CN116047245A - 半导体三端器件soa曲线的测试装置及测试方法 - Google Patents

半导体三端器件soa曲线的测试装置及测试方法 Download PDF

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CN116047245A CN202111264862.1A CN202111264862A CN116047245A CN 116047245 A CN116047245 A CN 116047245A CN 202111264862 A CN202111264862 A CN 202111264862A CN 116047245 A CN116047245 A CN 116047245A
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Abstract

本发明提供一半导体三端器件SOA曲线的测试装置及测试方法，测试装置包括：可调功率电源、可调信号电源及控制与人机交互模块，可调功率电源连接待测器件的功率端和接地端，并受控于控制与人机交互模块，为待测器件提供电压值可调的功率电压；可调信号电源连接待测器件的信号端，并受控于控制与人机交互模块，为待测器件提供幅值可调、脉宽时间可调的驱动信号；控制与人机交互模块连接待测器件的功率端和接地端，用于检测不同时间点下待测器件的功率端电压和流经待测器件的电流，并基于检测的电压和电流绘制SOA曲线。通过本发明提供的测试装置及测试方法，解决了现有装置无法固定一个参数调节另一个参数、测试效率低、无能量控制电路等问题。

Description

半导体三端器件SOA曲线的测试装置及测试方法
技术领域
本发明涉及半导体器件测试领域，特别是涉及一种半导体三端器件SOA曲线的测试装置及测试方法。
背景技术
传统器件安全工作区(简称“SOA”)参考曲线是由各个器件生产厂商提供的，是通过器件的导通电阻(Rdson)、瞬态热阻等参数计算而得到的理论曲线，与实际曲线有一定偏差，这会导致客户端在实际使用中出现烧片风险，特别是当器件使用于SOA曲线临界区域时，烧片风险将大大增加。
如图1所示，现有SOA曲线的测试装置包括：控制单元、功率源及监控单元，待测器件DUT的栅极连接控制单元，待测器件DUT的漏极连接功率源，待测器件DUT的源极通过第六电阻接地，监控单元的输入端分别接入漏极电压和第六电阻的压降；其中，控制单元包括：单片机U1、开关B1、第一运放U2、第二运放U3及第六电阻R6，单片机U1的串行输入口连接一端接地的开关B1，串行输出口通过第二电阻R2连接第一运放U2的反向输入端，第一运放U2的输出端连接可变电阻RV1的一个固定端，另一固定端接地，调节端通过第四电阻R4连接在第二运放U3的反向输入端，第二运放U3的输出端通过第七电阻R7连接待测器件DUT的栅极。
具体测试过程如下：
首先，在待测器件DUT未装入测试装置中时，根据脉冲时间计算单片机循环所需机器周期数，通过单片机自带的功能调整脉冲时间，完成脉冲时间设置；或者，通过修改单片机程序中的数值来调节脉冲时间，然后将修改后的程序重新烧录到单片机中，完成脉冲时间设置；
之后，调节功率源为电压输出模式，设置其输出电压为漏极电压，完成漏极电压设置；通过可变电阻RV1调节第二运放U3反向输入端电压的幅值与第六电阻R6的压降相等，完成漏极电流设置；
最后，将待测器件DUT装入测试装置中，监控单元分别接入漏极电压和压降，设置监控单元为自动捕获模式，依次开启单片机电源、功率源、闭合复位开关，监控单元将直观显示漏极电压、漏极电流的波形，脉冲时间通过监控单元自带的时间函数测试功能自动读取；
当脉冲时间等于设定值且持续时，漏极电压、漏极电流的波形无削波、震荡或尖刺的异样时，测试通过；待测器件DUT能够在该参数点条件下正常工作；
