CN219676185U - 一种功率半导体栅极可靠性测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种功率半导体栅极可靠性测试装置，涉及功率半导体领域，包括：功率半导体栅极；电流采集模块，与所述栅极连接；脉冲控制模块，与栅极、电流采集模块连接以形成栅极应力测试电路；可变电压模块，与栅极、电流采集模块连接以形成阈值电压测试电路；选择开关，包含一个输入端和两个输出端，其中输入端与所述栅极、所述电流采集模块连接，两个输出端分别连接脉冲控制模块和可变电压模块；还包括上位机，所述上位机与所述脉冲控制模块通信，控制脉冲控制模块的输出，以在所述栅极应力测试电路中对所述栅极施加动态应力进行测试，解决现有栅极可靠性测试过程中仅施加恒定电压，且未考虑阈值电压，测试结果不够准确的情况。

Description

一种功率半导体栅极可靠性测试装置

技术领域

本实用新型涉及功率半导体领域，尤其涉及一种功率半导体栅极测试装置。

背景技术

IGBT/MOSFET功率器件等功率半导体器件被广泛应用于电源和中大功率变流器中，其开关特性决定了器件的开关损耗和电气应力。现有技术中在进行IGBT/MOSFET功率器件的栅极-源极之间可靠性评估时，常采用的将IGBT/MOSFET功率器件放置在高温箱中，并在IGBT/MOSFET功率器件的门极和发射极/源极之间施加+20V电压或-20V电压，试验持续时间为168h或者1000h，在测试前后对IGBT/MOSFET功率器件的栅极漏电情况进行检验，但是现有施加的电压为恒定，无法在栅极上产生动态应力，同时，部分栅极在测试过程中可能会存在阈值电压偏移的情况，在现有可靠性测试中也未考虑阈值电压的监测，导致可靠性测试结果不准确。

实用新型内容

为了克服上述技术缺陷，本实用新型的目的在于提供一种功率半导体栅极可靠性测试装置，解决现有栅极可靠性测试过程中仅施加恒定电压，无法产生动态应力，且未考虑阈值电压检测，可靠性测试结果不够准确的情况。

本实用新型公开了一种功率半导体栅极可靠性测试装置，包括：

功率半导体栅极，作为测试对象，并处于预定状态下；

电流采集模块，与所述栅极连接，以监测所述栅极输出的漏电流；

脉冲控制模块，与所述栅极、所述电流采集模块连接以形成栅极应力测试电路；

可变电压模块，与所述栅极、所述电流采集模块连接以形成阈值电压测试电路；

选择开关，包含一个输入端和两个输出端，其中输入端与所述栅极、所述电流采集模块连接，两个输出端分别连接脉冲控制模块和可变电压模块，以分别控制栅极应力测试电路和阈值电压测试电路的通断；

还包括上位机，所述上位机与所述脉冲控制模块通信，控制脉冲控制模块的输出，以在所述栅极应力测试电路中对所述栅极施加动态应力进行测试。

优选地，所述上位机控制所述脉冲控制模块输出的脉冲信号的方向、幅值、频率、占空比以及变化速度。

优选地，所述上位机与所述可变电压模块通信，以调节在阈值电压测试电路中对所述栅极施加的电压，进行阈值电压测试。

优选地，所述选择开关的可靠性优于所述栅极的可靠性。

优选地，所述电流采集模块采用皮安级电流传感器。

优选地，还包括加热装置，与所述栅极连接，以对所述栅极进行加热至预定温度，使得栅极处于预定状态下。

优选地，还包括测试腔，所述栅极置于所述测试腔内，并控制测试腔至预定温度，使得栅极处于预定状态下。

优选地，所述上位机与所述测试腔通信，使得所述上位机控制所述测试腔内的环境参数。

优选地，所述功率半导体包括碳化硅器件、MOSFET器件、IGBT器件。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

本申请中，通过设置选择开关连通栅极应力测试电路或阈值电压测试电路，通过上位机控制脉冲控制模块输出的脉冲信号的方向、幅值、频率、占空比以及变化速度等，以使得在栅极施加动态应力，提供栅极动态应力测试的方案，增加阈值电压测试电路，提高可靠性测试结果准确性解决现有栅极可靠性测试过程中仅施加恒定电压，无法产生动态应力，且未考虑阈值电压监测，可靠性测试结果不够准确的情况。

