管(silicon carbide Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，即MOSFET)已在光伏逆变器及电动汽车中得到了广泛应用。与此同时拥有更高的临界击穿场强、更好的热传导性能、更小的导通电阻、更高的电子饱和速度以及更大的功率密度的SiC材料在功率半导体领域得到了广泛关注。SiC材料的优良特性也使得基于SiC器件的大功率电力电子装备拥有更轻的重量、更小的体积、更快的开关频率、更高的电压、更高的温度承受能力等，进而使得整个系统的功率密度与性能得到极大提升。

MOSFET的高温特性是其区别于传统硅基器件的重要特性，因此高温可靠性测试是SiC MOSFET产品化的必经之路，SiC MOSFET的工作温度比传统硅基器件高25～50℃，因此其高温可靠性测试条件愈发苛刻；通过HTGB(高温栅偏测试)可以反映器件栅极氧化层的稳定性，栅极氧化层较差会导致器件在频繁的开关过程中被击穿从而失效；而HTRB(高温反偏测试)可以反应器件的耐压水平，即器件终端承受电压的能力，终端较差的器件在长期的反偏电压应力下会被击穿进而导致器件失效。因此HTGB 和HTRB都是测试国产器件的可靠性的重要手段。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的高温可靠性测试时间长的缺陷，从而提供一种可同时进行多支SiC MOSFET HTGB和 HTRB试验的高温可靠性综合测试装置。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明实施例提供一种MOSFET高温可靠性综合测试装置，包括：恒温箱、高温栅偏测试平台、高温反偏测试平台、电源模块、电流采集模块，其中，高温栅偏测试平台及高温反偏测试平台置于恒温箱内，恒温箱用于提供预设温度的恒温条件；高温栅偏测试平台的正负极供电端、高温反偏测试平台的正负极供电端均与电源模块连接，电源模块置于恒温箱外，电源模块用于为高温栅偏测试平台提供栅极电压、为高温反偏测试平台提供漏极电压；高温栅偏测试平台用于同时对多个MOSFET进行栅偏测试，高温反偏测试平台用于同时对多个MOSFET进行反偏测试；电流采集模块置于恒温箱外，电流采集模块输入端分别与高温栅偏测试平台的正负极供电端、高温栅偏测试平台的正负极供电端连接，电流采集模块用于采集高温栅偏测试平台的测试电流、高温反偏测试的测试电流。

在一实施例中，MOSFET高温可靠性综合测试装置，还包括：数据处理模块，数据处理模块置于恒温箱外，数据处理模块输入端与电流采集模块的输出端连接，数据处理模块用于将电流采集模块采集的测试电流进行整理，并绘制测试图形。

在一实施例中，电源模块包括：栅极电源模块及高压电源模块，其中，栅极电源模块与高温栅偏测试平台的正负极供电端连接，栅极电源模块为高温栅偏测试平台提供栅极电压；高压电源模块与高温反偏测试平台的正负极供电端连接，高压电源模块为高温反偏测试平台提供漏极电压。

在一实施例中，高温反偏测试平台包括：第一PCB基板、第一正负极柱端子、多个第一MOSFET插槽及多个第一保护电阻，其中，第一PCB基板用于承载第一MOSFET插槽、第一保护电阻及第一正负极柱端子；每个第一MOSFET插槽的漏极、源极分别通过第一PCB基板内部金属走线与其他第一MOSFET插槽的漏极、源极对应相连，并最终与第一负极柱端子连接；每个第一MOSFET插槽的栅极通过第一PCB基板内部金属走线与一个第一保护电阻的第一端连接，该第一保护电阻的另一端通过第一PCB基板内部的金属走线与第一正极柱端子连接；第一正极柱端子、第一负极柱端子均通过第一PCB基板内部金属走线与栅极电源模块的正极供电端、负极供电端连接。

