在當(dāng)今快速發(fā)展的工業(yè)領(lǐng)域里,電子元器件完成了極其偉大的功能。其中功率器件比如絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)、雙極性晶體管(BJT)、功率MOSFET等已經(jīng)廣泛應(yīng)用于越來(lái)越多的領(lǐng)域。如何來(lái)評(píng)估這些功率器件的熱阻特性和可靠性,我們通常會(huì)用到Power Tester功率循環(huán)測(cè)試系統(tǒng)。系統(tǒng)自帶的工業(yè)電腦附的操作控制軟件Power Tester 3/12C Control Software是其中器件參數(shù)設(shè)置和測(cè)試數(shù)據(jù)直觀展現(xiàn)的最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。目前為了滿足設(shè)備對(duì)AQG-324標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試兼容以及SiC MOSFET測(cè)試的相關(guān)建議,Power Tester 3/12C Control Software軟件方面較之前升級(jí)了很多功能。如下圖1。
圖1--
此版本的更新主要是提升兼容ECPE AQG-324標(biāo)準(zhǔn),ECPE AQG-324指南是最廣泛使用的功率模塊可靠性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)之一(適用于汽車(chē)行業(yè))。新版本更新的目的之一是改進(jìn)我們的功率循環(huán)測(cè)試儀的功能,為符合AQG-324標(biāo)準(zhǔn)的功率循環(huán)測(cè)試提供更好的兼容與支持。如圖2是設(shè)備外觀展示。
圖2--設(shè)備外觀展示
新功能大致如下:
1.計(jì)算每個(gè)循環(huán)的功率循環(huán)過(guò)程中的Rth,jc
熱瞬態(tài)測(cè)試和基于結(jié)構(gòu)功能的熱阻抗測(cè)量是Simcenter功率循環(huán)測(cè)試儀的獨(dú)特功能。根據(jù)JESD 51-14瞬態(tài)雙界面分離法,設(shè)備也支持結(jié)-殼(散熱器)的熱阻測(cè)量,但是該雙界面分離法(TDIM方法)不能在循環(huán)測(cè)試期間自動(dòng)應(yīng)用。根據(jù)IEC 60747-15:2012第5.3.6節(jié),在每個(gè)功率循環(huán)中添加了新功能用來(lái)計(jì)算Rth,jc(Rth,js)如果外殼(散熱器)溫度傳感器被附帶在器件的測(cè)試項(xiàng)目里,設(shè)備則自動(dòng)讀取到該溫度值,并自動(dòng)參與Rthjc的計(jì)算;該參數(shù)在軟件界面上正常顯示,且能評(píng)估Rth,jc的變化。
圖3--新的Rthjc計(jì)算方法
2.測(cè)量SiC MOSFET的VDS-On Cold電壓值
在MOSFET(尤其是SiC MOSFET)器件的情況下,導(dǎo)通狀態(tài)電壓對(duì)溫度高度敏感。因此,在加熱階段結(jié)束時(shí)測(cè)量的電壓值明顯受到增加的DUT溫度的影響,因此,在導(dǎo)通狀態(tài)電壓由于DUT溫度而增加的情況下,可以在鍵合線劣化發(fā)生之前停止功率循環(huán)。如圖4。
圖4--AQG-324標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)明
在本版本中,定義了兩種方法來(lái)測(cè)量不受DUT溫度影響的導(dǎo)通電壓:
Von,cold:在加熱階段開(kāi)始時(shí)測(cè)量;對(duì)于該參數(shù),在加熱階段開(kāi)始時(shí)捕獲導(dǎo)通狀態(tài)的電壓值,在循環(huán)電流導(dǎo)通之后需要用戶自行設(shè)置延遲時(shí)間。功率循環(huán)電流由開(kāi)關(guān)模式的直流電源提供,該電源需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)輸出電流以達(dá)到所需水平。設(shè)置延遲時(shí)間必須由用戶定義(所需的時(shí)間延遲也取決于設(shè)置的循環(huán)電流值和DUT電壓)。
滿足以下幾點(diǎn):
- 必須足夠長(zhǎng),以使電流達(dá)到設(shè)定的循環(huán)電流
必須足夠短以將溫度變化降至最低
如果激活,則在每個(gè)循環(huán)中的結(jié)果參數(shù)里記錄此參數(shù)。如圖5用于SiC MOSFET器件測(cè)試的“冷”通態(tài)電壓測(cè)量I。
圖5--用于SiC MOSFET器件測(cè)試的“冷”通態(tài)電壓測(cè)量I
