一种半导体器件测试系统及其测试方法与流程
本发明涉及半导体器件特性测试领域，更具体涉及一种半导体器件测试系统及其测试方法。
背景技术：
igbt是广泛应用于现代中、大功率变换器中的主流半导体开关器件，其开关特性决定装置的开关损耗、功率密度、器件应力以及电磁兼容性，直接影响变换器的性能。igbt的特性研究包括静态特性研究和动态特性研究，静态特性往往由datasheet(数据表)可得出，而动态特性需人为测量得到。在目前国标及iec(internationalelectrotechnicalcommission，国际电工委员会)标准中，动态特性的测量均基于双脉冲测试。通过测量动态过程中的电压vce、电流ie波形来反映其动态特性。但是目前大多数半导体器件测试系统在设计时细节考虑不够、而且在测量环节也没有给出详细、标准的测量手段，对测量方法仅限于理论上的分析。
中国专利公开号cn109459675a公开了一种sic功率器件应用特性测试平台，包括硬件测试平台、数据采集示波器、ni数字控制器、高压直流电源和labview上位机监控装置；labview上位机监控装置将测试工况设置及采样设置经通讯接口分别传送给ni数字控制器、数据采集示波器和高压直流电源；ni数字控制器按照labview上位机指令进行测试器件驱动参数的设置和测试指令的在硬件测试平台上的实施，示波器则按照labview上位机指令采集相应数据；高压直流电源负责根据测试工况提供相应的直流电压，用于给测试电路母线电容预充电，硬件测试平台接受控制器控制指令完成测试工作。但是其对于测试并没有设计出具体的测试电路和测试系统结构，只是停留在方法理论上的研究。因此，迫切需要一套能够对半导体器件进行测试的测试系统，来检测半导体器件的产品性能，进而提高半导体器件的应用水平是非常必要的。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于如何提供一种能够对半导体器件进行测试的半导体器件测试系统及其测试方法。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种半导体器件测试系统，包括上位机(30)、示波器(40)、主控系统plc、电路控制模块以及测试箱体(50)，所述测试箱体(50)内设置自动化工装(70)，所述自动化工装(70)上放置被测件(6)，所述被测件(6)正上方设置测试夹具(80)，自动化工装(70)包括驱动装置(13)，驱动装置(13)驱动自动化工装(70)运动从而带动被测件(6)与测试夹具(80)连接，所述主控系统plc分别与所述测试箱体(50)、测试夹具(80)以及电路控制模块连接；所述上位机(30)与所述示波器(40)连接，所述示波器(40)与测试箱体(50)连接。
本发明的测试箱体(50)内设置自动化工装(70)，驱动装置(13)驱动自动化工装(70)运动从而带动被测件(6)与测试夹具(80)连接，且主电路单元向被测件(6)提供测试需要的电压、电流，从而完成测试，上位机(30)设置测试条件、对测试结果进行编辑、发送数据给示波器(40)和主控系统plc同时接收示波器(40)和主控系统plc的数据，示波器(40)显示测试波形和测试数据。本发明设计出具体的测试电路和测试系统结构，将理论结合实践，整个半导体器件测试系统各器件相互配合完成对半导体器件的测试。
优选的，所述半导体器件测试系统还包括ups电源、第一光纤收发器、第二光纤收发器、温度调节器、绝缘检测仪、漏电流检测仪、高压电源、电感负载、测量单元以及报警指示灯(60)，所述电路控制模块包括主电路单元、门极驱动单元、脉冲数字功放单元、高压发生单元以及电流采样单元，所述示波器(40)通过以太网与第一光纤收发器连接，所述上位机(30)通过以太网与第一光纤收发器连接，所述第一光纤收发器通过光纤与第二光纤收发器连接，所述第二光纤收发器通过以太网分别与主控系统plc、温度调节器、绝缘检测仪、漏电流检测仪、门极驱动单元以及高压电源连接，所述高压电源与主电路单元连接，电感负载分别与主电路单元以及主控系统plc连接；
所述测量单元分别与主控系统plc以及测试箱体(50)连接；所述示波器(40)通过测量单元与测试箱体(50)连接；主控系统plc包括测试夹具信号控制接口以及面板按键状态监测单元，所述主控系统plc通过测试夹具信号控制接口与测试夹具(80)连接，面板按键状态监测单元用于监测面板按键状态；主控系统plc与报警指示灯(60)连接；所述ups电源分别与上位机(30)、第一光纤收发器、第二光纤收发器、示波器(40)、主控系统plc、温度调节器、绝缘检测仪、漏电流检测仪、门极驱动单元以及高压电源连接。
优选的，所述主电路单元包括顺序编号的开关k2至开关k11、防反二极管d1、电阻r1、开关k1、支撑电容c1、限流限流晶体管q1、晶闸管q2以及晶闸管q3，所述电感负载包括电感l1、电感l2、电感l3以及电感l4，所述被测件(6)包括第一晶体管q4和第二晶体管q5，所述防反二极管d1的正极接高压电源的正极，所述电阻r1的一端接防反二极管d1的负极，所述电阻r1的另一端接开关k1的一端，开关k1的另一端接高压电源的负极，所述支撑电容c1的一端接电阻r1的一端，所述支撑电容c1的另一端接开关k1的另一端；所述限流限流晶体管q1的漏极接所述支撑电容c1的一端，所述限流限流晶体管q1的源极接开关k2的一端；开关k2的另一端接开关k3的一端，开关k3的另一端接高压电源的负极，所述电感l1的一端、电感l2的一端、电感l3的一端以及电感l4的一端连接在一起并接到开关k2的另一端上；
