CN117572325B - 一种功率半导体器件静态测试系统的校验电路和校验方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种功率半导体器件静态测试系统的校验电路和校验方法，该校验电路包括多个标准电阻、多个标准电容和多个继电器，用于通过自动控制不同继电器的闭合状态，使不同的标准电阻或标准电容接入功率半导体器件静态测试系统，根据测量结果验证静态测试系统的精度。本方案可以准确、快速、全面的完成静态测试系统的测试精度校验。

Description

一种功率半导体器件静态测试系统的校验电路和校验方法

技术领域

本发明涉及半导体测试技术领域，尤其是涉及一种功率半导体器件静态测试系统的校验电路和校验方法。

背景技术

对于功率半导体器件的静态测试系统，测试结果精度是首要关注指标。静态测试系统包含击穿电压、功率端漏电流、栅极阈值电压、栅极漏电流、导通电阻、导通压降这六种关键测试项，还包括栅极电阻、输入电容、输出电容、转移电容等一般测试项。这些测试内容有pA级的漏电流，μΩ级的电阻，mV级的电压，以及pF级的电容，因此要求测试系统具有较高的精度。

目前验证静态测试系统精度的主要方法是直接测量标准器件，然后将测试结果与该器件的参考标准进行比较。由于器件参考标准中的性能参数是每个测试项的最小值、典型值和最大值，参考标准本身存在误差，且由于标准器件与被测器件的差异，导致实验结果可能无法反映出测试系统的真实精度。

发明内容

为了快速精准校验测试系统的精度，本方案提出一种功率半导体器件静态测试系统的校验电路和校验方法，使用标准电阻、电容和切换电路状态的继电器组成的电路拓扑模拟功率半导体器件构成校验电路，通过自动控制继电器的闭合状态切换接入静态测试系统的电阻或电容，在已知标准器件阻值或电容值的情况下，根据测量结果验证静态测试系统各测试参数的精度，可以准确、快速、全面的完成静态测试系统的精度校验。

根据本发明的第一方面，提供了一种功率半导体器件静态测试系统的校验电路，包括多个标准电阻、多个标准电容和多个继电器，用于通过自动控制不同继电器的闭合状态，使不同的标准电阻或标准电容接入功率半导体器件静态测试系统，根据测量结果验证静态测试系统的精度。

可选地，在本发明提供的功率半导体器件静态测试系统的校验电路中，校验电路包括第一标准电阻、第二标准电阻、第三标准电阻、第四标准电阻、第五标准电阻、第一标准电容、第二标准电容、第三标准电容、第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、第五继电器、第六继电器、第七继电器、第八继电器，第一标准电阻和第二标准电阻为GΩ以上阻值的电阻，所述第四标准电阻为mΩ阻值的电阻；

第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、第五继电器、第六继电器、第七继电器、第八继电器分别连接至PLC控制器，PLC控制器内置验证程序；

其中，第一标准电阻、第二标准电阻、第三标准电阻、第四标准电阻、第五标准电阻、第一标准电容、第二标准电容、第三标准电容分别通过第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、第五继电器、第六继电器、第七继电器、第八继电器的闭合接入静态测试系统。

可选地，在本发明提供的功率半导体器件静态测试系统的校验电路中，第一标准电阻的一端连接第一继电器，另一端分别连接第二标准电阻、第五标准电阻、第三标准电阻、第四标准电阻、第一标准电容、第二标准电容，当第一继电器闭合，第一标准电阻切入静态测试系统，用于根据第一标准电阻的阻值和测量得到的第一标准电阻上的电压计算出功率端漏电流值，验证功率端漏电流的测试精度。

可选地，在本发明提供的功率半导体器件静态测试系统的校验电路中，第二标准电阻的一端连接第二继电器，另一端分别连接第一标准电阻、第三标准电阻、第四标准电阻、第五标准电阻、第一标准电容和第二标准电容，当第二继电器闭合，第二标准电阻切入静态测试系统，用于根据第二标准电阻的阻值和测量得到的第二标准电阻上的电压计算出栅极漏电流值，验证栅极漏电流的测试精度。

