動(dòng)態(tài)測試WBG功率半導體裸片

雙脈沖測試將在電力電子的未來(lái)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。電源設計人員和系統工程師依靠它來(lái)評估 MOSFET 和 IGBT 等功率半導體在動(dòng)態(tài)條件下的開(kāi)關(guān)特性。通過(guò)評估開(kāi)關(guān)期間的功率損耗和其他指標，這些測試使工程師能夠優(yōu)化最新電源轉換器、逆變器和其他電源電路的效率和可靠性。

推動(dòng)采用雙脈沖測試的是它能夠在設計過(guò)程的早期評估最壞情況下工作條件下的電力電子設備。這有助于降低將來(lái)出現不可預見(jiàn)問(wèn)題的風(fēng)險。

然而，由于 SiC MOSFET 的開(kāi)關(guān)速度更快，GaN 功率 FET 的頻率更高，因此基于氮化鎵 （GaN） 和碳化硅 （SiC） 的功率器件動(dòng)態(tài)測試帶來(lái)了不同的挑戰。因此，使用這些下一代功率半導體的工程師在嘗試降低功率損耗時(shí)仍然面臨障礙。

動(dòng)態(tài)測量

是德科技正試圖解決這個(gè)問(wèn)題，讓工程師能夠在封裝之前測量寬帶隙 （WBG） 功率半導體芯片的動(dòng)態(tài)特性。是德科技表示，該測試夾具經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)設計，可以最大限度地減少可能影響裸晶片雙脈沖測試精度和可靠性的寄生效應，并且無(wú)需焊接。該裝置與該公司的雙脈沖測試儀兼容，包括 PD1550A（見(jiàn)圖）。

雖然 Advanced Dynamic Power Device Analyzer 的高級動(dòng)態(tài)功率器件分析儀可以測試 GaN 和 SiC 功率器件和模塊，但 Keysight 最新的測試解決方案也使其能夠分析裸芯片。

是德科技汽車(chē)和能源解決方案副總裁兼總經(jīng)理 Thomas Goetzl 表示：“隨著(zhù)全新 WBG 半導體裸芯片評估方法的推出，我們正在幫助行業(yè)加快開(kāi)發(fā)高效、穩健的功率半導體分立器件和功率模塊。

基于 SiC 和 GaN 的功率半導體是各種產(chǎn)品的核心構建模塊，從電動(dòng)汽車(chē)中的車(chē)載充電器 （OBC） 和牽引逆變器，到太陽(yáng)能、風(fēng)能和其他連接到電網(wǎng)的可再生能源系統。它們還有可能緩解數據中心快速增長(cháng)的電力需求，從而推動(dòng) AI 的最新進(jìn)展。但它們以許多不同的形式使用，包括預封裝的設備或包含裸半導體芯片的電源模塊。

什么是雙脈沖測試？

雙脈沖測試 （DPT） 是在硬開(kāi)關(guān)情況下測量這些功率半導體特性的最廣泛采用的方法。它揭示了對動(dòng)態(tài)條件下功率器件的寶貴見(jiàn)解，使工程師能夠準確測量從導通 （Eon） 和關(guān)閉 （Eoff） 期間的能量損失到電流 （di/dt） 和電壓 （dv/dt） 斜率的所有內容。該測試還可以測量功率器件的反向恢復特性 （Qrr） 以及控制它的柵極驅動(dòng)器的作。

借助它，電源設計人員和系統工程師可以提高電源轉換的效率。它還可以幫助他們在設計過(guò)程的早期識別潛在的性能問(wèn)題，從而實(shí)現更穩健、更可靠的電源設計。

雙脈沖測試需要幾臺設備。電源或源測量單元 （SMU） 提供電壓，而任意函數發(fā)生器 （AFG） 或其他測試儀輸出柵極驅動(dòng)信號，以打開(kāi)和關(guān)閉功率器件，使工程師能夠評估其在不同電流負載和不同溫度下的性能。提供精確柵極驅動(dòng)信號（這些是雙脈沖測試中的“脈沖”）的能力對于執行這些測試至關(guān)重要。

通過(guò)調整導通和關(guān)斷時(shí)間，工程師可以觀(guān)察和分析功率器件的開(kāi)關(guān)波形。在大多數情況下，使用高帶寬混合信號示波器來(lái)捕獲這些高速信號，并與幾種不同的探頭配對，以測量功率器件的柵極和漏極電流，并執行隔離的高側柵極電壓測量。這些數據對于了解功率器件在各種條件下的性能至關(guān)重要。

在典型設置中，一對預封裝的功率器件以半橋拓撲形式放置在帶有柵極驅動(dòng)器和電流傳感器的評估板上。PCB 專(zhuān)為雙脈沖測試而設計。

Keysight 表示，測試裸功率半導體可以讓工程師更全面地了解功率器件的開(kāi)關(guān)特性。但是，在封裝前測量功率晶體管的動(dòng)態(tài)作通常需要直接焊接到裸芯片上。據該公司稱(chēng)，這個(gè)過(guò)程不僅困難，而且還可能導致寄生效應，從而影響測量的準確性和可靠性。

最小化裸功率器件的寄生效應

是德科技表示，它通過(guò)其最新的測試系統來(lái)應對這些挑戰，該系統允許功率器件工程師和系統設計師在芯片從晶圓上切割后立即執行動(dòng)態(tài)表征。是德科技表示，該系統有助于快速、輕松地容納裸功率器件，為測試提供足夠的電接觸，同時(shí)防止小而脆弱的芯片產(chǎn)生電弧或損壞。

測試夾具的獨特設計無(wú)需直接焊接到功率器件上，也無(wú)需在其頂部放置針形探針。這最大限度地減少了測試電路中的寄生效應，并為快速開(kāi)關(guān) SiC 和 GaN 功率器件產(chǎn)生干凈的測量波形。該系統的寄生功率環(huán)路電感小于 10 nH?！奥阈酒瑒?dòng)態(tài)特性分析曾經(jīng)被認為幾乎不可能完成，現在隨著(zhù)我們的功率半導體測試產(chǎn)品組合的擴展，這成為可能，”Goetzl 說(shuō)。