功率半导体器件直流参数测试系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提出了一种功率半导体器件直流参数测试系统，其组成部分包括：控制计算机、PCI专用接口、整机电源部分、数字模拟和电源总线、数字电压表、高压电压源、精密测流单元、恒压恒流源、功率电压源、电容控制单元、继电器矩阵及测试连接部分。其主要应用在通信领域，可以快速、准确、全面的对二极管、三极管、达林顿管、场效应管和IGBT管进行参数测量。
【专利说明】功率半导体器件直流参数测试系统
所属【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种功率半导体器件直流参数测试系统，其主要应用在通信领域，用于功率半导体器件的测试。
【背景技术】
[0002]功率半导体分立器件广泛应用于国防以及各种武器装备中，是各种电子设备以及仪器的基础，其质量的好坏直接影响到项目建设的顺利进行。其通常包括功率二极管、三极管、MOS场效应管、结型场效应管、可控硅等。主要应用范围覆盖航天、航空、兵器、电子科研院所等众多部丨?。
[0003]在对功率半导体器件进行直流参数测试时，首先需要使被测试器件满足参数测试规定的测试条件(即进入规定的工作点)，同时满足规定的测试环境温度，这样所测的数据才有实际的意义。为了减小附加温升的影响，唯一的办法是缩短测试时间。在美军标(MIL-STD-750E)、国军标(GJB128A-1997)、国标(GB/T4587-94)等标准中规定了半导体分立器件参数的“脉冲测试”方法，以解决由于被测器件芯片附加温升而影响测试数据真实性的问题。在新修订的美军标及国军标等标准中，将脉冲测试的施加时间进行了延长，将脉冲宽度为300 μ S的瞬时单次脉冲大电流扩展为脉冲宽度在300 μ S~IOms内可调，但300 μ S脉冲测试条件仍然在半导体分立器件参数测试时被广泛采用。
[0004]测试功率半导体器件脉冲大电流幅值达到上百安培甚至几百安培。国外半导体测试设备制造商提供一定量的功率半导体器件测试设备，目前使用的功率半导体器件测试设备基本依靠进口，主要制造商有日本TESEC、美国ITC、日本Advantest、美国FETEST等，主要分布在少数军工器件生产、测量、仲裁等部门国内目前尚无其他单位开展功率半导体直流参数测试参数系统的研制工作。
【发明内容】
[0005]本实用新型为一种功率半导体器件直流参数测试系统，采用模块化设计，主要组成部分包括:控制计算机、PCI专用接口、整机电源部分、数字模拟和电源总线、数字电压表、高压电压源、精密测流单元、恒压恒流源、功率电压源、电容控制单元、继电器矩阵及测试连接部分。
[0006]其主要组成结构以及功能为:
[0007]I)、控制计算机:通过测试软件控制该系统的测试。
[0008]2), PCI专用接口:保证测试程序通过该接口完成对系统的控制。
[0009]3)、整机电源部分:包括线性电源、开关电源和变压器电源。
[0010]4)、数字模拟和电源总线:由数字总线、模拟总线和电源总线组成，以母板的方式实现信号和电源的传输。
[0011]5)、数字电压表:采集测试数据。
[0012]6)、高压电压源:产生高压电源。[0013]7)、精密测流单元:对微小电流精密采样。
[0014]8)、恒压恒流源:有加压测流和加流测压两种工作模式。
[0015]9)、功率电压源:可提供IOA?1000A的负载能力。
[0016]10)、电容控制单元:控制电容充、放电，保证功率电压源有足够的负载能力。
[0017]11)、继电器矩阵及测试连接部分:实现不同元件、不同参数测试的自动化。
[0018]其连接方式如下:模拟数字和电源总线与数字电压表、高压电压源、精密测流单元、恒压恒流源、功率电压源、电容控制单元连接，整机电源部分与数字模拟和电源总线相连接、通过数字模拟和电源总线中的电源总线为数字电压表、高压电压源、精密测流单元、恒压恒流源、功率电压源、电容控制单元提供它们的工作电源，控制计算机通过PCI专用接口连接到模拟数字和电源总线，通过该模拟数字和电源总线控制数字电压表、高压电压源、精密测流单元、恒压恒流源、功率电压源、电容控制单元进行测试并回读测最数据；功率电压源与电容控制单元通过交换总线相互连接以完成充放电操作；数字电压表、高压电压源、精密测流单元、恒压恒流源、功率电压源、电容控制单元连接到继电器矩阵，通过该矩阵实现状态切换；继电器矩阵与测试插座连接到一起，实现测试资源调配到测试插座。