可选地，在本发明提供的功率半导体器件静态测试系统的校验电路中，第三标准电阻的一端连接第三继电器，另一端分别连接第一标准电阻、第二标准电阻、第四标准电阻、第五标准电阻、第一标准电容和第二标准电容，当第三继电器闭合，第三标准电阻切入静态测试系统，用于根据第三标准电阻上产生的电压验证阈值电压的测试精度。

可选地，在本发明提供的功率半导体器件静态测试系统的校验电路中，第四标准电阻的一端连接第四继电器，另一端分别连接第一标准电阻、第二标准电阻、第三标准电阻、第五标准电阻、第一标准电容和第二标准电容，当第四继电器闭合，第四标准电阻切入静态测试系统，用于根据第四标准电阻上产生的电压验证导通电阻和导通压降的测试精度。

可选地，在本发明提供的功率半导体器件静态测试系统的校验电路中，第五标准电阻的一端连接第五继电器，另一端分别连接第一标准电阻、第二标准电阻、第三标准电阻、第四标准电阻、第一标准电容和第二标准电容，当第五继电器闭合，第五标准电阻切入静态测试系统，用于验证栅极内阻的测试精度。

可选地，在本发明提供的功率半导体器件静态测试系统的校验电路中，第一标准电容一端连接第六继电器，另一端分别连接第一标准电阻、第二标准电阻、第三标准电阻、第四标准电阻、第五标准电阻和第三标准电容；第二标准电容的一端连接第七继电器，另一端分别连接第一标准电阻、第二标准电阻、第三标准电阻、第四标准电阻、第五标准电阻和第三标准电容；第三标准电容的一端连接第八继电器，另一端分别连接第二继电器、第五继电器和第六继电器。

可选地，在本发明提供的功率半导体器件静态测试系统的校验电路中，当第六继电器闭合时，第一标准电容切入静态测试系统，用于验证输入电容的测试精度；当第七继电器闭合时，第二标准电容切入静态测试系统，用于验证输出电容的测试精度；当第八继电器闭合时，第三标准电容切入静态测试系统，用于验证转移电容的测试精度。

根据本发明的第二方面，提供了一种功率半导体器件静态测试系统的校验方法，包括：构建如上所述的功率半导体器件静态测试系统的校验电路；

闭合第一继电器，关闭其他继电器，使第一标准电阻接入静态测试系统，验证功率端漏电流的测试精度；

闭合第二继电器，关闭其他继电器，使第二标准电阻接入静态测试系统，验证栅极漏电流的测试精度；

闭合第三继电器，关闭其他继电器，使第三标准电阻接入静态测试系统，验证阈值电压的测试精度；

闭合第四继电器，关闭其他继电器，使第四标准电阻接入静态测试系统，验证导通电阻和导通压降的测试精度；

闭合第五继电器，关闭其他继电器，使第五标准电阻接入静态测试系统，验证栅极内阻的测试精度；

闭合第六继电器，关闭其他继电器，使第一标准的电容接入静态测试系统，验证输入电容的测试精度；

闭合第七继电器，关闭其他继电器，使第二标准的电容接入静态测试系统，验证输出电容的测试精度；

闭合第八继电器，关闭其他继电器，使第三标准的电容接入静态测试系统，验证转移电容的测试精度。

本发明提供的功率半导体器件静态测试系统的校验电路和校验方法，使用标准电阻、电容和继电器模拟实际应用中的功率半导体器件构成静态测试系统的校验电路，通过选择合适的阻值和电容值，并使用PLC控制器自动控制继电器的闭合状态切换接入静态测试系统的电阻或电容，验证静态测试系统各测试参数的精度，可以模拟不同负载情况下的电流、电压等参数，以验证测试系统在不同工作条件下的准确性。因此，本方案可以准确、快速、全面的完成系统精度校验。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

