上海范泰電子科技有限公司
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聯(lián)系我時(shí)，請告知來(lái)自 紡織服裝機械網(wǎng)由于IGBT在功率半導體的市場(chǎng)日趨重要，使用新的測試方法來(lái)測試產(chǎn)品特性及生產(chǎn)是必須的。在此介紹的模組化測試系統是瞄準功率電晶體的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)量測，討論的是IGBT設計者或是此類(lèi)設備采購者最關(guān)切的需求。首先列出IGBT測試所須的線(xiàn)路圖并定義所有的參數，最后再就控制系統的選擇舉一實(shí)例來(lái)說(shuō)明該系統的基本架構。
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前言
由于IGBT在功率半導體的市場(chǎng)日趨重要，使用新的測試方法來(lái)測試產(chǎn)品特性及生產(chǎn)是必須的。在此介紹的模組化測試系統是瞄準功率電晶體的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)量測，討論的是IGBT設計者或是此類(lèi)設備采購者最關(guān)切的需求。首先列出IGBT測試所須的線(xiàn)路圖并定義所有的參數，最后再就控制系統的選擇舉一實(shí)例來(lái)說(shuō)明該系統的基本架構。
IGBT測試系統需求
近年來(lái)，電子工業(yè)不斷發(fā)展功率元件及系統，而電力電子工業(yè)中使用IGBT裝置的數量也急速增加。由半導體至電力產(chǎn)品之制造廠(chǎng)皆希望在這些產(chǎn)品中改善成較好的效率及降低所有工業(yè)制程步驟的成本，從產(chǎn)品的研發(fā)至最后產(chǎn)品品質(zhì)的控制過(guò)程皆必須被完善控制。對這些所有的步驟，測試相對地變的非常重要，且必需準確及可靠。對在生產(chǎn)過(guò)程而言， 測試設備須具備多樣的特點(diǎn)來(lái)配合不同的測試需求。研發(fā)工程師需要知道其特性便于其設計，生產(chǎn)的人員須要快速且容易使用的工具，可控制他們的生產(chǎn)制程，品質(zhì)管制人員則需要檢查他們所組合的產(chǎn)品的特性及收集他們的結果來(lái)做統計分析。
(一)多用途性(Versatility)
現代的測試設備所須的功能，必須能不被限制其電流及電壓之供給。目前IGBT的產(chǎn)品其電流可通過(guò)1200A及阻斷電壓可高達3300V，但不久之后IGBT的產(chǎn)品即會(huì )有達到4500V及2000A的能力。且無(wú)人可預測未來(lái)其電壓及電流可達到多少，再者，現今IGBT 的測試設備，也須能測試新元件MCTS ( MOS ContrlledThyristort) 或是IGCT (Integrated Gate-Commutated Thyristor)。
因此，測試設備的評估上，須能適應及符合未來(lái)可能的發(fā)展，其不論是硬體，如電壓電流產(chǎn)生器或軟體上。
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(二)操作簡(jiǎn)單(Ease of Handling)
測試設備除了上述之特色外，應仍保持操作簡(jiǎn)單及效率佳的能力。達此目的之方法即是使用者不須具備特殊訓練即可操作此設備。如有使用晶體管特性圖示儀的用戶(hù)，操作起來(lái)會(huì )更加方便。此測試系統亦可經(jīng)常地改變測試的半導體元件的型式(通常一天數次)，對新的半導體元作的型式其可能會(huì )須要不同的制具(jig)，或是更復雜的驅動(dòng)閘控制，或是一緩沖器 (Sunbber) 的保護等。因此，使用模組化系 統即可達到上述之需求。在一個(gè)基本的測試系統上，加上一些可更換的測試單元，使其可執行不同范圍產(chǎn)品的量測。
(三)安全性(Safety)
IGBT的測試系統因其可提供非常高的電壓輸出，對操作者來(lái)講是有一 潛在的危險性，當在操作高電壓及大電流時(shí)，操作員的安全性應予以考慮，即該設備須在不同國家的規范中皆可符合其安全標準。
在執行測試時(shí)，在危險的區域應使用滑動(dòng)式門(mén)鎖定而予以保護，所有參數皆應設置于安全的工作區域中，所有的保護措施的控制皆應由硬體部份來(lái)控制，而不是軟體來(lái)控制。很顯然的，在整條生產(chǎn)線(xiàn)上（研發(fā)測試時(shí)），時(shí)間是一個(gè)很重要的因素，因此，安全系統必須要很方便，而盡可能地對測試的速度影響愈小愈好。
