CN211741483U - 热阻测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种热阻测试装置，包括：连接于被测器件各端口的开尔文子电路，该开尔文子电路包括驱动电流线和感测电压线；驱动单元，通过被测器件第一端口的开尔文子电路为被测器件提供驱动电压及驱动电流；功率电源，通过被测器件第二端口和第三端口的开尔文子电路为被测器件提供功率电压；功率电流源，通过被测器件第三端口的开尔文子电路中的驱动电流线为被测器件提供功率电流；热阻测量单元，通过搭接到被测器件对应端口的开尔文子电路，测量被测器件各端口的接触电阻及加功率前后的热阻参数。本实用新型既实现了被测器件任意端口的开尔文接触电阻测量，还可支持多种类型被测器件的热阻测试。

Description

热阻测试装置

技术领域

本实用新型涉及集成电路测试技术领域，特别涉及一种带开尔文测试的热阻测试装置。

背景技术

目前，功率半导体器件在功率脉冲条件下工作时，器件的温升与功率脉冲宽度及占空比有关。在设定施加功率、功率脉冲时间、脉冲占空比的测试条件下，通过半导体器件内部某种对温度敏感的特性来表征器件的温度变化，计算得到瞬态热阻。半导体器件的瞬态热阻与芯片及封装的几何尺寸、比热容、热扩散系数等有关，因此半导体器件的瞬态热阻可以反映出器件的很多特性。

瞬态热阻测试的测试流程为：测试被测器件常态结温T1→施加功率→测试被测器件加功率后的结温T2→由T1、T2温度变化和施加的功率计算瞬态热阻。对被测器件施加功率需要设定被测器件的功率电压、功率电流，一般来说测试大功率器件时施加功率可达几百至数千瓦。

由于热阻测试加功率阶段会在被测器件上施加很大的功率，因此热阻测试仪在测试前都会测试被测器件的开短路情况。现有热阻测试仪器仅包含加功率端子间的开短路测试，用于决定是否施加功率，其主要目的是保护测试仪器和节约能源。但是在实际测试的加功率过程中，由于电流较大，被测器件与夹具间的接触电阻也会严重影响测试精度。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种热阻测试装置，在传统热阻测试的基础上，利用模块复用的方式，既实现了被测器件任意端口的开尔文接触电阻测试，还可根据被测器件的类型对应选通驱动模块和测试模块，无需更改硬件连接的前提下，支持多种类型被测器件的热阻测试。

本实用新型采用的技术方案为，一种热阻测试装置，包括：

连接于被测器件各端口的开尔文子电路，该开尔文子电路包括驱动电流线和感测电压线；

驱动单元，通过被测器件第一端口的开尔文子电路为被测器件提供驱动电压或驱动电流；

功率电源，通过被测器件第二端口和第三端口的开尔文子电路为被测器件提供功率电压；

功率电流源，通过被测器件第三端口的开尔文子电路中的驱动电流线为被测器件提供功率电流；

热阻测量单元，通过搭接到被测器件对应端口的开尔文子电路，测量被测器件各端口的接触电阻及加功率前后的热阻参数。

由上，本实用新型采用模块复用的方式，通过在被测器件各端口连接开尔文子电路，实现了开尔文接触电阻测试，还通过采用热阻测量单元根据被测器件的类型搭接到被测器件对应端口的开尔文子电路，例如被测器件为三极管时，通过搭接到三极管基极和发射极的开尔文子电路进行热阻测试，被测器件为场效应管时，通过搭接到场效应管源极和漏极的开尔文子电路进行热阻测试，方便实用，并且由于功率电压和功率电流均通过开尔文子电路建立到被测器件的端口，不会产生线上压降损失，从而保证测试精度。

