动态电阻测试装置的制作方法

1.本实用新型涉及电子器件的电气特性测试的技术领域，尤其涉及一种氮化镓功率器件的动态电阻测试装置。


背景技术：

2.随着电子技术的发展，人们对电子设备的性能要求越来越高，例如希望电子设备具有更高的运算能力。目前，电子设备使用的功率器件大多是硅功率器件，例如广泛应用的mosfet硅功率器件。近年来，氮化镓功率器件逐步被广泛应用，相比起硅功率器件，氮化镓功率器件具有较高的效率，能够满足高功耗高密度系统、服务器和计算机系统的需求。
3.氮化镓功率器件生产后，需要对其电气特性进行检测，以确保生产出来的氮化镓功率器件满足预设的要求。由于氮化镓功率器件在高压条件下容易因为电流崩塌效应会导致导通电阻的动态飘移，通常称为氮化镓功率器件的动态电阻。这种现象会引起电路开关损耗动态增加，且动态电阻的漂移量不易计算，通常需要对氮化镓功率器件进行测试以检测其动态电阻的漂移量。
4.现有多种针对连续开关下的动态电阻的测试电路，这些测试电路是用于测试氮化镓功率器件的电阻的漂移量，并通常在动态高温工作寿命(dhtol，dynamic high temperature operating life)等可靠性试验中进行测试。
5.然而，当前的dhtol试验仅能监测氮化镓功率器件的动态电阻，并以动态电阻的漂移量作为氮化镓功率器件是否失效的判断依据。但是，在dhtol试验及相关寿命评估试验中，动态电阻的漂移量并不是唯一的失效判断依据，还包括被测器件的阈值电压vth、漏极-源极电阻rds(on)、漏极-源极电流idss、栅极-源极电流igss等静态电气特性，存在动态电阻正常而静态电气特性已严重漂移失效的情况。
6.现有的一种dhtol试验的测试电路如图1所示，测试电路包括低压输出供电电源10、pwm控制电路11、栅极驱动电路12、母线高压供电模块13、电压采样电路14以及电流采样电路15，被测试器件18焊接在测试的电路板上，例如与栅极驱动电路12等一起焊接在同一块电路板上。
7.低压输出供电电源10向pwm控制电路11、栅极驱动电路12供电，栅极驱动电路12向被测试器件18输出驱动信号，母线高压供电模块13向被测试器件18输出高压信号，被测试器件18在开关工作时，电压采样电路14以及电流采样电路15采样被测试器件18的电压信号以及电流信号，并由此计算被测试器件18的动态电阻的漂移量。
8.然而，由于被测试器件18与栅极驱动电路12等电路焊接在一起，因此，无法测试被测试器件18的静态电气特性，也就无法准确评估被测试器件18的可靠性，特别是对氮化镓功率器件建立寿命模型工作时，存在较大风险。


技术实现要素：

9.本实用新型的目的是提供一种能够测试氮化镓功率器件的动态电阻且不影响其
静态电气特性检测的动态电阻测试装置。
10.为了实现上述的目的，本实用新型提供的动态电阻测试装置包括电路基板，电路基板上设置有电源电路、pwm控制电路、驱动芯片以及采样电路，电源电路向pwm控制电路以及驱动芯片供电，pwm控制电路向驱动芯片输出控制信号；其中，电路基板上设置有测试母座，测试子卡可拆卸的插装到测试母座上，采样电路与母座电连接；测试母座上设置有多个第一触点，测试子卡上设置有多个第二触点，第一触点与第二触点电连接。
11.由上述方案可见，在电路基板上设置有一个测试母座，被测试的氮化镓功率器件可以安装到测试子卡上，需要对氮化镓功率器件的动态电阻进行测试时，将测试子卡插入到测试母座上，对氮化镓功率器件的动态电阻进行测试。当需要对氮化镓功率器件的静态电气特性进行测试时，将测试子卡从测试母座上取下，可以在不受驱动电路的影响下对氮化镓功率器件的静态电气特性进行测试。
12.一个优选的方案是，测试子卡包括至少两层线路层，每一层线路层均设置有至少一个第二触点设置。
13.由此可见，测试子卡设置有多层线路层，并且在每一层线路层上设置第二触点，一方面避免因设置一层线路层而导致测试子卡面积较大的问题，另一方面，通过对第二触点的合理布置，可以形成磁场抵消并由此减小寄生电感，提高动态电阻检测的准确性。
14.进一步的方案是，线路层的数量为两层，每一层线路层的第二触点的数量相等。
