TWI656349B - Component power-on test method and power-on test system - Google Patents

Abstract

一種元件通電測試方法，由一通電測試系統執行，以同時檢測一個雙端元件及一個三端元件，該通電測試系統包含一電源供應裝置，及一示波裝置，該電源供應裝置分別提供一正向電流、一正向電壓到該雙端元件的陽極、陰極，及一脈波信號到該三端元件，該脈波信號N次切換於一第一準位與一第二準位間，該脈波信號處於該第一準位時，該示波裝置得到一關於該雙端元件的第一電流資訊，及一關於該三端元件的第二電流資訊，該脈波信號處於該第二準位使該三端元件不導通時，該示波裝置得到各自關於該雙端元件、該三端元件的第一、第二電壓資訊。

Description

元件通電測試方法與通電測試系統

本發明是有關於一種測試，特別是指一種離散元件測試技術。

現有的雙端電子元件或三端電子元件，特別是指二極體與做為開關的電晶體而言，製造完成後，在測試階段的可靠度驗證項目，主要為對電子元件施以順向斷續通電(IFOL：Intermittent Forward Operating Life)，及高溫逆向偏壓(HTRB：High Temperature Reverse Bias)，並長時間的持續反覆通電做測試，以觀察二極體或電晶體在此兩種試驗項目下的元件耐受度。

由於雙端電子元件與三端電子元件接腳數的不同，且順向斷續通電或及高溫逆向偏壓為兩種獨立的驗證項目，需由不同電路分開測試，以現有的可靠度測試方法，各自適用的測試電路並不相同而無法同時整合在同一電路做測試，且基於電子元件的可靠度驗證需要經過長時間(通常至少為1000小時)的反覆試驗而甚為費時。倘若考量到產品交期問題，電子元件製造完成後的測試階段 所花費的時間將是主要考驗，因此，現有的雙端電子元件或三端電子元件，特別是二極體與電晶體的測試方法有改善的必要。

因此，本發明的一目的，即在提供一種可同時測試一個雙端元件與一個三端元件的通電測試方法。

於是，本發明元件通電測試方法，由一通電測試系統執行，以同時檢測一個雙端元件及一個三端元件，該三端元件包含一第一端、一控制端，及一接地的第二端，該通電測試系統包含一電源供應裝置，及一示波裝置，該電源供應裝置包括一電連接該雙端元件的陽極的電流輸出端、一電連接該雙端元件的陰極與該三端元件的該第一端的電壓輸出端，及一電連接該三端元件的該控制端的控制元件，該示波裝置電連接該雙端元件的陽極與陰極，並電連接該三端元件的該第一端與該第二端，該元件通電測試方法包含一步驟(A)、一步驟(B)、一步驟(C)，及一步驟(D)。

該步驟(A)為該電源供應裝置經由該電流輸出端提供一正向電流到該雙端元件的陽極，且經由該電壓輸出端提供一正向電壓到該雙端元件的陰極。

該步驟(B)為該電源供應裝置經由該控制元件提供一脈波信號到該三端元件的該控制端，且使該脈波信號N次切換於一使該三端元件導通的第一準位與一使該三端元件不導通的第二準位 間，N≧1。

該步驟(C)為當該脈波信號處於該第一準位使該三端元件導通時，該示波裝置偵測流經該雙端元件的電流而得到一第一電流資訊，且偵測流經該三端元件的電流而得到一第二電流資訊。

該步驟(D)為當該脈波信號處於該第二準位使該三端元件不導通時，該示波裝置偵測該雙端元件的跨壓而得到一第一電壓資訊，且偵測該三端元件的跨壓而得到一第二電壓資訊。

此外，本發明的另一目的，即在提供一種可同時測試一個雙端元件與一個三端元件的通電測試系統。

於是，本發明通電測試系統，適用於同時檢測一個雙端元件及一個三端元件，該三端元件包含一第一端、一控制端，及一接地的第二端，該通電測試系統包含一電源供應裝置，及一示波裝置。