所述电感l1的另一端接开关k4的一端，电感l2的另一端接开关k5的一端，电感l3的另一端接开关k6的一端，电感l4的另一端接开关k7的一端，开关k4的另一端、开关k5的另一端、开关k6的另一端以及开关k7的另一端均连接到一起并接到开关k8的一端上；开关k8的一端接开关k9的一端，开关k8的另一端接开关k10的一端，开关k9的另一端接晶闸管q3的第一端，晶闸管q3的第二端通过开关k11接晶闸管q2的第一端，晶闸管q2的第二端接开关k10的另一端；开关k10的一端接第一晶体管q4的漏极，第一晶体管q4的源极接第二晶体管q5的漏极，第二晶体管q5的源极接晶闸管q3的第一端。
主电路单元的开关k2和开关k3是切换被测件(6)的第一晶体管或第二晶体管接入测试回路的开关，开关k2闭合、开关k3断开时被测件(6)的第二晶体管接入测试回路；开关k4、开关k5、开关k6、开关k7用于4组不同电感量的切换；开关k8或开关k9闭合时，实现第1类短路的测试条件；开关k10或开关k11闭合时，通过控制晶闸管q2、晶闸管q3的导通信号，实现第2类短路的测试条件，故主电路单元既能实现第1类短路测试也能实现第2类短路测试。
优选的，所述主电路单元还包括二极管d2、二极管d3、开关k12以及开关k13，所述开关k12的一端接开关k10的一端，开关k12的另一端接二极管d2的负极，二极管d2的正极通过开关k14接二极管d3的负极，二极管d3的正极接晶闸管q3的第一端。
优选的，所述主电路单元还包括电流传感器ct1和电流传感器ct2，所述电流传感器ct1接到所述开关k12与第一晶体管q4之间，所述电流传感器ct2接到所述二极管d3的正极与第二晶体管q5之间。
优选的，所述主电路单元还包括开关k14、开关k15以及开关k16，所述开关k14的一端接所述限流限流晶体管q1的源极，所述开关k15的一端接到所述支撑电容c1的另一端与开关k9的另一端的连线上，所述开关k16的一端接到所述开关k5与开关k6的连线上，所述开关k8的一端接晶闸管q2的第一端，晶闸管q2的第一端接二极管d2的正极，二极管d2的正极接晶体管q4的源极；开关k14的另一端、开关k15的另一端以及开关k16的另一端均接地。
优选的，所述门极驱动单元包括开关电源、晶体管q6、晶体管q7、二极管d4、电感l5、电阻r2、电阻r3、第一驱动模块drive-1以及第二驱动模块drive-2，所述开关电源分别连接二极管d4的负极和晶体管q6的源极，所述二极管d4的正极连接所述晶体管q6的漏极；所述电感l5的同名端连接到所述二极管d4的负极，电感l5的异名端连接所述二极管d4的正极；晶体管q7的漏极连接所述电感l5的异名端，晶体管q7的源极连接被测件(6)，被测件(6)以及晶体管q6的源极均接地；
所述第一驱动模块drive-1并联连接电阻r2，所述电阻r2的一端接晶体管q6的栅极，电阻r2的另一端接晶体管q6的源极；所述第二驱动模块drive-2并联连接电阻r3，所述电阻r3的一端接晶体管q7的栅极，电阻r3的另一端接晶体管q7的源极。
门极驱动单元利用2个晶体管做为电路开关，初始时刻，令晶体管q6导通、晶体管q7关断，电感l5上流过电流，外部开关电源提供的电压为恒定值，通过控制晶体管q6的导通时间t，可以得到恒定的栅极电流，满足栅极电荷测量过程中需要恒定的栅极电流的要求。
优选的，所述试夹具包括环氧板(1)、第一信号探针(2)、第一连接端(3)、第二信号探针(4)及第二连接端(5)，所述环氧板(1)的一侧设置有第一连接端(3)，所述环氧板(1)的顶部靠近第一连接端(3)的位置通过连接柱体与第一信号探针(2)相连，所述环氧板(1)的底部还设置有若干根第二信号探针(4)，所述环氧板(1)的底部于第二信号探针(4)的一侧设置有第二连接端(5)。
优选的，所述第一连接端(3)包括第一功率探针(301)、第二功率探针(302)、第三功率探针(303)，所述第一功率探针(301)、第二功率探针(302)、第三功率探针(303)自上而下依次设置于环氧板(1)的侧面；所述第一功率探针(301)、第二功率探针(302)、第三功率探针(303)的数量为若干，所述第一功率探针(301)为母线正极，第二功率探针(302)为电感层(27)，第三功率探针(303)为母线负极。
优选的，所述第二连接端(5)包括若干根第四功率探针(501)，所述第四功率探针(501)设置于环氧板(1)的底部。
本发明通过将测试夹具(80)的第一信号探针、第二连接端、第二信号探针与被测件连接，探针直接相连的方式替代了原有拧紧螺丝连接的方式，使用时方便检测使用，省时省力，而且方便拆卸，进而也提高了工作效率。另外，通过第一功率探针、第二功率探针、第三功率探针与叠层母排连接装置(90)相连，实现被测件与测试电路的电气连接，连接方便可拆卸。
优选的，所述测试箱体(50)内部设置有自动化工装(70)，后侧设置有叠层母排连接装置(90)，所述叠层母排连接装置(90)与所述测试夹具(80)相连，所述测试夹具(80)与被测件(6)相连，所述测试夹具(80)设置于自动化工装(70)的顶部，所述被测件(6)放置于自动化工装(70)上；所述自动化工装(70)还包括壳体(11)、放置被测件(6)的加热台(12)、导向装置(14)、线性滑轨(15)及固定装置(16)，其中，
所述壳体(11)的内侧固定设置有线性滑轨(15)，所述线性滑轨(15)与固定装置(16)的两侧外壁面滑动连接，所述固定装置(16)上设置有若干个用于精确安装定位的导向装置(14)，所述固定装置(16)的顶部表面还固定设置有加热台(12)，所述加热台(12)与驱动装置(13)相配合连接并由驱动装置(13)驱动运动，所述驱动装置(13)与壳体(11)固定连接。
优选的，所述壳体(11)包括底板(1101)、侧板(1102)、后侧板(1103)，所述底板(1101)顶部沿着长边的两端对称固定设置有侧板(1102)，所述底板(1101)的顶部还固定设置有后侧板(1103)，后侧板(1103)的两端分别与两个侧板(1102)相贴合且连接成一体结构，所述侧板(1102)内壁固定连接有线性滑轨(15)。
