本发明涉及半导体测试领域，特别是涉及一种逆导型igbt的热阻测试电路和方法。
背景技术：
逆导型绝缘栅双极型晶体管是一种新型的igbt器件，它是将igbt元胞结构以及快恢复二极管(frd)元胞结构集成在同一个芯片上，逆导型igbt器件具有小尺寸、高功率密度、低成本、高可靠性等诸多优点，但是逆导型igbt的电压回跳现象限制了它在实际中的应用。
现有逆导型igbt热阻测试电路，由于snapback回跳现象，导致了逆导型igbt在低功率情况下测量的热阻不准确的问题。因此，传统热阻测试的准确性低。
技术实现要素：
基于此，有必要针对传统热阻测试的准确性低的问题，提供一种测试准确性高的逆导型igbt的热阻测试电路和方法。
一种逆导型igbt的热阻测试电路，包括控制电路、栅极电压源、测试电流源和加热电流源，所述栅极电压源、所述测试电流源和所述加热电流源均连接所述控制电路，所述栅极电压源、所述测试电流源、所述加热电流源和所述控制电路均用于连接待测逆导型igbt，其中，所述待测逆导型igbt包括栅极、集电极和发射极，
所述控制电路控制所述测试电流源输出逆向测试电流至待测逆导型igbt，获取预设逆向测试电流条件下，所述待测逆导型igbt的集电极和发射极之间的压降随所述待测逆导型igbt的结温变化的曲线，拟合所述对应的曲线得到温敏系数；控制所述栅极电压源输出电压至所述待测逆导型igbt的栅极以使所述待测逆导型igbt正向导通后，控制所述加热电流源输出加热电流至所述待测逆导型igbt以使所述待测逆导型igbt的结温升高；以及在检测到所述待测逆导型igbt的结温在预设时间内的差值小于预设阈值时，控制所述加热电流源停止输出加热电流至所述待测逆导型igbt，控制所述测试电流源输出逆向测试电流至所述待测逆导型igbt，记录所述待测逆导型igbt的降温曲线，根据所述降温曲线和所述温敏系数得到热阻值。
一种逆导型igbt的热阻测试方法，包括以下步骤：
控制所述测试电流源输出逆向测试电流至待测逆导型igbt，获取预设逆向测试电流条件下，所述待测逆导型igbt的集电极和发射极之间的压降随所述待测逆导型igbt的结温变化的曲线，拟合所述对应的曲线得到温敏系数；
控制所述栅极电压源输出电压至所述待测逆导型igbt的栅极以使所述待测逆导型igbt正向导通后，控制所述加热电流源输出加热电流至所述待测逆导型igbt以使所述待测逆导型igbt的结温升高；
在检测到所述待测逆导型igbt的结温在预设时间内的差值小于预设阈值时，控制所述加热电流源停止输出加热电流至所述待测逆导型igbt，控制所述测试电流源输出逆向测试电流至所述待测逆导型igbt，记录所述待测逆导型igbt的降温曲线，根据所述降温曲线和所述温敏系数得到热阻值。
上述逆导型igbt的热阻测试电路和方法，先通过控制测试电流源输出逆向测试电流至待测逆导型igbt，获取预设逆向测试电流条件下，待测逆导型igbt的集电极和发射极之间的压降随待测逆导型igbt的结温变化的曲线，拟合对应的曲线得到温敏系数，在得到温敏系数后，控制栅极电压源输出电压至待测逆导型igbt的栅极以使待测逆导型igbt正向导通后，控制加热电流源输出加热电流至待测逆导型igbt以使待测逆导型igbt的结温升高，在检测到待测逆导型igbt的结温在预设时间内的差值小于预设阈值时，控制加热电流源停止输出加热电流至待测逆导型igbt，控制测试电流源输出逆向测试电流至待测逆导型igbt，记录待测逆导型igbt的降温曲线，根据降温曲线和温敏系数得到热阻值。测试时，由于逆导型igbt集成了反向二极管，通过输入逆向测试电流，避免了由于正向测试时回跳现象引起的测试不准确的问题，热阻测试准确性高。
附图说明
图1为一实施例中逆导型igbt的热阻测试电路图；
