CN115902567A - 一种高压晶体管测试电路及系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及半导体测试领域，公开了一种高压晶体管测试及系统，包括：控制器、第一限流电路、第二限流电路、第三限流电路、数据采集电路；其中，第一限流电路的限流能力大于第二限流电路和第三限流电路；数据采集电路与被测晶体管的第一端、第二端和控制端均连接，以获取检测信号；控制器与第一电源、第二电源连接，通过调节输出电压执行测试工作。本方案通过在测试电路中设置第一限流电路，以防止在晶体管测试过程中晶体管短路时电路中电流过大导致测试电路故障，同时，为了防止第一限流电路限流能力过大导致检测信号过低，额外设置限流能力远小于第一限流电路的第二限流电路和第三限流电路，进一步提高测试电路的稳定性和可靠性。

Description

一种高压晶体管测试电路及系统

技术领域

本申请涉及半导体测试领域，特别是涉及一种高压晶体管测试电路及系统。

背景技术

随着半导体技术的发展，高压晶体管（反向耐压大的晶体管）作为开关器件，被广泛应用于工业电子和消费类电子领域内的电源中（例如AC/DC变换器）。目前，高压晶体管大多采用SiC、GaN材料，但由于SiC、GaN的相关技术不成熟，导致高压晶体管良品率较低。由于高压晶体管工作电压较高，容易在测试过程中损坏测试设备，导致高压晶体管的测试难度较大，因此，大部分故障高压晶体管不能及时发现，造成使用晶体管的产品合格率较低，提高生产成本。

由此可见，如何提供一种稳定可靠的高压晶体管测试电路，以及时发现故障的高压晶体管，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种稳定可靠的高压晶体管测试电路及系统，以及时发现故障的高压晶体管，从而提高使用晶体管设备的安全性。

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种高压晶体管测试电路，包括：

控制器、第一限流电路、第二限流电路、第三限流电路、数据采集电路；其中，所述第一限流电路的限流能力大于所述第二限流电路和所述第三限流电路；

所述第一限流电路的输入端与第二电源连接，所述第一限流电路的输出端与被测晶体管的第一端连接，所述第二限流电路的输入端与第一电源、所述被测晶体管的控制端均连接，所述第三限流电路的输入端与所述被测晶体管的第二端连接，所述第三限流电路的输出端接地；

所述数据采集电路与所述被测晶体管的第一端、第二端和控制端均连接，以获取检测信号；

所述控制器与所述第一电源、所述第二电源连接，通过调节所述第一电源、所述第二电源的输出电压执行测试工作。

优选的，所述第二限流电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管，所述第一二极管的阳极与所述第二二极管的阴极连接作为所述第二限流电路的输入端，所述第一二极管的阴极、所述第二二极管的阳极均与所述第三二极管的第一端连接，所述第三二极管的第二端与所述第四二极管的第一端连接，所述第四二极管的第二端作为所述第二限流电路的输出端；其中，所述第三二极管与所述第四二极管极性相反。