优选的，所述加热台(12)的底部设置有相贴合的隔热板(17)，所述隔热板(17)与固定装置(16)的顶部固定连接，且所述加热台(12)靠近后侧板(1103)的侧面开设有若干个加热孔，所述加热孔内放置有加热棒用于使加热台(12)加热。
优选的，所述驱动装置(13)包括第一气缸(1301)、第二气缸(1302)、第三气缸(1303)、气动手指(1304)，其中，
所述第一气缸(1301)螺栓固定设置于底板(1101)的顶部且远离后侧板(1103)的一侧，所述第一气缸(1301)伸长缩短与固定装置(16)卡接用于限制固定装置(16)滑动；
所述第二气缸(1302)设置于后侧板(1103)、第一气缸(1301)的之间，同时与底板(1101)固定连接，所述第二气缸(1302)工作驱动固定装置(16)沿着导向装置(14)上下运动，所述固定装置(16)靠近后侧板(1103)的一端还与气动手指(1304)相连；
所述气动手指(1304)固定设置于第三气缸(1303)的伸缩端，所述第三气缸(1303)与后侧板(1103)相连，且第三气缸(1303)的伸缩端贯穿后侧板(1103)做伸缩运动，配合气动手指(1304)驱动固定装置(16)水平往复运动。
优选的，所述导向装置(14)包括导柱(1401)、导套(1402)，所述导柱(1401)贯穿导套(1402)，且导柱(1401)、导套(1402)均与固定装置(16)相连接。
优选的，所述固定装置(16)包括导套固定板(1601)、导柱固定板(1602)，所述导柱固定板(1602)为“l”形，所述固定装置(16)的横向部分用于与导套固定板(1601)相连并支撑导套固定板(1601)，所述导柱固定板(1602)纵向部分靠近侧板(1102)的侧壁面与线性滑轨(15)滑动连接，两个导柱固定板(1602)的之间还设置有限位板；
所述限位板上开设有与第一气缸(1301)伸缩端位置、大小相配合的空腔，第一气缸(1301)伸缩穿过空腔对固定装置(16)限位；
所述导柱固定板(1602)四角开设有盲孔，所述导套固定板(1601)四角开设有与盲孔位置相重合的通孔，且导套固定板(1601)与导套(1402)固定连接；导柱(1401)贯穿通孔并插入盲孔中。
优选的，所述叠层母排连接装置(90)包括功率输入端(20)、第一叠层母排(21)、支撑电容c1、限流限流晶体管q1、第二叠层母排(24)、电流传感器(25)，所述第一叠层母排(21)的后侧螺栓固定设置有支撑电容c1，所述第一叠层母排(21)的底部设置有限流限流晶体管q1，所述限流限流晶体管q1的下端还设置有第二叠层母排(24)，所述第二叠层母排(24)的右侧设置有电流传感器(25)，所述电流传感器(25)为两个，分别为电流传感器ct1和电流传感器ct2，且所述第二叠层母排(24)的下端左侧从上往下依次包括母线正极层(26)、电感层(27)、母线负极层(28)；其中，所述母线正极层(26)、电感层(27)、母线负极层(28)依次与第一功率探针(301)、第二功率探针(302)、第三功率探针(303)相连。
本发明的测试箱体(50)中，第二气缸将固定装置顶起，被测件与叠层母排连接装置(90)连接可靠，同时第一气缸伸长与限位板相配合固定加热台，测试结束后，第一气缸收缩，同时第二气缸下降，加热台位置下降，然后第三气缸工作使夹紧导套固定板，然后第三气缸继续伸长，气动手指上设置有的两个夹杆，两个夹杆之间的距离与导套固定板相配合，用于驱动导套固定板运动，导套固定板带着导柱固定板滑动，将加热平台推出，方便取出被测器件，且多个气缸能够实现待测件多方向位运动，运动精度高，固定方式可靠，从而实现稳定而快捷。
本发明还提供一种半导体器件测试系统的测试方法，所述测试方法包括：
步骤一：通过上位机(30)输入指令，打开测试箱体(50)，将被测件(6)放置到自动化工装(70)上；
步骤二：通过上位机(30)输入指令关闭测试箱体(50)，并操作上位机(30)的面板上的按键，使自动化工装(70)向上运动，此时被测件(6)与测试夹具(80)连接；
步骤三：操作上位机(30)，在上位机(30)的面板上选择测试项目，并点击开始测试，主控系统plc根据上位机(30)的指令进行动作；
步骤四：测试完成后，示波器(40)的数据自动传输到上位机(30)上，用户通过上位机(30)获取测试数据。
本发明的优点在于：
(1)本发明的测试箱体(50)内设置自动化工装(70)，驱动装置驱动自动化工装(70)运动从而带动被测件(6)与测试夹具(80)连接，且主电路单元向被测件(6)提供测试需要的电压、电流，从而完成测试，上位机设置测试条件、对测试结果进行编辑、发送数据给示波器(40)和主控系统plc同时接收示波器(40)和主控系统plc的数据，示波器(40)显示测试波形和测试数据。本发明设计出具体的测试电路和测试系统结构，将理论结合实践，整个半导体器件测试系统各器件相互配合完成对半导体器件的测试。
(2)主电路单元的开关k2和开关k3是切换被测件的第一晶体管或第二晶体管接入测试回路的开关，开关k2闭合、开关k3断开时被测件的第二晶体管接入测试回路；开关k4、开关k5、开关k6、开关k7用于4组不同电感量的切换；开关k8或开关k9闭合时，实现第1类短路的测试条件；开关k10或开关k11闭合时，通过控制晶闸管q2、晶闸管q3的导通信号，实现第2类短路的测试条件，故主电路单元既能实现第1类短路测试也能实现第2类短路测试。
