功率器件(IGBT)静态参数测试

概述

IGBT及其应用发展

        IGBT(绝缘栅双极型晶体管)是电力控制和电力转换的核心器件,是由BJT(双极型晶体管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,具有高输入阻抗、低导通压降、高速开关特性和低导通状态损耗等特点,在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。

图1:IGBT模块外观

图2:IGBT结构与等效电路图

        目前IGBT已经能够覆盖从600V—6500V的电压范围，应用涵盖从工业电源、变频器、新能源汽车、新能源发电到轨道交通、国家电网等一系列领域。

图3∶IGBT应用领域

图4:IGBT在不同领域的应用

IGBT功率半导体器件主要测试参数

        近年来IGBT成为电力电子领域中尤为瞩目的电力电子器件,并得到越来越广泛的应用,那么IGBT的测试就变的尤为重要了。lGBT的测试包括静态参数测试、动态参数测试、功率循环、HTRB可靠性测试等,这些测试中最基本的测试就是静态参数测试。

        IGBT静态参数主要包含:栅极-发射极阈值电压VGE(th)、栅极-发射极漏电流lGEs、集电极-发射极截止电流lcEs、集电极-发射极饱和电压VcE(sat)、续流二极管压降VF、输入电容Ciss、输出电容Coss、反向传输电容Crsso只有保证IGBT的静态参数没有问题的情况下,才进行像动态参数(开关时间、开关损耗、续流二极管的反向恢复)、功率循环、HTRB可靠性方面进行测试。

IGBT功率半导体器件测试难点

        IGBT是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有高输入阻抗和低导通压降两方面的优点;同时IGBT芯片属于电力电子芯片,需要工作在大电流、高电压、高频率的环境下,对芯片的可靠性要求较高。这给IGBT测试带来了一定的困难:

1、IGBT是多端口器件,需要多种仪表协同测试;

2、IGBT的漏电流越小越好,需要高精度的设备进行测试;

3、IGBT的电流输出能力很强,测试时需要快速注入1000A级电流,并完成压降的采样;

4、lGBT耐压较高,一般从几千到一万伏不等,需要测量仪器具备高压输出和高压下nA级漏电流测试的能力;

5、由于IGBT工作在强电流下,自加热效应明显，严重时容易造成器件烧毁,需要提供us级电流脉冲信号减少器件自加热效应;

6、输入输出电容对器件的开关性能影响很大,不同电压下器件等效结电容不同,C-V测试十分有必要。

普赛斯IGBT功率半导体器件静态参数测试解决方案

        普赛斯IGBT功率器件静态参数测试系统,集多种测量和分析功能一体,可以精准测量IGBT功率半导体器件的静态参数,具有高电压和大电流特性、μΩ级精确测量、nA级电流测量能力等特点。支持高压模式下测量功率器件结电容,如输入电容、输出电容、反向传输电容等。

图5:IGBT测试系统图

        普赛斯IGBT功率器件静态参数测试系统配置由多种测量单元模块组成,系统模块化的设计能够极大方便用户添加或升级测量模块,适应测量功率器件不断变化的需求。

“双高”系统优势

        高电压、大电流

        具有高电压测量/输出能力,电压高达3500V(最大可扩展至10kV)

        具有大电流测量/输出能力,电流高达4000A(多模块并联)

        高精度测量

        nA级漏电流, μΩ级导通电阻

        0.1%精度测量

        模块化配置

        可根据实际测试需要灵活配置多种测量单元系统预留升级空间,后期可添加或升级测量单元

        测试效率高

        内置专用开关矩阵,根据测试项目自动切换电路与测量单元

        支持国标全指标的一键测试

        扩展性好

        支持常温及高温测试可灵活定制各种夹具

“魔方”式的系统组成

        普赛斯IGBT功率器件静态参数测试系统,主要由测试仪表、上位机软件、电脑、矩阵开关、夹具、高压及大电流信号线等构成。整套系统采用普赛斯自主开发的静态测试主机,内置多种电压、电流等级的测量单元。结合自主开发的上位机软件控制测试主机,可根据测试项目需要,选择不同的电压、电流等级,以满足不同测试需求。

        系统主机的测量单元,主要包括普赛斯P系列高精度台式脉冲源表、HCPL系列高电流脉冲电源、E系列高压源测单元、C-V测量单元等。其中,P系列高精度台式脉冲源表用于栅极驱动与测试使用,最大支持30V@10A脉冲输出与测试;HCPL系列高电流脉冲电源用于集电极、发射极之间电流测试及续流二极管的测试,15us的超快电流上升沿,自带电压采样,单设备支持最大1000A脉冲电流输出;E系列高压源测单元用于集电极、发射极之间电压、漏电流测试,最高支持3500V电压输出,并且自带电流测量功能。系统的电压、电流测量单元,均采用多量程设计,精度为0.1%。

国标全指标的“一键”测试项目

        普赛斯现在可以提供完整的IGBT芯片和模块参数的测试方法,可以轻松实现静态参数l-V和C-V的测试，最终输出产品Datasheet报告。这些方法同样适用于宽禁带半导体SiC和GaN功率器件。

IGBT静态测试夹具方案

        针对市面上不同封装类型的IGBT产品,普赛斯提供整套夹具解决方案,可用于TO单管、半桥模组等产品的测试。

总结

        普赛斯以自主研发为导向,深耕半导体测试领域，在I-V测试上积累了丰富的经验,先后推出了直流源表、脉冲源表、高电流脉冲源表、高电压源测单元等测试设备,广泛应用于高校研究所、实验室、新能源、光伏、风电、轨交、变频器等场景。

如需获取详细系统搭建方案及测试线路连接指南，欢迎来电咨询18140663476！