15.可见，每一层线路层的第二触点数量相同，使得两层线路层的面积得到充分利用，能够有效减少测试子卡的面积。
16.进一步的方案是，多层线路层包括第一线路层与第二线路层，第一线路层设置有第一功率连接线与第一信号连接线，第一功率连接线与第一信号连接线在相交处相互垂直。
17.由于第一功率连接线与第一信号连接线在相交处相互垂直，如果第一功率连接线是连接至氮化镓功率器件的漏极，则这种连接方式能够减小磁干扰，还能够减少磁干扰引起的电压电流偏移相位幅度，有利于提高检测的准确性。
18.更进一步的方案是，第二线路层设置有第二功率连接线与第二信号连接线，第二功率连接线与第二信号连接线在相交处相互垂直。
19.可见，针对设置在第二线路层上的连接至氮化镓功率器件的源极的功率连接线和信号连接线，通过在相交处垂直设置的方式，也能够减少磁干扰以及由此引起的电压电流偏移相位幅度。
20.更进一步的方案是，第一功率连接线与第二功率连接线相互平行并且层叠设置。
21.由于氮化镓功率器件的漏极和源极上的电流较大，针对连接至漏极和源极的功率连接线，分别设置在第一线路层以及第二线路层，采用相互平行并层叠设置的方式，可以使得第一功率连接线与第二功率连接线所形成磁场相互抵消，由此减小寄生电感。
22.更进一步的方案是，第二触点包括设置在第一线路层的第一功率触点、第三功率触点以及第一信号触点；第一功率连接线连接至第一功率触点，第一信号连接线连接至第一信号触点，第三功率触点设置在第一功率触点与第一信号触点之间。
23.由此可见，第一功率触点与第一信号触点之间并不是相邻设置，而是间隔设置有第三功率触点，例如栅极的功率触点，能够进一步的减少磁干扰的问题。
24.更进一步的方案是，第二触点包括设置在第二线路层的第二功率触点以及两个第二信号触点；第二功率连接线连接至第二功率触点，第二信号连接线连接至两个第二信号触点。
25.具体的，设置两个源极信号触点，源极信号连接线可以连接至两个源极信号触点，可以满足氮化镓功率器件的工作要求。
26.更进一步的方案是，第一线路层还设置有第三功率连接线，第三功率连接线与第三功率触点电连接；第三功率连接线与第二功率连接线平行。
27.第三功率连接线连接至氮化镓功率器件的栅极，由于栅极的电流较小，第三功率连接线与第二功率连接线平行，可以实现减少寄生电容的效果。
28.更进一步的方案是，第三功率连接线与第二信号连接线的一部分层叠设置。
29.这样，栅极的功率连接线与源极的信号连接线的一部分层叠设置，由于两者的电流较小，在能够减少电路面积的同时，还能够减少寄生电容。
附图说明
30.图1是现有氮化镓功率器件的动态电阻测试装置的电原理框图。
31.图2是本实用新型的动态电阻测试装置实施例的电原理框图。
32.图3是本实用新型的动态电阻测试装置实施例中测试子卡正面的结构示意图。
33.图4是本实用新型的动态电阻测试装置实施例中测试子卡背面的结构示意图。
34.图5是本实用新型的动态电阻测试装置实施例第一测试场景的电路图。
35.图6是本实用新型的动态电阻测试装置实施例第二测试场景的电路图。
36.图7是本实用新型的动态电阻测试装置实施例第三测试场景的电路图。
37.以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
具体实施方式
38.本实用新型的动态电阻测试装置用于对氮化镓功率器件的动态电阻进行测试，并且还能够方便的将氮化镓功率器件从电路基板上取下，由此方便对氮化镓功率器件的静态电气特性进行测试。
39.参见图2，氮化镓功率器件的动态电阻测试装置包括一块电路基板，在电路基板上设置有低压输出供电电源20、pwm控制电路21、栅极驱动电路22、母线高压供电模块23、电压采样电路24以及电流采样电路25，另外，还设置有一个测试母座28，测试母座28包括多个第一触点，本实施例中，第一触点的数量为六个。另外，氮化镓功率器件的动态电阻测试装置还包括测试子卡30，测试子卡30可插拔的插入到测试母座28上。