附图说明

图1为本实用新型所述一种功率半导体栅极可靠性测试装置实施例的结构示意图；

图2为本实用新型所述一种功率半导体栅极可靠性测试装置实施例中栅极应力测试电路的结构示意图；

图3为本实用新型所述一种功率半导体栅极可靠性测试装置实施例中的阈值电压测试电路的结构示意图。

附图标记：

1-上位机；2-脉冲控制模块；3-电流采集模块；4-可变电压模块；5-栅极；6-选择开关。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本实用新型的优点。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本实用新型的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。

实施例：本实施例公开了一种功率半导体栅极可靠性测试装置，提供栅极应力测试电路和阈值电压测试电路的集成，针对功率器件的栅极，施加动态应力，同时可实现在线阈值电压和漏电流检测，参阅图1，包括：作为测试对象的栅极、作用于栅极的栅极应力测试电路以及阈值电压测试电路。作为说明的是，栅极应力测试电路包括栅极、可控制输出脉冲信号的脉冲控制模块以及电流采集装置，还包括执行该测试的其他硬件(包括但不限于电线、螺钉等)，栅极应力测试电路包括栅极、可输出可变电压的可变电压模块以及电流采集装置，也包括执行该测试的其他硬件，并连接上位机进行自主脉冲/可变电压控制。具体的：

功率半导体栅极，作为测试对象，且处于预定状态下；具体的，本实施方式的功率半导体包括但不限于碳化硅(SiC)器件、MOSFET器件、IGBT器件等，均可用于作为测试对象，本实施方式附图提供MOSFET器件为例。上述预定状态是指使得栅极处于预定高温环境下，从而进行可靠性测试。作为可选的，可以设置包括加热装置，与所述栅极连接，以对所述栅极进行加热至预定温度，通过该加热装置使栅极处于高温环境中，可采用现有的加热装置，包括但不限于加热丝、红外光等，使得栅极处于预定状态下。作为可选的，还可设包括括测试腔，所述栅极置于所述测试腔内，并控制测试腔至预定温度，可自主设置测试腔内温度湿度等，使得栅极处于预定状态下。还可通过现有其他方式使得栅极处于高温(预定温度)环境下即可。

电流采集模块，与所述栅极连接，以监测所述栅极输出的漏电流；需要说明的是，在本实施方式中，为了便于下述执行阈值电压测试时精准控制电压变化以获得阈值电压，对所述电流采集装置精度要求较高，所述电流采集模块采用皮安级(10^-12A)电流传感器，现有其他实现皮安级电流采集的装置也可用于此。

脉冲控制模块，与所述栅极、所述电流采集模块连接以形成栅极应力测试电路(参阅图2，还可包括用于电路连通的其他元件，图中未体现)；具体的，该栅极应力测试电路中，通过脉冲控制模块输出正向/负向，且幅值、频率动态变化的脉冲电压，对栅极施加动态应力，区别于现有对栅极可靠性测试施加恒定电压，使器件处于不断积累状态，获得可靠性测试结果。采用动态应力进行可靠性测试与实际工况更符合，排除SiC、MOSFET器件由于功率循环测试过程中栅极应力对检测结果带来的干扰，从而使得可靠性结果更准确。

可变电压模块，与所述栅极、所述电流采集模块连接以形成阈值电压测试电路(参阅图3，还可包括用于电路连通的其他元件，图中未体现)；具体的，在该阈值电压测试电路中，通过可变电压模块调整电压，使得电流采集模块监测漏电流到达预设值，从而获得阈值电压，以解决现有缺乏对阈值电压的监测，从而进一步增加对栅极可靠性测试结果的准确性。

选择开关，包含一个输入端和两个输出端，其中输入端与所述栅极、所述电流采集模块连接，两个输出端分别连接脉冲控制模块和可变电压模块，以分别控制栅极应力测试电路和阈值电压测试电路的通断；通过该选择开关将上述阈值电压测试电路和栅极应力测试电路集成在一起，且共用上述电流采集模块。上述选择开关可采用单刀双掷开关，选择连通栅极应力测试电路或阈值电压测试电路，可依次控制，也可在测试过程中不断切换，以获得测试过程中栅极位于不同状态下的数据。