优选的，还包括：跟随电路；

所述跟随电路包括：运算放大器和第一电阻；

所述第一电阻的第一端与所述第一二极管的阴极连接，所述第一电阻的第二端与所述运算放大器的输出端、所述运算放大器的反向输入端均连接；

所述运算放大器的同向输入端与所述第一二极管的阳极连接。

优选的，所述数据采集电路包括第一电流表、第二电流表、第三电流表；

所述第一电流表与所述被测晶体管控制端连接，所述第二电流表与所述被测晶体管第一端连接，所述第三电流表与所述被测晶体管第二端连接；

所述第一电流表、所述第二电流表、所述第三电流表均与所述控制器连接，以向所述控制器发送所述检测信号。

优选的，所述第一限流电路为可变电阻；

所述第一限流电路与所述控制器连接，以在接收到所述控制器发送的限流指令后工作；其中，所述限流指令为所述控制器检测到所述检测信号大于阈值时生成的指令。

优选的，还包括温度控制电路，所述温度控制电路与所述控制器连接，以获取温度指令；

所述温度控制电路包括加热器件和温度传感器，以根据所述温度指令控制所述被测晶体管的温度。

优选的，还包括通信电路；

所述通信电路与所述控制器连接，以获取所述检测信号，并将所述检测信号发送至远程服务器。

优选的，还包括测试终止电路；

所述测试终止电路包括第一开关器件和第二开关器件；

所述第一开关器件的第一端与所述第一电源连接，所述第一开关器件的第二端与所述被测晶体管的第一端连接；

所述第二开关器件的第一端与所述第二电源连接，所述第二开关器件的第二端与所述被测晶体管的控制端连接；

所述第一开关器件、所述第二开关器件的控制端均与所述控制器连接，以在所述被测晶体管满足预设条件时控制所述第一开关器件和所述第二开关器件断开。

优选的，还包括报警电路；

所述报警电路与所述控制器连接，以在所述被测晶体管满足预设条件时发出警报。

为了解决上述技术问题，本申请还提供了一种高压晶体管测试系统，包括所述的高压晶体管测试电路。

本申请提供了一种高压晶体管测试电路，包括：控制器、第一限流电路、第二限流电路、第三限流电路、数据采集电路；其中，第一限流电路的限流能力大于第二限流电路和第三限流电路；第一限流电路的输入端与第二电源连接，第一限流电路的输出端与被测晶体管的第一端连接，第二限流电路的输入端与第一电源、被测晶体管的控制端均连接，第三限流电路的输入端与被测晶体管的第二端连接，第三限流电路的输出端接地；数据采集电路与被测晶体管的第一端、第二端和控制端均连接，以获取检测信号；控制器与第一电源、第二电源连接，通过调节第一电源、第二电源的输出电压执行测试工作。由此可见，本申请所提供的技术方案，通过在测试电路中设置第一限流电路，以防止在晶体管测试过程中晶体管短路时电路中电流过大导致测试电路故障，同时，为了防止第一限流电路限流能力过大导致检测信号过低，额外设置限流能力远小于第一限流电路的第二限流电路和第三限流电路，进一步提高测试电路的稳定性和可靠性。

此外，本申请还提供了一种高压晶体管测试系统，与上述高压晶体管测试电路对应，效果同上。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请实施例所提供的一种高压晶体管测试电路的结构图；

图2为本申请实施例所提供的另一种高压晶体管测试电路的结构图；

附图标记如下：1为控制器、2为第一限流电路、3为第二限流电路、4为第三限流电路。

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，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。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，都属于本申请保护范围。

本申请的核心是提供一种稳定可靠的高压晶体管测试电路及系统，以及时发现故障的高压晶体管，从而提高使用晶体管设备的安全性。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。

图1为本申请实施例所提供的一种高压晶体管测试电路的结构图，如图1所示，该电路包括：

控制器1、第一限流电路2、第二限流电路3、第三限流电路4、数据采集电路；其中，第一限流电路2的限流能力远大于第二限流电路3和第三限流电路4；

第一限流电路2的输入端与第二电源V/Isource2连接，第一限流电路2的输出端与被测晶体管的第一端连接，第二限流电路3的输入端与第一电源V/Isource1连接，第二限流电路3的输出端与被测晶体管的控制端连接，第三限流电路4的输入端与被测晶体管的第二端连接，第三限流电路4的输出端接地；

数据采集电路与被测晶体管的第一端、第二端和控制端均连接，以获取检测信号；

控制器1与第一电源V/Isource1、第二电源V/Isource2连接，通过调节第一电源V/Isource1、第二电源V/Isource2的输出电压执行测试工作。