在一实施例中，高温栅偏测试平台的MOSFET插槽按照矩阵形式布置；每行第一MOSFET插槽漏极、源极分别通过第一PCB基板内部金属走线与本行其他第一MOSFET插槽的漏极、源极对应相连，并最终与第一负极柱端子连接；或者每列的第一MOSFET插槽漏极、源极分别通过第一PCB基板内部金属走线与本列其他第一MOSFET插槽的漏极、源极对应相连，并最终与第一负极柱端子连接。

在一实施例中，高温反偏测试平台包括：第二PCB基板、第二正负极柱端子、多个第二MOSFET插槽及多个第二保护电阻，其中，第二PCB基板用于承载第二MOSFET插槽、第二保护电阻及第二正负极柱端子；每个第二MOSFET插槽的栅极、源极分别通过第二PCB基板内部金属走线与其他第二MOSFET插槽的栅极、源极对应相连，并最终与第二负极柱端子连接；每个第二MOSFET插槽的漏极通过第二PCB基板内部金属走线与一个第二保护电阻的第一端连接，该第二保护电阻的另一端通过第二PCB基板内部的金属走线与第二正极柱端子连接；第二正极柱端子、第二负极柱端子与栅极电源模块的正极供电端、负极供电端连接。

在一实施例中，高温反偏测试平台的MOSFET插槽按照矩阵形式布置；每行第二MOSFET插槽漏极、源极分别通过第二PCB基板内部金属走线与本行其他第二MOSFET插槽的漏极、源极对应相连，并最终与第二负极柱端子连接；或者每列的第二MOSFET插槽漏极、源极分别通过第二PCB基板内部金属走线与本列其他第二MOSFET插槽的漏极、源极对应相连，并最终与第二负极柱端子连接。

在一实施例中，MOSFET高温可靠性综合测试装置还包括：多个绝缘支撑件，绝缘支撑件位于PCB基板四角的上部和下部，用于支撑测试平台并实现多个高温栅偏测试平台、高温反偏测试平台间的模块化组装。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的MOSFET高温可靠性综合测试装置，高温栅偏测试平台及高温反偏测试平台置于所述恒温箱内，恒温箱提供预设温度的恒温条件；电源模块为所述高温栅偏测试平台提供栅极电压、为高温反偏测试平台提供漏极电压；高温栅偏测试平台能同时对多个MOSFET进行栅偏测试，高温反偏测试平台能同时对多个MOSFET进行反偏测试；电流采集模块采集高温栅偏测试平台的测试电流、高温反偏测试的测试电流，从而实现对多个MOSFET同时进行高温栅偏测试或高温反偏测试，节省了测试时间，提高了测试效率。

2.本发明提供的MOSFET高温可靠性综合测试装置，利用绝缘支撑件支撑测试平台并实现多个高温栅偏测试平台、高温反偏测试平台间的模块化组装，从而进一步对更多的MOSFET进行测试。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的MOSFET高温可靠性综合测试装置的一个具体示例的组成图；

图2为本发明实施例提供的MOSFET高温可靠性综合测试装置的另一个具体示例的组成图；

图3为本发明实施例提供的MOSFET高温可靠性综合测试装置的另一个具体示例的组成图；

图4为本发明实施例提供的MOSFET高温可靠性综合测试装置的另一个具体示例的组成图；

图5为本发明实施例提供的高温栅偏测试平台的电路原理图；

图6为本发明实施例提供的高温反偏测试平台的电路原理图；

图7为本发明实施例提供的MOSFET插槽布置形式。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例

本发明实施例提供一种MOSFET高温可靠性综合测试装置，如图1所示，包括：恒温箱1、高温栅偏测试平台2、高温反偏测试平台3、电源模块4、电流采集模块5。

具体地，如图1所示，高温栅偏测试平台2及高温反偏测试平台3置于恒温箱1内，恒温箱1用于提供预设温度的恒温条件；该恒温箱1内可以设置加热装置、温度传感器，温度控制器与加热装置连接，温度传感器采集温度并发送至温度控制器，温度控制器根据采集的温度与预设温度比较，并发出控制命令至加热器，加热器基于控制命令实现加热或者停止加热，从而保证恒温条件。

