概述
IGBT及其應用發(fā)展
IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)是電力控制和電力轉(zhuǎn)換的核心器件,是由BJT(雙極型晶體管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅(qū)動式功率半導體器件,具有高輸入阻抗、低導通壓降、高速開關(guān)特性和低導通狀態(tài)損耗等特點,在較高頻率的大、中功率應用中占據(jù)了主導地位。
圖1:IGBT模塊外觀
圖2:IGBT結(jié)構(gòu)與等效電路圖
目前IGBT已經(jīng)能夠覆蓋從600V—6500V的電壓范圍，應用涵蓋從工業(yè)電源、變頻器、新能源汽車、新能源發(fā)電到軌道交通、國家電網(wǎng)等一系列領(lǐng)域。
圖3∶IGBT應用領(lǐng)域
圖4:IGBT在不同領(lǐng)域的應用
要測試參數(shù)
近年來IGBT成為電力電子領(lǐng)域中尤為矚目的電力電子器件,并得到越來越廣泛的應用,那么IGBT的測試就變的尤為重要了。lGBT的測試包括靜態(tài)參數(shù)測試、動態(tài)參數(shù)測試、功率循環(huán)、HTRB可靠性測試等,這些測試中最基本的測試就是靜態(tài)參數(shù)測試。
IGBT靜態(tài)參數(shù)主要包含:柵極-發(fā)射極閾值電壓VGE(th)、柵極-發(fā)射極漏電流lGEs、集電極-發(fā)射極截止電流lcEs、集電極-發(fā)射極飽和電壓VcE(sat)、續(xù)流二極管壓降VF、輸入電容Ciss、輸出電容Coss、反向傳輸電容Crsso只有保證IGBT的靜態(tài)參數(shù)沒有問題的情況下,才進行像動態(tài)參數(shù)(開關(guān)時間、開關(guān)損耗、續(xù)流二極管的反向恢復)、功率循環(huán)、HTRB可靠性方面進行測試。
IGBT功率半導體器件測試難點
IGBT是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅(qū)動式功率半導體器件,兼有高輸入阻抗和低導通壓降兩方面的優(yōu)點;同時IGBT芯片屬于電力電子芯片,需要工作在大電流、高電壓、高頻率的環(huán)境下,對芯片的可靠性要求較高。這給IGBT測試帶來了一定的困難:
1、IGBT是多端口器件,需要多種儀表協(xié)同測試;2、IGBT的漏電流越小越好,需要高精度的設(shè)備進行測試;
3、IGBT的電流輸出能力很強,測試時需要快速注入1000安級電流,并完成壓降的采樣;
4、lGBT耐壓較高,一般從幾千到一萬伏不等,需要測量儀器具備高壓輸出和高壓下納安級漏電流測試的能力;
5、由于IGBT工作在強電流下,自加熱效應明顯，嚴重時容易造成器件燒毀,需要提供us級電流脈沖信號減少器件自加熱效應;
6、輸入輸出電容對器件的開關(guān)性能影響很大,不同電壓下器件等效結(jié)電容不同,C-V測試十分有必要。
普賽斯IGBT二極管參數(shù)測試系統(tǒng)解決方案
普賽斯IGBT功率器件靜態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng),集多種測量和分析功能一體,可以精準測量IGBT功率半導體器件的靜態(tài)參數(shù),具有高電壓和大電流特性、uQ級精確測量、納安級電流測量能力等特點。支持高壓模式下測量功率器件結(jié)電容,如輸入電容、輸出電容、反向傳輸電容等。
圖5:IGBT測試系統(tǒng)圖
普賽斯IGBT功率器件靜態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)配置由多種測量單元模塊組成,系統(tǒng)模塊化的設(shè)計能夠極大方便用戶添加或升級測量模塊,適應測量功率器件不斷變化的需求。
“雙高”系統(tǒng)優(yōu)勢
高電壓、大電流
具有高電壓測量/輸出能力,電壓高達3500V(最大可擴展至10kV)
具有大電流測量/輸出能力,電流高達4000A(多模塊并聯(lián))
高精度測量
納安漏電流, μΩ級導通電阻
0.1%精度測量
模塊化配置
可根據(jù)實際測試需要靈活配置多種測量單元系統(tǒng)預留升級空間,后期可添加或升級測量單元
測試效率高
內(nèi)置專用開關(guān)矩陣,根據(jù)測試項目自動切換電路與測量單元
支持國標全指標的一鍵測試
擴展性好
支持常溫及高溫測試可靈活定制各種夾具
“魔方”式的系統(tǒng)組成
普賽斯IGBT功率器件靜態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng),主要由測試儀表、上位機軟件、電腦、矩陣開關(guān)、夾具、高壓及大電流信號線等構(gòu)成。整套系統(tǒng)采用普賽斯自主開發(fā)的靜態(tài)測試主機,內(nèi)置多種電壓、電流等級的測量單元。結(jié)合自主開發(fā)的上位機軟件控制測試主機,可根據(jù)測試項目需要,選擇不同的電壓、電流等級,以滿足不同測試需求。
系統(tǒng)主機的測量單元,主要包括普賽斯P系列高精度臺式脈沖源表、HCPL系列高電流脈沖電源、E系列高壓源測單元、C-V測量單元等。其中,P系列高精度臺式脈沖源表用于柵極驅(qū)動與測試使用,最大支持30V@10A脈沖輸出與測試;HCPL系列高電流脈沖電源用于集電極、發(fā)射極之間電流測試及續(xù)流二極管的測試,15us的超快電流上升沿,自帶電壓采樣,單設(shè)備支持最大1000A脈沖電流輸出;E系列高壓源測單元用于集電極、發(fā)射極之間電壓、漏電流測試,最高支持3500V電壓輸出,并且自帶電流測量功能。系統(tǒng)的電壓、電流測量單元,均采用多量程設(shè)計,精度為0.1%。
國標全指標的“一鍵”測試項目
普賽斯現(xiàn)在可以提供完整的IGBT芯片和模塊參數(shù)的測試方法,可以輕松實現(xiàn)靜態(tài)參數(shù)l-V和C-V的測試，最終輸出產(chǎn)品Datasheet報告。這些方法同樣適用于寬禁帶半導體SiC和GaN功率器件。
IGBT靜態(tài)測試夾具方案
針對市面上不同封裝類型的IGBT產(chǎn)品,普賽斯提供整套夾具解決方案,可用于TO單管、半橋模組等產(chǎn)品的測試。
總結(jié)
普賽斯以自主研發(fā)為導向,深耕半導體測試領(lǐng)域，在I-V測試上積累了豐富的經(jīng)驗,先后推出了直流源表、脈沖源表、高電流脈沖源表、高電壓源測單元等測試設(shè)備,廣泛應用于高校研究所、實驗室、新能源、光伏、風電、軌交、變頻器等場景。IGBT二極管參數(shù)測試系統(tǒng)認準生產(chǎn)廠家武漢普賽斯儀表！