40.低压输出供电电源20向pwm控制电路21以及栅极驱动电路22输出低压电压，以维持pwm控制电路21以及栅极驱动电路22的工作。pwm控制电路21向栅极驱动电路22输出控制信号，例如pwm控制信号，栅极驱动电路22接收pwm控制信号，并向测试母座28输出驱动信号，以驱动被测试的氮化镓功率器件工作。
41.母线高压供电模块23与测试母座28连接，用于向被测试的氮化镓功率器件提供高压信号。电压采样电路24是vds钳位采样电路，用于采样氮化镓功率器件的漏极-源极之间的钳位电压。电流采样电路25是ids采样电路，用于采样氮化镓功率器件的漏极-源极之间
的电流。根据电压采样电路24以及电流采样电路25采样获得的电压信号以及电流信号可以计算氮化镓功率器件的动态电阻的漂移量。
42.参见图3与图4，测试子卡30包括多层线路层，例如，本实施例中，测试子卡30包括两侧线路层，分别是第一线路层31以及第二线路层32。其中，第一线路层31位于测试制卡30的第一面，如正面，第二线路层32位于测试子卡30的第二面，例如背面。
43.具体的，图3示出了测试子卡30的正面的结构，在测试子卡30的正面设置有待测试的氮化镓功率器件的安装位，并且设置有焊盘61，焊盘61是氮化镓功率器件60的漏极焊接的触点。在测试子卡30的正面下端设置有三个第二触点，分别是第一功率触点41、第三功率触点43以及第一信号触点46。其中，第一功率触点41与氮化镓功率器件60的漏极电连接，为此，第一线路层31上设置有第一功率连接线51，连接在焊盘61以及第一功率触点41之间。另外，第一信号触点46是漏极的信号触点，因此，第一线路层31上设置有第一信号连接线56，连接在焊盘61以及第一信号触点46之间。
44.从图3可见，第一信号连接线56是弯折状的，与焊盘61连接的一段为相交部分59，在图3中，相交部分59与第一功率连接线51相交于焊盘61，并且相交部分59与第一功率连接线51相互垂直。由于氮化镓功率器件60的漏极通常有大电流流经，第一功率连接线51也有大电流流经，并会产生磁场。如果第一信号连接线56与第一功率连接线51相互平行并且非常靠近，将导致第一信号连接线56受到磁场的干扰。因此，本实施例设置了与第一功率连接线51垂直的相交部分59，使得第一信号连接线56中与第一功率连接线51平行的部分跟第一功率连接线51之间有较大的间隙，避免第一信号连接线56受到磁场的干扰而影响氮化镓功率器件60的工作。
45.另外，在第一功率触点41与第一信号触点46之间设置有第三功率触点43，本实施例中，第三功率触点43与氮化镓功率器件60的栅极连接，由于流经栅极的电流较小，不会对第一信号连接线56造成磁场干扰，本实施例通过合理的布置多个第二触点的位置，能够有效减小第一信号连接线56的磁干扰，进而能够减少因磁场干扰而引起的电压电流偏移相位幅度，有利于提高对氮化镓功率器件60的动态电阻测试的准确性。
46.当然，在在测试子卡30的正面还可以设置有用于焊接栅极的焊盘(图中未示出)，第三功率连接线53连接在该焊盘与第三功率触点43之间。
47.参见图4，在测试子卡30的背面设置有待测试的氮化镓功率器件的安装位，并且设置有焊盘62，焊盘62是氮化镓功率器件60的源极焊接的触点。在测试子卡30的背面下端设置有三个第二触点，分别是第二功率触点42以及两个第二信号触点47、48。其中，第二功率触点42与氮化镓功率器件60的源极电连接，为此，第二线路层32上设置有第二功率连接线52，连接在焊盘62以及第二功率触点42之间。另外，第二信号触点46是源极的信号触点，因此，第二线路层32上设置有第二信号连接线57，连接在焊盘65以及两个第二信号触点47、48之间。
48.从图4可见，第二信号连接线57是弯折状的，与焊盘62连接的一段为相交部分58，在图3中，相交部分58与第二功率连接线52相交于焊盘62，并且相交部分58与第二功率连接线52相互垂直。由于氮化镓功率器件60的源极通常有大电流流经，第二功率连接线52也有大电流流经，并会产生磁场。如果第二信号连接线57与第二功率连接线52相互平行并且非常靠近，将导致第二信号连接线57受到磁场的干扰。因此，本实施例设置了与第二功率连接
线52垂直的相交部分58，使得第二信号连接线57中与第二功率连接线52平行的部分跟第二功率连接线52之间有较大的间隙，避免第二信号连接线57受到磁场的干扰而影响氮化镓功率器件60的工作。