Von,LP:在降低的加熱電流水平下測(cè)量;對(duì)于該參數(shù),導(dǎo)通狀態(tài)電壓是在用戶定義的降低的電流水平下捕獲的。加熱發(fā)生在電阻通道上。將電流減少N倍,將VDS電壓降低N倍。但是功耗和溫度變化減少了N2(1/10的電流將引起1/100的溫度變化)。用戶必須指定用于此控制測(cè)量的負(fù)載電流(ILP),應(yīng)用此特殊測(cè)試循環(huán)的頻率(此測(cè)試需要不同的電流,因此無(wú)法在每個(gè)循環(huán)中測(cè)量)。如圖6用于SiC MOSFET器件測(cè)試的“冷”通態(tài)電壓測(cè)量II。
圖6--用于SiC MOSFET器件測(cè)試的“冷”通態(tài)電壓測(cè)量II
3.使用兩個(gè)傳感器的平均值作為外殼(散熱器)溫度
對(duì)于直接接觸液體冷卻介質(zhì)的功率模塊,有必要確定PN結(jié)和冷卻介質(zhì)之間的熱阻(Rth,j-f);冷卻液溫度(Tf)定義為入口和出口冷卻液溫度的平均值。新功能可將多個(gè)溫度傳感器分配給與外殼溫度傳感器相同的DUT。在這種情況下,所選傳感器的平均值將用作殼體(流體)溫度。如圖7使用二個(gè)傳感器的溫度平均值作為外殼(散熱器)的溫度。
如圖7--使用二個(gè)傳感器的溫度平均值作為外殼(散熱器)的溫度
4.增加新的循環(huán)停止標(biāo)準(zhǔn)
定義了新的循環(huán)停止標(biāo)準(zhǔn):最大“冷”狀態(tài)電壓測(cè)量限值(兩種方法):最大|V(on,cold)|和最大|V(on,LP)|
外殼溫度限制:最大ΔT(c):最大殼體溫度擺動(dòng);最大T(c,Max):最高峰值殼體溫度;最大差值R(th,jc):用(Tj -Tc)/P公式。
計(jì)算得到的最大結(jié)-殼熱阻。如圖8-增加新的循環(huán)停止標(biāo)準(zhǔn)
如圖8--增加新的循環(huán)停止標(biāo)準(zhǔn)
針對(duì)功率循環(huán)設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)力提高的一些改進(jìn):
1.樣本失敗后繼續(xù)循環(huán)
根據(jù)實(shí)際配置,功率循環(huán)測(cè)試儀能夠同時(shí)測(cè)量多個(gè)工位的器件,每個(gè)加熱通道上最多4個(gè)器件所有這些加熱源的開(kāi)通關(guān)斷時(shí)間都是嚴(yán)格同步的;到目前為止,當(dāng)單個(gè)通道的器件出現(xiàn)故障時(shí),所有通道的電源循環(huán)都已停止。用戶必須禁用或更換設(shè)備并啟動(dòng)新的功率循環(huán)項(xiàng)目后才能繼續(xù)測(cè)試。
本次更新提供了新的功能,在其中一個(gè)加熱通道串接的四個(gè)器件的任何一個(gè)上出現(xiàn)單個(gè)器件故障時(shí),只有該通道的電流停止輸出,在所有的其他加熱通道上的器件自動(dòng)繼續(xù)功率循環(huán)而不受影響。如圖9樣本失敗后繼續(xù)功率循環(huán)
如圖9--樣本失敗后繼續(xù)功率循環(huán)和自動(dòng)導(dǎo)出數(shù)據(jù)等功能
2.自動(dòng)循環(huán)策略轉(zhuǎn)換
大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)(包括AQG 324)要求在固定負(fù)載參數(shù)的情況下運(yùn)行功率循環(huán)測(cè)試,從而使設(shè)備退化加速老化。在最初的幾個(gè)循環(huán)中,允許調(diào)整參數(shù)以達(dá)到目標(biāo)溫度擺動(dòng)和/或耗散。作為一種增強(qiáng),現(xiàn)在還可以為功率循環(huán)測(cè)量指定二次循環(huán)策略。如果指定了二次循環(huán)策略,系統(tǒng)將在用戶自定義的負(fù)載循環(huán)次數(shù)后開(kāi)始應(yīng)用二次策略(二次策略開(kāi)始[循環(huán)編號(hào)]字段)。該功能允許在參數(shù)(例如負(fù)載電流或柵極電壓)的初始調(diào)節(jié)后自動(dòng)轉(zhuǎn)換到固定參數(shù)進(jìn)行功率循環(huán)實(shí)驗(yàn)。如圖10自動(dòng)循環(huán)策略轉(zhuǎn)換。
圖10--自動(dòng)循環(huán)策略轉(zhuǎn)換
3.其他改進(jìn)
(1)根據(jù)“循環(huán)設(shè)置”選項(xiàng)卡上指定的設(shè)置,工業(yè)電腦UI界面上顯示最大的功率循環(huán)持續(xù)時(shí)間。
(2)如果該選項(xiàng)被激活,測(cè)量完成后,將自動(dòng)導(dǎo)出Rth測(cè)量值,經(jīng)過(guò)指定的時(shí)間間隔后,將自動(dòng)導(dǎo)出功率循環(huán)數(shù)據(jù)。如上圖9樣本失敗后繼續(xù)功率循環(huán)和自動(dòng)導(dǎo)出數(shù)據(jù)等功能。
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