(3)主电路单元的电阻r1和开关k1组成泄放电路，在电路断电后，给支撑电容c1提供泄放回路；支撑电容c1是由叠层母排固定的支撑电容，通过叠层母排固定一定数量的支撑电容，保证测试过程中母线电压的稳定。限流限流晶体管q1是起限流作用的igbt，它的门极控制信号由dsp芯片给定，并且驱动电压可以调节，通过设置限流限流晶体管q1的门极电压值、设定饱和压降检测值，可以达到检测过流和快速关断的作用。
(4)现有的igbt动态测试装置中，要求被测件是自带反并二极管的，如果被测件是不带反并二极管的，测试平台将不能进行测试，所以本申请主电路单元设置二极管d2、二极管d3、开关k12以及开关k13，当被测件是不带反并二极管的，将开关k12或开关k13闭合，实现二极管d2与晶闸管q2的并联以及二极管d3与晶闸管q3的并联。在电路中支撑电容c1的后端，串联限流晶体管q1，处于非测试状态时，将串联的限流晶体管q1保持关断状态，即母线电压与后级被测件断开，在靠近被测件的电路中加入接地电路，将主回路正线、地线、电感线分别通过开关k14、开关k15以及开关k16与大地连接，实现可靠接地，对使用者人身安全不会造成任何影响，保证电路安全。
(5)门极驱动单元利用2个晶体管做为电路开关，初始时刻，令晶体管q6导通、晶体管q7关断，电感l5上流过电流，外部开关电源提供的电压为恒定值，通过控制晶体管q6的导通时间t，可以得到恒定的栅极电流，满足栅极电荷测量过程中需要恒定的栅极电流的要求。
(7)通过将测试夹具(80)的第一信号探针、第二连接端、第二信号探针与被测件连接，探针直接相连的方式替代了原有拧紧螺丝连接的方式，使用时方便检测使用，省时省力，而且方便拆卸，进而也提高了工作效率。另外，通过第一功率探针、第二功率探针、第三功率探针与叠层母排连接装置(90)相连，实现被测件与测试电路的电气连接，连接方便可拆卸。
(8)测试箱体(50)中，第二气缸将固定装置顶起，被测件与叠层母排连接装置(90)连接可靠，同时第一气缸伸长与限位板相配合固定加热台，测试结束后，第一气缸收缩，同时第二气缸下降，加热台位置下降，然后第三气缸工作使夹紧导套固定板，然后第三气缸继续伸长，气动手指上设置有的两个夹杆，两个夹杆之间的距离与导套固定板相配合，用于驱动导套固定板运动，导套固定板带着导柱固定板滑动，将加热平台推出，方便取出被测器件，且多个气缸能够实现待测件多方向位运动，运动精度高，固定方式可靠，从而实现稳定而快捷。
附图说明
图1为本发明实施例1所公开的一种半导体器件测试系统的结构框图；
图2为本发明实施例2所公开的一种半导体器件测试系统中主电路单元的电路原理图；
图3为本发明实施例3所公开的一种半导体器件测试系统中门极驱动单元的电路原理图；
图4为本发明实施例3所公开的一种半导体器件测试系统中门极驱动单元的控制时序图；
图5为本发明实施例4所公开的一种半导体器件测试系统中的测试夹具立体示意图；
图6为本发明实施例4所公开的一种半导体器件测试系统中被测件与测试夹具的连接平面示意图；
图7为本发明实施例5所公开的一种半导体器件测试系统中的自动化工装的第一轴侧图；
图8为本发明实施例5所公开的一种半导体器件测试系统中第三气缸、气动手指的连接立体示意图。
图9为本发明实施例5所公开的一种半导体器件测试系统中的自动化工装的第二轴侧图；
图10为本发明实施例5所公开的一种半导体器件测试系统中的自动化工装的第三轴侧图；
图11为本发明实施例5所公开的一种半导体器件测试系统中线性滑轨与导柱固定板的连接示意图；
图12为图10中a的放大示意图；
图13为本发明实施例所公开的一种半导体器件测试系统中测试箱体的轴侧示意图；
图14为本发明实施例5所公开的一种半导体器件测试系统中叠层母排连接装置的示意图；
图15为本发明实施例5所公开的一种半导体器件测试系统中叠层母排连接装置的主视图；
图16为本发明实施例6所公开的一种半导体器件测试系统的测试方法流程示意图。
图17为本发明实施例6所公开的一种半导体器件测试系统中叠层母排连接装置部分立体示意图。
图中：1-环氧板，2-第一信号探针，3-第一连接端，301-第一功率探针，302-第二功率探针，303-第三功率探针，4-第二信号探针，5-第二连接端，501-第四功率探针，502-第五功率探针，503-第六功率探针，6-被测件，7-第一连接点，8-信号端子，9-第二连接点，10-第三连接点；11-壳体，1101-底板，1102-侧板，1103-后侧板，12-加热台，13-驱动装置，1301-第一气缸，1302-第二气缸，1303-第三气缸，1304-气动手指，14-导向装置，1401-导柱，1402-导套，15-线性滑轨，16-固定装置，1601-导套固定板，1602-导柱固定板，17-隔热板，18-夹杆，19-滚动板，20-功率输入端，21-第一叠层母排，c1-支撑电容，q1-限流晶体管，24-第二叠层母排，25-电流传感器，26-母线正极层，27-电感层，28-母线负极层，30-上位机，40-示波器，50-测试箱体，60-报警指示灯，70-自动化工装，80-测试夹具，90-叠层母排连接装置。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1和图13所示，一种半导体器件测试系统，包括上位机30、示波器40、主控系统plc、电路控制模块、测试箱体50、ups电源、第一光纤收发器、第二光纤收发器、温度调节器、绝缘检测仪、漏电流检测仪、高压电源、电感负载、测量单元以及报警指示灯60，所述电路控制模块包括主电路单元、门极驱动单元、脉冲数字功放单元、高压发生单元以及电流采样单元，其中，脉冲数字功放单元、高压发生单元以及电流采样单元采用现有技术的电路结构。所述测试箱体50内设置自动化工装70，如图6所示，所述自动化工装70上放置被测件6，所述被测件6正上方设置测试夹具80，如图7所示，自动化工装70包括驱动装置13，驱动装置13驱动自动化工装70运动从而带动被测件6与测试夹具80连接，所述主控系统plc分别与所述测试箱体50、测试夹具80、主电路单元以及门极驱动单元连接；所述上位机30与所述示波器40连接，所述示波器40与测试箱体50连接。
