IGBT及其應(yīng)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(chǎng)效應(yīng)管）組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，具有高輸入阻抗、低導(dǎo)通壓降、高速開(kāi)關(guān)特性和低導(dǎo)通狀態(tài)損耗等特點(diǎn)，在較高頻率的大、中功率應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)地位。

目前IGBT已經(jīng)能夠覆蓋從600V-6500V的電壓范圍，應(yīng)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(guó)家電網(wǎng)等一系列領(lǐng)域。

IGBT功率半導(dǎo)體器件主要測(cè)試參數(shù)

近年來(lái)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(lái)越廣泛的應(yīng)用,那么IGBT的測(cè)試就變的尤為重要了。IGBT的測(cè)試包括靜態(tài)參數(shù)測(cè)試、動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試、功率循環(huán)、HTRB可靠性測(cè)試等，這些測(cè)試中最基本的測(cè)試就是靜態(tài)參數(shù)測(cè)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IGEs、集電極-發(fā)射極截止電流ICEs、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Crss。只有保證IGBT的靜態(tài)參數(shù)沒(méi)有問(wèn)題的情況下，才進(jìn)行像動(dòng)態(tài)參數(shù)(開(kāi)關(guān)時(shí)間、開(kāi)關(guān)損耗、續(xù)流二極管的反向恢復(fù))、功率循環(huán)、HTRB可靠性方面進(jìn)行測(cè)試。

IGBT功率半導(dǎo)體器件測(cè)試難點(diǎn)

IGBT是由BJT（雙極型三極管）和MOS（絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管）組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體 器件，兼有高輸入阻抗和低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)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(duì)芯片的可靠性要求較高。這給IGBT測(cè)試帶來(lái)了一定的困難：

1、IGBT是多端口器件，需要多種儀表協(xié)同測(cè)試；

2、IGBT的漏電流越小越好，需要高精度的設(shè)備進(jìn)行測(cè)試；

3、IGBT的電流輸出能力很強(qiáng)，測(cè)試時(shí)需要快速注入1000A級(jí)電流，并完成壓降的釆樣；

4、IGBT耐壓較高，一般從幾千到一萬(wàn)伏不等，需要測(cè)量?jī)x器具備高壓輸出和高壓下nA級(jí)漏電流測(cè)試的能力；

5、由于IGBT工作在強(qiáng)電流下，自加熱效應(yīng)明顯，嚴(yán)重時(shí)容易造成器件燒毀，需要提供μs級(jí)電流脈沖信號(hào)減少器件自加熱效應(yīng)；

6、輸入輸出電容對(duì)器件的開(kāi)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(cè)試十分有必要。

普賽斯IGBT功率半導(dǎo)體器件靜態(tài)參數(shù)測(cè)試解決方案

普賽斯IGBT功率器件靜態(tài)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)，集多種測(cè)量和分析功能一體，可以精準(zhǔn)測(cè)量IGBT功率半導(dǎo)體器件的靜態(tài)參數(shù),具有高電壓和大電流特性、μΩ級(jí)精確測(cè)量、nA級(jí)電流測(cè)量能力等特點(diǎn)。支持高壓模式下測(cè)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。

普賽斯功率器件靜態(tài)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)，主要包括測(cè)試主機(jī)、測(cè)試線、測(cè)試夾具、電腦、上位機(jī)軟件，以及相關(guān)通訊、測(cè)試配件等構(gòu)成。模塊化的設(shè)計(jì)測(cè)試方法靈活，能夠極大方便用戶添加或升級(jí)測(cè)量模塊，適應(yīng)測(cè)量功率器件不斷變化的需求。整套系統(tǒng)采用普賽斯自主開(kāi)發(fā)的測(cè)試主機(jī)，內(nèi)置多種規(guī)格電壓、電流、電容測(cè)量單元模塊。結(jié)合專用上位機(jī)測(cè)試軟件，可根據(jù)測(cè)試項(xiàng)目需要，設(shè)置不同的電壓、電流等參數(shù)，以滿足不同測(cè)試需求。測(cè)試數(shù)據(jù)可保存與導(dǎo)出，并可生成I-V以及C-V特性曲線。此外，測(cè)試主機(jī)可與探針臺(tái)搭配使用，實(shí)現(xiàn)晶圓級(jí)芯片測(cè)試；也可與高低溫箱、溫控模塊等搭配使用，滿足高低溫測(cè)試需求。

