一种功率半导体器件功率循环测试电路的制作方法

1.本实用新型涉及半导体器件测试技术领域，具体为一种功率半导体器件功率循环测试电路。


背景技术：

2.功率循环测试设备既可以对包括混合动力汽车及电动汽车和列车在内的汽车和交通行业应用中越来越多的电力电子器件进行可靠性测试，还可以对发电与变频器、风力涡轮机等可再生能源应用中越来越多的电力电子器件进行可靠性测试。用于电力电子器件的功率循环测试和热特性测试，以模拟和测量电力电子器件寿命期内的表现。在功率循环中，测试器件通过流过半导体的电流进行主动加热至最高目标温度，然后关断加热电流，被测器件主动冷却到最低温度，测试期间监测并计算被测器件的正向电压、结温、壳温、热阻、瞬态热阻抗、栅极漏电流等参数，“即时”发现失效原因。
3.公开号为cn108646163a的中国发明专利申请公开了一种半导体器件的功率循环测试系统，该申请提供的功率循环测试系统可通过有效地利用一条被测支路的降温时间来对其他被测支路的器件进行加热，待测半导体器件的数量较多，能够极大地提高功率循环测试系统的测试效率。同时，提供的功率循环测试系统设置有多条并联的测试支路，因此，用户可以根据实际需求进行多种测试功能的切换，可对不同厂家或型号的器件在同一测试条件下进行对比测试。
4.但是上述发明专利测试通过两个测试支路交替切换工作的方式，不能实现各测试支路之间独立控制。直流电源与测量电源切换未增加二极管，会存在电流分流导致测试不准的情况。每条测试支路通过大功率igbt(绝缘栅双极型晶体管芯片)模块并联，需要增加驱动电路以及成本、尺寸等。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题在于：解决测试电路中直流电源与测量电源切换时，存在电流分流导致测试不准的情况。
6.为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：
7.一种功率半导体器件功率循环测试电路，包括至少一条测试支路、栅极电源模块，每条测试支路结构相同；
8.每条测试支路均包括加热电流源、电流旁路模块、二极管、测试电流源、二极管、多个串联的被测半导体器件；
9.所述加热电流源的输出端接所述电流旁路模块，所述电流旁路模块的正极输出接所述二极管的正极，所述二极管的负极通过被测半导体器件后接所述电流旁路模块的负极；所述栅极电源模块接被测半导体器件的栅极；
10.所述测试电流源的负极接所述被测半导体器件的一端，正极接所述二极管的正极，所述二极管的负极接所述被测半导体器件的另一端。
11.优点：本实用新型通过在第一测试支路中增加二极管，利用二极管单方向导电特性，防止电流分流，可以在不增加开关器件的情况下，配合电流旁路模块，实现加热电流和测试电流的切换，从而避免因功率器件开通、关断带来的切换速率不够快的问题。
12.优选地，所述电流旁路模块包括并联的若干个场效应管，并联的场效应管的一端接加热电流源输出正极，另一端接加热电流源的输出负极。
13.优选地，所述被测半导体器件包括若干个串联的dut。
14.优选地，还包括数据采集模块，数据采集模块设在被测半导体器件所在的支路上。
15.优选地，所述数据采集模块具有多通道高速高精度差分信号采集端口。
16.优选地，所述栅极电源模块具有多路独立的可调正负电压，分别与多个被测半导体器件的栅极连接。
17.优选地，所述测试支路为三条，具体为第一测试支路、第二测试支路、第三测试支路。
18.优选地，所述第一测试支路、所述第二测试支路和所述第三测试支路均采用独立的加热电流源。
19.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
20.(1)本实用新型通过在主回路中增加防反二极管，利用二极管单方向导电特性，防止分流，可以在不增加开关器件的情况下，配合辅助测试模块，实现加热电流和测试电流的切换，从而避免因功率器件开通、关断带来的切换速率不够快的问题。
21.(2)本实用新型通过采用多只并联的场效应管替代igbt模块作为辅助测试电路，达到高精度、高速、高可靠性测试目标，且降低损耗、结构尺寸以及成本。
22.(3)本实用新型采用多支路测试结构，可扩展测试容量，提高测试效率和测试的灵活性。
附图说明
23.图1为本实用新型的实施例的主电路示意图；
24.图2为本实用新型的实施例的第一测试支路的电路图；
25.图3为本实用新型的实施例的单条测试支路测试时序图。
具体实施方式
26.为便于本领域技术人员理解本实用新型技术方案，现结合说明书附图对本实用新型技术方案做进一步的说明。
27.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
28.参阅图1，本实施例公开了一种功率半导体器件功率循环测试电路，包括三条测试支路，分别为第一测试支路1、第二测试支路2、第三测试支路3；第一测试支路1、第二测试支路2和第三测试支路3均采用相同的电路结构，因此本实施例主要对第一测试支路1进行详细叙述。