所述上位机30为电脑，所述电脑设有usb接口，所述电脑分别与显示器以及键盘鼠标连接，所述示波器40为数字示波器，所述数字示波器通过以太网与第一光纤收发器连接，所述电脑通过以太网与第一光纤收发器连接，所述第一光纤收发器通过光纤与第二光纤收发器连接，所述第二光纤收发器通过以太网分别与主控系统plc、温度调节器、绝缘检测仪、漏电流检测仪、门极驱动单元以及高压电源连接，所述高压电源与主电路单元连接，电感负载分别与主电路单元以及主控系统plc连接；
所述测量单元分别与主控系统plc以及测试箱体50连接；所述示波器40通过测量单元与测试箱体50连接；主控系统plc包括测试夹具信号控制接口以及面板按键状态监测单元，所述主控系统plc通过测试夹具信号控制接口与测试夹具80连接，面板按键状态监测单元用于监测面板按键状态；主控系统plc与报警指示灯60连接；所述ups电源分别与电脑、第一光纤收发器、第二光纤收发器、数字示波器、主控系统plc、温度调节器、绝缘检测仪、漏电流检测仪、门极驱动单元以及高压电源连接。
本发明实施例1的工作原理为：用户通过电脑界面进行测试条件的设置、测试结果的编辑，并通过以太网与示波器40、主控系统plc、温度控制器、绝缘检测仪、漏电流检测仪、高压电源、门极驱动单元进行通信，发送及获取以上设备的数据；示波器40用于获取测试波形和测试数据；ups电源用于发生停电故障时，实现测试数据保存的作用；使用2台光纤收发器将电脑、示波器40与电气执行单元做光纤隔离，同时利用以太网实现数据的通信；主控系统plc接收电脑的指令、检测面板开关状态，对主电路单元中的接触器进行控制，同时控制报警指示灯60、夹具控制信号；门极驱动单元由dsp芯片进行控制，用于控制被测件6的驱动信号以及主电路单元中的控制信号，并且向被测件6提供恒定的电流源；主电路单元向被测件6提供测试需要的电压、电流；绝缘检测仪和漏电流检测仪作用是检测绝缘电压和漏电流在人体可触碰的安全范围内，目的是保护使用者的人身安全；测试箱体50是指被测件6进行测试的区域；加热台设置在测试箱体50内，将被测件6放置在加热台上，可以实现对被测件6的温度调节；测试夹具80设置在测试箱体50内，测试夹具80与测试箱体50内的端口通过探针进行连接，支持快速更换，通过探针与被测件6的端子的连接，实现测试电路与igbt的电气连接。
通过以上技术方案，本发明实施例1提供的一种半导体器件测试系统，测试箱体50内设置自动化工装70，驱动装置13驱动自动化工装70运动从而带动被测件与测试夹具80连接，且主电路单元向被测件6提供测试需要的电压、电流，从而完成测试，上位机30设置测试条件、对测试结果进行编辑、发送数据给示波器40和主控系统plc同时接收示波器40和主控系统plc的数据，示波器40显示测试波形和测试数据。设计出具体的测试电路和测试系统结构，将理论结合实践，整个半导体器件测试系统各器件相互配合完成对半导体器件的测试。需要说明的是，图13中未示出的ups电源、第一光纤收发器、第二光纤收发器、温度调节器、绝缘检测仪、漏电流检测仪、高压电源、电感负载、测量单元等均设置与测试箱体50内，结构示意图不能一一展示其位置关系，且其位置关系在系统中并不是固定的，可以在任一位置，故采用图1所示的框图展示各器件的连接关系，本领域技术人员根据该连接关系可以随意布置各器件的位置。
实施例2
本发明实施例2与实施例1的区别在于提供主电路单元的一种具体实施方式，以下详细展开说明。
如图2所示，所述主电路单元包括高压电源、顺序编号的开关k2至开关k11、晶闸管q2、晶闸管q3、电感l1、电感l2、电感l3、电感l4、防反二极管d1、电阻r1、开关k1、支撑电容c1、限流晶体管q1、二极管d2、二极管d3、开关k12、开关k13、电流传感器ct1、电流传感器ct2、开关k14、开关k15以及开关k16，所述被测件6包括第一晶体管q4和第二晶体管q5。
所述防反二极管d1的正极接高压电源的正极，所述电阻r1的一端接防反二极管d1的负极，所述电阻r1的另一端接开关k1的一端，开关k1的另一端接高压电源的负极，所述支撑电容c1的一端接电阻r1的一端，所述支撑电容c1的另一端接开关k1的另一端。所述限流晶体管q1的漏极接所述支撑电容c1的一端，所述限流晶体管q1的源极接开关k2的一端。
开关k2的另一端接开关k3的一端，开关k3的另一端接高压电源的负极，所述电感l1的一端、电感l2的一端、电感l3的一端以及电感l4的一端连接在一起并接到开关k2的另一端上；
所述电感l1的另一端接开关k4的一端，电感l2的另一端接开关k5的一端，电感l3的另一端接开关k6的一端，电感l4的另一端接开关k7的一端，开关k4的另一端、开关k5的另一端、开关k6的另一端以及开关k7的另一端均连接到一起并接到开关k8的一端上；开关k8的一端接开关k9的一端，开关k8的另一端接开关k10的一端，开关k9的另一端接晶闸管q3的第一端，晶闸管q3的第二端通过开关k11接晶闸管q2的第一端，晶闸管q2的第二端接开关k10的另一端；开关k10的一端接第一晶体管q4的漏极，第一晶体管q4的源极接第二晶体管q5的漏极，第二晶体管q5的源极接晶闸管q3的第一端。
所述开关k12的一端接开关k10的一端，开关k12的另一端接二极管d2的负极，二极管d2的正极通过开关k14接二极管d3的负极，二极管d3的正极接晶闸管q3的第一端。