在具体实施中，控制器1可以为单独设置的处理器，也可以复用上位机的控制器，以降低测试电路的成本。

数据采集电路可以为万用表，也可以为电压表或电流表或其他电流（电压）信号检测电路，此处不做限定。

在检测过程中，为了满足高压晶体管的使用条件，需要为晶体管提供高电压。若晶体管在测试过程中发生短路或被击穿，可能会导致测试电路被强电压损坏。为了解决这一问题，通过第一限流电路2、第二限流电路3、第三限流电路4限制电路内的最大电流值，从而保证测试电路的安全性。

需要注意的是，第二限流电路3和第三限流电路4的限流能力远远小于第一限流电路2，通过三个限流电路共同作用以消耗多余的电路，以防止第一限流电路2过大导致测试电路中数据采集电路的读数过小，影响数据的准确性。

本申请提供了一种高压晶体管测试电路，包括：控制器、第一限流电路、第二限流电路、第三限流电路、数据采集电路；其中，第一限流电路的限流能力远大于第二限流电路和第三限流电路；第一限流电路的输入端与第二电源连接，第一限流电路的输出端与被测晶体管的第一端连接，第二限流电路的输入端与第一电源、被测晶体管的控制端均连接，第三限流电路的输入端与被测晶体管的第二端连接，第三限流电路的输出端接地；数据采集电路与被测晶体管的第一端、第二端和控制端均连接，以获取检测信号；控制器与第一电源、第二电源连接，通过调节第一电源、第二电源的输出电压执行测试工作。由此可见，本申请所提供的技术方案，通过在测试电路中设置第一限流电路，以防止在晶体管测试过程中晶体管短路时电路中电流过大导致测试电路故障，同时，为了防止第一限流电路限流能力过大导致检测信号过低，额外设置限流能力远小于第一限流电路的第二限流电路和第三限流电路，进一步提高测试电路的稳定性和可靠性。

图2为本申请实施例所提供的另一种高压晶体管测试电路的结构图，如图2所示，第二限流电路3包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4，第一二极管D1的阳极与第二二极管D2的阴极连接作为第二限流电路3的输入端，第一二极管D1的阴极、第二二极管D2的阳极均与第三二极管D3的第一端连接，第三二极管D3的第二端与第四二极管D4的第一端连接，第四二极管D4的第二端作为第二限流电路3的输出端；其中，第三二极管D3与第四二极管极性D4相反。

当晶体管存在短路时，第一限流电路2和第一二极管D1（或第二二极管D2）、第三二极管D3（或第四二极管D4）消耗电路中的能量，从而防止检测电路被损坏。

在具体实施中，当晶体管正常工作时，第一二极管D1，第二二极管D2，第三二极管D3，第四二极管D4所组成的二端电路网络存在一定的阻抗，会有分流效果，经过这个网络的电流由于没有经过数据采集电路，从而会导致数据采集电路的检测结果不准确。为了解决这一问题，高压晶体管测试电路还包括：跟随电路；跟随电路包括：运算放大器和第一电阻R1；第一电阻R1的第一端与第一二极管D1的阴极连接，第一电阻R1的第二端与运算放大器的输出端、运算放大器的反向输入端均连接；运算放大器的同向输入端与第一二极管D1的阳极连接。当晶体管正常工作时，由于跟随电路的作用，使第一二极管D1、第二二极管D2两端电势相等，从而消除了四个二极管组成的电路网络形成的分流效果，从而保证数据采集电路采集到的电流数据准确。

如图2所示，数据采集电路包括第一电流表Ameter1、第二电流表Ameter2、第三电流表Ameter3；第一电流表Ameter1与被测晶体管控制端连接，第二电流表Ameter2与被测晶体管第一端连接，第三电流表Ameter3与被测晶体管第二端连接；第一电流表Ameter1、第二电流表Ameter2、第三电流表Ameter3均与控制器1连接，以向控制器1发送检测信号。

