產(chǎn)品中心
當(dāng)前位置:首頁(yè) > 產(chǎn)品中心 > 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)ATE > 半導(dǎo)體類自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) > TH300-CV 功率器件CV特性解決方案
簡(jiǎn)要描述:測(cè)量參數(shù):Ciss、Coss、Crss、Rg(MOSFET) Cies、Coes、Cres、Rg(IGBT)通道數(shù):2-6VGS范圍:0-±40VVDS范圍:0 - ±200V/±1500V/±3000V測(cè)試頻率:1kHz-2MHz
產(chǎn)品分類CLASSIFICATION
相關(guān)文章ARTICLES
詳細(xì)介紹
一.前言
隨著我國(guó)加快實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和"的目標(biāo),電氣化替代已成為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的關(guān)鍵。
電氣化替代是通過(guò)功率半導(dǎo)體把光伏、風(fēng)電、特高壓、新能源汽車、高鐵等織成一張可循環(huán)的高效、可靠、可控能源網(wǎng)絡(luò) ,實(shí)現(xiàn)對(duì)可再生能源的高效管理和利用降低能耗、減少碳排放。
同時(shí)功率半導(dǎo)體 在計(jì)算機(jī)、交通、消費(fèi)電子、汽車電子 為代表的 4C 行業(yè)應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。
可以預(yù)見(jiàn),隨著新能源爆發(fā)式增長(zhǎng),在新能源汽車領(lǐng)域,汽車的動(dòng)力系統(tǒng)、空調(diào)壓縮機(jī)、充電樁等都需要大量功率半導(dǎo)體器件;風(fēng)電和光伏產(chǎn)生的電不能直接并網(wǎng),需要逆變器、變流器進(jìn)行電能轉(zhuǎn)化,這會(huì)新增大量的功率半導(dǎo)體需求。
隨著科技的發(fā)展,現(xiàn)有半導(dǎo)體材料已經(jīng)經(jīng)過(guò)了三個(gè)發(fā)展階段:
由此可見(jiàn),第三代半導(dǎo)體展現(xiàn)出了高壓、高頻、高速、低阻的優(yōu)點(diǎn),其擊穿電壓,在在某些應(yīng)用中可高到 1200-1700V。這些特點(diǎn)帶來(lái)如下新特性:
l 極低的內(nèi)部電阻,與同類硅器件相比,效率可提高70%
l 低電阻可改善熱性能(工作溫度增加了)和散熱,并可獲得更高的功率密度
l 散熱得到優(yōu)化,與硅器件相比,就可采用更簡(jiǎn)單的封裝、尺寸和重量也大大減少
l 極短的關(guān)斷時(shí)間(GaN器件接近于零),能工作于很高的開(kāi)關(guān)頻率,工作溫度也更低
這些特性,在功率器件尤其是MOSFET以及IGBT上面的應(yīng)用廣泛。
其中,功率器件以MOSFET、IGBT為代表,兩者均為電壓控制電流型功率開(kāi)關(guān)器件,MOSFET優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、開(kāi)關(guān)速度快、工作頻率高,IGBT是由BJT和MOSFET組合成的復(fù)合器件,兼具兩者的優(yōu)點(diǎn):速度快、能耗低、體積小、而且大功率、大電流、高電壓。
MOSFET以柵極(G)極電壓控制MOSFET開(kāi)關(guān),當(dāng)VGS電壓大于閾值電壓VGS(th) 時(shí),MOSFET導(dǎo)通。
IGBT同樣以柵極(G)極電壓控制IGBT開(kāi)關(guān),當(dāng)VGE電壓大于閾值電壓VGE(th) 時(shí),IGBT導(dǎo)通。
因此,在第三代半導(dǎo)體高速發(fā)展的同時(shí),測(cè)量技術(shù)也面臨全面升級(jí),特別是高電壓、大電流、高頻率測(cè)試,以及電容特性(CV)特性。
本方案用于解決MOSFET、IGBT單管器件、多個(gè)器件、模組器件的CV特性綜合解決
在了解本方案之前,需先了解一下MOSFET、IGBT器件的米勒效應(yīng)、CV特性等相關(guān)知識(shí)。
二.功率器件的米勒效應(yīng)、CV特性
1. MOS管的寄生電容
以中國(guó)臺(tái)灣育碧VBZM7N60為例,MOS管具有三個(gè)內(nèi)在的寄生電容:Cgs、Cgd、Cds以及柵極電阻Rg,