可选的，

所述被测器件为三极管时，第一端口为基极，第二端口为集电极或发射极，第三端口为发射极或集电极；

所述被测器件为场效应管时，第一端口为栅极，第二端口为源极或漏级，第三端口为漏极或源极；

所述被测器件为绝缘栅双极型晶体管时，第一端口为门极，第二端口为发射极，第三端口为集电极；

所述被测器件为二极管时，第二端口为正极，第三端口为负极。

由上，本热阻测量装置可用于各种类型的被测器件，根据被测器件的类型连接到对应端口，即可进行接触电阻测试和热阻测试，应用范围较广。

其中，所述热阻测量单元包括：

第二测试矩阵控制模块，该第二测试矩阵控制模块的输入端分别连接测量模块和测量电流源模块，其输出端分别对应连接被测器件各端口的开尔文子电路；

所述第二测试矩阵控制模块根据被测器件的类型将测量模块和测量电流源模块搭接到被测器件两个端口的开尔文子电路的感测电压线，实现热阻参数测量；

所述第二测试矩阵控制模块根据被测器件的类型将测量模块和测量电流源模块搭接到开尔文子电路任意端口的感测电压线与感测电流线两端，测量任意端口的接触电阻。

由上，测量电流源模块用于为被测器件提供测量电流，测量模块用于测量被测器件在测量电流下的电压值，第二测试矩阵控制模块分别对应连接至被测模块各端口的开尔文子电路上，即可测量开尔文子电路的探针端子之间的接触电阻，还可根据被测器件的类型选通两个端口进行热阻测试，例如被测器件为三极管时，搭接到第一端口和第三端口，即搭接到基极和发射极的开尔文子电路，被测器件为场效应管时，搭接到第二端口和第三端口，即搭接到源极和漏极的开尔文子电路。

其中，所述测量模块包括电压测量电路、内部寄存器和差分电压测量电路；

被测器件加功率前，所述电压测量电路测量被测器件的第一电压值，并发送至内部寄存器进行存储；

被测器件加功率后，所述电压测量电路测量被测器件的第二电压值，并发送至差分电压测量电路的一输入端，该差分电压测量电路的另一输入端接收内部寄存器存储的第一电压值，进行差分测量后输出差分信号。

由上，通过对被测器件加功率前后的电压值分别进行测量并进行差值测量，并输出差分信号，从而完成对被测器件加功率前后的热阻变化的测试。

进一步改进，还包括：

串联于被测器件第一端口的感测电压线和第三端口的感测电压线之间的第一过压保护模块；

串联于被测器件第二端口的感测电压线和第三端口的感测电压线之间的第二过压保护模块。

由上，第一过压保护模块用于保护场效应管在测试过程中，不会出现栅极电压过高而导致场效应管被击穿，还用于保护驱动模块不会因被测器件被击穿后出现过压导致回路烧毁，第二过压保护模块用于保护被测器件在加功率过程中不会出现过压，导致被测器件损坏。

其中，所述驱动单元包括：

第一测试矩阵控制模块，该第一测试矩阵控制模块的输入端分别连接一基极驱动模块和一栅极驱动模块，其输出端对应连接被测器件第一端口的开尔文子电路；

所述第一测试矩阵控制模块根据被测器件的类型选通对应的驱动模块搭接到被测器件的第一端口的开尔文子电路。

由上，驱动单元包括适用于三极管的基极驱动模块和适用于场效应管的栅极驱动模块，在实际使用过程中，根据被测器件的类型，控制第一测试矩阵控制模块即可选择与被测器件类型对应的驱动模块输出驱动电压或驱动电流，驱动被测器件导通。

进一步改进，还包括：

串联于所述基极驱动模块和第一测试矩阵控制模块之间的第一过流保护模块；

串联于所述栅极驱动模块和第三端口感测电压线之间的第二过流保护模块。

由上，当被测器件为三极管时，第一过流保护模块用于保护三极管的基极不会因过流导致三极管损坏，当被测器件为场效应管时，第二过流保护模块用于保护栅极驱动模块不会被场效应管异常时出现的过流所损坏。

进一步改进，还包括：

串联于所述功率电流源与被测器件第三端口之间的第三过流保护模块。

由上，第三过流保护模块用于保护功率电流源不会因被测器件出现短路所引起的过流损坏。

进一步改进，还包括：

浮动电压源，并联于所述功率电流源两端，为其提供工作电压。

由上，浮动电压源用于为功率电流源提供工作电压，驱动其输出功率电流，并且由于功率电源的输出端通过开尔文子电路为被测器件提供功率电压，而功率电流源位于该开尔文子电路的驱动电流线上，其一定程度上会造成线上产生压降，通过浮动电压源为功率电流源提供工作电压，可保证加载到被测器件的功率电压不会产生损失。

附图说明

图1为本实用新型热阻测试装置的原理示意图；

图2为本实用新型第二测试矩阵控制模块的原理示意图；

图3为本实用新型测量模块的原理示意图。

具体实施方式

下面参照如图1-图3对本实用新型热阻测试装置的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种具有开尔文测试功能的热阻测试装置，该装置包括：被测器件、大功率电源模块、功率电流源模块、浮动电压源模块、测试矩阵控制模块1、测试矩阵控制模块2、测量电流源模块、测量模块。