图2为一实施例中逆导型igbt的回跳现象；
图3为另一实施例中逆导型igbt的热阻测试电路图；
图4为又一实施例中逆导型igbt的热阻测试电路部分电路图；
图5为一实施例中逆导型igbt的热阻测试方法流程图；
图6为一实施例中不同测试电流条件下的待测逆导型igbt的集电极和发射极之间的压降-结温曲线示意图；
图7为另一实施例中逆导型igbt的热阻测试方法流程图；
图8为一实施例中降温曲线示意图。
具体实施方式
在一个实施例中，如图1所示，一种逆导型igbt的热阻测试电路，包括控制电路110、栅极电压源120、测试电流源130和加热电流源140，栅极电压源120、测试电流源130和加热电流源140均连接控制电路110，栅极电压源120、测试电流源130、加热电流源140和控制电路110均用于连接待测逆导型igbt，其中，待测逆导型igbt包括栅极、集电极和发射极，控制电路110控制测试电流源130输出逆向测试电流至待测逆导型igbt，获取预设逆向测试电流条件下，待测逆导型igbt的集电极和发射极之间的压降随待测逆导型igbt的结温变化的曲线，拟合对应的曲线得到温敏系数；控制栅极电压源120输出电压至待测逆导型igbt的栅极以使待测逆导型igbt正向导通后，控制加热电流源140输出加热电流至待测逆导型igbt以使待测逆导型igbt的结温升高；以及在检测到待测逆导型igbt的结温在预设时间内的差值小于预设阈值时，控制加热电流源140停止输出加热电流至待测逆导型igbt，控制测试电流源130输出逆向测试电流至待测逆导型igbt，记录待测逆导型igbt的降温曲线，根据降温曲线和温敏系数得到热阻值。
具体地，相对传统igbt器件，逆导型igbt在成本和性能上具有很大优势，加上巨大的市场需求使得逆导型igbt成为国外各大厂商研究的焦点。逆导型igbt的大部分结构与传统的igbt结构相似，最大的区别是，逆导型igbt的集电极不是连续的p+区，而是间断地引入一些n+短路区，逆导型igbt的p-基区、n-漂移区、n+buffer层及n+短路区构成了一个pin二极管，即逆导型igbt等效于一个igbt与一个pin二极管反并联，只不过在同一芯片上实现了。当igbt在承受反压时，pin二极管导通，这也正是称其为逆导型igbt的原因，在关断期间，逆导型igbt为漂移区过剩载流子提供了一条有效的抽走通道，大大缩短了逆导型igbt的关断时间。然而，逆导型igbt在拥有诸多优点的同时，也带来了些问题，最主要的是回跳现象(snap-back)，限制了它在实际中的应用。
典型的逆导型igbt的i-v特性如图2所示，在逆导型igbt导通初期，电流密度很小，vce很大。但当vce大于一个特定值vp时，vce会陡降，电流密度则陡增，电流电压的变化有点类似双极性晶体管的二次击穿，当然其原理与二次击穿完全不同。i-v特性曲线上出现了一大段负阻区，这种现象即为snap-back现象(也称为switch-back现象)，如图2中的i-v曲线出现的折返。如果电流密度继续增加，i-v曲线上还会出现一系列的小幅snap-back现象。
控制电路110用于分别控制栅极电压源120、测试电流源130和加热电流源140的接入和断开，加热电流源140用于输出加热电流至待测逆导型igbt提供加热功率使逆导型igbt的结温上升，结温(junctiontemperature)是处于电子设备中实际半导体芯片(晶圆、裸片)的中pn结的工作温度，它通常高于外壳温度和器件表面温度；测试电流源130用于输出逆向测试电流至待测逆导型igbt进行测试；栅极电压源120用于控制待测逆导型igbt的栅极的电压，从而调节待测逆导型igbt的栅极和集电极之间的电压。
