KR20110032171A - System and method for measuring efficiency in semiconductor device - Google Patents

System and method for measuring efficiency in semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
KR20110032171A
KR20110032171A KR1020090089536A KR20090089536A KR20110032171A KR 20110032171 A KR20110032171 A KR 20110032171A KR 1020090089536 A KR1020090089536 A KR 1020090089536A KR 20090089536 A KR20090089536 A KR 20090089536A KR 20110032171 A KR20110032171 A KR 20110032171A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
semiconductor device
power semiconductor
current
loader
Prior art date
Application number
KR1020090089536A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101058095B1 (en
Inventor
박순명
Original Assignee
박순명
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 박순명 filed Critical 박순명
Priority to KR1020090089536A priority Critical patent/KR101058095B1/en
Publication of KR20110032171A publication Critical patent/KR20110032171A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101058095B1 publication Critical patent/KR101058095B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26Testing of individual semiconductor devices
    • G01R31/2607Circuits therefor
    • G01R31/2608Circuits therefor for testing bipolar transistors
    • G01R31/2619Circuits therefor for testing bipolar transistors for measuring thermal properties thereof
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R13/00Arrangements for displaying electric variables or waveforms
    • G01R13/02Arrangements for displaying electric variables or waveforms for displaying measured electric variables in digital form
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26Testing of individual semiconductor devices
    • G01R31/2642Testing semiconductor operation lifetime or reliability, e.g. by accelerated life tests
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/2851Testing of integrated circuits [IC]
    • G01R31/2855Environmental, reliability or burn-in testing
    • G01R31/2872Environmental, reliability or burn-in testing related to electrical or environmental aspects, e.g. temperature, humidity, vibration, nuclear radiation
    • G01R31/2874Environmental, reliability or burn-in testing related to electrical or environmental aspects, e.g. temperature, humidity, vibration, nuclear radiation related to temperature
    • G01R31/2875Environmental, reliability or burn-in testing related to electrical or environmental aspects, e.g. temperature, humidity, vibration, nuclear radiation related to temperature related to heating
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/2851Testing of integrated circuits [IC]
    • G01R31/2855Environmental, reliability or burn-in testing
    • G01R31/2872Environmental, reliability or burn-in testing related to electrical or environmental aspects, e.g. temperature, humidity, vibration, nuclear radiation
    • G01R31/2879Environmental, reliability or burn-in testing related to electrical or environmental aspects, e.g. temperature, humidity, vibration, nuclear radiation related to electrical aspects, e.g. to voltage or current supply or stimuli or to electrical loads
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE: A system and a method for measuring efficiency in semiconductor device are provided to easily identify the relationship between element characteristic and the life cycle according to the usage time. CONSTITUTION: A loader(1) loads the power semiconductor device to be measured. The measurement modules(10-40) are connected to both ends of the loader to measure the current per voltage based on the particular temperature of the power semiconductor device. A main processor module(50) continuously receives the voltage comparison current. The accumulated final data is outputted.

Description

반도체소자의 성능 측정 시스템 및 방법{System and method for measuring efficiency in semiconductor device}System and method for measuring efficiency in semiconductor device

본 발명은 반도체 소자의 수명 예측에 관한 것으로써, 특히 반도체 소자의 수명과 밀접한 관련을 가지는 누설전류를 보다 정확히 측정하여 사용시간에 따른 소자 특성 변화 및 수명과의 관계를 확인하는데 용이한 반도체소자의 성능 측정 시스템 및 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to the prediction of the lifespan of semiconductor devices. In particular, it is possible to more accurately measure the leakage current which is closely related to the lifespan of semiconductor devices, and to easily determine the relationship between device characteristics and lifespan according to usage time. A performance measurement system and method.

전력 변환 회로의 반도체 소자는 실리콘이나 실리콘 탄화물로 만들어진다. 실리콘 탄화물로 만들어진 소자들은 현재 개발 중에 있으며, 아직은 대부분 실리콘으로 만들어진다.The semiconductor device of the power conversion circuit is made of silicon or silicon carbide. Devices made of silicon carbide are currently under development, and most are still made of silicon.

이들 소자들은 크게 세 종류로 나누어지는데, 전력용 다이오드, 트랜지스터, 그리고 사이리스터가 있다.These devices fall into three broad categories: power diodes, transistors, and thyristors.

전력용 다이오드의 하나인 쇼트키 다이오드는 낮은 온-상태 전압을 가지며, 전형적으로 [ns]단위의 매우 짧은 회복시간을 갖는다. 또한 쇼트키 다이오드에서 누설전류는 정격전압과 더불어 증가하며, 정격은 100[V], 300[A]까지로 제한된다. Schottky diodes, one of the power diodes, have low on-state voltages and typically have very short recovery times in [ns]. Also, in Schottky diodes, leakage current increases with rated voltage, and the rating is limited to 100 [V], 300 [A].

전력반도체소자로써 고속 스위칭이 가능한 자기 소호형 반도체 스위칭 소 자(MOSFET, IGBT 등)인 경우에는, 수십[kHz]에서 수백[kHz] 대의 주파수를 중심으로 전력 변환과 제어에 응용되고 있다. 특히, 전력응용 공학 기술 분야에서 주목 받고 있다. In the case of self-extinguishing semiconductor switching devices (MOSFETs, IGBTs, etc.) capable of high-speed switching as power semiconductor devices, they are applied to power conversion and control around frequencies of several tens of [kHz] to hundreds of [kHz]. In particular, it is attracting attention in the field of power application engineering technology.

전력 변환 회로에 사용되는 스위칭 소자는 고내압 대전류이면서 저손실 고속 스위칭 특성이 요구된다. 이러한 특성을 만족시키기 위해서는 소자 자체의 스위칭 주파수 특성이 고속이어야 한다.Switching elements used in power conversion circuits require high withstand voltage, high current and low loss, high speed switching characteristics. In order to satisfy these characteristics, the switching frequency characteristic of the device itself must be high speed.

실용화된 전력반도체소자 중에 BJT와 MOSFET의 가장 뛰어난 특성을 결합함으로써 대전류 고전압에 유리하다고 알려진 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)의 경우, 스위칭 주파수가 수십[kHz]이며 구동회로가 간단하고 고속 스위칭이 가능한 장점이 있다.Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT), which is known to be advantageous for high current and high voltage by combining the best characteristics of BJT and MOSFET among practical power semiconductor devices, has a switching frequency of several tens of kHz and a simple driving circuit and high-speed switching. There is this.

전력반도체소자로서 IGBT 모듈이 최근 점점 각광받음으로써, 기관차, 승강기, 케이블카, 지하철 같은 운반 장비에 응용되어 널리 이용되고 있다. 그러나 응용되는 장비 운용상의 전력반도체소자에 대한 수명 예측에 애로가 많다. 즉, 여러 조건에 대비하여 가능한 사용시간 등이 기재 되어 있지 않아 IGBT 모듈의 장래로 인한 운용 상 애로가 많이 발생하고 있는 현실이다.As IGBT modules have recently been in the spotlight as power semiconductor devices, they have been widely used in transportation equipment such as locomotives, elevators, cable cars, and subways. However, there are many difficulties in predicting the life of power semiconductor devices in the equipment operation. In other words, the use time for the various conditions is not described, and thus there are many difficulties in operation due to the future of the IGBT module.

더군다나 전력반도체소자의 제조업체에서는 지금까지 IGBT 모듈의 신뢰성에 대한 완성된 연구 결과가 없는 게 현실이며, 그로 인해 제조업체의 신뢰성 시험을 기피하고 있으며 그 때문에 장비를 운용하는 현장에서는 장기간 사용 시 IGBT 모듈 의 장애가 전체적인 장비 손상을 야기하여 장비의 운용 및 유지보수에 지장을 초래하고 있다.Moreover, the reality is that the manufacturers of power semiconductors have not completed the research on the reliability of the IGBT module so far, and thus the manufacturer's reliability test is avoided. It can cause damage to the equipment and the operation and maintenance of the equipment.

결국 IGBT와 같은 전력반도체 소자의 수명 예측에 필요한 사용시간에 따른 소자 특성 변화 및 각 조건에 따른 소자 특성 변화에 대한 측정이 요구되고 있는 실정이며, 그러한 측정을 통해 전반적인 소자의 성능 특히, 수명을 예측할 수 있는 수단이 요구되고 있는 실정이다.As a result, it is required to measure the change of device characteristics according to the usage time and the change of device characteristics according to the conditions required for the life expectancy of power semiconductor devices such as IGBTs. There is a need for a means to do this.