該電源供應裝置包括一電流輸出端、一電壓輸出端，及一控制元件。

該電流輸出端電連接該雙端元件的陽極，並提供一正向電流到該雙端元件的陽極。

該電壓輸出端電連接該雙端元件的陰極與該三端元件的該第一端，並提供一正向電壓到該雙端元件的陰極與該三端元件的該第一端。

該控制元件電連接該三端元件的該控制端，並提供一脈波信號到該三端元件的該控制端，使該脈波信號N次切換於一使該三端元件導通的第一準位與一使該三端元件不導通的第二準位間，N≧1。

該示波裝置電連接該雙端元件的陽極與陰極，並電連接該三端元件的該第一端與該第二端，當該脈波信號處於該第一準位使該三端元件導通時，該示波裝置偵測流經該雙端元件的電流而得到一第一電流資訊，且偵測流經該三端元件的電流而得到一第二電流資訊，當該脈波信號處於該第二準位使該三端元件不導通時，該示波裝置偵測該雙端元件的跨壓而得到一第一電壓資訊，且偵測該三端元件的跨壓而得到一第二電壓資訊。

本發明的功效在於：藉由該電源供應裝置同時電連接一個雙端元件與一個三端元件，並利用三端元件的電氣特性，以周期性的脈波輸出控制三端元件導通或不導通，進而將用以對雙端元件與三端元件的順向斷續通電、高溫逆向偏壓兩種試驗整合於同一電路，並透過該示波裝置觀察相關於雙端元件與三端元件的電流資訊或電壓資訊，節省分開測試的時間。

2‧‧‧電源供應裝置

21‧‧‧電流輸出端

22‧‧‧電壓輸出端

23‧‧‧控制元件

3‧‧‧示波裝置

31‧‧‧示波器

32‧‧‧第一電流探棒

33‧‧‧第二電流探棒

34‧‧‧第一電壓探棒

35‧‧‧第二電壓探棒

41‧‧‧提供電壓與電流的步驟

42‧‧‧控制開關切換的步驟

43‧‧‧偵測導通時電流資訊的步驟

431‧‧‧偵測第一電流資訊與第二電流資訊的子步驟

432‧‧‧接收第一電流資訊與第二電流資訊的子步驟

44‧‧‧偵測不導通時電壓資訊的步驟

441‧‧‧偵測第一電壓資訊與第二電壓資訊的子步驟

442‧‧‧接收第一電壓資訊與第二電壓資訊的子步驟

R‧‧‧限流電阻

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式 中清楚地呈現，其中：圖1是一電路圖，說明一實施本發明元件通電測試方法的一實施例的通電測試系統；圖2是一方塊圖，輔助說明該通電測試系統；圖3是一立體圖，說明該通電測試系統的實際外觀；圖4是一前視圖，輔助說明該通電測試的實際外觀；圖5是一波型圖，說明電子元件在開關切換時的實際信號變化；圖6是一流程圖，說明本發明元件通電測試方法的該實施例；圖7是一波型圖，說明該通電測試系統所提供的脈波控制信號；圖8是一波型圖，說明該通電測試系統的一電晶體根據該脈波控制信號而切換於導通時的電流波型；圖9是一波型圖，說明該通電測試系統的該電晶體根據該脈波控制信號而切換於不導通時的電壓波型；圖10是一波型圖，說明根據該脈波控制信號準位不同而變化的電流波型；圖11是一波型圖，說明根據該脈波控制信號準位不同而變化的電壓波型；圖12是一波型圖，說明根據該脈波控制信號準位不同而變化的電壓波型；圖13是一流程圖，輔助說明該元件通電測試系統； 圖14是一波型圖，說明根據該脈波控制信號準位不同而變化的電壓波型；及圖15是一流程圖，輔助說明該元件通電測試系統。