图1示出了根据本发明一个实施例的功率半导体器件静态测试系统的校验电路的电路拓扑示意图。

具体实施方式

功率半导体器件（IGBT、MOSFET、SiCMOSFET等）静态测试系统主要用于对功率器件的关键参数，如静态电特性、功率特性、开关特性、温度特性、绝缘特性等进行测量和分析。

为了快速精准校验测试系统的精度，本方案提出一种功率半导体器件静态测试系统的校验电路和校验方法。

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1示出了根据本发明一个实施例的功率半导体器件静态测试系统的校验电路的电路拓扑示意图。如图1所示，该校验电路包括多个标准电阻、多个标准电容和多个继电器，该校验电路通过自动控制不同继电器的闭合状态，使不同的标准电阻或标准电容接入功率半导体器件静态测试系统，验证静态测试系统对功率半导体器件的参数测试精度。

参照图1所示，该校验电路可以包括第一标准电阻R1、第二标准电阻R2、第三标准电阻R3、第四标准电阻R4、第五标准电阻R5、第一标准电容C1、第二标准电容C2、第三标准电容C3、第一继电器K1、第二继电器K2、第三继电器K3、第四继电器K4、第五继电器K5、第六继电器K6、第七继电器K7、第八继电器K8。其中，第一标准电阻R1和第二标准电阻R2为GΩ以上阻值的电阻，第四标准电阻R4为mΩ阻值以下的电阻。

第一继电器K1、第二继电器K2、第三继电器K3、第四继电器K4、第五继电器K5、第六继电器K6、第七继电器K7、第八继电器K8连接至PLC控制器，PLC控制器内置验证程序，通过PLC控制器可自动控制各继电器的闭合和关断。

第一标准电阻R1、第二标准电阻R2、第三标准电阻R3、第四标准电阻R4、第五标准电阻R5、第一标准电容C1、第二标准电容C2、第三标准电容C3分别通过第一继电器K1、第二继电器K2、第三继电器K3、第四继电器K4、第五继电器K5、第六继电器K6、第七继电器K7、第八继电器K8的闭合接入静态测试系统。

具体地，如图1所示，第一标准电阻R1的一端连接第一继电器K1，另一端分别连接第二标准电阻R2、第五标准电阻R5、第三标准电阻R3、第四标准电阻R4、第一标准电容C1、第二标准电容C2，当第一继电器K1闭合，第一标准电阻R1切入静态测试系统，用于根据第一标准电阻R1的阻值和测量得到的第一标准电阻R1上的电压计算出功率端漏电流值，验证功率端漏电流的测试精度。

其中功率端（D、S）漏电流是指功率半导体器件从漏极到源极的电流，功率半导体器件处于截止状态时，其漏电流应该非常小，一般在微安甚至纳安级别，通过高阻值的第一标准电阻可以满足精密测量的需求。

第二标准电阻R2的一端连接第二继电器K2，另一端分别连接第一标准电阻R1、第三标准电阻R3、第四标准电阻R4、第五标准电阻R5、第一标准电容C1和第二标准电容C2，当第二继电器K2闭合，第二标准电阻R2切入静态测试系统，用于根据第二标准电阻R2的阻值和测量得到的第二标准电阻R2上的电压计算出栅极漏电流值，验证栅极漏电流的测试精度。

当功率半导体器件栅极与源极间施加零或负电压时，由于渗透效应或微小的硅氧化物层缺陷，会导致一小部分电流从栅极流向源极，称为栅极漏电流。通常情况下，栅极漏电流比较小，高阻值的第二标准电阻同样可以满足精密测量的需求。

第三标准电阻R3的一端连接第三继电器K3，另一端分别连接第一标准电阻R1、第二标准电阻R2、第四标准电阻R4、第五标准电阻R5、第一标准电容C1和第二标准电容C2，当第三继电器K3闭合，第三标准电阻R3切入静态测试系统，用于根据第三标准电阻R3上产生的电压验证阈值电压的测试精度。其中，阈值电压是当控制栅极电压达到一定值器件开始导通的电压。

