CN209746082U - 功率半导体器件功率循环测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种功率半导体器件功率循环测试系统，设有控制电路及由控制电路控制的稳压电源、制冷装置及被测器件驱动电路；所述稳压电源的输出分别与多个检测支路相接；所述检测支路设有与稳压电源相接的检流电阻，与检测电阻串联有由控制电路控制开断的低阻开关器件，与低阻开关器件并联有分压电阻，所述检流电阻两端与模拟信号选择电路相接，模拟信号选择电路的输出与电压信号采集电路相接；所述电压信号采集电路的输出与控制电路相接；测试时，所述被测器件驱动电路与被测器件栅极相接，所述低阻开关器件与被测器件相串联，所述模拟信号选择电路亦接于被测器件源极与漏极之间。

Description

功率半导体器件功率循环测试系统

技术领域

本实用新型涉及一种半导体器件测试设备，尤其是一种准确度高、可靠性好及适用范围广的功率半导体器件功率循环测试系统。

背景技术

功率半导体器件（IGBT、MOSFET、GaN HEMT等）作为电力电子、电能转换的重要器件，已广泛应用于新能源发电、服务器电源、电动汽车等领域。功率半导体器件作为开关电源的核心功率器件，其可靠性直接影响系统的稳定性，而导致功率半导体器件可靠性降低的最主要原因是开关工作过程中的损坏。因此，如何有效的评估功率半导体器件的间歇寿命至关重要。

目前，已有采用功率循环测试系统对生产中的器件抽样（数百颗）进行可靠性试验，以评估该批次功率半导体器件的间歇寿命。主要是测试被测器件在设定时间内可实现包括加热和冷却的完整功率循环周期的个数。其中加热达到的最大结温T_jmax和冷却达到的最低结温T_jmin，二者的差值需要达到一定规范（如100℃），即需要实时监测被测器件的结温。然而，现有功率循环测试系统通常采用检测寄生体二极管压降判断被测器件结温的方式，为此需要增加反向小电流测试。不仅加大系统设备控制难度，而且延长了测量温度的间隔，无法精确地反馈被测器件实时结温；同时还会产生加热被中断的现象，导致被测器件测试过程中结温波动较大，影响测试准确性。另外，现有功率循环测试系统只适用于IGBT或者MOSFET等器件，无法实现对GaN HEMT进行测试，适用范围较窄。

发明内容

本实用新型是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种准确度高、可靠性好及适用范围广的功率半导体器件功率循环测试系统。

本实用新型的技术解决方案是：一种功率半导体器件功率循环测试系统，其特征在于：设有控制电路及由控制电路控制的稳压电源、制冷装置及被测器件驱动电路；所述稳压电源的输出分别与多个检测支路相接；所述检测支路设有与稳压电源相接的检流电阻，与检测电阻串联有由控制电路控制开断的低阻开关器件，与低阻开关器件并联有分压电阻，所述检流电阻两端与模拟信号选择电路相接，模拟信号选择电路的输出与电压信号采集电路相接；所述电压信号采集电路的输出与控制电路相接；测试时，所述被测器件驱动电路与被测器件栅极相接，所述低阻开关器件与被测器件相串联，所述模拟信号选择电路亦接于被测器件源极与漏极之间。

本实用新型通过所设置的模拟信号选择电路及电压信号采集电路，可周期性地将检流电阻两端电压及被测器件两端的电压传送至控制器，由控制器通过对两个电压值的运算，实时得出被测器件的阻值，并根据预先得到的结温与阻值对应关系曲线模型，计算出被测器件的结温。无需反向小电流测试，可实时精确地抓取被测器件结温，降低了设备控制难度、避免加热被动中断而使结温波动较大的现象，提高测试准确性及可靠性。本实用新型不仅适用于IGBT或者MOSFET等器件，而且可实现对GaN HEMT进行测试，扩大了适用范围。