当脉冲时间持续到某一时刻时，漏极电压急速下降，同时漏极电流急速上升，功率源的保护启动，当漏极电流继续上升到某一值后功率源输出切断，漏极电压和漏极电流回归零值，测试失效，待测器件DUT不能在该参数点条件下正常工作。
现有SOA曲线测试装置存在如下缺点：
1、通过可变电阻RV1调节漏极电流时，由于有第六电阻R6的存在，使得待测器件DUT两端电压会发生改变，如此一来，待测器件DUT的电压和电流都在发生改变，使得测试过程中无法固定一个参数(“电压”或“电流”)调节另外一个参数(“电流”或“电压”)；
2、测试过程中待测器件DUT损坏时直接与功率源连接，这对功率源的可靠性及响应时间要求更高，对测试人员的安全性及设备的安全性极为不利；
3、通过改变可变电阻RV1两端的电压调节流过第六电阻R6的电流，实现电流0～10A步进可调，若需要测试更高的电流范围，又需要更改电路中的电阻等参数去实现，通用性较差。
4、整个测试过程非自动一体化、智能程度太低。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种半导体三端器件SOA曲线的测试装置及测试方法，用于解决现有测试装置存在的上述诸多问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种半导体三端器件SOA曲线的测试装置，所述测试装置包括：可调功率电源、可调信号电源及控制与人机交互模块，其中，
所述可调功率电源连接待测器件的功率端和接地端，并受控于所述控制与人机交互模块，为所述待测器件提供电压值可调的功率电压；
所述可调信号电源连接所述待测器件的信号端，并受控于所述控制与人机交互模块，为所述待测器件提供幅值可调、脉宽时间可调的驱动信号；
所述控制与人机交互模块连接所述待测器件的功率端和接地端，用于检测不同时间点下所述待测器件的功率端电压和流经所述待测器件的电流，并基于检测的电压和电流绘制SOA曲线。
可选地，所述测试装置利用所述待测器件的输出特性，通过使所述可调功率电源输出的功率电压固定，调节所述可调信号电源输出驱动信号的幅值步进流经所述待测器件的电流，实现固定功率端电压下所述待测器件的最大耐受电流测试。
可选地，所述测试装置还包括：能量控制模块，连接于所述可调功率电源和所述待测器件之间，并受控于所述控制与人机交互模块，用于根据当前功率电压的大小调整并联电容的数量并对并联电容进行充电，在充电电压达到当前功率电压时结束充电，及通过并联电容放电向所述待测器件的功率端提供能量。
可选地，所述测试装置还包括：采样模块，连接于所述能量控制模块和所述控制与人机交互模块之间，用于采样充电电压；此时，所述控制与人机交互模块还用于比较采样电压和当前功率电压，并在所述采样电压达到所述当前功率电压时，控制所述能量控制模块中的并联电容结束充电。
可选地，所述能量控制模块包括：第一级控制开关及N条电容支路，所述第一级控制开关的第一端连接所述可调功率电源的输出端，所述第一级控制开关的第二端连接所述待测器件的功率端，N条电容支路并联于所述第一级控制开关的第二端和地之间；所述电容支路包括：电容控制开关及电容，二者串联；其中，所述第一级控制开关及所述电容控制开关均受控于所述控制与人机交互模块，N为大于等于1的正整数。
可选地，所述能量控制模块还包括：第二级控制开关，所述第二级控制开关连接于所述第一级控制开关的第二端和所述待测器件的功率端之间，其中，所述第二级控制开关受控于所述控制与人机交互模块。
可选地，所述测试装置还包括：隔离模块，连接于所述控制与人机交互模块和所述可调功率电源之间、所述控制与人机交互模块和所述可调信号电源之间；在所述测试装置还包括能量控制模块时，所述隔离模块还连接于所述控制与人机交互模块和所述能量控制模块之间。