在一个实施例中，如图3所示，控制电路110包括控制器112和电压电流源控制器114，控制器112连接电压电流源控制器114，栅极电压源120、测试电流源130和加热电流源140均连接电压电流源控制器114，栅极电压源120、测试电流源130、加热电流源140和电压电流源控制器114均用于连接待测逆导型igbt。
具体地，控制器112用于控制电压电流源控制器114的开断从而控制栅极电压源120、测试电流源130和加热电流源140的接入和断开，电压电流源控制器114的具体种类并不限定，可以接收控制器112的控制进行导通或者断开即可，可以是继电器或者开关或其他器件等。
在一个实施例中，如图4所示(未示出控制器112)，电压电流源控制器114包括第一开关、第二开关和第三开关，第一开关的输入端、第二开关的输入端和第三开关的输入端均连接控制器112，第一开关的输出端和第二开关的输入端用于连接待测逆导型igbt的集电极，第一开关的输入端连接加热电流源140的输出端，第二开关的输出端连接测试电流源130的输入端，测试电流源130的输出端、加热电流源140的输入端、和栅极电压源120的输出端均用于连接待测逆导型igbt的发射极，待测逆导型igbt的发射极接地，栅极电压源120的输入端连接第三开关的输入端，第三开关的输出端用于连接待测逆导型igbt的栅极。
具体地，第一开关s1控制加热电流源140ic的接入和断开，第二开关s2控制测试电流源130isense的接入和断开，第三开关s3控制栅极电压源120vg的接入和断开。控制器112控制第二开关闭合、第一开关和第三开关断开，根据预设变化规律调节油的温度，得到在预设逆向测试电流条件下，不同结温对应的待测逆导型igbt(对应图4中t2)的集电极和发射极之间的压降，其中，待测逆导型igbt完全浸入在油箱内且不接触箱壁，待测逆导型igbt的结温与油的温度处于热平衡状态，油的温度和结温数值一致；根据结温和对应的待测逆导型igbt的集电极和发射极之间的压降得到待测逆导型igbt的集电极和发射极之间的压降随待测逆导型igbt的结温变化的曲线，拟合对应的曲线得到温敏系数。
在测试得到温敏系数后，控制第二开关断开和第一开关闭合，以使栅极电压源120输出电压至待测逆导型igbt的栅极从而控制待测逆导型igbt的栅极和发射极之间的压降；在根据待测逆导型igbt的栅极和发射极之间的压降检测到待测逆导型igbt正向导通时，控制第三开关闭合，以使加热电流源140输出加热电流至辅助逆导型igbt和待测逆导型igbt，使辅助逆导型igbt和待测逆导型igbt的结温升高。
在对辅助逆导型igbt和待测逆导型igbt进行加热后，开始对待测逆导型igbt进行测试，在检测到待测逆导型igbt的结温在预设时间内差值小于预设阈值时，控制第二开关闭合、第一开关和第三开关断开，以使测试电流源130输出逆向测试电流至待测逆导型igbt，记录待测逆导型igbt的降温曲线；获取加热电流对应的加热功率，根据降温曲线得到待测逆导型igbt的压降，根据待测逆导型igbt的压降和温敏系数得到结温差值，根据结温差值和待测逆导型igbt的加热功率得到热阻值。
在一个实施例中，根据降温曲线和温敏系数得到热阻值的步骤，包括：获取加热电流对应的加热功率，根据降温曲线得到待测逆导型igbt的压降；根据待测逆导型igbt的压降和温敏系数得到结温差值；根据结温差值和待测逆导型igbt的加热功率得到热阻值。
在一个实施例中，逆导型igbt的热阻测试电路还包括辅助逆导型igbt，辅助逆导型igbt的栅极连接第三开关的输出端，辅助逆导型igbt的发射极串联用于连接待测逆导型igbt的集电极，辅助逆导型igbt的集电极连接第一开关的输入端。