본 발명의 목적은 상기한 점을 감안하여 안출한 것으로, 전력반도체소자를 포함하는 다양한 반도체 소자에 대해 온도 변화에 따라 변화하는 전압-전류 특성을 측정하여 전력반도체소자의 수명을 예측하는데 용이하게 해주는 반도체소자의 성능 측정 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above, and makes it easy to predict the lifespan of power semiconductor devices by measuring voltage-current characteristics that change with temperature changes for various semiconductor devices including power semiconductor devices. The present invention provides a system and method for measuring performance of semiconductor devices.

본 발명의 또다른 목적은, 전력반도체소자의 온도 변화에 따른 인가전압 대비 누설전류 량을 측정하여 전력반도체소자의 수명을 예측하는데 용이하게 해주는 반도체소자의 성능 측정 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a system and method for measuring performance of a semiconductor device, which makes it easy to predict the life of the power semiconductor device by measuring the amount of leakage current with respect to an applied voltage according to a temperature change of the power semiconductor device.

본 발명의 또다른 목적은, 전력반도체소자에 대해 인가전압의 변화에 따른 누설전류 량의 변화를 측정하여 전력반도체소자의 수명을 예측하는데 용이하게 해주는 반도체소자의 성능 측정 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.It is still another object of the present invention to provide a system and method for measuring performance of a semiconductor device that facilitates predicting the life of the power semiconductor device by measuring a change in leakage current according to a change in applied voltage with respect to the power semiconductor device. have.

본 발명의 또다른 목적은, 미사용 전력반도체소자에 대해 인가전압의 변화에 따른 누설전류 량의 변화를 측정하면서 또한 사용된 전력반도체소자에 대해 인가전압의 변화에 따른 누설전류 량의 변화를 측정하여 전력반도체소자의 사용시간에 따른 수명을 예측하는데 용이하게 해주는 반도체소자의 성능 측정 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to measure the change in the leakage current amount according to the change in the applied voltage for the unused power semiconductor device, and also to measure the change in the leakage current amount according to the change in the applied voltage for the used power semiconductor device. It is an object of the present invention to provide a system and method for measuring the performance of a semiconductor device that facilitates predicting the lifetime of the power semiconductor device according to the usage time.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체소자의 성능 측정 시스템의 특징은, 측정대상인 전력반도체소자를 로드하는 로더(Loader); 상기 로더의 양단에 연결되어 상기 전력반도체소자의 특정 온도에 기준한 전압 대비 전류를 측정하는 N개 측정 모듈; 상기 N개 측정 모듈에 의해 측정된 상기 전압 대비 전류를 지속적으로 수신하여 누적하고, 그 누적된 최종 데이터를 출력하는 메인 프로세서 모듈; 그리고 상기 메인 프로세서 모듈로부터 수신한 상기 최종 데이터를 이용하여, 상기 온도에서 측정된 상기 전력반도체소자의 전압-전류 특성 그래프를 생성하고 표시하는 데이터출력장치를 포함하여 구성되는 것이다.Features of the performance measurement system of a semiconductor device according to the present invention for achieving the above object, a loader for loading a power semiconductor device to be measured (Loader); N measurement modules connected to both ends of the loader to measure the current versus voltage based on a specific temperature of the power semiconductor device; A main processor module for continuously receiving and accumulating the current versus the voltage measured by the N measuring modules, and outputting the accumulated final data; And a data output device for generating and displaying a graph of voltage-current characteristics of the power semiconductor device measured at the temperature by using the final data received from the main processor module.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체소자의 성능 측정 방법의 특징은, 측정대상인 전력반도체소자를 로드하는 단계와; 상기 전력반도체소자의 양단에 특정 온도에 기준한 기저전압에서 임계전압까지의 전압과 그에 상응하는 전류를 인가하는 단계와; 상기 인가된 전압 및 전류로부터 상기 전력반도체소자의 전압 대비 전류를 측정하는 단계와; 상기 측정된 전압 대비 전류를 지속적으로 누적하는 단계와; 상기 누적된 데이터를 이용하여, 상기 전력반도체소자의 수명을 예측하기 위해, 상기 전력반도체소자의 온도 변화에 따른 전압-전류 특성을 출력하는 단계로 이루어지는 것이다. Features of the method for measuring the performance of a semiconductor device according to the present invention for achieving the above object comprises the steps of: loading a power semiconductor device to be measured; Applying a voltage from a base voltage to a threshold voltage based on a specific temperature and a current corresponding to both ends of the power semiconductor device; Measuring a current versus voltage of the power semiconductor device from the applied voltage and current; Continuously accumulating current relative to the measured voltage; By using the accumulated data, to predict the life of the power semiconductor device, the step of outputting the voltage-current characteristics according to the temperature change of the power semiconductor device.

본 발명에 따르면, IGBT, SCR(silicon controlled rectifier) 모듈, IPM(Intelligent Power Module), GTO(Gate Turn-Off thyristor), IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristor), DIODE, MOSFET 등을 포함하여 여러 전력반도체소자들에 대해 온도 변화에 따른 인가전압 대비 누설전류 량을 측정하여 출력해주기 때문에, 그 출력되는 자료로부터 손쉽게 전력반도체소자의 특성 변화를 관찰할 수 있고 결국 전력반도체소자의 수명을 예측할 수 있다. According to the present invention, various power semiconductor devices including an IGBT, a silicon controlled rectifier (SCR) module, an intelligent power module (IPM), a gate turn-off thyristor (GTO), an integrated gate committed thyristor (IGCT), a diode, a MOSFET, and the like Since the leakage current compared to the applied voltage according to the temperature change is measured and output, the characteristic change of the power semiconductor device can be easily observed from the output data, and thus the life of the power semiconductor device can be predicted.

이러한 소자의 수명 예측은 일정기간 사용된 전력반도체소자에 대해 적용이 용이하여, 그 사용된 소자의 교체 시기나 일반적인 소자 수명에 대한 분석 자료를 마련하는데 많은 도움을 준다.The life prediction of these devices is easy to apply to the power semiconductor devices used for a certain period of time, which helps to prepare an analysis data on the replacement time of the used devices or general device life.

또한, 본 발명에서는 소자에 대한 측정 조건으로써 소자 온도를 조절하기 위한 수단을 제공함으로써, 실제 소자가 동작하는 환경에서 측정이 이루어지는 효과를 발휘하므로 보다 정확한 인가전압 대비 누설전류 량을 측정할 수 있다. 이는 소자에 대한 보다 정확한 수명 예측을 가능하게 해주는 것이다.In addition, in the present invention, by providing a means for adjusting the device temperature as a measurement condition for the device, since the measurement is performed in the environment in which the actual device operates, it is possible to measure the amount of leakage current more accurately compared to the applied voltage. This allows for more accurate life prediction of the device.

또한, 본 발명에서는 소자의 전압특성을 고려하여 준비된 여러 측정 모듈 중 전부 또는 일부를 동작시킴으로써 즉, 기저전압에서부터 최고 임계전압까지 전압을 유연하게 가변하여 인가해줄 수 있기 때문에, 다양한 전력반도체소자에 대한 인가전압 대비 누설전류 량을 측정할 수 있게 해준다.In addition, in the present invention, since all or some of the various measurement modules prepared in consideration of the voltage characteristics of the device can be operated, that is, the voltage can be flexibly applied from the base voltage to the maximum threshold voltage. Allows you to measure the amount of leakage current against the applied voltage.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the detailed description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a configuration and an operation of an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, and the configuration and operation of the present invention shown in and described by the drawings will be described as at least one embodiment, The technical idea of the present invention and its essential structure and action are not limited.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체소자의 성능 측정 시스 템 및 방법의 바람직한 실시 예를 자세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the performance measuring system and method of the semiconductor device according to the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 반도체소자의 성능 측정 시스템의 구성을 나타낸 블록다이어그램이다.1 is a block diagram showing the configuration of a performance measurement system of a semiconductor device according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 시스템은 전력반도체소자의 특성을 측정하기 위한 구성요소들(1,10,20,30,40)를 포함하는 장치와, 그 측정된 특성을 그래프로 생성하여 출력하는 데이터출력장치(60)로 구성된다. 여기서, 데이터출력장치(60)의 예로는 개인용컴퓨터(Personal Computer)일 수 있다.Referring to FIG. 1, the system of the present invention includes a device including components 1, 10, 20, 30, and 40 for measuring characteristics of a power semiconductor device, and outputs a graph of the measured characteristics. It consists of a data output device (60). Here, an example of the data output device 60 may be a personal computer.