本发明还提供了一种利用如上任一项所述的半导体三端器件SOA曲线测试装置实现的测试方法，所述测试方法包括：
S1：通过所述控制与人机交互模块设置不同脉宽时间下的检测时间点，所述可调功率电源输出的功率电压的设定电压范围及第一设定步进值，所述可调信号电源输出的驱动信号的设定幅值范围及第二设定步进值、设定脉宽时间范围及第三设定步进值，并控制所述可调功率电源的功率电压、所述可调信号电源驱动信号的幅值及脉宽时间均从最小值开始输出；
S2：向所述待测器件的信号端输出驱动信号，向所述待测器件的功率端输出功率电压，用以驱动所述待测器件；在当前脉宽时间内，所述控制与人机交互模块检测不同检测时间点下所述待测器件的功率端电压及流经所述待测器件的电流并保存数据；
若当前脉宽时间内所述待测器件未损坏，则所述控制与人机交互模块基于所述第二设定步进值步进所述驱动信号的幅值，并重复执行S2的步骤，直至将所述驱动信号的幅值步进至最大值，此时，所述控制与人机交互模块发出指示，提醒测试人员所述待测器件已达到最大饱和电流；
若当前脉宽时间内所述待测器件有损坏，所述控制与人机交互模块发出报警，提醒测试人员更换所述待测器件；
S3：所述控制与人机交互模块基于所述第一设定步进值步进所述功率电压，并控制所述可调信号电源驱动信号的幅值及脉宽时间重新从最小值开始输出；重复执行S2-S3的步骤，直至将所述功率电压步进至最大值；
S4：所述控制与人机交互模块基于所述第三设定步进值步进所述驱动信号的脉宽时间，并控制所述可调功率电源的功率电压及所述可调信号电源的驱动信号的幅值重新从最小值开始输出；重复执行S2-S4的步骤，直至将所述驱动信号的脉宽时间步进至最大值；
S5：所述控制与人机交互模块根据保存的电压、电流数据绘制SOA曲线并显示。
可选地，在所述测试装置还包括能量控制模块及采样模块时，在向所述待测器件输出驱动信号和功率电压之前，S2还包括：所述控制与人机交互模块根据当前功率电压控制所述能量控制模块中并联电容的数量，并基于当前功率电压对并联电容进行充电；所述采样模块采样充电电压，所述控制与人机交互模块比较充电电压和当前功率电压，并在所述充电电压达到所述当前功率电压时，控制所述能量控制模块结束充电。
可选地，所述待测器件是否损坏的判断方法包括：所述控制与人机交互模块判断流经所述待测器件的电流是否发生突变，若发生突变，判断所述待测器件损坏，否则，判断所述待测器件未损坏。
可选地，绘制SOA曲线的方法包括：对于未损坏器件，所述控制与人机交互模块按当前脉宽时间及当前驱动信号幅值下的平均电压和最大饱和电流来绘制SOA点；对于损坏器件，所述控制与人机交互模块按当前脉宽时间及前一驱动信号幅值下的平均电压和平均电流来绘制SOA点。
如上所述，本发明的一种半导体三端器件SOA曲线的测试装置及测试方法，通过可调功率电源、可调信号电源及控制与人机交互模块的设计，利用待测器件自身的输出特性调节电流，不用频繁调节电阻值，且能固定一个参数调节另外一个参数，而非电压、电流两者都在变化，测试省时省力，可靠性高；而且，本发明装置为自动化装置，智能程度高，人机交互友好，大大节省测试准备时间及测试时间。本发明还通过能量控制模块的设计，避免了因待测器件失效而导致可调功率电源损坏的问题及因电容能量进一步释放所造成的器件损坏严重的问题，为整个装置提供两级保护，增加了安全性。
附图说明
图1显示为现有测试装置的电路图。
图2显示为本发明所述测试装置的电路图。
图3显示为本发明所述半导体三端器件输出特性的曲线图。
图4显示为本发明所述测试方法的流程图。
图5显示为实测SOA曲线和理论SOA曲线的对比图。
元件标号说明
100 可调功率电源
200 可调信号电源
300 控制与人机交互模块
400 能量控制模块
401 电容支路
500 采样模块
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图2至图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
