宽禁带半导体模块动态参数测试系统-云帆兴烨

发表日期:2022/07/07 浏览次数:

半导体模块动态参数测试系统面临的挑战

高功率密度测试能力

半导体模块动态参数测试系统功率模块通常比分立功率器件具有更高的功率密度,因为其通过集合多个场效应晶体管(FET)芯片以增加电流。对于一些电动车应用来说,采用增加电压或大电流来减少充电时间和延长续航能力尤为必要。测试设备必须具备对高压高流的测试能力能力,才能更好的对WBG电源模块进行评估。


准确测量上管Vgs

大多数电力电子应用需要半桥结构作为变频器和转换器的基础,根据不同的应用,市面上常见的如二合一、四合一或六合一的配置。而对于半导体模块动态参数测试系统,如TO-247封装,多数情况下只需要测试器件的下管即可评估其性能。然而,对于功率模块,我们不能假定上管和下管的特性一致,需要同时对上管和下管进行测量,以确定整个半桥模块的特性,这是由于在半桥结构中,上管与下管之间的结点处电压是随着开关动态变化的。

这就意味着针对上管的测试非常具有挑战性,尤其是在很低的栅极电压情况下,如10~20V,当源极上下切换时,实现几百伏的电压转换速率是极为困难的,除非使用高共模抑制测量技术。当测量上管Vgs时,高的共模抑制比是进行准确测量的重要参数,而测量探头的带宽和噪声也是能够准确测量的关键因素。

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图:上管Vgs测试示意


被测件DUT的焊接

评估功率模块时,电路板的布局需要仔细设计,因为双脉冲测试(DPT)测试板集成了几乎所有的双脉冲测试元件,比如与电源模块的连接器、栅极驱动器、去耦电容以及电流测量模块。而被测件通常被焊接到测试板上,以减少杂散电感。由于测试过程中反复焊接不同的待测件,使得对功率模块的测量过程费时费力。


测试结果的一致性与操作的安全性

基于新一代宽禁带器件组成的功率模块,其电压和电流的容限更高,对测试仪器的精度和安全性也要求更高,每次测试都需要对仪器进行校准,使用传统的硅(Si)功率器件的半导体模块动态参数测试系统,或者函数发生器、电源、示波器和探头集成的简易设备,已经很难适应新型的IGBT和SiC模块测试需求;另外随着功率模块动辄几百伏的电压和几百安的电流容限,对测试人员和设备的保护也变得越来越重要。


评估模块的结温特性

功率模块的温度依赖性在动态测量是至关重要的,因为模块最终使用的场景往往要在恶劣的环境中进行,比如炎热的沙漠、潮湿的热带雨林或极度寒冷的高纬度地区,测试系统也需要具备相应的高低温的测试能力。


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