需要说明的是，为了提高测试过程的安全性，且实现栅极应力测试电路与阈值电压测试电路的集成，所述选择开关的可靠性优于所述栅极的可靠性，具体的，该可靠性可通过输入对应电压两者输出的电流来确定，其目的在于使得上述脉冲控制模块/可变电压模块输出电压后不会击穿该选择开关，使得栅极应力测试电路与阈值电压测试电路正常连通。

还包括上位机，所述上位机与所述脉冲控制模块通信，控制脉冲控制模块的输出，以在所述栅极应力测试电路中对所述栅极施加动态应力进行测试。在本实施方式中，上位机为可自主执行预设程序或发送关于栅极可靠性测试控制指令的服务器，上位机与脉冲控制模块可以远程通信也可以电连接通信，上位机发送指令至脉冲控制模块，以输出对应的脉冲信号，其中该指令包括调整脉冲信号的方向、幅值、频率、占空比以及变化速度等，以使得在栅极施加动态应力。即，所述上位机控制所述脉冲控制模块输出的脉冲信号(电压)的方向、幅值、频率、占空比以及变化速度。

进一步作为可选的，还可使所述上位机与所述可变电压模块通信，以调节在阈值电压测试电路中对所述栅极施加的电压，进行阈值电压测试，与上述脉冲控制模块相似的，也可以实现远程通信，以不断调整可变电压模块的输出，直至电流采集模块监测到预设的漏电流

进一步作为可选的，还可使得所述上位机与所述测试腔通信，使得所述上位机控制所述测试腔内的环境参数，即自主控制测试腔内的温度、湿度等，以使得栅极处于所需的测试环境中，使得可靠性测试结果不会因为环境参数产生误差。更进一步的，还可设置智能开关，并与上位机连通，使得上位机自主控制栅极应力测试电路和阈值电压测试电路的通断，进行自动化栅极可靠性测试，提高效率同时获得准确的测试结果。

在本实施方式中，通过设置选择开关选择连通栅极应力测试电路和阈值电压测试电路，在栅极应力测试电路中，通过上位机控制脉冲控制模块输出的脉冲信号的方向、幅值、频率、占空比以及变化速度等，以使得在栅极施加动态应力，提供栅极动态应力测试的方案，减少功率循环过程中栅极应力对可靠性测试结果带来的干扰，提高可靠性测试结果准确性，在阈值电压测试电路中，调整可变电压模块的输出，使得电路中漏电流达到预设值，从而确定阈值电压，解决现有缺乏对阈值电压测试影响可靠性测试结果准确性的问题。基于本实施方式提供的装置，还可通过上位机自主实现栅极可靠性测试，效果较高且测试结果准确性较高。

应当注意的是，本实用新型的实施例有较佳的实施性，且并非对本实用新型作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种功率半导体栅极可靠性测试装置，其特征在于，包括：

功率半导体栅极，作为测试对象，并处于预定状态下；

电流采集模块，与所述栅极连接，以监测所述栅极输出的漏电流；

脉冲控制模块，与所述栅极、所述电流采集模块连接以形成栅极应力测试电路；

可变电压模块，与所述栅极、所述电流采集模块连接以形成阈值电压测试电路；

选择开关，包含一个输入端和两个输出端，其中输入端与所述栅极、所述电流采集模块连接，两个输出端分别连接脉冲控制模块和可变电压模块，以分别控制栅极应力测试电路和阈值电压测试电路的通断；

还包括上位机，所述上位机与所述脉冲控制模块通信，控制脉冲控制模块的输出，以在所述栅极应力测试电路中对所述栅极施加动态应力进行测试。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：

所述上位机控制所述脉冲控制模块输出的脉冲信号的方向、幅值、频率、占空比以及变化速度。

3.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：

所述上位机与所述可变电压模块通信，以调节在阈值电压测试电路中对所述栅极施加的电压，进行阈值电压测试。

4.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：

所述选择开关的可靠性优于所述栅极的可靠性。

5.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：

所述电流采集模块采用皮安级电流传感器。

6.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：

还包括加热装置，与所述栅极连接，以对所述栅极进行加热至预定温度，使得栅极处于预定状态下。

7.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：

还包括测试腔，所述栅极置于所述测试腔内，并控制测试腔至预定温度，使得栅极处于预定状态下。

8.根据权利要求7所述的测试装置，其特征在于：

所述上位机与所述测试腔通信，使得所述上位机控制所述测试腔内的环境参数。

9.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：

所述功率半导体包括碳化硅器件、MOSFET器件、IGBT器件。