如图2所示，本实施例提供一种半导体三端器件SOA曲线的测试装置，所述测试装置包括：可调功率电源100、可调信号电源200及控制与人机交互模块300，其中，
所述可调功率电源100连接待测器件DUT的功率端和接地端，并受控于所述控制与人机交互模块300，为所述待测器件DUT提供电压值可调的功率电压；
所述可调信号电源200连接所述待测器件DUT的信号端，并受控于所述控制与人机交互模块300，为所述待测器件DUT提供幅值可调、脉宽时间可调的驱动信号；
所述控制与人机交互模块300连接所述待测器件DUT的功率端和接地端，用于检测不同时间点下所述待测器件DUT的功率端电压和流经所述待测器件DUT的电流，并基于检测的电压和电流绘制SOA曲线。
本实施例中，所述测试装置利用所述待测器件DUT的输出特性，通过使所述可调功率电源100输出的功率电压固定，调节所述可调信号电源200输出驱动信号的幅值步进流经所述待测器件DUT的电流，即固定功率端电压时，由低到高增加信号端电压，则流经所述待测器件DUT的电流会不断增大(如图3所示)，实现固定功率端电压下所述待测器件DUT的最大耐受电流测试，从而实现所述待测器件DUT的SOA曲线测试；其中，所述待测器件DUT为具有输出特性的半导体三端器件，如MOSFTE、BJT、IGBT等。实际应用中，本实施例所述“信号端”一般是指半导体三端器件的控制端，如MOSFET的栅极、BJT的基极、IGBT的门极，所述“功率端”一般是指半导体三端器件接入电压的一连接端，如NMOS的漏极、PMOS的源极、NPN的发射极、PNP的集电极、IGBT的集电极，所述“接地端”一般是指半导体三端器件接地的一连接端，如NMOS的源极、PMOS的漏极、NPN的集电极、PNP的发射极、IGBT的发射极。
具体的，所述可调功率电源100输出的功率电压是在设定电压范围内基于第一设定步进值来进行调节的，其中设定电压范围和第一设定步进值均可根据实际需求通过所述控制与人机交互模块300来设定，但通常情况下，所述可调功率电源100的设定电压范围较宽，如0-1500V。实际应用中，所述可调功率电源100可采用线性电源的方案来实现。
具体的，所述可调信号电源200输出的驱动信号是在设定幅值范围内基于第二设定步进值来调节幅值、在设定脉宽时间范围内基于第三设定步进值来调节脉宽时间，其中设定幅值范围、第二设定步进值、设定脉宽时间范围和第三设定步进值均可根据实际需求通过所述控制与人机交互模块300来设定，但通常情况下，所述可调信号电源200输出驱动信号的幅值较小，如0-30V。实际应用中，所述可调信号电源200可采用反激拓扑电源结构加斩波开关管的方案来实现，其中斩波开关管连接在反激拓扑电源结构的反激输出端；所述控制与人机交互模块300则通过控制反激拓扑电源结构中开关的导通时间实现按第二设定步进值来调节驱动信号幅值的目的，通过控制斩波开关管的导通时间实现按第三设定步进值来调节驱动信号脉宽时间的目的。
具体的，所述控制与人机交互模块300作为所述测试装置的总控单元，用于向各模块发送指令、控制各模块的工作时序、接收各模块发送的数据并进行数据处理等。实际应用中，所述控制与人机交互模块300可采用FPGA/DSP系列的数字控制器加人机交互界面的方案来实现，在实现控制、显示二合一的同时，还实现了测试的自动化。可选地，本实施例采用FPGA型号为EP4CEl5E22C8的芯片作为数字控制器，该芯片有着丰富的内部资源，包括15408个逻辑单元(LE)、504个嵌入式存储器(千位)、56个嵌入式乘法器(18"18)、4个通用的模拟锁相环(PLL)、20个全局时钟网络和343个用户I/O端口。