具体地，如图1所示，高温栅偏测试平台2的正负极供电端、高温反偏测试平台3的正负极供电端均与电源模块4连接，电源模块4置于恒温箱1外，电源模块4用于为高温栅偏测试平台2提供栅极电压、为高温反偏测试平台3提供漏极电压。

具体地，如图2所示，电源模块4包括：栅极电源模块41及高压电源模块42，其中，栅极电源模块41与高温栅偏测试平台2的正负极供电端连接，栅极电源模块41为高温栅偏测试平台2提供栅极电压；高压电源模块 42与高温反偏测试平台3的正负极供电端连接，高压电源模块42为高温反偏测试平台3提供漏极电压。

具体地，本发明实施例的栅极电源模块41、高压电源模块42具有电压转换功能，栅极电源模块41可以将输入电压转换为-20V～20V的栅极电压，高压电源模块42可以将输入电压转换为1000V及以下的漏极电压，需要说明的是，上述电压的幅值仅限于举例，并不以此为限制。

由于现有技术对期间进行高温测试时，一次测试中仅能对一个 MOSFET器件进行测试，但是当需要对大量MOSFET进行测试时，则会导致测试时间长、效率低的情况，因此本发明实施例设置高温栅偏测试平台2、高温反偏测试平台3，其中高温栅偏测试平台2用于同时对多个MOSFET 进行栅偏测试，高温反偏测试平台3用于同时对多个MOSFET进行反偏测试。

具体地，如图1所示，电流采集模块5置于恒温箱1外，电流采集模块5输入端分别与高温栅偏测试平台2的正负极供电端、高温栅偏测试平台2的正负极供电端连接，电流采集模块5用于采集高温栅偏测试平台2 的测试电流、高温反偏测试的测试电流，其中，电流采集模块5可以对测试电流进行周期性采集，周期时间根据实际需求设定，在此不作限制。

在一具体实施例中，如图3所示，MOSFET高温可靠性综合测试装置还包括：数据处理模块6，数据处理模块6置于恒温箱1外，数据处理模块 6输入端与电流采集模块5的输出端连接，数据处理模块6用于将电流采集模块5采集的测试电流进行整理，并绘制测试图形。

具体地，本发明实施例的数据处理模块6具有显示屏，可以显示绘制的测试图形，以便测试人员观察。

在一具体实施例中，如图4及图5所示，高温反偏测试平台3包括：第一PCB基板21、第一正负极柱端子(第一正极柱端子22及第一负极柱端子23)、多个第一MOSFET插槽24及多个第一保护电阻25。

具体地，本发明实施例的第一PCB基板21用于承载第一MOSFET插槽、第一保护电阻及第一正负极柱端子；如图5所示，每个第一MOSFET 插槽的漏极、源极分别通过第一PCB基板21内部金属走线与其他第一 MOSFET插槽的漏极、源极对应相连，并最终与第一负极柱端子23连接；如图5所示，每个第一MOSFET插槽的栅极通过第一PCB基板21内部金属走线与一个第一保护电阻的第一端连接，该第一保护电阻的另一端通过第一PCB基板21内部的金属走线与第一正极柱端子22连接；如图5所示，第一正极柱端子22、第一负极柱端子23均通过第一PCB基板21内部金属走线与栅极电源模块41的正极供电端、负极供电端连接。

在一具体实施例中，如图5及图7所示，高温栅偏测试平台2的MOSFET 插槽按照矩阵形式布置。

具体地，每行第一MOSFET插槽漏极、源极分别通过第一PCB基板 21内部金属走线与本行其他第一MOSFET插槽的漏极、源极对应相连，并最终与第一负极柱端子23连接；或者每列的第一MOSFET插槽漏极、源极分别通过第一PCB基板21内部金属走线与本列其他第一MOSFET插槽的漏极、源极对应相连，并最终与第一负极柱端子23连接。