參閱圖1，本發明通電測試系統的一實施例，以同時檢測一個雙端元件和一個三端元件，在此，該雙端元件為二極體、而該三端元件為絕緣閘雙極性電晶體(IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor)，其中，該絕緣閘雙極性電晶體包含一汲極、一閘極，及一接地的射極，此外，該三端元件亦可為包含一汲極、一閘極，及一接地的源極的金氧半場效電晶體(MOSFET：Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)，在本實施例中，該三端元件是以絕緣閘雙極性電晶體作說明。

該通電測試系統包含一電源供應裝置2、一示波裝置3，及一限流電阻R。

該電源供應裝置2包括一電連接該二極體的陽極的電流輸出端21，而對該二極體供應一輸入電流、一電連接該二極體的陰極與該絕緣閘雙極性電晶體的該汲極的電壓輸出端22，而對該二極體的供應一輸入電壓，及一電連接該絕緣閘雙極性電晶體的該閘極的控制元件23，以對該絕緣閘雙極性電晶體的該閘極供應一脈波寬 度調變(PWM：Pulse Width Modulation)信號，以控制該絕緣閘雙極性電晶體導通或不導通。

參閱圖2，進一步地說明該電源供應裝置2的詳細架構，由一整流級電路控制系統時序、一功率因數修正電路以提供電路高功因與低諧波失真，增加能源使用率、四組獨立的隔離通道，具有電器隔離的優點，同時各自獨立不互相干擾，並以兩組獨立控制的控制元件23以輸出脈波寬度調變信號，可同時驅動兩組絕緣閘雙極性電晶體或金氧半導體場效電晶體，進而將元件的順向斷續通電、高溫逆向偏壓兩種驗證項目整合為一，有效減少量測的時間與設備數量。

參閱圖3、圖4，為該電源供應裝置2的整體外觀，配置有兩組獨立的量測系統，分別提供電壓、電流，及脈波控制信號的輸出，以執行順向斷續通電、高溫逆向偏壓的量測。

配合圖1並參閱圖5，該示波裝置3包括一示波器31、一第一電流探棒32、一第二電流探棒33、一第一電壓探棒34，及一第二電壓探棒35。

該第一電流探棒32與該第一電壓探棒34電連接該二極體的陽極與陰極，該第二電流探棒33與該第二電壓探棒35電連接該絕緣閘雙極性電晶體的該汲極與該射極，當該絕緣閘雙極性電晶體根據該脈波寬度調變信號導通或不導通時，該示波器31可透過該 第一電壓、電流探棒，第二電壓、電流探棒接收相關於如圖5所繪示的該二極體與該絕緣閘雙極性電晶體的電壓、電流資訊。

該限流電阻R電連接該二極體的陰極、該絕緣閘雙極性電晶體的該汲極，及該電源供應裝置2的該電壓輸出端22，該限流電阻R可避免該二極體或該絕緣閘雙極性電晶體在通電時因電流或電壓突波過大而燒毀。

配合圖1並參閱圖6，上述本發明通電測試系統的實施例在執行一種元件通電測試時，是屬於一種分離式元件開關壽命測試(Discrete Device On/Off Life Tester,DOLT)，是以，依序實施一關於提供電壓與電流的步驟41、一關於控制開關切換的步驟42、一關於偵測導通時電流資訊的步驟43，及一關於偵測不導通時電壓資訊的步驟44，以同時模擬測試一個雙端元件和一個三端元件使用於導通與不導通的工作條件下而開發的驗證方法。

該關於提供電壓與電流的步驟41為控制該電源供應裝置2經由該電流輸出端21提供一正向電流到該二極體的陽極，並經由該電壓輸出端22提供一正向電壓到該二極體的陰極，與該絕緣閘雙極性電晶體的該汲極，作為測試該二極體與該絕緣閘雙極性電晶體的電流、電壓。