전력반도체소자의 특성을 측정하기 위한 장치는, 로더(Loader)(1)와 N개 측정 모듈(10,20,30,40)과 메인 프로세서 모듈(50)로 구성된다.The apparatus for measuring the characteristics of the power semiconductor device is composed of a loader (1), the N measuring modules (10, 20, 30, 40) and the main processor module (50).

로더(Loader)(1)는 측정대상인 전력반도체소자를 로드하는 수단으로써, 로더(1)의 양단에 전력반도체소자의 입력단과 출력단을 연결하는 것이 바람직하다.The loader 1 is a means for loading a power semiconductor element to be measured, and it is preferable to connect an input terminal and an output terminal of the power semiconductor element to both ends of the loader 1.

N개 측정 모듈(10~40)은 측정대상인 전력반도체소자처럼 로더(1)의 양단에 연결된다. 특히, N개 측정 모듈(10~40)은 상호 직렬 연결되며, 로더(1)에 로드된 전력반도체소자에 대해 특정 온도에 기준한 전압 대비 전류를 측정한다.The N measurement modules 10 to 40 are connected to both ends of the loader 1 like the power semiconductor elements to be measured. In particular, the N measurement modules 10 to 40 are connected to each other in series, and measures the current versus the voltage based on a specific temperature for the power semiconductor device loaded in the loader (1).

한편, 로더(1)는 측정대상인 전력반도체소자의 전압 대비 전류를 측정할 시에 하나의 조건으로써 특정 온도를 제공하기 위한 가열수단(미도시)을 구비하는데, 그 가열수단은 측정대상인 전력반도체소자가 로드된 후에 측정 조건으로써 정해진 온도에 상응하는 환경을 제공한다. 예로써, 가열수단은 로더(1)에 로드된 전력반도체소자를 가열하여, N개 측정 모듈(10~40)이 가열된 온도에 기준하여 전력반도체소자의 전압 대비 전류를 측정하도록, 온도 조건을 맞쳐준다. On the other hand, the loader 1 is provided with a heating means (not shown) for providing a specific temperature as a condition when measuring the current versus voltage of the power semiconductor device to be measured, the heating means is a power semiconductor device to be measured After is loaded, it provides an environment corresponding to the specified temperature as the measurement condition. For example, the heating means heats the power semiconductor elements loaded in the loader 1 so that the N measurement modules 10 to 40 measure the current versus the voltage of the power semiconductor elements based on the heated temperatures. Match it.

본 발명에서는 전력반도체소자로써, IGBT, SCR(silicon controlled rectifier) 모듈, IPM(Intelligent Power Module), GTO(Gate Turn-Off thyristor), IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristor), DIODE, MOSFET 등을 측정 대상으로 하며, 그들의 가열된 온도에서 전압의 변화에 따른 누설전류의 변화 정도를 측정한다.In the present invention, as a power semiconductor device, IGBT, silicon controlled rectifier (SCR) module, intelligent power module (IPM), gate turn-off thyristor (GTO), integrated gate committed thyristor (IGCT), DIODE, MOSFET, etc. are measured. The degree of change of leakage current with the change of voltage at their heated temperature is measured.

전력반도체소자 중 IGBT의 경우에는 게이트(Gate) 오프 시에 전압 변화에 따른 이미터(Emitter)와 콜렉터(collector) 간의 누설전류를 측정하는데, 특히 온도 변화에 따른 누설전류 량의 변화를 측정한다.In the case of the IGBT of the power semiconductor device, the leakage current between the emitter and the collector according to the voltage change when the gate is turned off is measured. In particular, the change in the amount of leakage current according to the temperature change is measured.

메인 프로세서 모듈(50)은 특정 온도로 가열된 전력반도체소자를 대상으로 N개 측정 모듈(10~40)에 의해 측정된 전압 대비 전류를 지속적으로 수신하고 누적한다. 이어, 그 누적된 최종 데이터를 범용직렬버스(USB:Universal Serial Bus)를 통해 연결된 데이터출력장치(60)로 출력한다. The main processor module 50 continuously receives and accumulates current versus voltage measured by the N measurement modules 10 to 40 for power semiconductor devices heated to a specific temperature. Subsequently, the accumulated final data is output to the data output device 60 connected through a universal serial bus (USB).

데이터출력장치(60)는 USB를 통해 메인 프로세서 모듈(50)로부터 전압 대비 전류를 지속적으로 수신하며, 그 수신한 최종 데이터 즉, 특정 온도에 기준한 전압별 누설전류 변화량을 이용하여 전압-전류 특성 그래프를 생성하고 표시한다. 특히, 데이터출력장치(60)는 개인용컴퓨터(Personal Computer)일 수 있는데, 데이터출력장치(60)로는 개인용 이동통신단말기(Mobile Communication Phone)나 개인용 데이터보조기기(PDA) 일 수도 있다.The data output device 60 continuously receives current versus voltage from the main processor module 50 through USB, and uses the final data received, that is, the voltage-current characteristic by using a change amount of leakage current for each voltage based on a specific temperature. Create and display a graph. In particular, the data output device 60 may be a personal computer, and the data output device 60 may be a personal mobile communication phone or a personal data assistant.

데이터출력장치(60)는 메인 프로세서 모듈(50)로부터 수신한 데이터 전압-전류 특성 그래프를 생성하기 위한 어플리케이션을 구비하며, 또한 그 어플리케이션 은 생성된 전압-전류 특성 그래프를 표시하기 위한 디스플레이 디바이스를 구비한다. 그러한 전압-전류 특성 그래프의 표시 예는 도 4 및 5에 도시한다.The data output device 60 has an application for generating a data voltage-current characteristic graph received from the main processor module 50, and the application also has a display device for displaying the generated voltage-current characteristic graph. do. Display examples of such voltage-current characteristic graphs are shown in FIGS. 4 and 5.

상기에서 N개 측정 모듈(10~40)은 도 2에 예시된 바와 같이 제1 측정 모듈(10), 제2 측정 모듈(20), 제3 측정 모듈(30), 그리고 제4 측정 모듈(40)을 포함하여 4개로 구성되는 것이 바람직한다. The N measurement modules 10 to 40 are the first measurement module 10, the second measurement module 20, the third measurement module 30, and the fourth measurement module 40 as illustrated in FIG. 2. It is preferable that it consists of four, including.

로더(1)의 양단을 제1단과 제2단으로 구분할 때, N개의 측정 모듈(10~40) 중 제1 측정 모듈(10)은 일단이 로더(1)의 양단 중 제1단에 연결되며, 순서상 마지막 측정 모듈인 제N 측정 모듈(40)의 일단이 로더(1)의 양단 중 제2단에 연결되는 것이 바람직하다. 그리고 제1 내지 N 측정 모듈(10~40)은 상호 직렬 연결되는 것이 바람직하다. 그리하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 상호 직렬 연결되는 제1 내지 N 측정 모듈(10~40)이 로더의 양단에 연결되면서 하나의 폐루프를 형성하는 것이 바람직하다. When the both ends of the loader 1 is divided into a first end and a second end, one end of the first measurement module 10 of the N measurement modules 10 to 40 is connected to the first end of both ends of the loader 1. In this order, one end of the N-th measurement module 40, which is the last measurement module, is preferably connected to the second end of both ends of the loader 1. The first to N measurement modules 10 to 40 are preferably connected in series. Thus, as shown in Fig. 1, it is preferable that the first to N measurement modules 10 to 40 connected in series are connected to both ends of the loader to form one closed loop.