[0019]考虑到电磁兼容对测试精度可能造成影响，各模块之间加屏蔽板，高压电压源与电容控制单元分别由单独的模块实现。标准装置采用主控计算机控制，在XP环境下用VC++进行编程，操作简单，测试准确，数据处理方便。
[0020]本实用新型的有益效果是，可以快速、准确、全面的对二极管、三极管、达林顿管、场效应管和IGBT管进行参数测量，测试参数主要包括以下几方面:
[0021](I)整流二极管:击穿电压、反向直流电流、正向直流电压；
[0022](2)稳压二极管:反向直流电流、正向直流电压、工作电压、动态电阻；
[0023](3)三极管:BVCB0、BVEBO, BVCEO, ICB0, I CEO, ΙΕΒ0、hFE、VCES, VBES ；M0S 场效应管:栅-源阈电压、漏极电流、静态漏-源通态电阻、漏-源通态电压、正向跨导、漏-源击穿电压、零栅压时的漏极电流、漏-源短路时栅极截止电流；
[0024](4) IGBT管:集电极-发射极的击穿电压、发射极-集电极的击穿电压、集电极-发射极的饱和电压、栅极阈电压、正向跨导、零栅压时的集电极电流、栅-发射极的漏电流。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]下面结合附图和实施方式对本实用新型进一步说明。
[0026]附图是本实用新型的内部模块连接示意图。
【具体实施方式】
[0027]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种功率半导体器件直流参数测试系统采用模块化设计，主要组成部分包括:控制计算机、PCI专用接口、整机电源部分、数字模拟和电源总线、数字电压表、高压电压源、精密测流单元、恒压恒流源、功率电压源、电容控制单元、继电器矩阵及测试连接部分，其中数字模拟和电源总线是由数字总线、模拟总线和电源总线组成的。
[0028]系统内部连接方式为:模拟数字和电源总线与数字电压表、高压电压源、精密测流单元、恒压恒流源、功率电压源、电容控制单元连接，整机电源部分与数字模拟和电源总线相连接、通过数字模拟和电源总线中的电源总线为数字电压表、高压电压源、精密测流单元、恒压恒流源、功率电压源、电容控制单元提供它们的工作电源，控制计算机通过PCI专用接口连接到模拟数字和电源总线，通过该模拟数字和电源总线控制数字电压表、高压电压源、精密测流单元、恒压恒流源、功率电压源、电容控制单元进行测试并回读测量数据；功率电压源与电容控制单元相互连接以完成充放电操作；数字电压表、高压电压源、精密测流单元、恒压恒流源、功率电压源、电容控制单元分别与继电器矩阵相连，通过该继电器矩阵实现状态切换；继电器矩阵与测试连接部分连接到一起，实现测试资源调配。
[0029]如主要部分设计方案简介如下。
[0030]整机电源部分设计技术方案为:这个部分包括线性电源、开关电源和变压器电源。由于线性电源的纹波小、稳定性好，所以系统内部的模拟电路部分的电压都有线性电源提供。这些电压主要包括±6.5V，±15V，±35V。使用线性电源可以保证该系统测试的准确性。而数字电路部分使用的是价格低廉的开关电源，一方面节约成本，另一方面节省空间。这些电压主要包括+5V(数字集成电路)，+12V(继电器及其驱动)。还根据功率电压源的需要增加了变压器电源，这个电源经过整流给功率模块提供电压，并通过电容控制单元给电容充电。该系统的“地”系统也是分为模拟地、数字地和电流地，这些“地”在各个单元模块上都是分开的，它们最终在母板上汇合并与空间大地连接。