具体的，如图2所示，所述测试装置还包括：能量控制模块400，连接于所述可调功率电源100和所述待测器件DUT之间，并受控于所述控制与人机交互模块300，用于根据当前功率电压的大小调整并联电容的数量并对并联电容进行充电，在充电电压达到当前功率电压时结束充电，及通过并联电容放电向所述待测器件DUT的功率端提供能量。相应的，所述测试装置还包括：采样模块500，连接于所述能量控制模块400和所述控制与人机交互模块300之间，用于采样充电电压；此时，所述控制与人机交互模块300还用于比较采样电压和当前功率电压，并在所述采样电压达到所述当前功率电压时，控制所述能量控制模块400中的并联电容结束充电。本实施例中，通过在所述可调功率电源100和所述待测器件DUT之间增设所述能量控制模块400，可在所述待测器件DUT的测试过程中隔离所述待测器件DUT和所述可调功率电源100，避免因所述待测器件DUT失效而导致所述可调功率电源100损坏的问题，极大地提高了所述可调功率电源100的安全性，进而降低了设备维修及购买成本。
更具体的，如图2所示，所述能量控制模块400包括：第一级控制开关T1及N条电容支路401，所述第一级控制开关T1的第一端连接所述可调功率电源100的输出端，所述第一级控制开关T1的第二端连接所述待测器件DUT的功率端，N条电容支路401并联于所述第一级控制开关T1的第二端和地之间；所述电容支路401包括：电容控制开关S1-Sn及电容C1-Cn，二者串联；其中，所述第一级控制开关T1及所述电容控制开关S1-Sn均受控于所述控制与人机交互模块300，N为大于等于1的正整数。进一步的，所述能量控制模块400还包括：第二级控制开关T2，所述第二级控制开关T2连接于所述第一级控制开关T1的第二端和所述待测器件DUT的功率端之间，其中，所述第二级控制开关T2受控于所述控制与人机交互模块300。本实施例中，所述第一级控制开关T1作为电容充电的总开关，并在所述待测器件DUT的测试过程中起到隔离所述待测器件DUT和所述可调功率电源100的作用；所述第二级控制开关T2则用于在所述待测器件DUT失效时，基于所述第二级控制开关T2断开所述待测器件DUT与N条并联电容支路401之间的连接，防止电容能量进一步释放所造成的器件损坏严重的问题。可选地，所述第一级控制开关T1、所述第二级控制开关T2及所述电容控制开关S1-Sn均可选自MOSFET、BJT、IGBT、继电器中的任一种，当然，其他能够起到开关作用的器件结构同样适用于本实施例。
为了使并联电容在放电时向所述待测器件DUT的功率端提供近似固定的电压，电容的并联数量需根据所述可调功率电源100输出的功率电压来设定，满足公式：n＝(20.5W)/(C1V12)，其中，n为并联电容的数量，W为所述待测器件DUT的损坏能量(理论值)，C1为电容的容值(每个电容的容值相同)，V1为充电电压，也即当前功率电压；具体推导过程如下：在所述待测器件DUT的测试过程中，并联电容两端电压由于为所述待测器件DUT放电而略有下降，假设放电之前的并联电容两端电压为V1，放电之后的并联电容两端电压为V2，可接受的电压下降幅值为V1的5％，那么有公式V1-V2＝5％V1；在所述待测器件DUT的损坏能量为W，当前总电容为C时，在电容放电过程中满足公式(1/2)*CV12-(1/2)*CV22＝W；在每个电容容值为C1时，则所需并联的电容数量满足公式n＝C/C1；将上述三个公式联合，可得公式n＝(20.5W)/(C1V12)。需要注意的是，“可接受的电压下降幅值”可以根据实际需求来设定，并不一定非要设定为V1的5％，而并联电容数量n的公式则根据设定的“可接受的电压下降幅值”的值不同而略有不同，这对本实施例没有实质影响。