測(cè)試主機(jī)內(nèi)部采用的電壓、電流測(cè)量單元，均采用多量程設(shè)計(jì)，測(cè)試精度為0.1%。其中，柵極-發(fā)射極，最大支持30V@10A脈沖電流輸出與測(cè)試，可測(cè)試低至pA級(jí)漏電流；集電極-發(fā)射極，最大支持6000A高速脈沖電流，典型上升時(shí)間為15μs，且具備電壓高速同步采樣功能；最高支持3500V電壓輸出，且自帶漏電流測(cè)量功能；頻率最高支持1MHz。支持國(guó)標(biāo)全指標(biāo)的一鍵測(cè)試。

圖：IGBT測(cè)試系統(tǒng)國(guó)標(biāo)參數(shù)測(cè)試規(guī)格

其中，普賽斯儀表專注于第三代先進(jìn)半導(dǎo)體的科學(xué)儀器國(guó)產(chǎn)替代需求為重點(diǎn)研究方向，針對(duì)IGBT等功率器件靜態(tài)參數(shù)測(cè)試所需的高壓源測(cè)單元有非常強(qiáng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力，可持續(xù)滿足市場(chǎng)對(duì)3KV、5KV、10KV的測(cè)試需求。

普賽斯儀表推出的E系列高壓程控電源具有輸出及測(cè)量電壓高（0-3500V，可拓展至10kV）、能輸出及測(cè)量微弱電流信號(hào)（1nA）、輸出及測(cè)量電流0-100mA等特點(diǎn)。

設(shè)備工作在第一象限，產(chǎn)品可以同步電流測(cè)量，支持恒壓恒流工作模式，支持豐富的IV掃描模式。E系列高壓程控電源可應(yīng)用于IGBT擊穿電壓測(cè)試、IGBT動(dòng)態(tài)測(cè)試母線電容充電電源、IGBT老化電源、防雷二極管耐壓測(cè)試等場(chǎng)合。其恒流模式對(duì)于快速測(cè)量擊穿點(diǎn)具有重大意義。

另外，針對(duì)二極管、IGBT器件、IPM模塊等需要高電流的測(cè)試場(chǎng)合，普賽斯HCPL系列高電流脈沖電源，具有輸出電流大(1000A)、脈沖邊沿陡(15μS)、支持兩路脈沖電壓測(cè)量（峰值采樣）以及支持輸出極性切換等特點(diǎn)。設(shè)備可應(yīng)用于肖特基二極管、整流橋堆、IGBT器件、IGBT半橋模塊、IPM模塊等需要高電流的測(cè)試場(chǎng)合，使用該設(shè)備可以獨(dú)立完成“電流-導(dǎo)通電壓”掃描測(cè)試。

IGBT靜態(tài)測(cè)試夾具方案

針對(duì)市面上不同封裝類型的IGBT產(chǎn)品，普賽斯還可以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(cè)試。

經(jīng)過(guò)20多年的高速發(fā)展，國(guó)內(nèi)第三代半導(dǎo)體主要企業(yè)已基本形成全產(chǎn)業(yè)鏈，產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到世界第一。主要應(yīng)用的三大領(lǐng)域分別是光電子器件，如半導(dǎo)體照明、激光顯示等；射頻電子器件，如移動(dòng)通信基站、衛(wèi)星通訊等；功率電子器件，如新能源汽車、智能電網(wǎng)、高速軌道交通等。

普賽斯儀表聚焦材料、晶圓到半導(dǎo)體器件的電性能測(cè)試設(shè)備的研發(fā)創(chuàng)新，深耕半導(dǎo)體測(cè)試領(lǐng)域，在I-V測(cè)試上積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，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(cè)單元等測(cè)試設(shè)備,廣泛應(yīng)用于高校研究所、實(shí)驗(yàn)室、新能源、光伏、風(fēng)電、軌交、變頻器等場(chǎng)景。