상세하게는, 도 2의 경우와 같이, 4개의 측정 모듈(100~400)로 구성되는 경우에, 제1 측정 모듈(100)의 일단(+단)이 로더(1)의 양단 중 일단(+단)에 연결되고, 제1 측정 모듈(100)의 타단(-단)이 제2 측정 모듈(200)의 일단(+단)에 연결되고, 제2 측정 모듈(200)의 타단(-단)이 제3 측정 모듈(300)의 일단(+단)에 연결되고, 제3 측정 모듈(300)의 타단(-단)이 제4 측정 모듈(400)의 일단(+단)에 연결되고, 제4 측정 모듈(400)의 타단(-단)이 로더(1)의 양단 중 타단(-단)에 연결될 수 있다. In detail, as in the case of FIG. 2, one end (+ end) of the first measurement module 100 is one end of both ends of the loader 1 in the case of the four measurement modules 100 to 400. The other end of the first measurement module 100 is connected to one end (+ end) of the second measurement module 200, and the other end of the second measurement module 200 is connected to the other end of the second measurement module 200. One end (+ end) of the third measurement module 300, the other end (− end) of the third measurement module 300 is connected to one end (+ end) of the fourth measurement module 400, and 4 The other end (-end) of the measurement module 400 may be connected to the other end (-end) of both ends of the loader (1).

한편, N개 측정 모듈(10~40)은 각각 동일한 내부 구성을 가지는 아날로그 제 어기로써, 그 내부 구성은 제1 측정 모듈(10)에 대해 도시된 바와 같다.Meanwhile, the N measurement modules 10 to 40 are analog controllers each having the same internal configuration, and the internal configuration is as shown for the first measurement module 10.

제1 측정 모듈(10)은 변환부(11)와 전압제어부(12)와 센싱부(13)와 제1프로세서(14)로 구성된다.The first measurement module 10 includes a converter 11, a voltage controller 12, a sensing unit 13, and a first processor 14.

변환부(11)는 공급전원(2)을 변환하여 공급전압을 출력한다.The converter 11 converts the power supply 2 and outputs a supply voltage.

전압제어부(12)는 변환부(11)에서 출력된 공급전압을 전압 제어에 따라 기저전압 (0볼트)에서 임계전압까지의 범위로 전압을 또한 그에 따른 전류를 로더(1)에 인가한다. 예로써, 전압제어부(12)는 기저전압 0볼트에서 임계전압 1000볼트까지의 범위로 전압을 또한 그에 따른 전류를 인가한다. 예로써, 도 2와 같이 4개의 측정 모듈(10~40)이 직렬 연결되는 구성의 경우에는 로더(1)의 양단에 총 기저전압 0볼트에서 4000볼트까지의 범위로 전압을 또한 그에 따른 전류 1mA를 인가할 수 있다.The voltage controller 12 applies the voltage to the loader 1 in a range from the base voltage (0 volts) to the threshold voltage according to the voltage control of the supply voltage output from the converter 11. By way of example, the voltage controller 12 applies a voltage and thus a current in a range from a base voltage of 0 volts to a threshold voltage of 1000 volts. For example, in the case where the four measurement modules 10 to 40 are connected in series, as shown in FIG. 2, the voltage is also applied to both ends of the loader 1 in the range of 0 to 4000 volts. Can be applied.

센싱부(13)는 전압제어부(12)에서 인가된 전압 및 전류로부터 전력반도체소자의 전압 대비 전류를 감지한다. 실제로 센싱부(13)는 전압제어부(12)에 의해 인가된 전압에서 측정대상인 전력반도체소자에 흐르는 누설전류를 측정한다. 따라서, 센싱부(13)는 전압의 변화에 따라 인가되는 전류 중 얼마만큼이 전력반도체소자(오프 상태)의 입력단에서 출력단으로 흐르는지를 감지한다. The sensing unit 13 detects a current versus a voltage of the power semiconductor device from the voltage and current applied by the voltage controller 12. In fact, the sensing unit 13 measures the leakage current flowing through the power semiconductor device to be measured at the voltage applied by the voltage control unit 12. Accordingly, the sensing unit 13 detects how much of the current applied according to the change in voltage flows from the input terminal of the power semiconductor device (off state) to the output terminal.

제1프로세서(14)는 메인 프로세서 모듈(50)과 RS232 포트로 연결된다. 제1프로세서(14)는 RS232 포트를 통해 메인 프로세서 모듈(50)로부터 전압제어를 위한 제어명령을 수신하며, 또한 그 RS232 포트를 통해 메인 프로세서 모듈(50)로 센싱부(13)에서 감지된 전압 대비 전류를 지속적으로 전달한다. The first processor 14 is connected to the main processor module 50 through an RS232 port. The first processor 14 receives a control command for voltage control from the main processor module 50 through the RS232 port, and also detects the voltage detected by the sensing unit 13 by the main processor module 50 through the RS232 port. Contrast current is delivered continuously.

제1프로세서(14)는 메인 프로세서 모듈(50)의 제어명령에 따라 전압제어 부(12)에 대한 전압 제어를 수행한다. The first processor 14 performs voltage control on the voltage controller 12 according to a control command of the main processor module 50.

메인 프로세서 모듈(50)은 측정대상인 전력반도체소자의 임계동작전압(항복전압)에 따라 N개 측정 모듈(10~40) 중 적어도 하나에 대한 온/오프 동작 제어를 수행한다. 메인 프로세서 모듈(50)은 전력반도체소자의 인계동작전압(항복전압)에 따라 N개 측정 모듈(10~40)들을 순차적으로 온 동작시킨다. 즉, N개 측정 모듈(10~40)들은 각각 최고 1000볼트까지의 전압을 인가할 수 있으므로, 메인 프로세서 모듈(50)은 전력반도체소자의 임계동작전압(항복전압)이 1000볼트 미만이면 제1 측정 모듈(10)만 온 시키고, 전력반도체소자의 임계동작전압(항복전압)이 2000볼트 미만이면 제1 내지 2 측정 모듈(10~20)만 온 시키고, 전력반도체소자의 임계동작전압(항복전압)이 3000볼트 미만이면 제1 내지 3 측정 모듈(10~30)만 온 시키고, 전력반도체소자의 임계동작전압(항복전압)이 N*1000볼트 미만이면 제1 내지 N 측정 모듈(10~40)을 온시킨다.The main processor module 50 performs on / off operation control on at least one of the N measurement modules 10 to 40 according to the threshold operating voltage (breakdown voltage) of the power semiconductor device to be measured. The main processor module 50 sequentially turns on the N measurement modules 10 to 40 according to the takeover operation voltage (breakdown voltage) of the power semiconductor device. That is, since each of the N measurement modules 10 to 40 may apply a voltage up to 1000 volts, the main processor module 50 may be configured to have a first voltage when the threshold operation voltage (breakdown voltage) of the power semiconductor device is less than 1000 volts. Only the measurement module 10 is turned on, and if the threshold operating voltage (breakdown voltage) of the power semiconductor device is less than 2000 volts, only the first to second measurement modules 10 to 20 are turned on, and the threshold operating voltage (breakdown voltage) of the power semiconductor device is Is less than 3000 volts, only the first to third measurement modules 10 to 30 are turned on, and if the threshold operating voltage (breakdown voltage) of the power semiconductor device is less than N * 1000 volts, the first to N measurement modules 10 to 40 are Turn on.

예로써, 메인 프로세서 모듈(50)은 전력반도체소자의 임계동작전압(항복전압)이 1500볼트인 경우 제1 내지 2 측정 모듈(10~20)에만 전압제어를 위한 제어명령을 전달하여, 특정 온도로 가열된 전력반도체소자를 대상으로 제1 내지 2 측정 모듈(10~20)에 의해 측정된 전압 대비 전류를 지속적으로 수신하고 누적한다. 이때 메인 프로세서 모듈(50)은 제3 내지 N 측정 모듈(30~40)에는 전압제어를 위한 제어명령을 전달하지 않음으로써 그들 제3 내지 N 측정 모듈(30~40)의 동작을 오프시킨다.For example, the main processor module 50 transmits a control command for voltage control only to the first to second measurement modules 10 to 20 when the threshold operation voltage (breakdown voltage) of the power semiconductor device is 1500 volts, thereby providing a specific temperature. Continuously receives and accumulates current versus voltage measured by the first to second measurement modules 10 to 20 for the power semiconductor devices heated to. At this time, the main processor module 50 turns off the operation of the third to N measurement modules 30 to 40 by not transmitting control commands for voltage control to the third to N measurement modules 30 to 40.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체소자의 성능 측정 시스템의 구성 중 측정 모듈의 내부 상세 구성을 나타낸 다이어그램으로, 4개의 측정 모듈로 구성되는 경우의 예를 든 것이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체소자의 성능 측정 절차를 나타낸 다이어그램이다.FIG. 2 is a diagram illustrating an internal detailed configuration of a measurement module in the configuration of a performance measurement system of a semiconductor device according to an embodiment of the present disclosure, and illustrates an example in which four measurement modules are configured. 3 is a diagram illustrating a performance measurement procedure of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 4개 측정 모듈(100~400)은 측정대상인 전력반도체소자처럼 로더(1)의 양단에 연결된다. 특히, 4개 측정 모듈(100~400)은 상호 직렬 연결되며, 로더(1)에 로드된 전력반도체소자에 대해 특정 온도에 기준한 전압 대비 전류를 측정한다.Referring to FIG. 2, the four measurement modules 100 to 400 are connected to both ends of the loader 1 like the power semiconductor elements to be measured. In particular, the four measurement modules 100 to 400 are connected in series to each other, and measure the current versus voltage based on a specific temperature for the power semiconductor device loaded in the loader 1.