还包括连接于被测器件DUT三个端口的开尔文子电路，由串接于该三个端口的开尔文子电路上的测试矩阵控制模块3实现搭接控制，该测试矩阵控制模块内部为矩阵开关，其一端通过开尔文子电路连接到被测器件DUT的三个端口，其另一端通过开尔文子电路连接到其他各模块。为便于描述，该三个端口分别为第一端口、第二端口和第三端口，每条开尔文子电路均包括一驱动电流线(Force)和感测电压线(Sense)，即上述三个端口分别对应的开尔文子电路为1F/1S，2F/2S，3F/3S；该被测器件可选用三极管、场效应管、绝缘栅双极型晶体管或二极管，以N型为例，当被测器件选用三极管时，第一端口为基极，第二端口为集电极，第三端口为发射极；当被测器件选用场效应管时，第一端口为栅极，第二端口为源极，第三端口为漏极；当被测器件选用绝缘栅双极型晶体管时，第一端口为门极，第二端口为发射极，第三端口为集电极；当被测器件选用二极管时，无第一端口，第二端口和第三端口分别对应二极管的正极和负极；

所述大功率电源模块通过被测器件第二端口的开尔文子电路2F/2S和第三端口的开尔文子电路3F/3S，为被测器件提供功率电压；

所述功率电流源模块串联于被测器件第三端口的开尔文子电路的驱动电流线3F上，用于向被测器件提供功率电流；还包括串联于该驱动电流线3F上的过流保护模块3，防止被测器件的第二端口和第三端口出现短路时，产生的大电流将该功率电流源损坏；

所述浮动电压源模块并联于所述功率电流源的两端，用于为该功率电流源提供工作电压，由于大功率电源模块通过被测器件第二端口和第三端口的开尔文子电路为被测器件提供功率电压，而功率电流源位于该第三端口的开尔文子电路的驱动电流线3F上，其一定程度上会造成线上产生压降，通过浮动电压源为功率电流源提供工作电压，可保证加载到被测器件的功率电压不会产生损失；

所述测试矩阵控制模块1具有两输入端，分别连接一基极驱动模块和一栅极驱动模块，其输出端连接至被测器件第一端口的开尔文子电路1F/1S，在实际测试中，根据被测器件的类型选通基极驱动模块或栅极驱动模块输出驱动电压或驱动电流至被测器件的基极或栅极，值得说明的是，当被测器件为二极管时，则该测试矩阵控制模块1不工作；所述基极驱动模块和测试矩阵控制模块1之间串联一过流保护模块1，用于保护被测器件的基极不会因过流导致被击穿损坏，所述栅极驱动模块和第三端口的开尔文子电路的感测电压线3S之间串联一过流保护模块2，由于被测器件为场效应管时，需要栅极驱动模块提供驱动电压至栅极和漏极，该过流保护模块2可用于保护栅极驱动模块不会被场效应管异常时出现的过流所损坏；

如图2所示，所述测试矩阵控制模块2的输出端分别对应连接被测器件三个端口的开尔文子电路，其内部为矩阵开关及相关电路，其输入端Current In用于连接所述测量电流源模块，其输入端Meas+和Meas-连接所述测量模块，通过控制矩阵开关可将测量电流源模块搭接到被测器件的任意端口，并与任意端口的驱动电流线和感测电压线形成闭合回路，并提供测量电流，同时还将测量模块搭接到该任意端口的驱动电流线和感测电压线的探针端子处，即可采用四线方式精确测量该任意端口的开尔文接触电阻；

除此之外，还可控制上述矩阵控制模块2选通被测器件的两个端口，对被测器件进行加功率前后的热阻参数测量，例如，当被测器件为三极管时，在该三极管加功率前后，分别控制矩阵开关选通三极管的第一端口和第三端口，即基极和发射极，此时测量电流源模块提供的测量电流在该三极管的基极和发射极的驱动电流线之间流动，测量模块同时搭接到该基极和发射极的感测电压线，即可测量该三极管加功率前后两次的电压值，通过对该两次电压值进行差分测量，即可得出该三极管加功率前后的热阻变化；当被测器件为场效应管时，也同样在加功率前后，分别控制矩阵开关选通场效应管的第二端口和第三端口，即源极和漏极，此时测量电流源模块提供的测量电流在该场效应管的源极和漏极的驱动电流线之间流动，测量模块同时搭接到该源极和漏极的感测电压线，即可测量该场效应管功率前后两次的电压值，通过对该两次电压值进行差分运算，即可得出该场效应管加功率前后的热阻变化；

如图1，该热阻测试装置还包括连接于第一端口的感测电压线1S和第三端口的感测电压线3S之间的过压保护模块1，既可保护被测器件第一端口和第三端口不会被高压击穿，也保护栅极驱动模块不会被高压损坏；还包括连接于第二端口的感测电压线2S和第三端口的感测电压线3S之间的过压保护模块2，保护被测器件在加功率过程中，不会出现过压导致被测器件损坏的情况。