靜態(tài)測試(Static tests)
此測試之目的在提供元件(device)的詳細特性，讓設計者能精確地預測元件在穩態(tài)(Steady state)情況時(shí)之行為，此可協(xié)助使用者選擇的元件來(lái)用于他的應用中，更進(jìn)一步地讓其對與半導體元件相連接的設備如：電壓鉗式單元，閘極驅動(dòng)，冷卻系統等的設計更為妥切。
(一)集射極崩潰電壓 (Collector Emitter Breakdown Voltage) VCEs
量測于特定的集極電流IC下閘極短路至射極時(shí)，跨于集、射極兩端之電壓為VcEs, IGBT 的集射極崩潰電壓是會(huì )隨著(zhù)介面(Junction)溫度增加而增加的(典型對600V之IGBT 會(huì )有0.7V℃)
(二)集極至射極的泄漏電流IcEs ［或稱(chēng)為集極的截止(Cut-off )電流］
在額定的集射極電壓和閘射極短路下之集極電流為IcEs值(如圖2), IcEs的量測通常在25℃及的工作介面(Junction)溫度，且集極泄漏電流 亦會(huì )隨介面溫度升高而增加。因此，在測試期間限制電流流過(guò)及避免 thermal升高是很重要的。
(三)集極至射極的飽和電壓 (Collector to emitter saturation voltage) VcEsat
VcEsat 是在特定的集極電流，閘射極電壓及介面溫度時(shí)之集射極導通電壓VcEsat是相當重要的特性，因為其會(huì )決定導通之損失，在大的 極電流時(shí)，測試的脈沖必須非常短，如此不致有過(guò)多之損失。
(四)二極體順向電壓(Diode Forward Voltage) VF
VF是指IGBT模組中的飛輪二極體(Freewheeling Diode)在特定電流
及介面溫度時(shí)之順向導通電壓值。
(五)閘極臨界電壓(Gate threshold Voltage) VGeth
VGeth 是指在特定集極電流及閘極短路至集極時(shí)之射極的電壓值。 當閘射極電壓小于臨界值時(shí)IGBT是OFF狀態(tài)，因此閘極臨界電壓即是閘射極電壓使IGBT導通并流過(guò)特定的集極電流。VGEth是隨著(zhù)介面溫度遽增而遞減的(-11mV℃)。
(六 )跨導(Transconductance) gfs
跨導(gfs) 是于特定集極電流時(shí)，集極電流和閘射極電壓之商數 。 跨導是用來(lái)表示IGBT增益的方式。由于跨導的量測是在清楚嚴格的特定條件下所做的兩個(gè)量測之值，因此，測試設備的精準性對測試結果有很大的影向力。
第二種方法是調整閘射極電壓至特定的集射極電壓(VP)并思考下列式子：
△ VGE = △Vp
IGBT的順向跨導是會(huì )隨著(zhù)介面溫度升高而增加的，其原因在于定閘極電壓時(shí)，增加集極電流時(shí)，因電流Thermal run-away而會(huì )使晶片溫度升高，因此IGBT 并不被建議來(lái)當做一個(gè)線(xiàn)性放大器使用。
(七)閘極電荷(QGE, QcG, QG)及閘極電容(Cies, Coes, Cres)
QGE 是由驅動(dòng)電路傳送。使用閘射極電壓達可維持特定集極電流之電荷值。 QCE是由驅動(dòng)電路傳送。允許跨于閘極電容的電壓，由特定之值降至最后導通值之電荷值。 QG是閘極總電荷值，是QGe是QcG及另一附加之成份之總和，此附加之值和閘極＂Overdrive＂電壓有關(guān)由于有一些未知的雜散(stray) 電容存在電路中，所以校正脈沖是必須的。在每一測試前都會(huì )先測試雜散(Stray)電容，并用該值來(lái)修正閘極電荷電容之值。此雜散電容會(huì )依接線(xiàn)及氣候溫度等條件而變化。
閘極電荷及電容之規格在規劃閘極驅動(dòng)電路及決定閘極驅動(dòng)損失時(shí)是非常有用的。
(八)閘極至射極之泄漏電流IGEs
IGEs 是指在特定的閘射極電壓及集極短路至射極時(shí)閘極之泄漏電流 。此測試可能可以知道正或負的閘射極電壓。所量測的電流是相當小的，因此，脈沖至少須維持一個(gè)電源周期的積分時(shí)間，避免因閘極電容吸收的電流所產(chǎn)生之誤差。此量測必須在閘極電壓穩定后才可進(jìn)行。
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