所述电流传感器ct1接到所述开关k12与第一晶体管q4之间，所述电流传感器ct2接到所述二极管d3的正极与第二晶体管q5之间。电流传感器ct1和电流传感器ct2分别布置在主回路的正极和负极，用来检测被测件6的电流。
所述开关k14的一端接所述限流晶体管q1的源极，所述开关k15的一端接到所述支撑电容c1的另一端与开关k9的另一端的连线上，所述开关k16的一端接到所述开关k5与开关k6的连线上，所述开关k8的一端接晶闸管q2的第一端，晶闸管q2的第一端接二极管d2的正极，二极管d2的正极接晶体管q4的源极；开关k14的另一端、开关k15的另一端以及开关k16的另一端均接地。
本发明实施例2的工作原理和工作过程为：高压电源为整个电路提供稳定的工作电源，防反二极管d1防止测试过程中电流倒灌损坏高压电源，电阻r1和开关k1组成泄放电路，在电路断电后，给支撑电容c1提供泄放回路；支撑电容c1是由叠层母排固定的电容组，通过叠层母排固定一定数量的支撑电容，保证测试过程中母线电压的稳定。限流晶体管q1是起限流作用的igbt，它的门极控制信号由dsp芯片给定，并且驱动电压可以调节，通过设置门极电压值、设定饱和压降检测值，可以达到检测过流和快速关断的作用。
开关k2和开关k3是切换被测件6的第一晶体管或第二晶体管接入测试回路的开关，以k2闭合、k3断开为例，被测件dut的第二晶体管接入测试回路，以k2断开、k3闭合为例，被测件dut的第一晶体管接入测试回路；开关k4、开关k5、开关k6、开关k7用于4组不同电感量的切换，即电感l1、电感l2、电感l3、电感l4的切换，实际应用中可以不止4组电感的切换；开关k8和开关k9是第1类短路测试的开关，当开关k8或开关k9闭合时，实现第1类短路的测试条件；开关k10和开关k11是第2类短路测试的切换开关，当开关k10或开关k11闭合时，通过控制晶闸管q2、晶闸管q3的导通信号，实现第2类短路的测试条件，整个电路既能实现第1类短路测试也能实现第2类短路测试。
由于，现有的igbt动态测试装置中，要求被测件6是自带反并二极管的，如果被测件6是不带反并二极管的，测试平台将不能进行测试，所以本申请设置二极管d2、二极管d3、开关k12以及开关k13，当被测件6是不带反并二极管的，将开关k12或开关k13闭合，实现二极管d2与晶闸管q2的并联以及二极管d3与晶闸管q3的并联。电流传感器ct1和电流传感器ct2分别布置在主回路的正极和负极，用来检测被测件6的电流。
最后，为了保证电路的安全，在靠近被测件6的电路中加入接地电路，将主回路正线、地线、电感线分别通过开关k14、开关k15以及开关k16与大地连接，实现可靠接地，此时虽然支撑电容c1带电，但对实际使用者人身安全不会造成任何影响。
通过以上技术方案，本发明实施例2提供的主电路单元，具有能够进行第2类短路测试的优点，同时通过电阻r1和开关k1组成泄放电路，在电路断电后，给支撑电容c1提供泄放回路；支撑电容c1是通过叠层母排固定一定数量的支撑电容，保证测试过程中母线电压的稳定。通过限流晶体管q1起限流作用。设置二极管d2、二极管d3、开关k12以及开关k13，当被测件6是不带反并二极管的，将开关k12或开关k13闭合，实现二极管d2与晶闸管q2的并联以及二极管d3与晶闸管q3的并联。整个电路实现可靠接地，保证安全。
实施例3
如图3所示，本发明实施例3与实施例1的区别在于提供门极驱动单元的一种具体实施方式，以下详细展开说明。
所述门极驱动单元包括开关电源、晶体管q6、晶体管q7、二极管d4、电感l5、电阻r2、电阻r3、第一驱动模块drive-1以及第二驱动模块drive-2，所述开关电源分别连接二极管d4的负极和晶体管q6的源极，所述二极管d4的正极连接所述晶体管q6的漏极；所述电感l5的同名端连接到所述二极管d4的负极，电感l5的异名端连接所述二极管d4的正极；晶体管q7的漏极连接所述电感l5的异名端，晶体管q7的源极连接被测件6，被测件6以及晶体管q6的源极均接地；
所述第一驱动模块drive-1并联连接电阻r2，所述电阻r2的一端接晶体管q6的栅极，电阻r2的另一端接晶体管q6的源极；所述第二驱动模块drive-2并联连接电阻r3，所述电阻r3的一端接晶体管q7的栅极，电阻r3的另一端接晶体管q7的源极。
本发明实施例3的工作原理和工作过程为：如图3所示，利用2个mos管做为电路开关，初始时刻，令q6导通、q7关断，电感l5上流过电流，外部开关电源提供的电压u为恒定值，根据公式
需要注意的是，本发明实施例3保护的是能够提供恒定的栅极电流的门极驱动单元的主体架构，对于其中涉及的开关电源、第一驱动模块drive-1以及第二驱动模块drive-2均可采用现有技术能够实现的任何电源以及驱动，因此对开关电源、第一驱动模块drive-1以及第二驱动模块drive-2的具体电路不在本申请的保护范围，对其电路结构不做描述。
实施例4
本发明实施例4与实施例2的区别在于提供测试夹具80的具体实施方式，以下详细展开说明。
如图5，图5为测试夹具的立体示意图；本发明实施例4中，所述测试夹具80包括环氧板1、第一信号探针2、第一连接端3、第二信号探针4及第二连接端5，所述环氧板1的一侧设置有第一连接端3，所述环氧板1的顶部靠近第一连接端3的位置通过连接柱体与第一信号探针2相连，所述环氧板1的底部还设置有第二信号探针4，所述环氧板1的底部于第二信号探针4的一侧设置有第二连接端5。
通过第一信号探针2、第二信号探针4及第二连接端5与被测件相连，省时省力，且拆卸方便，可以快速更换。
优选的，所述连接柱体的焊接设置于环氧板1的顶部，所述连接柱体的顶部焊接设置有第一信号探针2，所述连接柱体的材质与环氧板1的材质相同；其中第一信号探针2用于低压信号检测。