4개의 측정 모듈(100~400)은 각각 동일한 구성 요소를 가지며, 그 구성 요소는 변환부(110)와 전압제어부(120)와 센싱부(130)와 제1프로세서(140)를 포함한다.Each of the four measurement modules 100 to 400 has the same components, and the components include a converter 110, a voltage controller 120, a sensor 130, and a first processor 140.

변환부(110)는 공급전원을 변환하여 공급전압을 출력하는데, 본 발명에서는 공급전원으로써 고주파 전압을 사용한다. 예로써, 20kHz의 300볼트를 공급전원으로 사용한다. 변환부(110)는 공급전원을 승압 변환하여 1500볼트의 공급전압을 출력한다.The converter 110 converts the supply power and outputs a supply voltage. In the present invention, a high frequency voltage is used as the supply power. For example, 300 volts at 20 kHz is used as the power supply. The converter 110 boosts the power supply to output a supply voltage of 1500 volts.

전압제어부(120)는 변환부(110)에서 출력된 1500볼트의 공급전압을 전압 제어에 따라 기저전압 (0볼트)에서 임계전압 1000볼트까지의 범위로 전압을 또한 그에 따른 전류를 로더(1)에 인가한다. 전압제어부(120)의 출력 전압은 제1 프로세서(140)의 제어에 따르며, 제1 프로세서(140)는 메인 프로세서 모듈(500)의 제어명령에 따라 전압제어부(120)에 대한 전압 제어를 수행한다.The voltage controller 120 converts a supply voltage of 1500 volts output from the converter 110 into a voltage range from a base voltage (0 volts) to a threshold voltage of 1000 volts according to the voltage control. To apply. The output voltage of the voltage controller 120 is controlled by the first processor 140, and the first processor 140 performs voltage control on the voltage controller 120 according to a control command of the main processor module 500. .

결국, 메인 프로세서 모듈(500)이 4개의 측정 모듈(100~400) 모두에 전압제어를 위한 제어명령을 전달하는 경우, 로더(1)의 양단에 총 기저전압 0볼트에서 4000볼트까지의 범위로 전압을 또한 그에 따른 전류 1mA를 인가할 수 있다.As a result, when the main processor module 500 transmits a control command for voltage control to all four measurement modules 100 to 400, the main processor module 500 may have a total base voltage of 0 to 4000 volts at both ends of the loader 1. The voltage can also be applied with a current of 1 mA accordingly.

센싱부(130)는 전압제어부(120)에서 인가된 전압 및 전류로부터 전력반도체소자의 전압 대비 전류를 감지한다. 전술했듯이, 실제로 센싱부(130)는 전압제어부(120)에 의해 인가된 전압에서 측정대상인 전력반도체소자에 흐르는 누설전류를 측정하고, 그에 따른 전압(V)과 누설전류(I)를 제1프로세서(140)에 출력한다. 이는, 센싱부(130)가 전압의 변화에 따라 인가되는 전류 중 얼마만큼이 전력반도체소자(오프 상태)의 입력단에서 출력단으로 흐르는지를 감지하여 제1프로세서(140)에 출력한다는 것을 의미한다. The sensing unit 130 detects a current versus voltage of the power semiconductor device from the voltage and current applied by the voltage controller 120. As described above, the sensing unit 130 actually measures the leakage current flowing through the power semiconductor device to be measured at the voltage applied by the voltage control unit 120, and accordingly measures the voltage V and the leakage current I as the first processor. Output to 140. This means that the sensing unit 130 senses how much of the current applied according to the change of the voltage flows from the input terminal of the power semiconductor device (off state) to the output terminal and outputs it to the first processor 140.

제1프로세서(140)는 RS232 포트를 통해 메인 프로세서 모듈(500)로부터 전압제어를 위한 제어명령을 수신하며, 또한 제1프로세서(140)는 그 RS232 포트를 통해 메인 프로세서 모듈(500)로 센싱부(130)에서 감지된 전압 대비 전류를 지속적으로 전달한다. The first processor 140 receives a control command for voltage control from the main processor module 500 through the RS232 port, and the first processor 140 senses the main processor module 500 through the RS232 port. Continuously delivers the current compared to the voltage sensed at 130.

메인 프로세서 모듈(500)은 특정 온도로 가열된 전력반도체소자를 대상으로 4개 측정 모듈(100~400) 중 적어도 하나에 의해 측정된 전압 대비 전류를 지속적으로 수신하고 누적한다. 이어, 그 누적된 최종 데이터를 USB를 통해 연결된 데이터출력장치(600)로 출력한다. The main processor module 500 continuously receives and accumulates current versus voltage measured by at least one of the four measurement modules 100 to 400 for a power semiconductor device heated to a specific temperature. Subsequently, the accumulated final data is output to the data output apparatus 600 connected through USB.

데이터출력장치(600)는 USB를 통해 메인 프로세서 모듈(500)로부터 전압 대비 전류를 지속적으로 수신하며, 그 수신한 최종 데이터 즉, 특정 온도에 기준한 전압별 누설전류 변화량을 이용하여 전압-전류 특성 그래프를 생성하고 표시한다.The data output device 600 continuously receives the current versus voltage from the main processor module 500 through the USB, and uses the final data received, that is, the voltage-current characteristic by using the leakage current variation for each voltage based on a specific temperature. Create and display a graph.

한편, 메인 프로세서 모듈(500)은 전력반도체소자의 임계동작전압(항복전압) 에 따라 상기 4개 측정 모듈(100~400) 중 적어도 하나에 대한 온/오프 동작 제어를 수행하는데, 이에 대해서는 이미 전술되었으므로 상세는 생략한다.Meanwhile, the main processor module 500 performs on / off operation control on at least one of the four measurement modules 100 to 400 according to the threshold operating voltage (breakdown voltage) of the power semiconductor device. The details are omitted here.

만약 측정 대상이 전력반도체소자 중 IGBT의 경우에는 게이트(Gate) 오프 시에 이미터(Emitter)와 콜렉터(collector) 간의 누설전류를 측정한다. 특히 IGBT를 미리 특정 온도로 가열한 후에 누설전류를 측정함으로써, 온도 변화에 따른 누설전류 량의 변화를 측정한다.If the measurement target is an IGBT among the power semiconductor devices, the leakage current between the emitter and the collector is measured when the gate is turned off. In particular, after the IGBT is heated to a specific temperature in advance, the leakage current is measured, thereby measuring the change in the amount of leakage current according to the temperature change.

다음은 상기한 도 1 및 2의 구성에 기반하여 반도체소자의 성능 측정 절차를 도 3을 참조하여 설명한다.Next, a procedure for measuring performance of a semiconductor device based on the configuration of FIGS. 1 and 2 will be described with reference to FIG. 3.

먼저 측정대상인 전력반도체소자를 로더(1)에 로드함으로써, 로더(1)의 양단에 전력반도체소자의 입력단과 출력단을 연결한다(S10). 이때, 로더(1)에 전력반도체소자를 로드하기 이전 또는 이후에 그 전력반도체소자를 특정 온도로 가열하는 것이 바람직하다. 예로써, 전력반도체소자를 25℃에서 50℃ 중 어느 하나의 수준의 온도로 가열할 수 있다.First, by loading the power semiconductor device to be measured in the loader 1, the input terminal and the output terminal of the power semiconductor device is connected to both ends of the loader (S10). At this time, it is preferable to heat the power semiconductor element to a specific temperature before or after loading the power semiconductor element to the loader 1. For example, the power semiconductor device can be heated to a temperature of any one of 25 ℃ to 50 ℃.

