功率器件的高溫反偏和高溫柵偏測試系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于功率器件的可靠性研究領域，尤其是涉及一種功率器件的高溫反偏和高溫柵偏測試系統。本發明對功率器件壽命的預測、功率器件的設計以及生產都有著相當重要的作用。
【背景技術】
[0002]由于電力電子應用領域的高速發展，功率芯片的電流密度不斷增大，而功率芯片的功率模塊中的封裝密度也在不斷加大，從而對功率器件的可靠性要求不斷提高。另一方面，由于在新能源發電及混合動力汽車等新的應用領域的不斷發展，使得功率器件需要在更加惡劣的環境中工作，因此對功率器件的可靠性提出了更加高的要求。
[0003]高溫反偏和高溫柵偏測試是檢驗功率器件在高溫下工作穩定性及可靠性的關鍵測試。其中高溫反偏測試用于驗證功率器件長期高溫穩定工作情況下芯片的泄漏電流，而高溫柵偏測試則用于驗證功率器件高溫柵極泄漏電流的穩定性。目前，許多功率器件的用戶廠家還不具備類似的檢測實驗設備，或者只是搭出相應的實驗電路，但無法對實驗過程中的泄漏電流數據進行實時采集，而在測試過程中如果沒有專人負責看守，也無法知曉被測器件何時損壞，或測試何時終止，這使得高溫反偏和高溫柵偏測試的完整性和可信度都存在冋題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種功率器件的高溫反偏和高溫柵偏測試系統，根據與被測器件不同端子的連接，即可以進行高溫反偏測試，又可以進行高溫柵偏測試，而且可以對實驗過程中的泄漏電流數據進行實時采集，并可以根據預先設定的失效標準，非常準確地得到被測功率器件在高溫反偏或高溫柵偏測試下的失效時間，為功率器件壽命的預測、功率器件的設計以及生產相當重要的可靠性數據。而根據國際標準IEC60747規定的失效標準，要求在高溫反偏和高溫柵偏時，泄漏電流不能超過被測功率器件的相應泄漏電流的規格上限，泄漏電流的規格上限可在被測功率器件的產品說明書中查到。
[0005]為了實現上述的目的，本發明提供了一種功率器件的高溫反偏和高溫柵偏測試系統，它包括:微機控制系統、電壓偏置系統、器件加熱系統和數據采集系統。其特征在于:微機控制系統和電壓偏置系統，數據采集系統連接；
所述的微機控制系統包括計算機和安裝于計算機內的相關控制軟件，微機控制系統的功能是控制電壓偏置系統和數據采集系統完成控制軟件指定的動作；
所述的電壓偏置系統包括一個程控電壓源和一個限流電阻;程控電壓源和微機控制系統連接，由控制軟件控制程控電壓源向被測器件提供反偏或柵偏的電壓;限流電阻接在程控電壓源和被測器件之間；
所述的器件加熱系統包括可放置實驗樣品的內箱體、加熱裝置、可編程溫度控制器、溫度傳感器。可編程溫度控制器安裝在內箱體之外，加熱裝置和溫度傳感器在內箱體中，與可編程溫度控制器相連；
所述的數據采集系統包括程控電流表和程控電壓表，程控電流表和程控電壓表分別與微機控制系統連接;程控電流表與電壓偏置系統和被測器件形成一個測試電路，用于測試高溫反偏和高溫柵偏時的漏電流，而程控電壓表并接在被測器件的兩端，用于測試器件的壓降。
[0006]所述的微機控制系統中的控制軟件為LabVIEW軟件，利用LabVIEW軟件編程控制電壓偏置系統和數據采集系統。
[0007]所述的電壓偏置系統中的程控電壓源和微機控制系統之間通過GPIB、RS232、RS485和TTL通訊方式中的任意一種或幾種的組合進行連接;根據在功率器件做高溫反偏和高溫柵偏測試時所需加偏置電壓的大小，程控電壓源的輸出電壓范圍在50?7500V可調。
[0008]所述的限流電阻在高溫反偏時使用，而在高溫柵偏時短接，限流電阻的主要作用是對連接在測試電路中的程控電壓源和程控電流表起保護作用，限流電阻的阻值根據被測器件所加偏置電壓的大小，限流電阻太大會分擔過多的輸出電壓，限流電阻若太小，則不能起到保護作用，因此優選為100?100000 Ω。
[0009]所述的加熱系統中的可編程溫度控制器可以控制加熱裝置和溫度傳感器，讓放置在內箱體中的被測器件加熱到指定溫度，加熱溫度范圍在50?200°C之間。
[0010]所述的數據采集系統中的程控電流表、程控電壓表與微機控制系統之間通過GPIB、RS232、RS485和TTL通訊方式中的任意一種或幾種的組合進行連接。
[0011]所述的高溫反偏和高溫柵偏的測試由被測器件所接入測試電路的不同端子來確定。對于二極管類功率器件來說，由于沒有柵極，因此不需要做高溫柵偏測試，在高溫反偏測試時，程控電壓源電壓輸出端與被測器件陰極相連，并與限流電阻和程控電流表連成閉合回路;對于MOS類功率器件(主要為功率MOSFET和IGBT)來說，在高溫反偏時，程控電壓源電壓輸出端與被測器件的漏極(功率M0SFET)或集電極(IGBT)相連，源極(功率M0SFET)或發射極(IGBT)與限流電阻和程控電流表連成閉合回路，被測器件的柵極空置，在這個測試電路中程控電流表與限流電阻互換位置后的測試效果與之前的測試電路相同；在高溫柵偏時，程控電壓源電壓輸出端與被測器件的柵極相連，源極(功率M0SFET)或發射極(IGBT)與限流電阻和程控電流表連成閉合回路，被測器件的集電極空置。
[0012]本發明的優點是可以根據功率器件接入本發明所述的測試系統的不同端子，提供高溫反偏和高溫柵偏的測試，并在測試中對被測功率器件的泄漏電流的數據進行實時采集，并可根據預先設定的失效標準，準確記錄高溫反偏和高溫柵偏的失效時間。
【附圖說明】
[0013]圖1所示為本發明中各系統的關系框圖。
[0014]圖2所示為本發明中器件加熱系統中相關裝置示意圖。
[0015]圖3所示為本發明提供的一種功率器件高溫反偏測試時的電路圖。
[0016]圖4所示為本發明提供的一種功率器件高溫柵偏測試時的電路圖。
【具體實施方式】
[0017]如圖1所示，本實施例以IGBT為被測器件為例，本實施例提供了一種功率器件的高溫反偏和高溫柵偏測試系統，它包括:微機控制系統1、電壓偏置系統2、器件加熱系統3和數據采集系統4。其特征在于:微機控制系統I和電壓偏置系統2、數據采集系統4連接；
所述的微機控制系統I包括計算機和安裝于計算機內的相關控制軟件，微機控制系統I的功能是控制電壓偏置系統2和數據采集系統4完成控制軟件指定的動作；
如圖2所示，所述的器件加熱系統3包括可放置實驗樣品的內箱體31、加熱裝置34、可編程溫度控制器33、溫度傳感器32。可編程溫度控制器33安裝在內箱體之外，加熱裝置34和溫度傳感器32放置在內箱體中，與可編程溫度控制器3