此外，数据采集电路还包括第一电压表Vmeter1、第二电压表Vmeter2，第一电压表Vmeter1的第一端与被测晶体管的控制端连接，第二端接地，第二电压表Vmeter2的第一端与被测晶体管的第一端连接，第二端接地。

在本实施例中，以被测晶体管Q1为NMOS管为例，对高压晶体管测试电路进行说明。需要注意的是，在对晶体管进行测试的过程中，只需使其第一端与第二端所在回路导通即可，并不需要考虑不同型号晶体管的极性。

对晶体管进行栅极老化测试时，闭合K1，K2，K3，K4，V/I source2设定为0V电压源，V/I source1输出目标电压，U1（低bias电流运放，此电流要远小于器件电流的测试精度，以确保电流表测量的电流是流经Q1栅极的电流精度）取栅极电压做电压跟随器，输出经电阻R1连到D1与D3的相连点，此时D1的阴极阳极等电位，其漏电流最小达pA级，这样保证了栅极电流不受D1，D2，D3，D4电路的影响。当Q1有不良漏栅极短路时，加在Q1漏极的高压经过其栅极，K1再经过D1，D3，D4，此时D3的稳压管起作用，钳位的稳定电压约为D3电压+1.4V，当电压表V meter1检测到Q1的栅极电压约等于D3电压+1.4V时，认为Q1的漏源极已经短路。设置合理的D3/ D4（D4为负电压时起作用）稳压值，就可以保护相关的测量仪表。

在对单晶体管进行漏极老化测试时，闭合K1、K2、K3、K5，将V/I source1设定为0V电压源，把栅极关断，可将V/I source2设置目标高压进行漏极老化，若被测晶体管Q1发生短路损坏，可以通过数据采集电路采集的电流信号或电压信号检测发现。第一限流电路2、第二限流电路3、第三限流电路4用于限制通过Q1的能量，保护栅极，源极的相关仪表设备。若做多个共漏极晶圆级晶体管的漏极老化测试时，每个晶体管有对应独立的开关（包括K1，K3，K4，K5），但可以共用由第一二极管D1，第二二极管D2，第三二极管D3，第四二极管D4组成的限流电路，跟随电路及电流表A meter3的电路组合，通过对各晶体管对应的K4，K5的控制，可以实现对各晶体管漏极老化电流的轮询测量，从而大大减小电路复杂性，降低成本和减小空间。电流测量轮询方法，将需要测量的晶体管对应的K4打开，K5闭合（不需要测量的其他晶体管对应的开关保持闭合，继续老化）由第一二极管D1，第二二极管D2，第三二极管D3，第四二极管D4，跟随电路组成的低漏电保护可避免在测试中因Q1短路损坏导致高压损坏A merter3。

保护原理：运算放大器（低bias电流运放，此电流要远小于器件电流的测试精度，以确保电流表测量的电流是流经Q1栅极的电流精度）取源极电压做电压跟随器，输出经电阻连到D1与D3的相连点，此时D1的阴极阳极等电位，其漏流最小达pA级，这样保证了栅极电流不受第一二极管D1，第二二极管D2，第三二极管D3，第四二极管D4影响。当Q1有不良造成漏源短路时，加在Q1漏极的高压经过其源极，K3再经过第二二极管D2，第三二极管D3，第四二极管D4，跟随电路，此时D3的稳压管起作用，钳位的稳定电压约为D3电压+1.4V，当Ameter3检测到Q1的漏极电流大于设定的阈值时时，认为Q1的漏源极已经短路，设置合理的D3/D4（D3为负电压时起作用）稳压值，就可以保护相关的测量仪表。每个晶体管在正常老化时，其对应的K3，K4均在闭合状态，但只有在轮询监测电流时才将相应晶体管对应的K4打开，K5闭合接入到电流表中测量，当监测到某个晶体管电流超过预设值时，可判断此晶体管不良，同时，可将不良晶体管所对应的开关K3打开，并标称不良晶体管，以免影响继续老化测试的其他补测件。