이어, 전력반도체소자의 양단에 특정 온도(25 또는 50℃)에 기준한 기저전압에서 임계전압까지의 전압과 그에 상응하는 전류를 인가한다(S20). 즉, 4개 측정 모듈(100~400) 중 적어도 하나에 의해 특정 온도(25 또는 50℃)로 가열된 전력반도체소자의 양단에 기저전압 0볼트에서 최고 임계전압 4000볼트까지의 전압과 그에 상응하는 전류 1mA를 인가한다.Subsequently, a voltage from a base voltage to a threshold voltage based on a specific temperature (25 or 50 ° C.) and a corresponding current are applied to both ends of the power semiconductor device (S20). That is, a voltage from the base voltage of 0 volts to the maximum threshold voltage of 4000 volts and corresponding thereto at both ends of the power semiconductor element heated to a specific temperature (25 or 50 ° C.) by at least one of the four measurement modules 100 to 400. Apply 1mA of current.

이어, 인가된 전압 및 전류로부터 전력반도체소자의 전압 대비 전류를 지속적으로 측정한다(S30). 상세하게, 전류를 인가하는 전압의 변화에 따라 전력반도체 소자의 입력단과 출력단 사이에 흐르는 누설전류의 변화량을 측정한다. 이때, IGBT의 경우는 인가된 전압 및 전류로부터 그 IGBT의 턴오프 시 입력단(콜렉터)과 출력단(이미터) 간의 누설전류를 측정하는 것이 바람직하다.Subsequently, the voltage versus current of the power semiconductor device is continuously measured from the applied voltage and current (S30). In detail, the amount of change in the leakage current flowing between the input terminal and the output terminal of the power semiconductor element is measured according to the change of the voltage applying the current. In this case, in the case of the IGBT, it is preferable to measure the leakage current between the input terminal (collector) and the output terminal (emitter) when the IGBT is turned off from the applied voltage and current.

그리고, 그 측정된 전압 대비 전류를 지속적으로 누적한다(S40). 메인 프로세서 모듈(500)은 전력반도체소자의 임계동작전압(항복전압)에 이를 때까지 인가 전압의 변화에 따른 누설전류의 측정 량을 누적하는 것이 바람직하다.Then, the current is continuously accumulated over the measured voltage (S40). The main processor module 500 preferably accumulates the measured amount of the leakage current according to the change of the applied voltage until the threshold operation voltage (breakdown voltage) of the power semiconductor device is reached.

이어, 누적된 최종 데이터를 수신한 데이터출력장치(600)는 그 누적된 최종 데이터를 이용하여 측정대상인 전력반도체소자의 수명을 예측하기 위한 전압-전류 특성 자료를 생성하여 출력한다. 즉, 데이터출력장치(600)는 메인 프로세서 모듈(500)에서 누적된 최종 데이터를 수신한 후에, 그를 이용하여 전력반도체소자의 온도 변화에 따른 전압-전류 특성을 나타내는 그래프로 생성하고(S50), 그 그래프를 표시한다(S51).Subsequently, the data output apparatus 600 receiving the accumulated final data generates and outputs voltage-current characteristic data for predicting the life of the power semiconductor device to be measured using the accumulated final data. That is, after receiving the final data accumulated in the main processor module 500, the data output device 600 generates a graph showing the voltage-current characteristics according to the temperature change of the power semiconductor device using the same (S50). The graph is displayed (S51).

상기한 본원의 시스템 및 방법에 따른 예를 아래와 같이 설명한다.Examples according to the systems and methods herein described are described below.

예로써, 일정 시간 사용된 500[A]급 IGBT를 측정 대상으로 할 때 또는 한번도 사용하지 않은 500[A]급 IGBT를 측정 대상으로 할 때, IGBT를 25℃로 가열한 후 전압 변화에 따른 누설전류 변화량을 측정하고 또한 IGBT를 50℃로 가열한 후 전압 변화에 따른 누설전류 변화량을 측정할 수 있다. 이러한 경우에, 오래 사용된 IGBT는 25℃에서는 안정된 누설전류 특성을 보이지만 50℃에서는 낮은 전압이 인가될 때부터 누설전류가 급격히 증가한다. 특히, 항복전압 근처에서 누설전류의 증가폭이 상승한다. 반면에 사용되지 않은 새 IGBT는 25℃에서나 50℃에서 모두 즉, 온도 에 상관없이 전압 변화에도 대체적으로 안정된 누설전류 특성을 보인다.For example, when measuring 500 [A] class IGBTs used for a certain time or measuring 500 [A] class IGBTs that have never been used, leakage due to voltage change after heating the IGBT to 25 ° C After measuring the current change amount and heating the IGBT to 50 ℃, it is possible to measure the change in leakage current according to the voltage change. In this case, the long-used IGBT shows stable leakage current characteristics at 25 ° C., but the leakage current rapidly increases when a low voltage is applied at 50 ° C. In particular, the increase in leakage current increases near the breakdown voltage. New unused IGBTs, on the other hand, exhibit generally stable leakage currents at both 25 ° C and 50 ° C, ie regardless of temperature.

도 4 내지 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전력반도체소자 중 IGBT를 특정 온도에 기준하여 전압 대비 전류를 측정한 결과를 나타낸 그래프들로써, 도 4는 2년간 사용된 500[A]급 IGBT를 25℃와 50℃에서 각각 전압을 변화시켜가면서 측정되는 누설전류의 변화량을 나타낸 그래프이고, 도 5는 한번도 사용되지 않은 50[A]급 새 IGBT를 25℃와 50℃에서 각각 전압을 변화시켜가면서 측정되는 누설전류의 변화량을 나타낸 그래프이다.4 to 5 are graphs showing the results of measuring the current versus voltage based on a specific temperature of the IGBT of the power semiconductor device according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a 500 [A] class IGBT used for 2 years 25 Figure 5 is a graph showing the amount of change in leakage current measured by varying the voltage at ℃ and 50 ℃, respectively, Figure 5 is a new IGBT 50 [A] class that has never been used while measuring the voltage at 25 ℃ and 50 ℃ respectively It is a graph showing the amount of change in leakage current.

도 4에서 보인 바와 같이, 측정 결과에서 오래 사용된 IGBT는 25℃에서는 전압 변화에도 안정된 누설전류 특성을 보이지만 50℃에서는 초기 전압부터 누설전류가 급격히 증가함을 보이고 있다.As shown in FIG. 4, the long-used IGBT shows stable leakage current characteristics even at a voltage change at 25 ° C., but the leakage current rapidly increases from an initial voltage at 50 ° C. FIG.

또한 도 5에서 보인 바와 같이, 측정 결과에서 한번도 사용되지 않은 새 IGBT는 25℃에서나 50℃에서 전압 변화에도 대체적으로 안정된 누설전류 특성을 보인다.In addition, as shown in Figure 5, the new IGBT that has never been used in the measurement results shows a stable leakage current characteristics even in the voltage changes at 25 ℃ or 50 ℃.

이와 같이 본 발명의 시스템 및 방법을 이용하여 전력반도체소자의 특정 온도에 기준한 전압 대비 전류를 측정함으로써, 그 전력반도체소자의 수명을 예측할 수 있는 것이다. 즉, 본 발명의 시스템 및 방법을 통해 전력반도체소자의 오프 상태에서 누설전류를 측정함으로써 전력반도체소자의 오류 또는 오작동의 원인이 되는 열적 캐리어 증식을 예상할 수 있으며, 그러한 예상을 바탕으로 소자의 수명 예측을 가능하게 해준다.Thus, by measuring the current versus the voltage based on the specific temperature of the power semiconductor device using the system and method of the present invention, it is possible to predict the life of the power semiconductor device. That is, by measuring the leakage current in the off state of the power semiconductor device through the system and method of the present invention, it is possible to predict the thermal carrier proliferation that causes the error or malfunction of the power semiconductor device, and based on the prediction Enable prediction