接著實施該關於控制開關切換的步驟42，為控制該電源供應裝置2經由該控制元件23提供如圖7所繪示的脈波寬度調變信 號到該絕緣閘雙極性電晶體的該閘極，且使該脈波寬度調變信號N次切換於一使該絕緣閘雙極性電晶體導通的第一準位與一使該絕緣閘雙極性電晶體不導通的第二準位間，N≧1。

舉例而言，脈波寬度調變信號所採取的責任週期(duty cycle)為120秒/120秒，即，控制該絕緣閘雙極性電晶體導通與不導通的時間各為120秒，且該脈波寬度調變信號切換於該第一準位與該第二準位間的次數為15000，因此，該電源供應裝置2輸出該脈波寬度調變信號的總時間為1000小時；而責任週期區間與脈波切換次數，即控制該絕緣閘雙極性電晶體於導通與不導通間切換的次數，需視測試需求變更，並不僅侷限於此。此外，圖8、圖9分別為該絕緣閘雙極性電晶體根據該脈波寬度調變信號切換於導通的第一準位與不導通的第二準位的電流、電壓波型。

圖10、圖11則是分別更詳細地說明該脈波寬度調變信號在該第一、第二準位時，與該絕緣閘雙極性電晶體的電流、電壓波型的相對變化比較，且繪示於二圖的波型中，位於上方者(即，圖中標示為1者)為該絕緣閘雙極性電晶體的波型變化，位於下方者(即，圖中標示為2者)則為該脈波寬度調變信號的波型變化。

接著實施該關於偵測導通時電流資訊的步驟43，為當該脈波寬度調變信號處於該第一準位而使該絕緣閘雙極性電晶體導通時，該電源供應裝置2的該電流輸出端21對該二極體的陽極與該 絕緣閘雙極性電晶體的該汲極提供一如圖12所示的順向電流，即，順向斷續通電(IFOL)電流，該示波器31透過該第一電流探棒32與該第二電流探棒33分別得到相關於該二極體與該絕緣閘雙極性電晶體的一第一電流資訊，及一第二電流資訊。

配合圖6並參閱圖13，更詳細而言，該關於偵測導通時電流資訊的步驟43還進一步地包括一關於偵測第一電流資訊與第二電流資訊的子步驟431，及一關於接收第一電流資訊與第二電流資訊的子步驟432。

該關於偵測第一電流資訊與第二電流資訊的子步驟431為當該絕緣閘雙極性電晶體導通時，首先由該第一電流探棒32偵測流經該二極體的電流而得到該第一電流資訊，並由該第二電流探棒33偵測流經該絕緣閘雙極性電晶體的電流而得到該第二電流資訊。該關於接收第一電流資訊與第二電流資訊的子步驟432為再由該示波器31分別接收來自該第一電流探棒32的該第一電流資訊，與來自該第二電流探棒33的該第二電流資訊，並將二者轉換顯示於螢幕上。

需進一步說明的是，在該絕緣閘雙極性電晶體導通的瞬間，該電源供應裝置2的該電流輸出端21所提供的順向電流會有較大的突波，因此，實施該關於偵測導通時電流資訊的步驟43時，還可偵測該二極體與該絕緣閘雙極性電晶體在導通瞬間時所能承受 的過載電氣應力。

參閱圖6，最後執行該關於偵測不導通時電壓資訊的步驟44，當該脈波寬度調變信號處於該第二準位而使該絕緣閘雙極性電晶體不導通時，該電源供應裝置2的該電壓輸出端22對該二極體的陽極與該絕緣閘雙極性電晶體的該汲極提供一如圖14所示的逆向電壓，即，高溫逆向偏壓(HTRB)，該示波器31透過該第一電壓探棒34與該第二電壓探棒35分別得到相關於該二極體與該絕緣閘雙極性電晶體的一第一電壓資訊，及一第二電壓資訊。