进一步的，所述第一连接端3包括第一功率探针301、第二功率探针302、第三功率探针303，所述第一功率探针301、第二功率探针302、第三功率探针303自上而下依次焊接设置于环氧板1的侧面，所述第一功率探针301、第二功率探针302、第三功率探针303的数量为若干，若干根第一功率探针301、第二功率探针302、第三功率探针303用于与叠层母排连接装置90相连，形成功率回路，所述叠层母排连接装置90设置于测试箱体50的后侧。
其中，所述第一功率探针301为母线正极，第二功率探针302为电感层27，第三功率探针303为母线负极，用于与叠层母排连接装置90相连，从而能够实现对被测件的检测。
优选的，本实施例中，所述第一功率探针301为六根，所述第二功率探针302为六根，所述第三功率探针303为六根。
进一步的，所述第二信号探针4用于连接被测件的控制信号探针，所述第二信号探针4数量为若干，本实施例中优选为七根。
进一步的，所述第二连接端5包括若干根第四功率探针501，用于连接被测igbt功率信号的探针，所述第二连接端5焊接于环氧板1的底部。
为了更详细的说明本实施例4，如图6，图6为被测件与测试夹具的连接平面示意图；以英飞凌的econodual3被测件6为例，该被测件6包括若干个第一连接点7、信号端子8，且信号端子8上设置有第二连接点9、第三连接点10，将测试夹具80的第一信号探针2与第三连接点10，第二连接端5与第二连接点9相连，第二信号探针4与图6中被测件的第一连接点7相连；从而完成被测件6与测试夹具80的相连，从而提高了检测效率。
本发明实施例4的工作原理为：测试夹具80的重要作用是配置了探针，支持快速更换，第一功率探针301为母线正极，第二功率探针302为电感层27，第三功率探针303为母线负极，通过第一功率探针301、第二功率探针302、第三功率探针303与叠层母排连接装置90相连，即探针与igbt端子的连接，实现测试电路与igbt的电性连接，测试夹具80的第一信号探针2与第三连接点10，第二连接端5与第二连接点9相连，第二信号探针4与图6中被测件的第一连接点7相连；从而完成被测件6与测试夹具80的相连，方便检测使用，从而实现对被测件的检测，省时省力，而且方便拆卸。
实施例5
本发明实施例5与实施例4的区别在于提供测试箱体50的具体实施方式，以下详细展开说明。
如图7、图9、图10及图13，图7为本发明中实施例5的自动化工装70的第一轴侧图；图9为本发明中实施例5的自动化工装70的第二轴侧图；图10为本发明中实施例5的自动化工装70的第三轴侧图；图13为测试箱体50的轴侧示意图。
所述测试箱体50的右下方内部设置有自动化工装70，后侧设置有叠层母排连接装置90，所述叠层母排连接装置90与半导体器件测试夹具80相连，所述半导体器件测试夹具80设置于自动化工装70的顶部，所述半导体器件测试夹具80与被测件6相连，所述被测件6放置于自动化工装70内；其中，
所述自动化工装70包括壳体11、放置被测件6的加热台12、驱动装置13、导向装置14、线性滑轨15及固定装置16，其中，
所述壳体11的顶部设置有测试夹具80，所述测试夹具80通过螺栓与测试箱体50的内壁固定连接，所述壳体11的内侧螺栓固定设置有线性滑轨15，所述线性滑轨15与固定装置16的两侧外壁面滑动连接，所述固定装置16上设置有若干个用于精确安装定位的导向装置14，所述固定装置16的顶部表面还固定设置有加热台12，所述加热台12与驱动装置13相配合并由驱动装置13驱动运动，所述驱动装置13与壳体11固定连接。
优选的，本实施例中，所述线性滑轨15为“凹”字形状，且所述线性滑轨15上两个对称的横向部分为弧形且放置有若干滚珠，“弧形”能够相配合放置滚珠并防止滚珠掉落，所述固定装置16的外侧壁螺栓设置有与线性滑轨15相配合滚动连接的滚动板19，滚动板19为“凹”字形状，所述滚动板19的横向部分也为弧形，这样能够更好地与滚珠相配合滚动。
通过导向装置14进行定位，方便安装固定装置16，在驱动装置13驱动下带动固定装置16滑动并限位，实现多方向位运动，运动精度高，固定方式可靠，从而实现稳定而快捷。
进一步的，本实施例中，所述壳体11包括底板1101、一对侧板1102、后侧板1103，所述底板1101顶部沿着长边的两端对称螺栓固定设置有侧板1102，所述底板1101的顶部还螺栓固定设置有后侧板1103，后侧板1103的两端分别与两个侧板1102相贴合且通过螺栓连接成一体结构，这样方便不使用的时候进行拆卸。
优选的，本实施例中，所述底板1101、侧板1102、后侧板1103均为6061合金材料制成，具有质量轻、强度高、容易加工等优点。
进一步的，如图12，图12为图10中a的放大示意图；所述加热台12的底部通过隔热板17与固定装置16固定相连，所述加热台12的底部设置有相贴合的隔热板17，所述隔热板17与固定装置16的顶部固定连接，且所述加热台12靠近后侧板1103的侧面开设有加热孔，加热孔用于放置加热棒，将被测件6放置于加热台12上，用于进行动静态测试。
所述加热台12上可以螺栓固定被测件6，也可以通过在加热台12上设置若干螺钉等进行限位，防止加热台12移动时被测件6因惯性而滑动；或者在加热台12上螺栓固定设置垫高块，所述垫高块上设置螺钉用来对被测件6限位，从而在移动过程中更好地保护被测件6。
优选的，本实施例中，所述隔热板17与固定装置16的顶部螺栓连接，所述加热台12与隔热板17螺栓连接，所述加热孔的长度可以根据实际工作需要进行设定，且加热棒通过导线与外界电源(图中未画出)相连，实现对加热台的加热。
