[发明专利]一种IGBT器件的多应力作用测试系统及方法

说明书

本发明公开了一种IGBT器件的多应力作用测试系统及方法。所述系统包括：直流电流源、电流测试支路开关、直流电压源、电压测试支路开关和多个并联的测试支路；测试支路包括测量电流支路和被测器件支路；测量电流支路包括串联的测量电流源和测量电流开关；被测器件支路包括多个被测IGBT器件，相邻两个被测IGBT器件通过串并联转换电路连接；各测试支路均通过一个电流测试支路开关与直流电流源连接；各测试支路均通过一个电压测试支路开关与直流电压源连接。本发明解决了测试准确性低、金钱成本高、时间成本高的问题。

技术领域

本发明涉及功率半导体器件测试领域，特别是涉及一种绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)器件的多应力作用测试系统及方法。

背景技术

功率半导体器件的应用越来越广泛，目前全世界至少60％以上的电能均由它来控制，随着柔性直流输电技术、新能源汽车的发展，这一比例将大大上升。更广泛的应用对功率半导体器件在电压等级、容量和长期运行可靠性方面提出了更高的挑战，高电压等级、大容量的器件被称为高压大功率半导体器件。用于考核高压大功率半导体器件可靠性的测试有十几种，如表1所示，最重要的测试有功率循环测试、高温反偏测试、高温栅偏测试，分别对应高压大功率半导体器件封装特性、芯片长期耐压能力和芯片栅极可靠性的考核。

表1高压大功率半导体器件可靠性测试项目

功率循环测试通过直流电流将被测器件加热使得其温度升高，此后通过水冷系统冷却，以此反复循环以考核封装的长期运行可靠性；高温反偏测试通过高温环境下在阻断的器件两端施加高压，以考核芯片终端长期耐压能力；高温栅偏测试通过高温环境下在器件栅极施加电压，以考核芯片长期栅极可靠性。功率循环及高温反偏测试、高温栅偏测试的基本原理如图1所示。其中，图1的(a)部分为功率循环测量电路原理图，图1的(a)部分中，I_Load为负载电流源，I_Sense为测量电流源，K为开关，DUT IGBT为待测IGBT器件，为保证测量电流源的温升效应不对器件产生老化，I_Sense≈0.001*I_Load。开关K闭合，使负载电流通过待测器件以对器件加热，开关K断开后，负载电流被移除，测量电流仍加在待测器件两端，重复整个过程构成功率循环测试。图1的(b)部分为功率循环测量时序图，图1的(b)部分中，T_on期间器件通过I_Load和I_Sense并被加热，T_on时刻图1的(a)部分中的开关K断开，负载电流被移除，器件仅通过I_Sense并降温，重复整个过程构成功率循环测试。图1的(c)部分为高温反偏测量电路原理图，图1的(c)部分中，待测IGBT器件GE两端短路，高压电源V_C通过开关K向待测IGBT器件CE两端施加电压，测量电阻R_Measure串联在器件发射极处以测量CE漏电流I_ces。图1的(d)部分为高温栅偏测量电路原理图。图1的(d)部分中，待测IGBT器件CE两端短路，栅极电源V_G通过开关K向待测IGBT器件GE两端施加电压，测量电阻R_Measure串联在器件栅极处以测量GE漏电流I_ges。

然而，常规的可靠性考核均是单个器件只进行单一可靠性实验测试，如目前的功率循环测试、高温反偏测试、高温栅偏测试都是通过独立的器件分开考核，并未考虑多因素综合作用的影响。但是高压大功率半导体器件的实际应用环境是多应力综合交叉耦合作用的，器件导通阶段的大电流、高温度梯度，器件阻断状态的高电压、高温都以不同的机理加速器件的老化。如，封装材料的老化还可能导致器件终端耐压能力的下降，这是单一可靠性实验项目无法评估的。此外，各器件只进行单一的一项可靠性测试还增加了测试的金钱成本、时间成本。

发明内容

基于此，有必要提供一种IGBT器件的多应力作用测试系统及方法，以解决测试准确性低、金钱成本高、时间成本高的问题。