상기한 전력반도체소자의 수명 예측의 근거는, IGBT, DIODE, MOSFET 등은 소 자의 열화적인 캐리어의 에벌런치(Avalanche)에 매우 취약한데, 열적 캐리어 증식은 반도체 오염에 인한 것으로 소자 수명 말기에 소자 오류의 주 원인이라는 것이 잘 알려져 있다. 또한 열적 캐리어 증식은 소자의 온도와 소자의 오프 시 누설전류와 밀접한 관계가 있으며, 소자 내부 온도가 상승할 때만 발생한다. 또한 누설전류는 소자의 내부 온도 및 주입된 이온의 오염 정도에 따라 결정되는데 낮은 온도에서는 발생 량이 미흡하나 높은 온도에서는 소자의 사용시간에 따라 발생 량의 급격한 차이를 보인다. 따라서, 전력반도체소자의 온도에 기준한 전압 대비 누설전류의 변화량을 측정함으로써, 사용시간에 따른 특성 변화를 확인할 수 있기 때문이다.The reason for the life prediction of the power semiconductor device is that IGBT, DIODE, MOSFET, etc. are very vulnerable to the avalanche of the deteriorated carrier of the element, and thermal carrier propagation is due to semiconductor contamination. It is well known that this is the main cause. In addition, thermal carrier propagation is closely related to the temperature of the device and the leakage current when the device is turned off and occurs only when the internal temperature of the device rises. In addition, the leakage current is determined by the internal temperature of the device and the degree of contamination of the implanted ions. At low temperatures, the leakage current is insufficient, but at a high temperature, the leakage current varies rapidly according to the usage time of the device. Therefore, by measuring the amount of change in the leakage current compared to the voltage based on the temperature of the power semiconductor device, it is possible to confirm the change in the characteristic according to the use time.

지금까지 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention.

그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시 예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It is therefore to be understood that the embodiments of the invention described herein are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive, and the scope of the invention is indicated by the appended claims rather than by the foregoing description, Should be interpreted as being included in.

도 1은 본 발명에 따른 반도체소자의 성능 측정 시스템의 구성을 나타낸 블록다이어그램.1 is a block diagram showing the configuration of a performance measurement system of a semiconductor device according to the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체소자의 성능 측정 시스템의 구성 중 측정 모듈의 내부 상세 구성을 나타낸 다이어그램.2 is a diagram showing a detailed internal configuration of the measurement module of the configuration of the performance measurement system of the semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체소자의 성능 측정 절차를 나타낸 다이어그램.3 is a diagram illustrating a performance measurement procedure of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 4 내지 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전력반도체소자 중 IGBT를 특정 온도에 기준하여 전압 대비 전류를 측정한 결과를 나타낸 그래프들.4 to 5 are graphs showing the results of measuring current versus voltage on the basis of a specific temperature of the IGBT of the power semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

1 : 로더(Loader) 2 : 공급전원1: Loader 2: Supply Power

10, 100 : 제1 측정 모듈 11, 110 : 변환부10, 100: first measurement module 11, 110: converter

12, 120 : 전압제어부 13, 130 : 센싱부12, 120: voltage control unit 13, 130: sensing unit

14, 140 : 제1 프로세서 20, 200 : 제2 측정 모듈14, 140: first processor 20, 200: second measurement module

30, 300 : 제3 측정 모듈 40 : 제N 측정 모듈30, 300: third measurement module 40: Nth measurement module

400 : 제4 측정 모듈 50, 500 : 메인 프로세서 모듈400: fourth measurement module 50, 500: main processor module

60, 600 : 데이터출력장치 60, 600: Data output device

Claims (16)

측정대상인 전력반도체소자를 로드하는 로더(Loader);A loader for loading a power semiconductor device to be measured; 상기 로더의 양단에 연결되어 상기 전력반도체소자의 특정 온도에 기준한 전압 대비 전류를 측정하는 N개 측정 모듈;N measurement modules connected to both ends of the loader to measure the current versus voltage based on a specific temperature of the power semiconductor device; 상기 N개 측정 모듈에 의해 측정된 상기 전압 대비 전류를 지속적으로 수신하여 누적하고, 그 누적된 최종 데이터를 출력하는 메인 프로세서 모듈; 그리고A main processor module for continuously receiving and accumulating the current versus the voltage measured by the N measuring modules, and outputting the accumulated final data; And 상기 메인 프로세서 모듈로부터 수신한 상기 최종 데이터를 이용하여, 상기 온도에서 측정된 상기 전력반도체소자의 전압-전류 특성 그래프를 생성하고 표시하는 데이터출력장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 성능 측정 시스템.And a data output device for generating and displaying a graph of voltage-current characteristics of the power semiconductor device measured at the temperature by using the final data received from the main processor module. Measuring system. 제 1 항에 있어서, 상기 로더는 상기 전력반도체소자를 상기 온도로 가열하기 위한 가열수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 성능 측정 시스템.The system of claim 1, wherein the loader includes heating means for heating the power semiconductor element to the temperature. 제 1 항에 있어서, 상기 로더의 양단에 상기 전력반도체소자의 입력단과 출력단을 연결하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 성능 측정 시스템.The system of claim 1, wherein an input terminal and an output terminal of the power semiconductor device are connected to both ends of the loader. 제 1 항에 있어서, 상기 N개 측정 모듈은,The method of claim 1, wherein the N measurement module, 제1 측정 모듈, 제2 측정 모듈, 제3 측정 모듈, 그리고 제4 측정 모듈을 포 함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 성능 측정 시스템. A performance measuring system of a semiconductor device comprising a first measuring module, a second measuring module, a third measuring module, and a fourth measuring module. 제 4 항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 제1 측정 모듈의 일단이 상기 로더의 양단 중 일단에 연결되고, One end of the first measurement module is connected to one of both ends of the loader, 상기 제1 내지 4 측정 모듈들은 상호 직렬 연결되고,The first to fourth measurement modules are connected in series with each other, 상기 제4 측정 모듈의 타단이 상기 로더의 양단 중 타단에 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 성능 측정 시스템. And the other end of the fourth measurement module is connected to the other end of both ends of the loader. 제 4 항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 제1 측정 모듈의 일단이 상기 로더의 양단 중 일단에 연결되고, One end of the first measurement module is connected to one of both ends of the loader, 상기 제1 측정 모듈의 타단이 상기 제2 측정 모듈의 일단에 연결되고,The other end of the first measurement module is connected to one end of the second measurement module, 상기 제2 측정 모듈의 타단이 상기 제3 측정 모듈의 일단에 연결되고,The other end of the second measurement module is connected to one end of the third measurement module, 상기 제3 측정 모듈의 타단이 상기 제4 측정 모듈의 일단에 연결되고,The other end of the third measurement module is connected to one end of the fourth measurement module, 상기 제4 측정 모듈의 타단이 상기 로더의 양단 중 타단에 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 성능 측정 시스템. And the other end of the fourth measurement module is connected to the other end of both ends of the loader. 제 4 항에 있어서, 상기 제1 내지 4 측정 모듈들은 각각 0볼트에서 1000볼트까지의 전압을 인가하여, 상기 로더의 양단에 총 0에서 4000볼트까지의 전압과 그에 상응하는 전류 1mA를 인가하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 성능 측정 시스템. The method of claim 4, wherein each of the first to fourth measurement modules applies a voltage of 0 to 1000 volts to apply a total of 0 to 4000 volts and a corresponding current of 1 mA to both ends of the loader. A performance measuring system for a semiconductor device. 제 1 항에 있어서, 상기 N개 측정 모듈은, 각각The method of claim 1, wherein the N measurement modules, respectively 공급전원을 변환하여 공급전압을 출력하는 변환부와,A converter for converting a supply power to output a supply voltage; 상기 변환부에서 출력된 공급전압을 전압 제어에 따라 기저전압에서 임계전압까지의 범위로 상기 로더에 인가하는 전압제어부와,A voltage controller which applies the supply voltage output from the converter to the loader in a range from a base voltage to a threshold voltage according to voltage control; 상기 전압제어부에서 인가된 전압으로부터 상기 전력반도체소자의 전압 대비 전류를 감지하는 센싱부와, A sensing unit for sensing a current versus a voltage of the power semiconductor device from the voltage applied by the voltage control unit; 상기 메인 프로세서 모듈의 제어명령에 따라 상기 전압제어부에 대한 상기 전압 제어를 수행하고, 상기 센싱부에서 감지된 전압 대비 전류를 상기 메인 프로세서 모듈에 제공하는 프로세서로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 성능 측정 시스템. And a processor configured to perform the voltage control on the voltage controller according to a control command of the main processor module and to provide the main processor module with a current compared to the voltage sensed by the sensing unit. Measuring system. 제 8 항에 있어서, 상기 공급전원은 고주파 전압인 것을 특징으로 하는 반도체소자의 성능 측정 시스템.The system of claim 8, wherein the power supply is a high frequency voltage. 제 8 항에 있어서, 상기 센싱부는, The method of claim 8, wherein the sensing unit, 상기 전압제어부에서 인가된 전압에서 상기 전력반도체소자의 턴오프 시에 상기 전력반도체소자의 입력단에서 출력단으로 흐르는 누설전류 값을 감지하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 성능 측정 시스템.And detecting a leakage current value flowing from the input terminal of the power semiconductor device to the output terminal when the power semiconductor device is turned off from the voltage applied by the voltage controller. 제 8 항에 있어서, 상기 메인 프로세서 모듈은, The method of claim 8, wherein the main processor module, 상기 전력반도체소자의 임계동작전압(항복전압)에 따라 상기 N개 측정 모듈 중 적어도 하나에 대한 온/오프 동작 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 성능 측정 시스템.And performing on / off operation control of at least one of the N measurement modules according to a threshold operating voltage (breakdown voltage) of the power semiconductor device. 측정대상인 전력반도체소자를 로드하는 단계와;Loading a power semiconductor device to be measured; 상기 전력반도체소자의 양단에 특정 온도에 기준한 기저전압에서 임계전압까지의 전압과 그에 상응하는 전류를 인가하는 단계와;Applying a voltage from a base voltage to a threshold voltage based on a specific temperature and a current corresponding to both ends of the power semiconductor device; 상기 인가된 전압 및 전류로부터 상기 전력반도체소자의 전압 대비 전류를 측정하는 단계와;Measuring a current versus voltage of the power semiconductor device from the applied voltage and current; 상기 측정된 전압 대비 전류를 지속적으로 누적하는 단계와;Continuously accumulating current relative to the measured voltage; 상기 누적된 데이터를 이용하여, 상기 전력반도체소자의 수명을 예측하기 위해, 상기 전력반도체소자의 온도 변화에 따른 전압-전류 특성을 출력하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 성능 측정 방법.And outputting a voltage-current characteristic according to a temperature change of the power semiconductor device to predict the life of the power semiconductor device by using the accumulated data. 제 12 항에 있어서, 상기 로드된 전력반도체소자를 특정 온도로 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 성능 측정 방법.The method of claim 12, further comprising heating the loaded power semiconductor device to a specific temperature. 제 12 항에 있어서, 상기 인가된 전압 및 전류로부터 상기 전력반도체소자의 전압 대비 전류를 측정하는 단계는,The method of claim 12, wherein the step of measuring the current versus the voltage of the power semiconductor device from the applied voltage and current, 상기 인가된 전압 및 전류로부터 상기 전력반도체소자의 턴오프 시 입력단과 출력단 간의 누설전류를 측정하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 성능 측정 방법.And measuring a leakage current between an input terminal and an output terminal when the power semiconductor device is turned off from the applied voltage and current. 제 12 항에 있어서, 상기 전력반도체소자의 온도 변화에 따른 전압-전류 특성을 출력하는 단계는,The method of claim 12, wherein the outputting of the voltage-current characteristics according to the temperature change of the power semiconductor device, 상기 전력반도체소자의 턴오프 시에, 상기 특정 온도에서 상기 인가된 전압의 변화에 따른 상기 전력반도체소자의 입력단과 출력단 간의 누설전류 변화를 상기 전압-전류 특성으로써 출력하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 성능 측정 방법.When the power semiconductor device is turned off, the leakage current change between the input terminal and the output terminal of the power semiconductor device according to the change of the applied voltage at the specific temperature outputs the voltage-current characteristics of the semiconductor device How to measure performance. 제 15 항에 있어서, 상기 온도 변화에 따른 전압-전류 특성을 그래프로 출력하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 성능 측정 방법.The method of claim 15, wherein the voltage-current characteristic according to the temperature change is output as a graph.
KR1020090089536A 2009-09-22 2009-09-22 Performance Measurement System and Method of Semiconductor Devices KR101058095B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090089536A KR101058095B1 (en) 2009-09-22 2009-09-22 Performance Measurement System and Method of Semiconductor Devices