具体地，待测逆导型igbt串联相同的逆导型igbt作为辅助(对应图6中的t1)，可以屏蔽掉大电流对小电流的干扰，降低测试噪声，进一步提高热阻测试的准确性。
上述逆导型igbt的热阻测试电路，加热时待测逆导型igbt正向导通后功率加热，测试时，由于逆导型igbt集成了反向二极管，通过输入逆向测试电流，记录待测逆导型igbt的降温曲线，根据降温曲线和温敏系数得到热阻值，避免了由于正向测试时回跳现象引起的测试不准确的问题，串联相同的逆导型igbt作为辅助，可以屏蔽掉大电流对小电流的干扰，降低测试噪声，热阻测试的准确性高。
在一个实施例中，如图5所示，一种逆导型igbt热阻测试方法，基于上述逆导型igbt的热阻测试电路实现，包括以下步骤：
步骤s110：控制测试电流源输出逆向测试电流至待测逆导型igbt，获取预设逆向测试电流条件下，待测逆导型igbt的集电极和发射极之间的压降随待测逆导型igbt的结温变化的曲线，拟合对应的曲线得到温敏系数。
具体地，待测逆导型igbt的集电极和发射极之间的压降即为二极管的压降，如图6所示，为在预设不同逆向测试条件下，二极管的压降随待测逆导型igbt的结温变化的曲线。
在一个实施例中，如图7所示，步骤s110包括步骤s112和步骤s114。
步骤s112：控制测试电流源输出逆向测试电流至待测逆导型igbt，根据预设变化规律调节油的温度，得到在预设逆向测试电流条件下，不同结温对应的待测逆导型igbt的集电极和发射极之间的压降，其中，待测逆导型igbt完全浸入在油箱内且不接触箱壁，油的温度和结温数值一致。
具体地，控制电路还用于连接油箱的温度控制装置，在进行测试前，先将待测逆导型igbt缓慢浸入油箱，并保持igbt模块完全浸在油箱里不接触箱壁，合上油箱盖，根据预设变化规律控制油箱的温度控制装置调节油的温度从而调节逆导型igbt的结温，油的温度和逆导型igbt的结温之间达到热平衡，且不受外界的影响，因此油温与待测逆导型igbt结温相等，当然并不一定是将待测逆导型igbt限定于是在油箱中测试得到温敏系数，也可以是在恒温箱中等可以使待测逆导型igbt的结温发生变化且不受外界影响的装置。在本实施例中，电压电流源控制器包括第一开关、第二开关和第三开关，控制测试电流源输出逆向测试电流，即控制器控制第二开关闭合、第一开关和第三开关断开，根据预设变化规律调节油的温度，得到在不同测试电流条件下，不同结温对应的待测逆导型igbt的集电极和发射极之间的压降，其中，待测逆导型igbt完全浸入在油箱内且不接触箱壁。
步骤s114：根据结温和对应的待测逆导型igbt的集电极和发射极之间的压降得到待测逆导型igbt的集电极和发射极之间的压降随待测逆导型igbt的结温变化的曲线，拟合对应的曲线得到温敏系数。
在一个实施例中，步骤s114具体为：
其中，k为温敏系数，δvce为待测逆导型igbt的集电极和发射极之间的压降，δt为结温温差，isense为测试电流。
具体地，不同类型的器件有不同的电学热敏参数，该参数与温度呈线性关系，对于待测逆导型igbt，通常选择vce作为电学热敏参数，k为温敏系数，拟合不同测试电流下，待测逆导型igbt的集电极和发射极之间的压降随待测逆导型igbt的结温变化的曲线得到温敏系数校准曲线，校准曲线的斜率即为温敏系数。
步骤s120：控制栅极电压源输出电压至待测逆导型igbt的栅极以使待测逆导型igbt正向导通后，控制加热电流源输出加热电流至待测逆导型igbt以使待测逆导型igbt的结温升高。