在一具体实施例中，如图4及图6所示，高温反偏测试平台3包括：第二PCB基板31、第二正负极柱端子(第二正极柱端子32及第二负极柱端子33)、多个第二MOSFET插槽34及多个第二保护电阻35。

具体地，本发明实施例的第二PCB基板31用于承载第二MOSFET插槽34、第二保护电阻35及第二正负极柱端子；如图6所示，每个第二 MOSFET插槽34的栅极、源极分别通过第二PCB基板31内部金属走线与其他第二MOSFET插槽34的栅极、源极对应相连，并最终与第二负极柱端子33连接；每个第二MOSFET插槽34的漏极通过第二PCB基板31内部金属走线与一个第二保护电阻35的第一端连接，该第二保护电阻35的另一端通过第二PCB基板31内部的金属走线与第二正极柱端子32连接；第二正极柱端子32、第二负极柱端子33与栅极电源模块41的正极供电端、负极供电端连接。

在一具体实施例中，如图6及图7所示，高温反偏测试平台3的MOSFET 插槽按照矩阵形式布置。

具体地，每行第二MOSFET插槽34漏极、源极分别通过第二PCB基板31内部金属走线与本行其他第二MOSFET插槽34的漏极、源极对应相连，并最终与第二负极柱端子33连接；或者每列的第二MOSFET插槽34 漏极、源极分别通过第二PCB基板31内部金属走线与本列其他第二MOSFET插槽34的漏极、源极对应相连，并最终与第二负极柱端子33连接。

在一具体实施例中，如图4所示，MOSFET高温可靠性综合测试装置还包括：多个绝缘支撑件7，绝缘支撑件7位于PCB基板四角的上部和下部，用于支撑测试平台并实现多个高温栅偏测试平台2、高温反偏测试平台 3间的模块化组装。

具体地，图中仅示出一个高温栅偏测试平台2与一个高温反偏测试平台3的模块化组装形式，当需要对大量的MOSFET进行测试时，可以将多个高温栅偏测试平台2进行组装、将多个高温反偏测试平台3进行组装，之后将MOSFET分布在不同的高温栅偏测试平台2进行高温栅偏测试，然后再将这些MOSFET分布在不同的高温反偏测试平台3进行高温反偏测试，其中，栅偏测试与反偏测试的顺序不固定。

需要说明的是，本发明实施例的电流采集模块5、记录软件、栅极电源模块41、高压电源模块42等部件均为可替换的模块化产品，可根据待测器件的不同而更换，以实现更广泛产品的测试需求。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种MOSFET高温可靠性综合测试装置，其特征在于，包括：恒温箱、高温栅偏测试平台、高温反偏测试平台、电源模块、电流采集模块，其中，

所述高温栅偏测试平台及所述高温反偏测试平台置于所述恒温箱内，所述恒温箱用于提供预设温度的恒温条件；

所述高温栅偏测试平台的正负极供电端、所述高温反偏测试平台的正负极供电端均与所述电源模块连接，所述电源模块置于所述恒温箱外，所述电源模块用于为所述高温栅偏测试平台提供栅极电压、为所述高温反偏测试平台提供漏极电压；

所述高温栅偏测试平台用于同时对多个MOSFET进行栅偏测试，所述高温反偏测试平台用于同时对多个MOSFET进行反偏测试；

所述电流采集模块置于所述恒温箱外，所述电流采集模块输入端分别与所述高温栅偏测试平台的正负极供电端、所述高温栅偏测试平台的正负极供电端连接，所述电流采集模块用于采集所述高温栅偏测试平台的测试电流、所述高温反偏测试的测试电流。

2.根据权利要求1所述的MOSFET高温可靠性综合测试装置，其特征在于，还包括：

数据处理模块，所述数据处理模块置于所述恒温箱外，所述数据处理模块输入端与所述电流采集模块的输出端连接，所述数据处理模块用于将所述电流采集模块采集的测试电流进行整理，并绘制测试图形。