配合圖6並參閱圖15，更詳細地說，該關於偵測不導通時電壓資訊的步驟44還進一步地包括一關於偵測第一電壓資訊與第二電壓資訊的子步驟441，及一關於接收第一電壓資訊與第二電壓資訊的子步驟442。

該關於偵測第一電壓資訊與第二電壓資訊的子步驟441為當該絕緣閘雙極性電晶體不導通時，首先由該第一電壓探棒34偵測該二極體的跨壓而得到該第一電壓資訊，並由該第二電壓探棒35偵測該絕緣閘雙極性電晶體的跨壓而得到該第二電壓資訊。

該關於接收第一電壓資訊與第二電壓資訊的子步驟442為再由該示波器分別接收來自該第一電壓探棒34的該第一電壓資訊，與來自該第二電壓探棒35的該第二電壓資訊。

需再說明的是，當該絕緣閘雙極性電晶體不導通時，該 電源供應裝置2的該電壓輸出端22所供應的電壓對該二極體的陽極而言為逆向偏壓，因此以該第一電壓資訊而言，主要是偵測該二極體在長時間的逆偏條件下，所能承受的溫度與電壓應力。

上述本發明通電測試系統的實施例，以及採用該實施例而執行的元件通電測試方法，主要是藉由該電源供應裝置以脈波寬度調變信號控制該絕緣閘雙極性電晶體導通或不導通，進而於導通或不導通間同時對該二極體與該絕緣閘雙極性電晶體提供電流或電壓，使該示波裝置可同時偵測該二極體與該絕緣閘雙極性電晶體的電流、電壓相關資訊，改善二極體與絕緣閘雙極性電晶體無法同時測試的限制並使產品交期可提前，進而達到預期之功效。

綜上所述，本發明的優點在於：一、透過該電源供應裝置與該雙端元件、該三端元件三者的電連接方式，並利用該三端元件受電壓準位不同控制而產生的元件特性，可同時對該雙端元件與該三端元件提供測試電流或測試電壓；及二、透過該示波裝置，在該三端元件導通與不導通時，可同時量測相關於該雙端元件與該三端元件的電流、電壓資訊，節省雙端元件與三端元件需分別測試的時間，因而使產品交期提前，故確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此 限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

Claims (10)