具体地，当待测逆导型igbt的栅极和发射极之间的压降大于一个预设阈值时，即认为待测逆导型igbt正向导通，在待测逆导型igbt正向导通后，控制加热电流源输出加热电流至待测逆导型igbt以使待测逆导型igbt的结温升高。在本实施例中，控制栅极电压源输出电压至待测逆导型igbt的栅极为控制器控制第二开关断开和第一开关闭合，栅极电压源即接入至电路中，控制加热电流源输出加热电流至待测逆导型igbt为控制器控制第三开关闭合，加热电流源即接入至电路中。
在一个实施例中，还包括辅助逆导型igbt，步骤s120包括：控制栅极电压源输出电压至待测逆导型igbt的栅极以使待测逆导型igbt正向导通后，控制加热电流源输出加热电流至辅助逆导型igbt和待测逆导型igbt以使辅助逆导型igbt和待测逆导型的结温升高。
具体地，待测逆导型igbt串联相同的逆导型igbt作为辅助，可以屏蔽掉大电流对小电流的干扰，降低测试噪声，进一步提高热阻测试的准确性。
步骤s130：在检测到待测逆导型igbt的结温在预设时间内的差值小于预设阈值时，控制加热电流源停止输出加热电流至待测逆导型igbt，控制测试电流源输出逆向测试电流至待测逆导型igbt，记录待测逆导型igbt的降温曲线，根据降温曲线和温敏系数得到热阻值。
具体地，在检测到待测逆导型igbt的结温在预设时间内的差值小于预设阈值时即说明待测逆导型igbt的结温稳定，控制加热电流源停止输出加热电流至待测逆导型igbt，在本实施例中，即控制器控制第二开关闭合、第一开关和第三开关断开，断开加热电流源，使测试电流源接入到电路中，停止加热步骤，进行测试，待测逆导型igbt的结温开始下降，记录待测逆导型igbt的降温曲线，如图8所示。进一步地，热阻是指在芯片发热与管壳散热达到热平衡后，结温与参考点温度差值与加热功率之比。
在一个实施例中，根据降温曲线和温敏系数得到热阻值的步骤，包括获取加热电流对应的加热功率，根据降温曲线得到待测逆导型igbt的压降；根据待测逆导型igbt的压降和温敏系数得到结温差值；根据结温差值和待测逆导型igbt的加热功率得到热阻值。
具体地，获取待测逆导型igbt加热时的加热功率，在结温下降过程中，实时采样结点电压vce，再通过温敏系数和计算温敏系数的公式得到温度变化δt，热阻值的计算公式拟合得到热阻值。
在一个实施例中，根据结温差值和待测逆导型igbt的加热功率得到热阻值，包括：
其中，rthja为热阻值，δt为结温差值，p为加热功率。
在一个实施例中，进行热阻测试的方法，第一步是k系数的测量：将连接完整的igbt模块，缓慢浸入油箱，并保持igbt模块完全浸在油箱里不接触箱壁，合上油箱盖。控制s2闭合，s1和s3断开，即isense流过t2集成的反向二极管，调节不同的油温得到相应的vce，数据拟合得到k系数校准曲线。
第二步加热阶段：控制s2断开，s1和s3闭合，通过控制vge，使待测逆导型igbt正向导通，ic流过t1和t2。t2开始功率加热。
第三步测试采样阶段。在检测到待测逆导型igbt的温度稳定后，控制s1和s3断开，s2闭合，isense流过t2集成的反向二极管。记录降温曲线，代入步骤1测量的k系数，进行数据曲线外推，得到完整数据曲线，然后利用软件的结构函数进行计算，得到热阻值。
上述逆导型igbt的热阻测试方法，由控制电路控制isense和ic分别提供逆向测试电流和加热电流。加热时待测逆导型igbt正向导通后导通功率加热，测试时，由于逆导型igbt集成了反向二极管，通过输入逆向测试电流，记录待测逆导型igbt的降温曲线，根据降温曲线和温敏系数得到热阻值，避免了由于正向测试时回跳现象引起的测试不准确的问题，串联相同的逆导型igbt作为辅助，可以屏蔽掉大电流对小电流的干扰，降低测试噪声，热阻测试的准确性高。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。