具体的，所述测试装置还包括：隔离模块(图中未示出)，连接于所述控制与人机交互模块300和所述可调功率电源100之间、所述控制与人机交互模块300和所述可调信号电源200之间；而在所述测试装置还包括能量控制模块400时，所述隔离模块还连接于所述控制与人机交互模块300和所述能量控制模块400之间。本实施例中，通过在所述控制与人机交互模块300与所述可调功率电源100、所述可调信号电源200、所述能量控制模块400之间增设所述隔离模块，起到隔离保护作用，避免所述控制与人机交互模块300产生的小信号受其他模块产生的大信号的影响；实际应用中，所述隔离模块可采用光耦隔离的方案来实现。
如图4所示，本实施例还提供一种利用如上所述的半导体三端器件SOA曲线测试装置实现的测试方法，所述测试方法包括：
S1：通过所述控制与人机交互模块设置不同脉宽时间下的检测时间点，所述可调功率电源输出的功率电压的设定电压范围及第一设定步进值，所述可调信号电源输出的驱动信号的设定幅值范围及第二设定步进值、设定脉宽时间范围及第三设定步进值，并控制所述可调功率电源的功率电压、所述可调信号电源驱动信号的幅值及脉宽时间均从最小值开始输出；
S2：向所述待测器件的信号端输出驱动信号，向所述待测器件的功率端输出功率电压，用以驱动所述待测器件；在当前脉宽时间内，所述控制与人机交互模块检测不同检测时间点下所述待测器件的功率端电压及流经所述待测器件的电流并保存数据；
若当前脉宽时间内所述待测器件未损坏，则所述控制与人机交互模块基于所述第二设定步进值步进所述驱动信号的幅值，并重复执行S2的步骤，直至将所述驱动信号的幅值步进至最大值，此时，所述控制与人机交互模块发出指示，提醒测试人员所述待测器件已达到最大饱和电流；
若当前脉宽时间内所述待测器件有损坏，所述控制与人机交互模块发出报警，提醒测试人员更换所述待测器件；
S3：所述控制与人机交互模块基于所述第一设定步进值步进所述功率电压，并控制所述可调信号电源驱动信号的幅值及脉宽时间重新从最小值开始输出；重复执行S2-S3的步骤，直至将所述功率电压步进至最大值，得到该脉宽时间下的一条SOA曲线的数据；
S4：所述控制与人机交互模块基于所述第三设定步进值步进所述驱动信号的脉宽时间，并控制所述可调功率电源的功率电压及所述可调信号电源的驱动信号的幅值重新从最小值开始输出；重复执行S2-S4的步骤，直至将所述驱动信号的脉宽时间步进至最大值，得到不同脉宽时间下多条SOA曲线的数据；
S5：所述控制与人机交互模块根据保存的电压、电流数据绘制SOA曲线并显示。
对于S1，所述检测时间点与所述脉宽时间正相关，即所述脉宽时间越大，设置的所述检测时间点应越多，反之亦然；实际应用中，所述控制与人机交互模块是基于其自身采样率来设定检测时间点的，此时，所述控制与人机交互模块的采样精度越高，也即检测时间点越多，其绘制的SOA曲线越精准。
对于S2，所述待测器件是否损坏的判断方法包括：所述控制与人机交互模块判断流经所述待测器件的电流是否发生突变，若发生突变，判断所述待测器件损坏，否则，判断所述待测器件未损坏。而对于检测得到的未损坏器件的数据和损坏器件的数据，所述控制与人机交互模块可区别保存，如对未损坏器件的数据进行特殊标识(如颜色、标记等)，对损坏器件的数据不进行特殊标识等，以便于后续绘制SOA曲线。
在所述测试装置还包括能量控制模块及采样模块时，在向所述待测器件输出驱动信号和功率电压之前，S2还包括：所述控制与人机交互模块根据当前功率电压控制所述能量控制模块中并联电容的数量，并基于当前功率电压对并联电容进行充电；所述采样模块采样充电电压，所述控制与人机交互模块比较充电电压和当前功率电压，并在所述充电电压达到所述当前功率电压时，控制所述能量控制模块结束充电。实际应用中，所述控制与人机交互模块可根据当前功率电压控制所述能量控制模块中电容控制开关S1-Sn的开启数量，从而控制并联电容的数量；之后控制第一级控制开关T1开启，为并联电容充电，并在充电电压达到当前功率电压时，控制第一级控制开关T1断开，结束充电。在所述可调信号电源向所述待测器件的信号端输出驱动信号时，所述控制与人机交互模块控制第二级控制开关T2开启，向所述待测器件的功率端放电；在当前脉宽时间结束后，所述可调信号电源关断，所述控制与人机交互模块控制第二级控制开关T2及相关电容控制开关断开。而在所述待测器件损坏时，所述控制与人机交互模块则立即控制第二级控制开关T2断开，防止电容能量进一步释放所造成的器件损坏严重的问题。