本实用新型提供的热阻测试装置进行热阻测试时，包括三个阶段：加功率前热阻参数测试阶段、加功率阶段、加功率后热阻参数测试阶段；具体的，

加功率前热阻参数测试阶段，根据被测器件的类型，由测试矩阵控制模块2选通被测器件的两个端口，由测量电流源模块提供测量电流，并由测量模块对该被测器件进行电压值测量；

加功率阶段，由测试矩阵控制模块1选通对应的驱动模块为被测器件的第一端口提供驱动电压，驱动器闭合；由大功率电源模块按照预设值进行电压输出，通过被测器件第二端口和第三端口的开尔文子电路为被测器件建立功率电压；由浮动电压源为功率电流源提供工作电压，该功率电流源通过被测器件第三端口的驱动电流线为被测器件提供功率电流；该功率电压和功率电流共同为被测器件提供热功率；

加功率后热阻参数测试阶段，加功率延时结束后，快速关断大功率电源模块，由测试矩阵控制模块2选通被测器件对应的两个端口，由测量电流源模块提供测量电流，并由测量模块再次对该被测器件进行电压值测量。

如图3所示，本实用新型的测量模块采用电压测量电路A、内部寄存器和差分电压测量电路B构成；

被测器件加功率前，所述电压测量电路A测量被测器件的第一电压值，并发送至内部寄存器进行存储；

被测器件加功率过程中，内部寄存器将存储的第一电压值发送至差分电压测量电路B的一输入端；

被测器件加功率后，所述电压测量电路A测量被测器件的第二电压值，并发送至差分电压测量电路B的另一输入端，该差分电压测量电路B将第一电压值和第二电压值进行差分测量后输出差分信号，从而完成对被测器件加功率前后的热阻变化的测试。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种热阻测试装置，其特征在于，包括：

连接于被测器件各端口的开尔文子电路，该开尔文子电路包括驱动电流线和感测电压线；

驱动单元，通过被测器件第一端口的开尔文子电路为被测器件提供驱动电压或驱动电流；

功率电源，通过被测器件第二端口和第三端口的开尔文子电路为被测器件提供功率电压；

功率电流源，通过被测器件第三端口的开尔文子电路中的驱动电流线为被测器件提供功率电流；

热阻测量单元，通过搭接到被测器件对应端口的开尔文子电路，测量被测器件各端口的接触电阻及加功率前后的热阻参数。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述被测器件为三极管时，第一端口为基极，第二端口为集电极或发射极，第三端口为发射极或集电极；

所述被测器件为场效应管时，第一端口为栅极，第二端口为源极或漏级，第三端口为漏极或源极；

所述被测器件为绝缘栅双极型晶体管时，第一端口为门极，第二端口为发射极，第三端口为集电极；

所述被测器件为二极管时，第二端口为正极，第三端口为负极。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述热阻测量单元包括：

第二测试矩阵控制模块，该第二测试矩阵控制模块的输入端分别连接测量模块和测量电流源模块，其输出端分别对应连接被测器件各端口的开尔文子电路；

所述第二测试矩阵控制模块根据被测器件的类型将测量模块和测量电流源模块搭接到被测器件两个端口的开尔文子电路的感测电压线，实现热阻参数测量；

所述第二测试矩阵控制模块根据被测器件的类型将测量模块和测量电流源模块搭接到开尔文子电路任意端口的感测电压线与感测电流线两端，测量任意端口的接触电阻。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述测量模块包括电压测量电路、内部寄存器和差分电压测量电路；

被测器件加功率前，所述电压测量电路测量被测器件的第一电压值，并发送至内部寄存器进行存储；

被测器件加功率后，所述电压测量电路测量被测器件的第二电压值，并发送至差分电压测量电路的一输入端，该差分电压测量电路的另一输入端接收内部寄存器存储的第一电压值，进行差分测量后输出差分信号。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括：

串联于被测器件第一端口的感测电压线和第三端口的感测电压线之间的第一过压保护模块；

串联于被测器件第二端口的感测电压线和第三端口的感测电压线之间的第二过压保护模块。

6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述驱动单元包括：

第一测试矩阵控制模块，该第一测试矩阵控制模块的输入端分别连接一基极驱动模块和一栅极驱动模块，其输出端对应连接被测器件第一端口的开尔文子电路；

所述第一测试矩阵控制模块根据被测器件的类型选通对应的驱动模块搭接到被测器件的第一端口的开尔文子电路。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

串联于所述基极驱动模块和第一测试矩阵控制模块之间的第一过流保护模块；

串联于所述栅极驱动模块和第三端口感测电压线之间的第二过流保护模块。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

串联于所述功率电流源与被测器件第三端口之间的第三过流保护模块。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

浮动电压源，并联于所述功率电流源两端，为其提供工作电压。

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