附图说明

图1为本实用新型实施例的电路原理框图。

图2为本实用新型实施例中各测试支路的电路图。

图3为本实用新型实施例两个测试支路的时序图。

具体实施方式

本实用新型的功率半导体器件功率循环测试系统如图1、图2所示：在箱体内设有控制电路（单片机等）及由控制电路控制的多个稳压电源、制冷装置及被测器件驱动电路，制冷装置可采用风机或冷却水循环系统等；稳压电源的输出V₀分别与多个检测支路相接，可根据实际需要，每个稳压电源可以连接1~40个测试支路；检测支路设有与稳压电源相接的检流电阻R_view，与检流电阻R_view串联有由控制电路输出电压（V_gate）控制开断的低阻开关器件FET，与低阻开关器件FET并联有分压电阻R₀，电阻R₀的阻值可设置为10~1000Ω远高于FET的导通电阻。所述检流电阻R_view两端X1、Y1与模拟信号选择电路（CD4052B逻辑芯片）相接，模拟信号选择电路的输出与电压信号采集电路（电压表等）相接；电压信号采集电路的输出与控制电路相接；测试时，被测器件驱动电路与被测器件DUT栅极相接，输出电压V₁控制被测器件DUT栅极，使被测器件DUT始终处于导通状态。低阻开关器件FET与被测器件DUT相串联，模拟信号选择电路亦接于被测器件DUT漏极和源极（X2、Y2）之间。

工作过程：

控制电路控制每个稳压电源，为每个测试支路提供V₀（1~100V）间歇性供电。如供电1~999秒，关断1~999秒，完整的供电及关断过程为一个周期，每次测试可设定1~99999周期。在稳压电源持续供电的过程中，被测器件DUT工作在两种状态。一种为低阻开关器件FET导通状态下，因电阻R₀阻值远大于FET的导通电阻R_FETon，电路中相当于检流电阻R_view与FET的导通电阻R_FETon以及被测器件导通电阻R_DUTon串联，此时流经被测器件DUT的电流最大，为I_DUT=V₀/(R_view+R_FETon+R_DUT))，实现被测器件DUT的快速升温；另一种为低阻开关器件FET关断状态下，因电阻R₀阻值远小于FET的关断电阻，电路中相当于检流电阻R_view与分压电阻R₀以及被测器件导通电阻R_DUTon串联，此时流经被测器件DUT的电流小，为I_DUT=V₀/(R_view+R₀+R_DUT))，实现被测器件的缓慢降温。

与此同时，模拟信号选择电路实现被测端X1、Y1与X2、Y2周期性地与电压信号采集电路连接，从而快速地将所测量的电压值V_X1Y1、V_X2Y2送至控制电路。控制电路通过对电压信号V_X1Y1、V_X2Y2的运算分析，得出实时的被测器件DUT的导通电阻R_DUT阻值，即R_DUT=V_X2Y2/（V_X1Y1/R_view）。通过预先得到的结温与阻值对应关系曲线模型，计算出被测器件的结温T_j，从而实现被测器件DUT结温T_j的实时抓取。

控制电路对所测取的结温T_j进行分析，当结温T_j达到预先设定的最大结温T_jmax时，控制低阻开关器件FET关断，被测器件缓慢降温。当结温Tj低于设定值T_jset时低阻开关器件FET再次导通，继续对被测器件进行加热。重复控制低阻开关器件FET开断，至达到已设定的供电时间，此时供电电源关断，控制器控制开启制冷装置，对被测器件DUT进行快速降温达到最低结温T_jmin，且在T_jmin维持稳定，直至达到所设定的稳压电源关断时间。

本实用新型的功率半导体器件功率循环测试系统会重复上述操作完成一个包括加热和冷却的完整功率循环周期，直至完成所设定的循环数。本实用新型实施例两个测试支路的时序图如图3所示。图3中DUT1、DUT2为两个被测器件，V_gate1 V_gate2分别为控制测试支路低阻开关器件FET开断的电压。如未达到所设定循环数则为不合格品，完成所有周期测试的产品，取出后会测试基本参数，若参数不合格，依然认为不合格。

Claims (1)

1.一种功率半导体器件功率循环测试系统，其特征在于：设有控制电路及由控制电路控制的稳压电源、制冷装置及被测器件驱动电路；所述稳压电源的输出分别与多个检测支路相接；所述检测支路设有与稳压电源相接的检流电阻，与检测电阻串联有由控制电路控制开断的低阻开关器件，与低阻开关器件并联有分压电阻，所述检流电阻两端与模拟信号选择电路相接，模拟信号选择电路的输出与电压信号采集电路相接；所述电压信号采集电路的输出与控制电路相接；测试时，所述被测器件驱动电路与被测器件栅极相接，所述低阻开关器件与被测器件相串联，所述模拟信号选择电路亦接于被测器件源极与漏极之间。