在規(guī)格書(shū)常用Ciss、Coss、Crss這三個(gè)參數(shù)代替。
符號(hào) | 名稱 | 影響 |
Ciss | 輸入電容 | Ciss = Cgs +Cgd,影響延遲時(shí)間;Ciss越大,延遲時(shí)間越長(zhǎng) |
Coss | 輸出電容 | Coss = Cds +Cgd,Coss越大,漏極電流上升特性越差,這不利于MOSFET的損耗。高速驅(qū)動(dòng)需要低電容。 |
Crss | 反向傳輸電容 | Crss = Cgd,即米勒電容,影響關(guān)斷特性和輕載時(shí)的損耗。如果Coss較大,關(guān)斷dv/dt減小,這有利于噪聲。但輕載時(shí)的損耗增加。 |
Rg | 柵極輸入電阻 | 影響開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)速度。柵極電阻太大,開(kāi)關(guān)速度顯著降低,開(kāi)關(guān)損耗大。 柵極電阻太小,高開(kāi)關(guān)速度帶來(lái)的是很大的電流電壓變化率即強(qiáng)烈的干擾。 |
這三個(gè)等效電容是構(gòu)成串并聯(lián)組合關(guān)系,它們并不是獨(dú)立的,而是相互影響,其中一個(gè)關(guān)鍵電容就是米勒電容Cgd。
這個(gè)電容不是恒定的,它隨著柵極和漏極間電壓變化而迅速變化,同時(shí)會(huì)影響柵極和源極電容的充電。
規(guī)格書(shū)上對(duì)上述三個(gè)電容的CV特性描述
由描述可見(jiàn),三個(gè)電容均會(huì)隨著VDS電壓的增加而呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。
2. MOS管的米勒效應(yīng)
理想的MOS管驅(qū)動(dòng)波形應(yīng)是方波,當(dāng)Cgs達(dá)到門檻電壓之后, MOS管就會(huì)進(jìn)入飽和導(dǎo)通狀態(tài)。
實(shí)際上在MOS管的柵極驅(qū)動(dòng)過(guò)程中,由于米勒效應(yīng),會(huì)存在一個(gè)米勒平臺(tái)。米勒平臺(tái)實(shí)際上就是MOS管處于“放大區(qū)"的典型標(biāo)志,所以導(dǎo)致開(kāi)通損耗很大。
米勒平臺(tái)形成的詳細(xì)過(guò)程:
3. 寄生電容、CV特性、柵極電阻Rg測(cè)試技術(shù)
由前述知識(shí)可見(jiàn),功率器件的寄生電容的測(cè)試,需要滿足下列幾點(diǎn):
1) 由于寄生電容基本在pF級(jí)別至nF級(jí)別,測(cè)試頻率至少需要100kHz-1MHz,這些可由參數(shù)表找到
2) 測(cè)試寄生電容時(shí),用于測(cè)試的LCR或者阻抗分析儀至少需要2路直流電源,其中VDS需要電壓很高,由幾十V至幾百V,第三代半導(dǎo)體功率器件甚至需要幾千V。
3) 參數(shù)表中CV特性曲線,需要可變的VDS,因此DS電壓源需要可調(diào)電源。
具體幾個(gè)寄生電容極柵極電阻測(cè)試原理如下:
1) 輸入電容Ciss
漏源(DS)短接,用交流信號(hào)測(cè)得的柵極和源極之間的電容
Ciss = Cgs +Cgd
2) 輸出電容Coss
柵源GS短接,用交流信號(hào)測(cè)得的漏極和源極之間的電容
Coss = Cds +Cgd
3) 反向傳輸電容Crss
源極G接地,用交流信號(hào)測(cè)得的柵漏GD極之間的電容,也稱米勒電容
Crss = Cgd
4) 柵極電阻Rg
漏源DS短接,或開(kāi)路,用交流信號(hào)測(cè)得柵源GS間交流電阻
三.半導(dǎo)體功率器件CV特性測(cè)試痛點(diǎn)
現(xiàn)今,市場(chǎng)上功率器件CV特性測(cè)試儀器,普遍存在下列痛點(diǎn):
1. 進(jìn)口設(shè)備
進(jìn)口設(shè)備功能全、一體化集成度高、測(cè)試準(zhǔn)確,但是有如下缺點(diǎn):
a) 價(jià)格昂貴,動(dòng)則幾十萬(wàn)甚至上百萬(wàn)的價(jià)格,一般企業(yè)很難承受。
b) 操作繁瑣,集成了太多功能加上大多英文化的操作界面,對(duì)于用戶操作并不友好。
c) 測(cè)試效率低,一臺(tái)設(shè)備可能完成動(dòng)態(tài)特性、靜態(tài)特性的全部測(cè)試,但是接線負(fù)責(zé)、操作難度大,測(cè)試結(jié)果用時(shí)較長(zhǎng),測(cè)試效率無(wú)法保障。
2. 國(guó)產(chǎn)設(shè)備