1. 一種元件通電測試方法，由一通電測試系統執行，以同時檢測一個雙端元件及一個三端元件，該三端元件包含一第一端、一控制端，及一接地的第二端，該通電測試系統包含一電源供應裝置，及一示波裝置，該電源供應裝置包括一電連接該雙端元件的陽極的電流輸出端、一電連接該雙端元件的陰極與該三端元件的該第一端的電壓輸出端，及一電連接該三端元件的該控制端的控制元件，該示波裝置電連接該雙端元件的陽極與陰極，並電連接該三端元件的該第一端與該第二端，該元件通電測試方法包含以下步驟：(A)該電源供應裝置經由該電流輸出端提供一正向電流到該雙端元件的陽極，且經由該電壓輸出端提供一正向電壓到該雙端元件的陰極；(B)該電源供應裝置經由該控制元件提供一脈波信號到該三端元件的該控制端，且使該脈波信號N次切換於一使該三端元件導通的第一準位與一使該三端元件不導通的第二準位間，N≧1；(C)當該脈波信號處於該第一準位使該三端元件導通時，該示波裝置偵測流經該雙端元件的電流而得到一第一電流資訊，且偵測流經該三端元件的電流而得到一第二電流資訊；及(D)當該脈波信號處於該第二準位使該三端元件不導通時，該示波裝置偵測該雙端元件的跨壓而得到一第一 電壓資訊，且偵測該三端元件的跨壓而得到一第二電壓資訊。
2. 如請求項1所述的元件通電測試方法，其中，該示波裝置包括一示波器、一電連接該雙端元件的陽極的第一電流探棒，及一電連接該三端元件的該第一端的第二電流探棒，該步驟(C)包括以下子步驟：(C1)該第一電流探棒偵測流經該雙端元件的電流而得到該第一電流資訊，且該第二電流探棒偵測流經該三端元件的電流而得到該第二電流資訊，及(C2)該示波器分別接收來自該第一電流探棒的該第一電流資訊，與接收來自該第二電流探棒的該第二電流資訊。
3. 如請求項1所述的元件通電測試方法，其中，該示波裝置包括一示波器、一電連接該雙端元件的陽極與陰極的第一電壓探棒，及一電連接該三端元件的該第一端與該第二端的第二電壓探棒，該步驟(D)包括以下子步驟：(D1)該第一電壓探棒偵測該雙端元件的跨壓而得到該第一電壓資訊，且該第二電壓探棒偵測該三端元件的跨壓而得到該第二電壓資訊，及(D2)該示波器分別接收來自該第一電壓探棒的該第一電壓資訊，與接收來自該第二電壓探棒的該第二電壓資訊。
4. 一種通電測試系統，適用於同時檢測一個雙端元件及一個三端元件，該三端元件包含一第一端、一控制端，及一接 地的第二端，該通電測試系統包含：一電源供應裝置，包括，一電流輸出端，電連接該雙端元件的陽極，並提供一正向電流到該雙端元件的陽極，一電壓輸出端，電連接該雙端元件的陰極與該三端元件的該第一端，並提供一正向電壓到該雙端元件的陰極與該三端元件的該第一端，及一控制元件，電連接該三端元件的該控制端，並提供一脈波信號到該三端元件的該控制端，使該脈波信號N次切換於一使該三端元件導通的第一準位與一使該三端元件不導通的第二準位間，N≧1；及一示波裝置，電連接該雙端元件的陽極與陰極，並電連接該三端元件的該第一端與該第二端，當該脈波信號處於該第一準位使該三端元件導通時，該示波裝置偵測流經該雙端元件的電流而得到一第一電流資訊，且偵測流經該三端元件的電流而得到一第二電流資訊，當該脈波信號處於該第二準位使該三端元件不導通時，該示波裝置偵測該雙端元件的跨壓而得到一第一電壓資訊，且偵測該三端元件的跨壓而得到一第二電壓資訊。
5. 如請求項4所述的通電測試系統，其中，該示波裝置包括一示波器、一電連接該雙端元件的陽極的第一電流探棒，及一電連接該三端元件的該第一端的第二電流探棒，該第一電流探棒偵測流經該雙端元件的電流而得到該第一電流資訊，且該第二電流探棒偵測流經該三端元件 的電流而得到該第二電流資訊，該示波器分別接收來自該第一電流探棒的該第一電流資訊，與接收來自該第二電流探棒的該第二電流資訊。
6. 如請求項4所述的通電測試系統，其中，該示波裝置包括一示波器、一電連接該雙端元件的陽極與陰極的第一電壓探棒，及一電連接該三端元件的該第一端與該第二端的第二電壓探棒，該第一電壓探棒偵測該雙端元件的跨壓而得到該第一電壓資訊，且該第二電壓探棒偵測該三端元件的跨壓而得到該第二電壓資訊，該示波器分別接收來自該第一電壓探棒的該第一電壓資訊，與接收來自該第二電壓探棒的該第二電壓資訊。
7. 如請求項4所述的通電測試系統，其中，該雙端元件為一二極體。
8. 如請求項4所述的通電測試系統，其中，該三端元件為一絕緣閘雙極性電晶體(IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor)。
9. 如請求項4所述的通電測試系統，其中，該三端元件為一金氧半場效電晶體(MOSFET：Metal-Oxide-Semicondu-ctor Field-Effect Transistor)。
10. 如請求項4所述的通電測試系統，還包含一限流電阻，電連接該雙端元件的陰極、該三端元件的該第一端，及該電壓輸出端。