功率器件(IGBT)靜態參數測試

概述

IGBT及其應用發展

        IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)是電力控制和電力轉換的核心器件,是由BJT(雙極型晶體管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件,具有高輸入阻抗、低導通壓降、高速開關特性和低導通狀態損耗等特點,在較高頻率的大、中功率應用中占據了主導地位。

圖1:IGBT模塊外觀

圖2:IGBT結構與等效電路圖

        目前IGBT已經能夠覆蓋從600V—6500V的電壓范圍，應用涵蓋從工業電源、變頻器、新能源汽車、新能源發電到軌道交通、國家電網等一系列領域。

圖3∶IGBT應用領域

圖4:IGBT在不同領域的應用

IGBT功率半導體器件主要測試參數

        近年來IGBT成為電力電子領域中尤為矚目的電力電子器件,并得到越來越廣泛的應用,那么IGBT的測試就變的尤為重要了。lGBT的測試包括靜態參數測試、動態參數測試、功率循環、HTRB可靠性測試等,這些測試中最基本的測試就是靜態參數測試。

        IGBT靜態參數主要包含:柵極-發射極閾值電壓VGE(th)、柵極-發射極漏電流lGEs、集電極-發射極截止電流lcEs、集電極-發射極飽和電壓VcE(sat)、續流二極管壓降VF、輸入電容Ciss、輸出電容Coss、反向傳輸電容Crsso只有保證IGBT的靜態參數沒有問題的情況下,才進行像動態參數(開關時間、開關損耗、續流二極管的反向恢復)、功率循環、HTRB可靠性方面進行測試。

IGBT功率半導體器件測試難點

        IGBT是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件,兼有高輸入阻抗和低導通壓降兩方面的優點;同時IGBT芯片屬于電力電子芯片,需要工作在大電流、高電壓、高頻率的環境下,對芯片的可靠性要求較高。這給IGBT測試帶來了一定的困難:

1、IGBT是多端口器件,需要多種儀表協同測試;

2、IGBT的漏電流越小越好,需要高精度的設備進行測試;

3、IGBT的電流輸出能力很強,測試時需要快速注入1000A級電流,并完成壓降的采樣;

4、lGBT耐壓較高,一般從幾千到一萬伏不等,需要測量儀器具備高壓輸出和高壓下nA級漏電流測試的能力;

5、由于IGBT工作在強電流下,自加熱效應明顯，嚴重時容易造成器件燒毀,需要提供us級電流脈沖信號減少器件自加熱效應;

6、輸入輸出電容對器件的開關性能影響很大,不同電壓下器件等效結電容不同,C-V測試十分有必要。

普賽斯IGBT功率半導體器件靜態參數測試解決方案

        普賽斯IGBT功率器件靜態參數測試系統,集多種測量和分析功能一體,可以精準測量IGBT功率半導體器件的靜態參數,具有高電壓和大電流特性、μΩ級精確測量、nA級電流測量能力等特點。支持高壓模式下測量功率器件結電容,如輸入電容、輸出電容、反向傳輸電容等。

圖5:IGBT測試系統圖

        普賽斯IGBT功率器件靜態參數測試系統配置由多種測量單元模塊組成,系統模塊化的設計能夠極大方便用戶添加或升級測量模塊,適應測量功率器件不斷變化的需求。

“雙高”系統優勢

        高電壓、大電流

        具有高電壓測量/輸出能力,電壓高達3500V(最大可擴展至10kV)

        具有大電流測量/輸出能力,電流高達4000A(多模塊并聯)

        高精度測量

        nA級漏電流, μΩ級導通電阻

        0.1%精度測量

        模塊化配置

        可根據實際測試需要靈活配置多種測量單元系統預留升級空間,后期可添加或升級測量單元

        測試效率高

        內置專用開關矩陣,根據測試項目自動切換電路與測量單元

        支持國標全指標的一鍵測試

        擴展性好

        支持常溫及高溫測試可靈活定制各種夾具

“魔方”式的系統組成

        普賽斯IGBT功率器件靜態參數測試系統,主要由測試儀表、上位機軟件、電腦、矩陣開關、夾具、高壓及大電流信號線等構成。整套系統采用普賽斯自主開發的靜態測試主機,內置多種電壓、電流等級的測量單元。結合自主開發的上位機軟件控制測試主機,可根據測試項目需要,選擇不同的電壓、電流等級,以滿足不同測試需求。

        系統主機的測量單元,主要包括普賽斯P系列高精度臺式脈沖源表、HCPL系列高電流脈沖電源、E系列高壓源測單元、C-V測量單元等。其中,P系列高精度臺式脈沖源表用于柵極驅動與測試使用,最大支持30V@10A脈沖輸出與測試;HCPL系列高電流脈沖電源用于集電極、發射極之間電流測試及續流二極管的測試,15us的超快電流上升沿,自帶電壓采樣,單設備支持最大1000A脈沖電流輸出;E系列高壓源測單元用于集電極、發射極之間電壓、漏電流測試,最高支持3500V電壓輸出,并且自帶電流測量功能。系統的電壓、電流測量單元,均采用多量程設計,精度為0.1%。

國標全指標的“一鍵”測試項目

        普賽斯現在可以提供完整的IGBT芯片和模塊參數的測試方法,可以輕松實現靜態參數l-V和C-V的測試，最終輸出產品Datasheet報告。這些方法同樣適用于寬禁帶半導體SiC和GaN功率器件。

IGBT靜態測試夾具方案

        針對市面上不同封裝類型的IGBT產品,普賽斯提供整套夾具解決方案,可用于TO單管、半橋模組等產品的測試。

總結

        普賽斯以自主研發為導向,深耕半導體測試領域，在I-V測試上積累了豐富的經驗,先后推出了直流源表、脈沖源表、高電流脈沖源表、高電壓源測單元等測試設備,廣泛應用于高校研究所、實驗室、新能源、光伏、風電、軌交、變頻器等場景。

如需獲取詳細系統搭建方案及測試線路連接指南，歡迎來電咨詢18140663476！