所述驱动装置13包括第一气缸1301、第二气缸1302、第三气缸1303、气动手指1304，所述第一气缸1301螺栓固定设置于底板1101的顶部且远离后侧板1103的一侧，所述第一气缸1301可伸长缩短与固定装置16卡接用于限制固定装置16滑动，所述第二气缸1302设置于后侧板1103、第一气缸1301的之间，同时与底板1101螺栓固定连接，所述第二气缸1302工作驱动固定装置16沿着导向装置14上下运动，所述固定装置16靠近后侧板1103的一端还与气动手指1304相连，所述气动手指1304固定设置于第三气缸1303的伸缩端，所述第三气缸1303与后侧板1103螺栓连接，且第三气缸1303的伸缩端贯穿后侧板1103做伸缩运动，配合气动手指1304驱动固定装置16水平往复运动。
进一步的，如图8，图8为本发明中第三气缸1303、气动手指1304的连接立体示意图；所述气动手指1304靠近固定装置16的一端设置有两个夹杆18，两个夹杆18的距离与固定装置16相配合用于夹住固定装置16。
优选的，本实施例中，所述第一气缸1301、第二气缸1302、第三气缸1303均与主控系统plc电性连接。
所述导向装置14包括导柱1401、导套1402，所述导柱1401贯穿导套1402，且导柱1401、导套1402均与固定装置16相连接。
所述线性滑轨15与侧板1102的内壁螺栓固定连接，用于配合固定装置16滑动。
所述固定装置16包括导套固定板1601、导柱固定板1602，所述导柱固定板1602数量为两个，所述导柱固定板1602为“l”形，所述导柱固定板1602的横向部分用于与导套固定板1601相连并支撑导套固定板1601，所述导柱固定板1602纵向部分靠近侧板1102的侧壁面与线性滑轨15滑动连接，两个导柱固定板1602的之间还设置有一限位板，限位板的两端分别与导柱固定板1602螺栓连接，限位板上开设有与第一气缸1301伸缩端位置、大小相配合的空腔，第一气缸1301伸缩穿过空腔实现与限位板的卡接限位，更好地固定固定装置16；所述导柱固定板1602四角开设有盲孔，所述导套固定板1601四角开设有与盲孔位置相重合的通孔，且导套固定板1601与导套1402螺栓固定连接；导柱1401贯穿通孔并插入盲孔中，实现与固定装置16相连。
如图14和图15以及图17所示，图14为叠层母排连接装置的示意图，图15为本发明实施例5提供的叠层母排连接装置的主视图。并以图14的视角进行描述，所述叠层母排连接装置90通过螺栓固定设置于测试箱体50的后侧，其中，所述叠层母排连接装置90包括功率输入端20、第一叠层母排21、支撑电容c1、限流晶体管q1、第二叠层母排24、电流传感器25，所述第一叠层母排21的后侧螺栓固定设置有支撑电容c1，所述第一叠层母排21的底部设置有限流晶体管q1，所述限流晶体管q1的下端还设置有第二叠层母排24，所述第二叠层母排24的右侧设置有电流传感器25，电流传感器25包块电流传感器ct1和电流传感器ct2，且所述第二叠层母排24的下端左侧从上往下依次包括了母线正极层26、电感层27、母线负极层28；其中，所述母线正极层26、电感层27、母线负极层28依次与第一功率探针301、第二功率探针302、第三功率探针303相连。需要说明的是，主电路单元中电流传感器ct1、电流传感器ct2、支撑电容c1、限流晶体管q1等均是叠层母排连接装置90中的一部分，主电路单元和门极驱动单元中各个器件均分布在测试箱体50内，且相互连通，为被测件6提供测试条件，连接节点处通过导线连接各个功率探针和信号探针，以将主电路单元以及门极驱动单元中的信号和功率信号引出通过探针的形式接于被测件6，完成测试，对于各个功率探针以及信号探针对应于主电路单元和门极驱动单元的哪个连接节点本发明并未示出，根据测试项目不同，有所调整，本领域人员可以根据需要在主电路单元和门极驱动单元的任意节点通过导线连接探针用于测试。
所述叠层母排连接装置90包含有两个独立的叠层母排，在第一叠层母排上安装支撑电容，在第一叠层母排与第二叠层母排的连接处安装传感器，并利用第二叠层母排做为输出端子，构成三个功率层，最大程度减小了正、负极性线路之间的回路，有效降低杂散电感。
本发明实施例5的工作原理为：具体使用时候，将测试夹具80与叠层母排连接装置90连接好，然后被测件6放置于加热台12上进行动静态测试，第二气缸1302将固定装置16顶起，被测件6与各个电路连接可靠，同时第一气缸1301伸长与限位板相配合固定加热台12，测试结束后，第一气缸1301收缩，同时第二气缸1302下降，加热台位置下降，然后第三气缸1303工作使1304夹紧导套固定板1601，然后第三气缸1303继续伸长，气动手指1304上设置有的两个夹杆18，两个夹杆18之间的距离与导套固定板1601相配合，用于驱动导套固定板1601运动，导套固定板1601带着导柱固定板1602滑动，将加热平台推出，方便取出被测器件，实现多方向位运动，运动精度高，固定方式可靠，从而实现稳定而快捷，且移动后被测件6能够与上方的测试夹具80通过探针相连，连接方便可靠。
实施例6
本发明实施例6与实施例1的区别在于，基于实施例1提供的一种半导体器件测试系统，本发明实施例6提供该系统的测试方法，以下详细展开说明。
如图16所示，所述测试方法包括：
步骤s1：通过上位机30输入指令，打开测试箱体50，将被测件6放置到自动化工装70上；
步骤s2：通过上位机30输入指令关闭测试箱体50，并操作上位机30的面板上的按键，使自动化工装70向上运动，此时被测件6与测试夹具80连接；
步骤s3：操作上位机30，在上位机30的面板上选择测试项目，并点击开始测试，主控系统plc根据上位机30的指令进行动作；
步骤s4：测试完成后，示波器40的数据自动传输到上位机30上，用户通过上位机30获取测试数据。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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