[0031]数字电压表部分设计技术方案为:内部A/D转换采用ADC71并行16为A/D，该芯片具有转换速度快(57us)、精度高和增益、零点可调节的特点。通过单稳态触发转换，装换后数据锁存，通过调节两个电位器调整其零点和满度，保证测试的准确性。转换后的数据通过74LS244到达数据总线，再经过PCI专用接口读回给计算机，经过计算得出相应的信号值。
[0032]精密测流单元:这个单元针对漏电流测试，因为漏电流一般较小(纳安级别，甚至皮安)。其中运放选用0PA604，其基极电流电流IB小于50pA，同时输出电流可到40mA。既保证测试测试微小电流的精度，又保证了测试较大电流的输出能力；通过而二极管和稳压二极管对运放的输出端和输入端进行保护，通过电位器补偿运放本省的失调电压；制作PCB板时需要把取样电阻通过高绝缘介质与板隔离，这样可以去除PCB板本身电阻与取样电阻并联而产生的影响。保证测试的正确性。同时要对运放进行屏蔽和绝缘处理。最后还要对整个单元进行屏蔽处理，以消除工频干扰在大电阻上产生的影响。做屏蔽处理时，屏蔽盒要接地。
[0033]恒压恒流源:包括加压测流和加流测压两个部分。将一个低漂运算放大器(0P270)和一个宽带运算放大器(0PA445)连接起来组成一个组合运算放大器，这个组合运算放大器应具有这两个运放的良好特性，消除了宽带运算放大器随时间和温度变化而产生明显漂移的误差，还具有了开环增益大和低频噪声小得特点。低漂运放连续的为宽带运放输入偏差电压提供矫正，任何这样的偏差都会由低漂运放积分以产生一个偏差来补偿，这种积分作用一直持续到宽带运放的输入偏差电压小于低漂运放的输入偏差电压为止。
[0034]功率电压源:为脉宽300uS的脉冲程控电压源，程控范围O至30V。电流取样通过Rsense取样电阻转换成电压。通过下面的转换电路送往采集电压表。为保证取样电流的精确；要保证取样电阻的精度够高；采用开尔文感测取样保证取样精度。本系统采用12位DA转换参考电平。控制信号包含脉冲信号、输出允许信号、极性选择信号等。控制信号经过放大后用来控制功率MOS模块的栅极电压来达到控制功率电压源的输出幅度。[0035]使用时，通过功率半导体器件直流参数测试系统内部配合实现可以快速、准确、全面的对二极管、三极管、达林顿管、场效应管和IGBT管进行参数测量。
【权利要求】
1.一种功率半导体器件直流参数测试系统，其组成部分包括:控制计算机、PCI专用接口、整机电源部分、数字模拟和电源总线、数字电压表、高压电压源、精密测流单元、恒压恒流源、功率电压源、电容控制单元、继电器矩阵及测试连接部分，其中数字模拟和电源总线是由数字总线、模拟总线和电源总线组成的，系统内部连接方式为:模拟数字和电源总线与数字电压表、高压电压源、精密测流单元、恒压恒流源、功率电压源、电容控制单元连接，整机电源部分与数字模拟和电源总线相连接、通过数字模拟和电源总线中的电源总线为数字电压表、高压电压源、精密测流单元、恒压恒流源、功率电压源、电容控制单元提供它们的工作电源，控制计算机通过PCI专用接口连接到模拟数字和电源总线，通过该模拟数字和电源总线控制数字电压表、高压电压源、精密测流单元、恒压恒流源、功率电压源、电容控制单元完成测试并回读测量数据；功率电压源与电容控制单元相互连接以完成充放电操作；数字电压表、高压电压源、精密测流单元、恒压恒流源、功率电压源、电容控制单元分别与继电器矩阵相连，通过该继电器矩阵实现状态切换；继电器矩阵与测试插座连接到一起，实现测试资源调配到测试插座。
2.如权利要求1所述的功率半导体器件直流参数测试系统，其特征在于，整机电源部分包括线性电源、开关电源和变压器电源。
3.如权利要求1所述的功率半导体器件直流参数测试系统，其特征在于，恒压恒流源中包括组合运算放大器，该组合运算放大器是由一个低漂运算放大器和一个宽带运算放大器连接起来组成的。
4.如权利要求1所述的功率半导体器件直流参数测试系统，其特征在于，功率电压源为脉冲程控电压源。
【文档编号】G01R31/26GK203479979SQ201320008725
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年1月9日 优先权日:2013年1月9日
【发明者】刘冲, 曹玉峰, 李琦, 徐迎春, 阚劲松 申请人:刘冲, 曹玉峰