在進(jìn)口設(shè)備無(wú)法滿足用戶測(cè)試需求的情況下,國(guó)產(chǎn)設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生,以相對(duì)功能單一、操作方便、價(jià)格低廉快速占領(lǐng)了一部分市場(chǎng),
但是,這些設(shè)備同樣也有如下缺點(diǎn):
a) 體積龐大,大多數(shù)國(guó)產(chǎn)設(shè)備,由于沒(méi)有專業(yè)的電容測(cè)試經(jīng)驗(yàn),通常是用幾臺(tái)電源、一臺(tái)LCR、工控機(jī)或者PLC、機(jī)箱、測(cè)試工裝等組合而成,因此體積過(guò)大,無(wú)法適用于自動(dòng)化產(chǎn)線快速生產(chǎn)。
b) 漏源電壓VDS過(guò)低,大多只能達(dá)到1200V左右,已無(wú)法滿足第三代半導(dǎo)體功率器件測(cè)試需求。
c) 測(cè)量精度低,由于缺乏專業(yè)電容測(cè)量經(jīng)驗(yàn),加上過(guò)多的轉(zhuǎn)接,導(dǎo)致電容特別是pF級(jí)別的小電容無(wú)法達(dá)到合適的測(cè)量精度。
d) 測(cè)試效率低,同樣由于組合儀器過(guò)多,加上需用工控機(jī)或PLC控制過(guò)多儀器,導(dǎo)致測(cè)試單個(gè)器件時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。
e) 擴(kuò)展性差,由于設(shè)備過(guò)多,各種儀器不同的編程協(xié)議,很難開(kāi)放第三方接入以集成至客戶產(chǎn)線自動(dòng)化測(cè)試整體方案中。
四.同惠半導(dǎo)體功率器件CV特性解決方案
針對(duì)當(dāng)前測(cè)試痛點(diǎn),同惠電子作為國(guó)產(chǎn)器件測(cè)量?jī)x器頭部企業(yè),責(zé)無(wú)旁貸的擔(dān)負(fù)起進(jìn)口儀器國(guó)產(chǎn)化替代的責(zé)任,本著為客戶所想、為客戶分憂的精神,契合市場(chǎng)熱點(diǎn)及需求,及時(shí)推出了針對(duì)半導(dǎo)體功率器件CV特性的一體化、系列化解決方案。
1. 單管或者多個(gè)MOSFET、IGBT測(cè)試解決方案
單管器件或者多個(gè)單管器件測(cè)試相對(duì)簡(jiǎn)單,同惠提供了TH510系列半導(dǎo)體C-V特性分析儀即可滿足一把測(cè)試要求。
TH510系列半導(dǎo)體半導(dǎo)體C-V特性分析儀基本情況如下:
基本參數(shù):
型號(hào) | TH511 | TH512 | TH513 |
測(cè)試頻率 | 1kHz-2MHz | ||
通道 | 標(biāo)配2通道,可擴(kuò)展4/6通道 | 標(biāo)配2通道 | |
測(cè)試參數(shù) | Ciss、Coss、Crss、Rg(MOSFET)或Cies、Coes、Cres、Rg(IGBT) | ||
測(cè)試方式 | 點(diǎn)測(cè)、列表掃描、圖形掃描(選件) | ||
VGS范圍 | 0-±40V | ||
VDS范圍 | 0 - ±200V | 0 - ±1500V | 0 - ±3000V |
分選 | 10檔 | ||
接口 | RS232C、USB HOST、USB DEVICE、LAN、GPIB、HANDLER | ||
編程協(xié)議 | SCPI、MODBUS |
特點(diǎn):
體積小: | LCR+VGS電源+VDS電源+高低壓切換開(kāi)關(guān)+軟件集成在一臺(tái)儀器內(nèi)部,體積僅430mm(W)x177mm(H)x405mm(D) |
集成度高: | 無(wú)需上位機(jī)軟件,儀器本身即可測(cè)試4個(gè)參數(shù)及多種曲線 |
操作方便: | 10.1寸觸摸屏,Linux操作簡(jiǎn)單 提供標(biāo)準(zhǔn)工裝,直接插入器件即可測(cè)試 |
精度高: | 以同惠30年阻抗測(cè)試基礎(chǔ),全部轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)內(nèi)置,開(kāi)路/短路校準(zhǔn)技術(shù)保證了電容和電阻測(cè)試精度和單機(jī)一樣 |
VDS高: | 可達(dá)200V/1500V/3000V |
通道多 | 標(biāo)配2通道,可擴(kuò)展至6通道,適合多個(gè)單管器件或模組器件測(cè)試 |
擴(kuò)展性好: | 提供RS232C、USB、LAN接口 SCPI協(xié)議 支持HANDLER接口交互 可方便集成與自動(dòng)化產(chǎn)線或功率電子測(cè)試系統(tǒng) |
