功率器件的高温反偏和高温栅偏测试系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于功率器件的可靠性研究领域，尤其是涉及一种功率器件的高温反偏和高温栅偏测试系统。本发明对功率器件寿命的预测、功率器件的设计以及生产都有着相当重要的作用。
【背景技术】
[0002]由于电力电子应用领域的高速发展，功率芯片的电流密度不断增大，而功率芯片的功率模块中的封装密度也在不断加大，从而对功率器件的可靠性要求不断提高。另一方面，由于在新能源发电及混合动力汽车等新的应用领域的不断发展，使得功率器件需要在更加恶劣的环境中工作，因此对功率器件的可靠性提出了更加高的要求。
[0003]高温反偏和高温栅偏测试是检验功率器件在高温下工作稳定性及可靠性的关键测试。其中高温反偏测试用于验证功率器件长期高温稳定工作情况下芯片的泄漏电流，而高温栅偏测试则用于验证功率器件高温栅极泄漏电流的稳定性。目前，许多功率器件的用户厂家还不具备类似的检测实验设备，或者只是搭出相应的实验电路，但无法对实验过程中的泄漏电流数据进行实时采集，而在测试过程中如果没有专人负责看守，也无法知晓被测器件何时损坏，或测试何时终止，这使得高温反偏和高温栅偏测试的完整性和可信度都存在冋题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种功率器件的高温反偏和高温栅偏测试系统，根据与被测器件不同端子的连接，即可以进行高温反偏测试，又可以进行高温栅偏测试，而且可以对实验过程中的泄漏电流数据进行实时采集，并可以根据预先设定的失效标准，非常准确地得到被测功率器件在高温反偏或高温栅偏测试下的失效时间，为功率器件寿命的预测、功率器件的设计以及生产相当重要的可靠性数据。而根据国际标准IEC60747规定的失效标准，要求在高温反偏和高温栅偏时，泄漏电流不能超过被测功率器件的相应泄漏电流的规格上限，泄漏电流的规格上限可在被测功率器件的产品说明书中查到。
[0005]为了实现上述的目的，本发明提供了一种功率器件的高温反偏和高温栅偏测试系统，它包括:微机控制系统、电压偏置系统、器件加热系统和数据采集系统。其特征在于:微机控制系统和电压偏置系统，数据采集系统连接；
所述的微机控制系统包括计算机和安装于计算机内的相关控制软件，微机控制系统的功能是控制电压偏置系统和数据采集系统完成控制软件指定的动作；
所述的电压偏置系统包括一个程控电压源和一个限流电阻;程控电压源和微机控制系统连接，由控制软件控制程控电压源向被测器件提供反偏或栅偏的电压;限流电阻接在程控电压源和被测器件之间；
所述的器件加热系统包括可放置实验样品的内箱体、加热装置、可编程温度控制器、温度传感器。可编程温度控制器安装在内箱体之外，加热装置和温度传感器在内箱体中，与可编程温度控制器相连；
所述的数据采集系统包括程控电流表和程控电压表，程控电流表和程控电压表分别与微机控制系统连接;程控电流表与电压偏置系统和被测器件形成一个测试电路，用于测试高温反偏和高温栅偏时的漏电流，而程控电压表并接在被测器件的两端，用于测试器件的压降。
[0006]所述的微机控制系统中的控制软件为LabVIEW软件，利用LabVIEW软件编程控制电压偏置系统和数据采集系统。
[0007]所述的电压偏置系统中的程控电压源和微机控制系统之间通过GPIB、RS232、RS485和TTL通讯方式中的任意一种或几种的组合进行连接;根据在功率器件做高温反偏和高温栅偏测试时所需加偏置电压的大小，程控电压源的输出电压范围在50?7500V可调。
[0008]所述的限流电阻在高温反偏时使用，而在高温栅偏时短接，限流电阻的主要作用是对连接在测试电路中的程控电压源和程控电流表起保护作用，限流电阻的阻值根据被测器件所加偏置电压的大小，限流电阻太大会分担过多的输出电压，限流电阻若太小，则不能起到保护作用，因此优选为100?100000 Ω。
[0009]所述的加热系统中的可编程温度控制器可以控制加热装置和温度传感器，让放置在内箱体中的被测器件加热到指定温度，加热温度范围在50?200°C之间。
[0010]所述的数据采集系统中的程控电流表、程控电压表与微机控制系统之间通过GPIB、RS232、RS485和TTL通讯方式中的任意一种或几种的组合进行连接。
[0011]所述的高温反偏和高温栅偏的测试由被测器件所接入测试电路的不同端子来确定。对于二极管类功率器件来说，由于没有栅极，因此不需要做高温栅偏测试，在高温反偏测试时，程控电压源电压输出端与被测器件阴极相连，并与限流电阻和程控电流表连成闭合回路;对于MOS类功率器件(主要为功率MOSFET和IGBT)来说，在高温反偏时，程控电压源电压输出端与被测器件的漏极(功率M0SFET)或集电极(IGBT)相连，源极(功率M0SFET)或发射极(IGBT)与限流电阻和程控电流表连成闭合回路，被测器件的栅极空置，在这个测试电路中程控电流表与限流电阻互换位置后的测试效果与之前的测试电路相同；在高温栅偏时，程控电压源电压输出端与被测器件的栅极相连，源极(功率M0SFET)或发射极(IGBT)与限流电阻和程控电流表连成闭合回路，被测器件的集电极空置。
[0012]本发明的优点是可以根据功率器件接入本发明所述的测试系统的不同端子，提供高温反偏和高温栅偏的测试，并在测试中对被测功率器件的泄漏电流的数据进行实时采集，并可根据预先设定的失效标准，准确记录高温反偏和高温栅偏的失效时间。
【附图说明】
[0013]图1所示为本发明中各系统的关系框图。
[0014]图2所示为本发明中器件加热系统中相关装置示意图。
[0015]图3所示为本发明提供的一种功率器件高温反偏测试时的电路图。
[0016]图4所示为本发明提供的一种功率器件高温栅偏测试时的电路图。
【具体实施方式】
[0017]如图1所示，本实施例以IGBT为被测器件为例，本实施例提供了一种功率器件的高温反偏和高温栅偏测试系统，它包括:微机控制系统1、电压偏置系统2、器件加热系统3和数据采集系统4。其特征在于:微机控制系统I和电压偏置系统2、数据采集系统4连接；
所述的微机控制系统I包括计算机和安装于计算机内的相关控制软件，微机控制系统I的功能是控制电压偏置系统2和数据采集系统4完成控制软件指定的动作；
如图2所示，所述的器件加热系统3包括可放置实验样品的内箱体31、加热装置34、可编程温度控制器33、温度传感器32。可编程温度控制器33安装在内箱体之外，加热装置34和温度传感器32放置在内箱体中，与可编程温度控制器3