29.第一测试支路1包括加热电流源p1、电流旁路模块u1、二极管d1、测试电流源p4、二极管d4和被测半导体器件。第一测试支路1的被测半导体器件具体为四个串联的dut1(测试设备，本实施例中为半导体器件)、dut2、dut3、dut4，
30.加热电流源p1的输出端接电流旁路模块u1，电流旁路模块u1的正极输出接二极管d1的正极，二极管d1的负极通过被测半导体器件后接电流旁路模块u1的负极。因此加热电流源p1能够输出电流经过二极管d1后，再依次经过dut1、dut2、dut3和dut4后回到加热电流源p1。
31.电流旁路模块u1包括多个并联的场效应管q1、
…
、场效应管qn(n≥2)，并联的场效应管q1、
…
、场效应管qn的一端接加热电流源p1的输出正极，另一端接加热电流源p1的输出负极；当电流旁路模块u1接通时，加热电流源p1输出的电流将从电流旁路模块u1流回，从而将流往被测半导体器件的电流迅速关闭。
32.在本实施例中，通过采用多只并联的场效应管q1、
…
、场效应管qn，来替换现有技术中的igbt模块作为辅助测试电路，能达到高精度、高速、高可靠性测试目标，且降低损耗、结构尺寸以及成本。
33.同时多只场效应管并联的方式相比igbt模块作为辅助测试电流具有导通损耗低、开关速度快的优势。
34.测试电流源p4的负极接被测半导体器件的一端，正极接二极管d4的正极，二极管d4的负极接被测半导体器件的另一端；因此测试电流源p4能够输出恒定的小电流经过二极管d4，随后依次经过dut1、dut2、dut3和dut4再回到测试电流源p4。
35.栅极电源模块u4接被测半导体器件的栅极，栅极电源模块u4具有12路独立的可调正负电压，能够分别控制12个被测半导体器件的通断，因此栅极电源模块u4输出四路独立的栅极电压用来控制dut1、dut2、dut3和dut4的通断。
36.数据采集模块u5有多通道高速高精度差分信号采集端口，实时监测被测件dut1、dut2、dut3和dut4的导通电压以及加热电流源p1输出的电流值。
37.在测试过程中，被测件dut1、dut2、dut3和dut4可灵活选择，可单只或多只串联测试，栅极电源模块u4打开相应的对应选择的被测件输出预设的驱动电压到被测件，被测件的栅极持续供电以保持持续正向导通状态。随后对被测件施加负载电流，负载电流的大小依据被测件的应用情况决定。开启和关闭时间(循环周期)应通过监测壳体温度tc、恒定结温变化(壳体温度近似无变化)、固定时间设置来控制，测试时序如图3所示。
38.第一测试支路1开始功率循环测试时，加热电流源p1输出预设的电流流过二极管d1对dut1、dut2、dut3和dut4施加负载电流，此时数据采集模块u5实时监测dut1、dut2、dut3和dut4的导通电压以及加热电流源p1输出的电流值。
39.当达到预设的结温或壳温或加热时间后，通过启动电流旁路模块u1，加热电流源p1输出的电流将从电流旁路模块u1流过，被测对象流过的电流迅速关闭，在被测对象电流关闭的时间内，被测对象结温、壳温下降，数据采集模块u5实时监测被测对象加热电流关断期间的导通电压，以得到结温和热阻。
40.在此过程中，由于第一测试支路1中设置的二极管d1，利用二极管单方向导电的特性，可以在不增加开关器件的情况下，配合电流旁路模块u1，实现加热电流和测试电流的切换，从而避免因功率器件开通、关断带来的切换速率不够快的问题。
41.即当电流旁路模块u1启动时，利用电流旁路模块u1电压低于二极管d1正向导通电压而截止的特性，被测半导体器件加热电流关闭，测试电流源p4通过二极管d4输出至被测对象，从而实现加热电流和测试电流的切换。
42.同理第二测试支路2中，加热电流源p2通过电流旁路模块u2和二极管d2为dut5、dut6、dut7和dut8这四个半导体器件施加负载电流，测试电流源p5通过二极管d5与这四个半导体器件连接；栅极电源模块u4的四路独立的栅极电压控制这四个半导体器件的通断；数据采集模块u5监测第二测试支路2的电流及四个半导体器件的导通压降。
43.第三测试支路3中，加热电流源p3通过电流旁路模块u3和二极管d3为dut9、dut10、dut11和dut12这四个半导体器件施加负载电流，测试电流源p6通过二极管d6与这四个半导体器件连接；栅极电源模块u4的四路独立的栅极电压控制这四个半导体器件的通断；数据采集模块u5监测第三测试支路3的电流及这四个半导体器件的导通压降。
44.由于每个测试电路均设置一个加热电流源，因此本实施例的三条测试支路独立工作，可支持最高12只三种封装规格的功率半导体器件同时进行功率循环测试。提高测试效率和测试的灵活性。
45.对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
46.以上所述实施例仅表示实用新型的实施方式，本实用新型的保护范围不仅局限于上述实施例，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型保护范围。