对于S5，绘制SOA曲线的方法包括：对于未损坏器件，所述控制与人机交互模块按当前脉宽时间及当前驱动信号幅值下的平均电压和最大饱和电流来绘制SOA点；对于损坏器件，所述控制与人机交互模块按当前脉宽时间及前一驱动信号幅值下的平均电压和平均电流来绘制SOA点。实际应用中，测试人员除了可以在所述控制与人机交互模块端观察显示的SOA曲线外，还可以查看历史数据。
图5为通过本实施例所述测试装置及测试方法得到的MOSFET的一条SOA曲线，其中脉宽时间为1ms；由图5可知，实测曲线和理论曲线存在较为明显的差距，而实测曲线更接近真实情况。
综上所述，本发明的一种半导体三端器件SOA曲线的测试装置及测试方法，通过可调功率电源、可调信号电源及控制与人机交互模块的设计，利用待测器件自身的输出特性调节电流，不用频繁调节电阻值，且能固定一个参数调节另外一个参数，而非电压、电流两者都在变化，测试省时省力，可靠性高；而且，本发明装置为自动化装置，智能程度高，人机交互友好，大大节省测试准备时间及测试时间。本发明还通过能量控制模块的设计，避免了因待测器件失效而导致可调功率电源损坏的问题及因电容能量进一步释放所造成的器件损坏严重的问题，为整个装置提供两级保护，增加了安全性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种半导体三端器件SOA曲线的测试装置，其特征在于，所述测试装置包括：可调功率电源、可调信号电源及控制与人机交互模块，其中，
所述可调功率电源连接待测器件的功率端和接地端，并受控于所述控制与人机交互模块，为所述待测器件提供电压值可调的功率电压；
所述可调信号电源连接所述待测器件的信号端，并受控于所述控制与人机交互模块，为所述待测器件提供幅值可调、脉宽时间可调的驱动信号；
所述控制与人机交互模块连接所述待测器件的功率端和接地端，用于检测不同时间点下所述待测器件的功率端电压和流经所述待测器件的电流，并基于检测的电压和电流绘制SOA曲线。
2.根据权利要求1所述的半导体三端器件SOA曲线的测试装置，其特征在于，所述测试装置利用所述待测器件的输出特性，通过使所述可调功率电源输出的功率电压固定，调节所述可调信号电源输出驱动信号的幅值步进流经所述待测器件的电流，实现固定功率端电压下所述待测器件的最大耐受电流测试。
3.根据权利要求1所述的半导体三端器件SOA曲线的测试装置，其特征在于，所述测试装置还包括：能量控制模块，连接于所述可调功率电源和所述待测器件之间，并受控于所述控制与人机交互模块，用于根据当前功率电压的大小调整并联电容的数量并对并联电容进行充电，在充电电压达到当前功率电压时结束充电，及通过并联电容放电向所述待测器件的功率端提供能量。
4.根据权利要求3所述的半导体三端器件SOA曲线的测试装置，其特征在于，所述测试装置还包括：采样模块，连接于所述能量控制模块和所述控制与人机交互模块之间，用于采样充电电压；此时，所述控制与人机交互模块还用于比较采样电压和当前功率电压，并在所述采样电压达到所述当前功率电压时，控制所述能量控制模块中的并联电容结束充电。
5.根据权利要求3所述的半导体三端器件SOA曲线的测试装置，其特征在于，所述能量控制模块包括：第一级控制开关及N条电容支路，所述第一级控制开关的第一端连接所述可调功率电源的输出端，所述第一级控制开关的第二端连接所述待测器件的功率端，N条电容支路并联于所述第一级控制开关的第二端和地之间；所述电容支路包括：电容控制开关及电容，二者串联；其中，所述第一级控制开关及所述电容控制开关均受控于所述控制与人机交互模块，N为大于等于1的正整数。