第四标准电阻R4的一端连接第四继电器K4，另一端分别连接第一标准电阻R1、第二标准电阻R2、第三标准电阻R3、第五标准电阻R5、第一标准电容C1和第二标准电容C2，当第四继电器K4闭合，第四标准电阻R4切入静态测试系统，用于根据第四标准电阻R4上产生的电压验证导通电阻和导通压降的测试精度。

其中，导通电阻和导通压降用于评估器件的导通性能。导通电阻是指功率半导体器件在导通状态下通过的电流与施加在器件上的电压之比，它反映了器件导通时的电流传输能力和电压损耗情况。导通电阻越小，表示器件在导通状态下的电压损耗越小，具有更好的导通性能。

导通压降是功率半导体器件在导通状态下产生的电压降。由于器件内部导通电阻的存在，电流在器件内部会引起一定的电压降。导通压降的大小对于功率半导体器件的效率和功耗有着重要影响。一般来说，导通压降越小，表示器件在导通状态下的能量损耗越低。

第五标准电阻R5的一端连接第五继电器K5，另一端分别连接第一标准电阻R1、第二标准电阻R2、第三标准电阻R3、第四标准电阻R4、第一标准电容C1和第二标准电容C2，当第五继电器K5闭合，第五标准电阻R5切入静态测试系统，用于验证栅极内阻的测试精度。其中，栅极内阻是栅极和源极之间的内部电阻。

第一标准电容C1一端连接第六继电器K6，另一端分别连接第一标准电阻R1、第二标准电阻R2、第三标准电阻R3、第四标准电阻R4、第五标准电阻R5和第三标准电容C3；第二标准电容C2的一端连接第七继电器K7，另一端分别连接第一标准电阻R1、第二标准电阻R2、第三标准电阻R3、第四标准电阻R4、第五标准电阻R5和第三标准电容C3；第三标准电容C3的一端连接第八继电器K8，另一端分别连接第二继电器K2、第五继电器K5和第六继电器K6。

当第六继电器K6闭合时，第一标准电容C1切入静态测试系统，用于验证输入电容的测试精度；当第七继电器K7闭合时，第二标准电容C2切入静态测试系统，用于验证输出电容的测试精度；当第八继电器K8闭合时，第三标准电容C3切入静态测试系统，用于验证转移电容的测试精度。

其中，输入电容是功率半导体器件输入端（如栅极或基极）与参考节点（如源极或发射极）之间的电容。一般来说输入电容越小，器件对输入信号的响应速度越快。输出电容是指功率半导体器件的输出端（如漏极或集电极）与参考节点之间的电容。一般来说，输出电容越小，器件的驱动能力和输出信号的响应速度越好。转移电容是指功率半导体器件的输入端与输出端之间的电容。表示当输入端电压变化时，输出端电荷的变化量。转移电容越大，器件的开关速度越慢。继电器K6、K7、K8闭合，使标准电容C1、C2、C3切入静态测试系统可验证输入电容、输出电容、转移电容的测试精度。

以上测试内容基本涵盖功率半导体器件所有静态测试项目，在已知标准器件阻值和容值的情况下，根据测量结果可以充分判断系统测试精度。

在本发明的一个实施例中，还提供了一种功率半导体器件静态测试系统的校验方法。该方法包括：首先，构建如上所述的功率半导体器件静态测试系统的校验电路。对于校验电路中的电阻和电容需要选择合适的阻值和电容值，以满足不同参数的测量精度需求。

闭合第一继电器，关闭其他继电器，使第一标准电阻接入静态测试系统，验证功率端漏电流的测试精度。将第一标准电阻接入静态测试系统模拟功率端负载，通过施加适当的电压或电流到静态测试系统，使其工作在正常测试条件下。使用静态测试系统测量功率端漏电流的数值。将测量结果与第一标准电阻的预期值进行比较，以评估测试精度。如果测量结果与预期值非常接近，则说明测试系统的精度较高。

