動態(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中發(fā)揮關(guān)鍵作用。電源設(shè)計人員和系統(tǒng)工程師依靠它來評估 MOSFET 和 IGBT 等功率半導體在動態(tài)條件下的開關(guān)特性。通過評估開關(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(zhuǎn)換器、逆變器和其他電源電路的效率和可靠性。

推動采用雙脈沖測試的是它能夠在設(shè)計過程的早期評估最壞情況下工作條件下的電力電子設(shè)備。這有助于降低將來出現(xiàn)不可預見問題的風險。

然而，由于 SiC MOSFET 的開關(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） 的功率器件動態(tài)測試帶來了不同的挑戰(zhàn)。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仍然面臨障礙。

動態(tài)測量

是德科技正試圖解決這個問題，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態(tài)特性。是德科技表示，該測試夾具經(jīng)過專門設(shè)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，并且無需焊接。該裝置與該公司的雙脈沖測試儀兼容，包括 PD1550A（見圖）。

雖然 Advanced Dynamic Power Device Analyzer 的高級動態(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。

是德科技汽車和能源解決方案副總裁兼總經(jīng)理 Thomas Goetzl 表示：“隨著全新 WBG 半導體裸芯片評估方法的推出，我們正在幫助行業(yè)加快開發(fā)高效、穩(wěn)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(gòu)建模塊，從電動汽車中的車載充電器 （OBC） 和牽引逆變器，到太陽能、風能和其他連接到電網(wǎng)的可再生能源系統(tǒng)。它們還有可能緩解數(shù)據(jù)中心快速增長的電力需求，從而推動 AI 的最新進展。但它們以許多不同的形式使用，包括預封裝的設(shè)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。它揭示了對動態(tài)條件下功率器件的寶貴見解，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(nèi)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(qū)動器的作。

借助它，電源設(shè)計人員和系統(tǒng)工程師可以提高電源轉(zhuǎn)換的效率。它還可以幫助他們在設(shè)計過程的早期識別潛在的性能問題，從而實現(xiàn)更穩(wěn)健、更可靠的電源設(shè)計。

雙脈沖測試需要幾臺設(shè)備。電源或源測量單元 （SMU） 提供電壓，而任意函數(shù)發(fā)生器 （AFG） 或其他測試儀輸出柵極驅(qū)動信號，以打開和關(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(qū)動信號（這些是雙脈沖測試中的“脈沖”）的能力對于執(zhí)行這些測試至關(guān)重要。

通過調(diào)整導通和關(guān)斷時間，工程師可以觀察和分析功率器件的開關(guān)波形。在大多數(shù)情況下，使用高帶寬混合信號示波器來捕獲這些高速信號，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(zhí)行隔離的高側(cè)柵極電壓測量。這些數(shù)據(jù)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(shè)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(qū)動器和電流傳感器的評估板上。PCB 專為雙脈沖測試而設(shè)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關(guān)特性。但是，在封裝前測量功率晶體管的動態(tài)作通常需要直接焊接到裸芯片上。據(jù)該公司稱，這個過程不僅困難，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，它通過其最新的測試系統(tǒng)來應對這些挑戰(zhàn)，該系統(tǒng)允許功率器件工程師和系統(tǒng)設(shè)計師在芯片從晶圓上切割后立即執(zhí)行動態(tài)表征。是德科技表示，該系統(tǒng)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(shè)計無需直接焊接到功率器件上，也無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，并為快速開關(guān) SiC 和 GaN 功率器件產(chǎn)生干凈的測量波形。該系統(tǒng)的寄生功率環(huán)路電感小于 10 nH?！奥阈酒瑒討B(tài)特性分析曾經(jīng)被認為幾乎不可能完成，現(xiàn)在隨著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。