應(yīng)用場(chǎng)景:
a)實(shí)驗(yàn)室、產(chǎn)線工作臺(tái)
對(duì)于實(shí)驗(yàn)室、產(chǎn)線工作臺(tái)應(yīng)用,一臺(tái)單機(jī)即可完成全部測(cè)試,提供了標(biāo)準(zhǔn)化直插治具,對(duì)于直插式MOSFET或IGBT器件,直接插入治具即可進(jìn)行測(cè)試;
同時(shí)可以測(cè)試最多6個(gè)單個(gè)器件。
優(yōu)勢(shì)如下:
l 體積小,便于集成
l 測(cè)試精度高
l 測(cè)試速度快,測(cè)試效率高
l 性價(jià)比高,比國(guó)產(chǎn)系統(tǒng)更便宜
l 操作簡(jiǎn)單方便
l 功能可定制化
b) 產(chǎn)線自動(dòng)化測(cè)試
針對(duì)產(chǎn)線自動(dòng)化測(cè)試,公司提供了2米延長(zhǎng)線便于客戶自己改裝自動(dòng)化產(chǎn)線工裝改裝,儀器出廠前已校準(zhǔn)好2米線測(cè)試數(shù)據(jù),保證只要按標(biāo)準(zhǔn)要求改裝,不會(huì)損失測(cè)試精度。
儀器已標(biāo)配了HANDLER接口,可自行編程每個(gè)信號(hào)線的輸入輸出電平及信號(hào)特征,便于與自動(dòng)化產(chǎn)線進(jìn)行I/O信號(hào)交互。
儀器內(nèi)置了SCPI、MODBUS標(biāo)準(zhǔn)編程指令協(xié)議,用戶可自行編程集成到產(chǎn)線自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)中,同惠也提供標(biāo)準(zhǔn)化上位機(jī)軟件或定制特殊需求的上位機(jī)軟件。
優(yōu)勢(shì)如下:
l 提供2米擴(kuò)展延長(zhǎng)線
l 測(cè)試精度高
l 測(cè)試速度快,測(cè)試效率高
l 標(biāo)配HANDLER接口
l 操作簡(jiǎn)單方便
l 功能可定制化
2. 多芯器件或模組MOSFET、IGBT測(cè)試方案
多芯器件、模組器件由于內(nèi)部集成多個(gè)MOSFET、IGBT芯片,而且內(nèi)部電路比較復(fù)雜,因此,測(cè)試相對(duì)復(fù)雜。
由上圖可見(jiàn),部分多芯器件、模組器件由于腳位眾多、核心多、有貼片封裝、異形封裝等,如果用單機(jī)去測(cè)試,接線都很困難,而要完成整顆器件測(cè)試更是難上加難。
因此,同惠為此開(kāi)發(fā)了針對(duì)模組式器件的測(cè)試系統(tǒng)
1) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
整套系統(tǒng)基于TH510系列半導(dǎo)體CV特性分析儀,加上定制工裝、上位機(jī)軟件等組成了一套完整的測(cè)試、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。
2) 上位機(jī)軟件
測(cè)試軟件采用同惠測(cè)試系統(tǒng)通用框架,根據(jù)不同產(chǎn)品或不同需求會(huì)有相應(yīng)更改
測(cè)試頁(yè)面
數(shù)據(jù)編輯頁(yè)面
數(shù)據(jù)記錄頁(yè)面
權(quán)限設(shè)置頁(yè)面
MOSFET單管、模組CV特性測(cè)試分析
IGBT單管、模組CV特性測(cè)試分析
晶圓CV特性測(cè)試分析
芯片分布電容CV特性測(cè)試分析
3) 整套測(cè)試系統(tǒng)配置清單
清單可根據(jù)不同需求定制
序號(hào) | 設(shè)備名稱 | 型 號(hào) | 單位 | 數(shù)量 | 備注 |
1 | 半導(dǎo)體CV特性分析儀 | TH511 | 臺(tái) | 1 | 可根據(jù)DS電壓選擇不同型號(hào) |
2 | 工控機(jī) | 研華610 | 套 | 1 | 含無(wú)線鍵盤、鼠標(biāo) |
3 | 操作臺(tái) | ----- | 臺(tái) | ||
4 | 測(cè)試治具 | 套 | 1 | 定制 | |
5 | 系統(tǒng)機(jī)柜 | TH301 | 套 | ||
6 | 掃碼槍 | 基恩士SR700 | 臺(tái) | 1 | 可根據(jù)需求選擇 |
7 | 系統(tǒng)軟件 | 套 | 1 | 定制 | |
8 | |||||
9 | |||||
10 | |||||
標(biāo)配 | |||||
配件名稱 | 型號(hào) |
選配 | |||||
配件名稱 | 型號(hào) |
產(chǎn)品咨詢