闭合第二继电器，关闭其他继电器，使第二标准电阻接入静态测试系统，验证栅极漏电流的测试精度。将第二标准电容器接入静态测试系统，可以模拟栅极负载。施加适当的电压或电流到静态测试系统，使其工作在正常测试条件下。使用静态测试系统测量栅极漏电流的数值。将测量结果与第二标准电容器的预期值进行比较，以评估测试精度。如果测量结果与预期值非常接近，则说明测试系统的精度较高。

闭合第三继电器，关闭其他继电器，使第三标准电阻接入静态测试系统，验证阈值电压的测试精度。将第三标准电阻接入静态测试系统，可以产生已知的阈值电压。使用静态测试系统测量阈值电压的数值。将测量结果与已知的阈值电压进行比较，以评估测试精度。如果测量结果与预期值非常接近，则说明测试系统的精度较高。

以此类推，闭合第四继电器，关闭其他继电器，使第四标准电阻接入静态测试系统，验证导通电阻和导通压降的测试精度。

闭合第五继电器，关闭其他继电器，使第五标准电阻接入静态测试系统，验证栅极内阻的测试精度。

闭合第六继电器，关闭其他继电器，使第一标准的电容接入静态测试系统，验证输入电容的测试精度。

闭合第七继电器，关闭其他继电器，使第二标准的电容接入静态测试系统，验证输出电容的测试精度。

闭合第八继电器，关闭其他继电器，使第三标准的电容接入静态测试系统，验证转移电容的测试精度。

在进行验证时，可以使用已知准确数值的标准电阻、标准电容，与测试系统测量得到的数值进行比较。如果测试系统的测量结果与已知准确数值非常接近，则可以认为测试系统的精度较高。

需要注意的是，选择合适的标准阻容电路拓扑以及合适的元件数值是非常重要的。此外，在进行验证时还应注意测试系统的校准和环境条件对测量结果的影响。最好是参考相关的标准和指南来执行验证程序，以确保结果的准确性和可靠性。

本发明提供的功率半导体器件静态测试系统的校验电路和校验方法，使用标准电阻、电容和继电器模拟实际应用中的功率半导体器件构成静态测试系统的校验电路，通过选择合适的阻值和电容值，并使用PLC控制器自动控制继电器的闭合状态切换接入静态测试系统的电阻或电容，验证静态测试系统各测试参数的精度，可以模拟不同负载情况下的电流、电压等参数，以验证测试系统在不同工作条件下的准确性。因此，本方案可以准确、快速、全面的完成系统精度校验，降低精度校验成本。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (9)

1.一种功率半导体器件静态测试系统的校验电路，其特征在于，包括第一标准电阻、第二标准电阻、第三标准电阻、第四标准电阻、第五标准电阻、第一标准电容、第二标准电容、第三标准电容、第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、第五继电器、第六继电器、第七继电器和第八继电器，所述第一标准电阻、第二标准电阻、第三标准电阻、第四标准电阻、第五标准电阻、第一标准电容、第二标准电容和第三标准电容分别通过所述第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、第五继电器、第六继电器、第七继电器和第八继电器的闭合接入静态测试系统，所述第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、第五继电器、第六继电器、第七继电器和第八继电器分别连接至PLC控制器，所述第一标准电阻的一端连接所述第一继电器，另一端分别连接所述第二标准电阻、第五标准电阻、第三标准电阻、第四标准电阻、第一标准电容、第二标准电容；所述第二标准电阻的一端连接所述第二继电器，另一端分别连接第一标准电阻、第三标准电阻、第四标准电阻、第五标准电阻、第一标准电容和第二标准电容；所述第三标准电阻的一端连接所述第三继电器，另一端分别连接第一标准电阻、第二标准电阻、第四标准电阻、第五标准电阻、第一标准电容和第二标准电容；所述第四标准电阻的一端连接所述第四继电器，另一端分别连接第一标准电阻、第二标准电阻、第三标准电阻、第五标准电阻、第一标准电容和第二标准电容；所述第五标准电阻的一端连接所述第五继电器，另一端分别连接第一标准电阻、第二标准电阻、第三标准电阻、第四标准电阻、第一标准电容和第二标准电容；所述第一标准电容一端连接所述第六继电器，另一端分别连接所述第一标准电阻、第二标准电阻、第三标准电阻、第四标准电阻、第五标准电阻和第三标准电容；所述第二标准电容的一端连接所述第七继电器，另一端分别连接所述第一标准电阻、第二标准电阻、第三标准电阻、第四标准电阻、第五标准电阻和第三标准电容；所述第三标准电容的一端连接第八继电器，另一端分别连接所述第二继电器、第五继电器和第六继电器；