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090089536A KR101058095B1 (en) 2009-09-22 2009-09-22 Performance Measurement System and Method of Semiconductor Devices

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110032171A true KR20110032171A (en) 2011-03-30
KR101058095B1 KR101058095B1 (en) 2011-08-24

Family

ID=43936963

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090089536A KR101058095B1 (en) 2009-09-22 2009-09-22 Performance Measurement System and Method of Semiconductor Devices

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101058095B1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101663721B1 (en) * 2015-11-23 2016-10-10 주식회사 루미맥스 Measuring apparatus for diagnosing a semiconductor device
JP2016211921A (en) * 2015-05-01 2016-12-15 株式会社ヒットデバイス Temperature characteristic evaluation device of electronic component and temperature control unit used for the same
CN106502168A (en) * 2016-12-21 2017-03-15 中车株洲电力机车研究所有限公司 A kind of intelligent power component control system
KR102157504B1 (en) * 2019-09-20 2020-09-22 한국철도기술연구원 Apparatus for predicting residual life of power semiconductor elements of traction inverter of railway vehicle and method thereof

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103293426B (en) * 2012-02-29 2017-03-01 宰体有限公司 Inspection device for components

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5014740B2 (en) * 2006-11-10 2012-08-29 株式会社豊田中央研究所 Reliability test apparatus and reliability test method

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016211921A (en) * 2015-05-01 2016-12-15 株式会社ヒットデバイス Temperature characteristic evaluation device of electronic component and temperature control unit used for the same
KR101663721B1 (en) * 2015-11-23 2016-10-10 주식회사 루미맥스 Measuring apparatus for diagnosing a semiconductor device
CN106502168A (en) * 2016-12-21 2017-03-15 中车株洲电力机车研究所有限公司 A kind of intelligent power component control system
CN106502168B (en) * 2016-12-21 2019-07-26 中车株洲电力机车研究所有限公司 A kind of intelligent power component control system
KR102157504B1 (en) * 2019-09-20 2020-09-22 한국철도기술연구원 Apparatus for predicting residual life of power semiconductor elements of traction inverter of railway vehicle and method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR101058095B1 (en) 2011-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dusmez et al. Aging precursor identification and lifetime estimation for thermally aged discrete package silicon power switches
Wang et al. Review of power semiconductor device reliability for power converters
GopiReddy et al. Power cycle testing of power switches: A literature survey
CA2598485C (en) Integrated smart power switch
US8957723B2 (en) Apparatus and method for power switch health monitoring
Gonzalez-Hernando et al. Wear-out condition monitoring of IGBT and MOSFET power modules in inverter operation
KR101058095B1 (en) Performance Measurement System and Method of Semiconductor Devices
JP5267053B2 (en) Semiconductor test equipment
Erturk et al. A method for online ageing detection in SiC MOSFETs
CN103782143A (en) Method and apparatus for estimating temperature of semiconductor chip
CN103620429A (en) Method for estimating the end of lifetime for a power semiconductor device
Sun et al. All-GaN power integration: Devices to functional subcircuits and converter ICs
Du et al. Impact of repetitive short-circuit tests on the normal operation of SiC MOSFETs considering case temperature influence
Bahl et al. A generalized approach to determine the switching lifetime of a GaN FET
Kozak et al. Degradation of SiC MOSFETs under high-bias switching events
Sintamarean et al. The impact of gate-driver parameters variation and device degradation in the PV-inverter lifetime
CN109752637B (en) Method and device for detecting multi-chip parallel transient current unevenness
Wu et al. Temperature adaptive driving of power semiconductor devices
CN104821733A (en) Power supply device and control method of power supply device
Halick et al. Online computation of IGBT on-state resistance for off-shelf three-phase two-level power converter systems
Yang et al. Design of a high-performance DC power cycling test setup for SiC MOSFETs
US20210273635A1 (en) Determining an operating condition of a transistor
CN112305393A (en) Electronic test equipment device and operation method thereof
Li et al. Comparison between 1.7 kV SiC SJT and MOSFET power modules
Kostka et al. A concept for detection of humidity-driven degradation of igbt modules

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140806

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150813

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160811

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180814

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191105

Year of fee payment: 9