3.根据权利要求1所述的MOSFET高温可靠性综合测试装置，其特征在于，所述电源模块包括：栅极电源模块及高压电源模块，其中，

所述栅极电源模块与所述高温栅偏测试平台的正负极供电端连接，所述栅极电源模块为所述高温栅偏测试平台提供栅极电压；

所述高压电源模块与所述高温反偏测试平台的正负极供电端连接，所述高压电源模块为所述高温反偏测试平台提供漏极电压。

4.根据权利要求2所述的MOSFET高温可靠性综合测试装置，其特征在于，所述高温反偏测试平台包括：第一PCB基板、第一正负极柱端子、多个第一MOSFET插槽及多个第一保护电阻，其中，

所述第一PCB基板用于承载所述第一MOSFET插槽、第一保护电阻及第一正负极柱端子；

每个所述第一MOSFET插槽的漏极、源极分别通过所述第一PCB基板内部金属走线与其他所述第一MOSFET插槽的漏极、源极对应相连，并最终与第一负极柱端子连接；

每个所述第一MOSFET插槽的栅极通过所述第一PCB基板内部金属走线与一个所述第一保护电阻的第一端连接，该第一保护电阻的另一端通过所述第一PCB基板内部的金属走线与第一正极柱端子连接；

第一正极柱端子、第一负极柱端子均通过所述第一PCB基板内部金属走线与栅极电源模块的正极供电端、负极供电端连接。

5.根据权利要求4所述的MOSFET高温可靠性综合测试装置，其特征在于，

所述高温栅偏测试平台的MOSFET插槽按照矩阵形式布置；

每行第一MOSFET插槽漏极、源极分别通过所述第一PCB基板内部金属走线与本行其他所述第一MOSFET插槽的漏极、源极对应相连，并最终与第一负极柱端子连接；或者每列的第一MOSFET插槽漏极、源极分别通过所述第一PCB基板内部金属走线与本列其他所述第一MOSFET插槽的漏极、源极对应相连，并最终与第一负极柱端子连接。

6.根据权利要求4所述的MOSFET高温可靠性综合测试装置，其特征在于，所述高温反偏测试平台包括：第二PCB基板、第二正负极柱端子、多个第二MOSFET插槽及多个第二保护电阻，其中，

所述第二PCB基板用于承载所述第二MOSFET插槽、第二保护电阻及第二正负极柱端子；

每个所述第二MOSFET插槽的栅极、源极分别通过所述第二PCB基板内部金属走线与其他所述第二MOSFET插槽的栅极、源极对应相连，并最终与第二负极柱端子连接；

每个所述第二MOSFET插槽的漏极通过所述第二PCB基板内部金属走线与一个所述第二保护电阻的第一端连接，该第二保护电阻的另一端通过所述第二PCB基板内部的金属走线与第二正极柱端子连接；

第二正极柱端子、第二负极柱端子与栅极电源模块的正极供电端、负极供电端连接。

7.根据权利要求6所述的MOSFET高温可靠性综合测试装置，其特征在于，

所述高温反偏测试平台的MOSFET插槽按照矩阵形式布置；

每行第二MOSFET插槽漏极、源极分别通过所述第二PCB基板内部金属走线与本行其他所述第二MOSFET插槽的漏极、源极对应相连，并最终与第二负极柱端子连接；或者每列的第二MOSFET插槽漏极、源极分别通过所述第二PCB基板内部金属走线与本列其他所述第二MOSFET插槽的漏极、源极对应相连，并最终与第二负极柱端子连接。

8.根据权利要求6所述的MOSFET高温可靠性综合测试装置，其特征在于，还包括：

多个绝缘支撑件，所述绝缘支撑件位于PCB基板四角的上部和下部，用于支撑测试平台并实现多个高温栅偏测试平台、高温反偏测试平台间的模块化组装。

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