在具体实施中，第一限流电路2的限流能力远远大于第二限流电路3、第三限流电路4的限流能力，第一限流电路2可以为阻值较大的单个电阻，也可以为多个电阻组成的电路或其他阻性器件，在此不做限定。

作为优选的实施例，由于第一限流电路2的限流能力较强，当处于不同的应用场景中，可能会出现由于限流能力过强导致电能浪费的情况。为了减少能量的浪费，可以使第一限流电路2仅在晶体管满足预设条件时工作。进一步的，为了使第一限流电路2能够适应不同的应用场景，还可以使用可变电阻组成第一限流电路2，通过调节可变电阻的阻值改变第一限流电路2的限流能力。

第一限流电路2与控制器1连接，以在接收到控制器1发送的限流指令后工作；其中，限流指令为控制器1检测到检测信号大于阈值时生成的指令；

可以理解的是，为了更好的测试高压晶体管的性能，需要模拟高压晶体管的工作环境。在上述实施例的基础上，高压晶体管测试电路还包括温度控制电路，温度控制电路与控制器1连接，以获取温度指令；温度控制电路包括加热器件和温度传感器，以根据温度指令控制被测晶体管的温度。在测试过程中，温度控制电路根据控制发送的温度指令对被测晶体管进行加热，以调节被测晶体管的温度，使测试电路的测试结果更加准确可靠。

在具体实施中，本申请所提供的测试电路每次只能对一个晶体管进行测试，当待测晶体管的数量较多时，可能会由于数据过多导致晶体管测试效率降低。

为了解决这一问题，在上述实施例的基础上，高压晶体管测试电路还包括通信电路；

通信电路与控制器1连接，以获取检测信号，并将检测信号发送至远程服务器，以便于远程服务器汇总检测数据并对各晶体管的质量进行分析。

可以理解的是，虽然电路中存在限流电路，但若晶体管长时间处于短路状态，会使测试电路中的其他器件始终工作于高压状态，可能会导致其他器件损坏。为了解决这一问题，在上述实施例的基础上，高压晶体管测试电路，还包括测试终止电路；测试终止电路包括第一开关器件和第二开关器件；第一开关器件的第一端与第一电源V/Isource1连接，第一开关器件的第二端与被测晶体管的第一端连接；第二开关器件的第一端与第二电源V/Isource2连接，第二开关器件的第二端与被测晶体管的控制端连接；第一开关器件、第二开关器件的控制端均与控制器1连接，以在被测晶体管满足预设条件时控制第一开关器件和第二开关器件断开。

作为优选的实施例，高压晶体管测试电路还包括报警电路；报警电路与控制器1连接，以在被测晶体管满足预设条件时发出警报，以便于测试人员能够及时采取措施。报警电路可以包括蜂鸣器和指示灯。

此外，本实施例还提供了一种高压晶体管测试系统，包括上述的高压晶体管测试电路，该电路包括：包括：控制器、第一限流电路、第二限流电路、第三限流电路、数据采集电路；其中，第一限流电路的限流能力大于第二限流电路和第三限流电路；第一限流电路的输入端与第二电源连接，第一限流电路的输出端与被测晶体管的第一端连接，第二限流电路的输入端与第一电源、被测晶体管的控制端均连接，第三限流电路的输入端与被测晶体管的第二端连接，第三限流电路的输出端接地；数据采集电路与被测晶体管的第一端、第二端和控制端均连接，以获取检测信号；控制器与第一电源、第二电源连接，通过调节第一电源、第二电源的输出电压执行测试工作。由此可见，本申请所提供的技术方案，通过在测试电路中设置第一限流电路，以防止在晶体管测试过程中晶体管短路时电路中电流过大导致测试电路故障，同时，为了防止第一限流电路限流能力过大导致检测信号过低，额外设置限流能力远小于第一限流电路的第二限流电路和第三限流电路，进一步提高测试电路的稳定性和可靠性。