6.根据权利要求5所述的半导体三端器件SOA曲线的测试装置，其特征在于，所述能量控制模块还包括：第二级控制开关，所述第二级控制开关连接于所述第一级控制开关的第二端和所述待测器件的功率端之间，其中，所述第二级控制开关受控于所述控制与人机交互模块。
7.根据权利要求1-6任一项所述的半导体三端器件SOA曲线的测试装置，其特征在于，所述测试装置还包括：隔离模块，连接于所述控制与人机交互模块和所述可调功率电源之间、所述控制与人机交互模块和所述可调信号电源之间；在所述测试装置还包括能量控制模块时，所述隔离模块还连接于所述控制与人机交互模块和所述能量控制模块之间。
8.一种利用如权利要求1-7任一项所述的半导体三端器件SOA曲线测试装置实现的测试方法，其特征在于，所述测试方法包括：
S1：通过所述控制与人机交互模块设置不同脉宽时间下的检测时间点，所述可调功率电源输出的功率电压的设定电压范围及第一设定步进值，所述可调信号电源输出的驱动信号的设定幅值范围及第二设定步进值、设定脉宽时间范围及第三设定步进值，并控制所述可调功率电源的功率电压、所述可调信号电源驱动信号的幅值及脉宽时间均从最小值开始输出；
S2：向所述待测器件的信号端输出驱动信号，向所述待测器件的功率端输出功率电压，用以驱动所述待测器件；在当前脉宽时间内，所述控制与人机交互模块检测不同检测时间点下所述待测器件的功率端电压及流经所述待测器件的电流并保存数据；
若当前脉宽时间内所述待测器件未损坏，则所述控制与人机交互模块基于所述第二设定步进值步进所述驱动信号的幅值，并重复执行S2的步骤，直至将所述驱动信号的幅值步进至最大值，此时，所述控制与人机交互模块发出指示，提醒测试人员所述待测器件已达到最大饱和电流；
若当前脉宽时间内所述待测器件有损坏，所述控制与人机交互模块发出报警，提醒测试人员更换所述待测器件；
S3：所述控制与人机交互模块基于所述第一设定步进值步进所述功率电压，并控制所述可调信号电源驱动信号的幅值及脉宽时间重新从最小值开始输出；重复执行S2-S3的步骤，直至将所述功率电压步进至最大值；
S4：所述控制与人机交互模块基于所述第三设定步进值步进所述驱动信号的脉宽时间，并控制所述可调功率电源的功率电压及所述可调信号电源的驱动信号的幅值重新从最小值开始输出；重复执行S2-S4的步骤，直至将所述驱动信号的脉宽时间步进至最大值；
S5：所述控制与人机交互模块根据保存的电压、电流数据绘制SOA曲线并显示。
9.根据权利要求8所述的测试方法，其特征在于，在所述测试装置还包括能量控制模块及采样模块时，在向所述待测器件输出驱动信号和功率电压之前，S2还包括：所述控制与人机交互模块根据当前功率电压控制所述能量控制模块中并联电容的数量，并基于当前功率电压对并联电容进行充电；所述采样模块采样充电电压，所述控制与人机交互模块比较充电电压和当前功率电压，并在所述充电电压达到所述当前功率电压时，控制所述能量控制模块结束充电。
10.根据权利要求8所述的测试方法，其特征在于，所述待测器件是否损坏的判断方法包括：所述控制与人机交互模块判断流经所述待测器件的电流是否发生突变，若发生突变，判断所述待测器件损坏，否则，判断所述待测器件未损坏。
11.权利要求8所述的测试方法，其特征在于，绘制SOA曲线的方法包括：对于未损坏器件，所述控制与人机交互模块按当前脉宽时间及当前驱动信号幅值下的平均电压和最大饱和电流来绘制SOA点；对于损坏器件，所述控制与人机交互模块按当前脉宽时间及前一驱动信号幅值下的平均电压和平均电流来绘制SOA点。
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