所述校验电路用于通过自动控制不同继电器的闭合，使不同的标准电阻或标准电容接入所述静态测试系统，根据测量结果验证静态测试系统的精度。

2.根据权利要求1所述的功率半导体器件静态测试系统的校验电路，其特征在于，所述PLC控制器内置验证程序。

3.根据权利要求1所述的功率半导体器件静态测试系统的校验电路，其特征在于，所述第一标准电阻和第二标准电阻为GΩ以上阻值的电阻，所述第四标准电阻为mΩ阻值的电阻；

当所述第一继电器闭合，所述第一标准电阻切入静态测试系统，用于根据第一标准电阻的阻值和测量得到的第一标准电阻上的电压计算出功率端漏电流值，验证功率端漏电流的测试精度。

4.根据权利要求1所述的功率半导体器件静态测试系统的校验电路，其特征在于，当所述第二继电器闭合，所述第二标准电阻切入静态测试系统，用于根据第二标准电阻的阻值和测量得到的第二标准电阻上的电压计算出栅极漏电流值，验证栅极漏电流的测试精度。

5.根据权利要求1所述的功率半导体器件静态测试系统的校验电路，其特征在于，当所述第三继电器闭合，所述第三标准电阻切入静态测试系统，用于根据第三标准电阻上产生的电压验证阈值电压的测试精度。

6.根据权利要求1所述的功率半导体器件静态测试系统的校验电路，其特征在于，当所述第四继电器闭合，所述第四标准电阻切入静态测试系统，用于根据第四标准电阻上产生的电压验证导通电阻和导通压降的测试精度。

7.根据权利要求1所述的功率半导体器件静态测试系统的校验电路，其特征在于，当所述第五继电器闭合，所述第五标准电阻切入静态测试系统，用于验证栅极内阻的测试精度。

8.根据权利要求1所述的功率半导体器件静态测试系统的校验电路，其特征在于，当第六继电器闭合时，所述第一标准电容切入静态测试系统，用于验证输入电容的测试精度；当第七继电器闭合时，所述第二标准电容切入静态测试系统，用于验证输出电容的测试精度；当第八继电器闭合时，所述第三标准电容切入静态测试系统，用于验证转移电容的测试精度。

9.一种功率半导体器件静态测试系统的校验方法，其特征在于，包括：

构建如权利要求1-8任意一项中所述的功率半导体器件静态测试系统的校验电路；

闭合第一继电器，关闭其他继电器，使第一标准电阻接入静态测试系统，验证功率端漏电流的测试精度；

闭合第二继电器，关闭其他继电器，使第二标准电阻接入静态测试系统，验证栅极漏电流的测试精度；

闭合第三继电器，关闭其他继电器，使第三标准电阻接入静态测试系统，验证阈值电压的测试精度；

闭合第四继电器，关闭其他继电器，使第四标准电阻接入静态测试系统，验证导通电阻和导通压降的测试精度；

闭合第五继电器，关闭其他继电器，使第五标准电阻接入静态测试系统，

验证栅极内阻的测试精度；

闭合第六继电器，关闭其他继电器，使第一标准的电容接入静态测试系统，

验证输入电容的测试精度；

闭合第七继电器，关闭其他继电器，使第二标准的电容接入静态测试系统，

验证输出电容的测试精度；

闭合第八继电器，关闭其他继电器，使第三标准的电容接入静态测试系统，

验证转移电容的测试精度。