以上对本申请所提供的高压晶体管测试电路及系统进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，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他要素，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。

Claims (10)

1.一种高压晶体管测试电路，其特征在于，包括：

控制器、第一限流电路、第二限流电路、第三限流电路、数据采集电路；其中，所述第一限流电路的限流能力大于所述第二限流电路和所述第三限流电路；

所述第一限流电路的输入端与第二电源连接，所述第一限流电路的输出端与被测晶体管的第一端连接，所述第二限流电路的输入端与第一电源、所述被测晶体管的控制端均连接，所述第三限流电路的输入端与所述被测晶体管的第二端连接，所述第三限流电路的输出端接地；

所述数据采集电路与所述被测晶体管的第一端、第二端和控制端均连接，以获取检测信号；

所述控制器与所述第一电源、所述第二电源连接，通过调节所述第一电源、所述第二电源的输出电压执行测试工作。

2.根据权利要求1所述的高压晶体管测试电路，其特征在于，所述第二限流电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管，所述第一二极管的阳极与所述第二二极管的阴极连接作为所述第二限流电路的输入端，所述第一二极管的阴极、所述第二二极管的阳极均与所述第三二极管的第一端连接，所述第三二极管的第二端与所述第四二极管的第一端连接，所述第四二极管的第二端作为所述第二限流电路的输出端；其中，所述第三二极管与所述第四二极管极性相反。

3.根据权利要求2所述的高压晶体管测试电路，其特征在于，还包括：跟随电路；

所述跟随电路包括：运算放大器和第一电阻；

所述第一电阻的第一端与所述第一二极管的阴极连接，所述第一电阻的第二端与所述运算放大器的输出端、所述运算放大器的反向输入端均连接；

所述运算放大器的同向输入端与所述第一二极管的阳极连接。

4.根据权利要求1所述的高压晶体管测试电路，其特征在于，所述数据采集电路包括第一电流表、第二电流表、第三电流表；

所述第一电流表与所述被测晶体管控制端连接，所述第二电流表与所述被测晶体管第一端连接，所述第三电流表与所述被测晶体管第二端连接；

所述第一电流表、所述第二电流表、所述第三电流表均与所述控制器连接，以向所述控制器发送所述检测信号。

5.根据权利要求4所述的高压晶体管测试电路，其特征在于，所述第一限流电路为可变电阻；

所述第一限流电路与所述控制器连接，以在接收到所述控制器发送的限流指令后工作；其中，所述限流指令为所述控制器检测到所述检测信号大于阈值时生成的指令。

6.根据权利要求1至4任一项所述的高压晶体管测试电路，其特征在于，还包括温度控制电路，所述温度控制电路与所述控制器连接，以获取温度指令；

所述温度控制电路包括加热器件和温度传感器，以根据所述温度指令控制所述被测晶体管的温度。

7.根据权利要求1所述的高压晶体管测试电路，其特征在于，还包括通信电路；

所述通信电路与所述控制器连接，以获取所述检测信号，并将所述检测信号发送至远程服务器。

8.根据权利要求1所述的高压晶体管测试电路，其特征在于，还包括测试终止电路；

所述测试终止电路包括第一开关器件和第二开关器件；

所述第一开关器件的第一端与所述第一电源连接，所述第一开关器件的第二端与所述被测晶体管的第一端连接；

所述第二开关器件的第一端与所述第二电源连接，所述第二开关器件的第二端与所述被测晶体管的控制端连接；

所述第一开关器件、所述第二开关器件的控制端均与所述控制器连接，以在所述被测晶体管满足预设条件时控制所述第一开关器件和所述第二开关器件断开。

9.根据权利要求8所述的高压晶体管测试电路，其特征在于，还包括报警电路；

所述报警电路与所述控制器连接，以在所述被测晶体管满足预设条件时发出警报。

10.一种高压晶体管测试系统，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的高压晶体管测试电路。

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