49.本实施例中，两个第二信号触点47、48均连接至焊盘62，第二信号连接线57上流经的电流较小。
50.结合图3与图4可见，第一功率连接线51与第二功率连接线52是层叠设置的，即第一功率连接线51设置于测试子卡30的正面，第二功率连接线52设置于测试子卡30的背面，并且在测试子卡30法向上，第一功率连接线51与第二功率连接线52是相互平行并且重叠的。一方面，由于第一功率连接线51与第二功率连接线52都有大电流流经，且第一功率连接线51上的电流方向与第二功率连接线52的电流方向相反，采用本实施例的布线结构，使得第一功率连接线51与第二功率连接线52所形成磁场相互抵消，进而减小寄生电感。另一方面，由于第一功率连接线51与第二功率连接线52都是以最短的距离连接焊盘与相应的功率触点，能够使得回路面积最小，有利于减小测试子卡30的面积。此外，由于测试子卡30的正面与背面设置的第二触点的数量相同，且排布也相同，能够有效减少测试子卡30的面积。
51.此外，第三功率连接线53与第二信号连接线57的一部分层叠设置，具体的，层叠的部分是与第二信号触点47相连接的部分，因此，栅极的功率连接线与源极的信号连接线的一部分层叠设置。由于第三功率连接线53与第二信号连接线57的电流较小，不会影响源极的信号传输，且能够减少测试子卡30的面积。
52.测试母座28设置的六个第一触点与测试子卡30的六个第二触点一一对应，且测试母座28的六个第一触点的布置方式与六个第二触点的布置方式完全相同，以便于测试子卡30插入到测试母座28后，每一第一触点能够与对应的第二触点电连接。
53.本实施例能够应用于多种场景的测试，参见图5，当本实施例应用于同相buck降压电路时，母线高压供电模块23包括直流电源dc以及电容c11，向被测试的氮化镓功率器件q12供电，栅极驱动电路22可以接收pwm信号，并且可以向被测试的氮化镓功率器件q12的栅极输出驱动信号。钳位电路75连接在氮化镓功率器件q12的漏极与源极之间，用于采样氮化镓功率器件q12的钳位电压。氮化镓功率器件q12还连接有负载r11，并连接有电感l11与电容c12。
54.参见图6，当本实施例应用于同相buck升压电路时，母线高压供电模块23包括直流电源dc以及电容c21，向被测试的氮化镓功率器件q22供电，母线高压供电模块23输出的电流经过电感l21输出至氮化镓功率器件q22。栅极驱动电路22接收pwm信号，并且向被测试的氮化镓功率器件q22的栅极输出驱动信号。钳位电路76连接在氮化镓功率器件q22的漏极与源极之间，用于采样氮化镓功率器件q22的钳位电压。氮化镓功率器件q12还连接有负载r21以及电容c22。
55.参见图7，当本实施例应用于阻性负载电路时，母线高压供电模块23包括直流电源dc以及电容c31，向被测试的氮化镓功率器件q32供电。栅极驱动电路22接收pwm信号，且向被测试的氮化镓功率器件q32的栅极输出驱动信号。钳位电路77连接在氮化镓功率器件q32的漏极与源极之间，用于采样氮化镓功率器件q32的钳位电压。氮化镓功率器件q32还与电阻r31串联。
56.可以理解，针对不同的测试场景，可以设置不同的钳位电路，即电路基板上的具体
电路不同。由于测试子卡30可以插入到测试母座28上，因此，将待测试的氮化镓功率器件焊接到测试子卡30后，将测试子卡30插入到不同的测试母座28上可以针对不同场景下进行动态电阻的测试。并且，将测试子卡30从测试母座28上取下后，可以单独对氮化镓功率器件的静态电气特性进行测试。
57.需要说明的是，实际应用时，测试子卡上可以设置更多的第二触点，例如测试子卡的每一层线路层设置四个或者五个第二触点。又或者，两层线路层的第二触点的数量不相同，例如第一线路层设置四个第二触点，第二线路层设置两个第二触点。
58.当然，上述的方案只是本实用新型优选的实施方案，实际应用时还可以有更多的变化，例如，测试子卡上第二触点数量与排布方式的变化，或者，钳位电路的具体电路结构的变化等，这些改变都不影响本实用新型的实施，也应该包括在本实用新型的保护范围内。