功率半導體器件寄生電容測試裝置的製作方法

2023-08-10 12:28:11 6

專利名稱：功率半導體器件寄生電容測試裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體器件測試裝置，尤其涉及一種功率半導體器件寄生電容測試裝置。
背景技術：
功率半導體器件由於受到材料及製造工藝的影響不可避免的在電極之間分布有寄生電容，如圖Ia所示，這些寄生電容的存在會在很大程度上影響器件的動態特性。描述功率半導體器件的寄生電容，通常藉助寄生電容交流等效模型，如圖Ib所示，功率半導體器件內部的寄生電容一般包括輸入電容Ciee, Ciee=Cgc+Cge ;
輸出電容Coee, Coee=Cgc+Cce ；反向傳輸電容Cree, Cree=Cgc。隨著功率半導體技術的發展，現代功率半導體器件的寄生電容通常很小，只有幾十個nF甚至更低，為了準確地測量寄生電容，國際上頒布了許多針對寄生電容的測試標準，如IEC60747-8、IEC60747-9等標準中就規定了三種不同的測試電路分別用於輸入電容、輸出電容及反向傳輸電容的測試。目前測試功率半導體器件寄生電容所採用的方法是針對不同的被測寄生電容參數，分別搭建各自的測試電路，這類方法的缺點是，每當測試完成一個電容參數後，需要重新搭建測試電路才能進行下一個電容參數的測試，因此使得測試工作較為繁瑣，測試效率較低。

發明內容
為了克服現有測試方法效率低的缺點，本發明提出一種功率半導體器件寄生電容測試裝置，該裝置連接於被測器件與電容表、直流電源等外圍測試設備之間，通過該裝置上的選擇開關即可快捷地切換測試電路，從而高效地完成三個寄生電容參數的測量。本發明採用以下技術方案本發明測試裝置包括切換開關、第一、第二濾波電容、門射極電阻和濾波電感。第一濾波電容的一端與高端電壓端子和高端電流端子相連，高端電壓端子和高端電流端子在內部短接。第一濾波電容的另一端與濾波電感、第二濾波電容及集電極端子相連。第二濾波電容的一端與集電極端子相連，第二濾波電容另一端與切換開關的第一觸點相連。門射極電阻的一端與門極端子相連，門射極電阻的另一端與發射極端子相連。濾波電感的一端與電源正極端子相連，濾波電感的另一端與集電極端子相連。電源負極端子與發射極端子相連。切換開關的第一觸點與第二濾波電容的一端相連，切換開關的第二觸點與門極端子、低端電壓端子及低端電流端子相連，其中低端電壓端子及低端電流端子在內部短接，切換開關的第三觸點與地電位端子相連，切換開關的公共觸點與發射極端子以及門射極電阻的一端相連。基於本發明裝置的測試步驟如下
I.門極、集電極、發射極端子分別連接被測器件的門極、集電極、發射極。電源正、負極端子分別連接外部直流電源的正極和負極，並根據需要調節直流電源的輸出電壓。高端電壓端子、高端電流端子、低端電壓端子、低端電流端子分別連接電容表對應的端子。地電位端子與電容表內部的高頻信號源的地電位相連。旋轉切換開關使其第一觸點與公共觸點連通，從而使被測器件的集電極通過第二濾波電容與發射極連接。本發明中取第二濾波電容的容值遠大於集電極與發射極間的寄生電容，因此第二濾波電容對於測試電流呈現極低阻抗，可以認為被測器件的集電極與發射極短接，此時測試電流僅流過門極集電極寄生電容和門極發射極寄生電容，電容表顯示的測量值即為輸入電容。此外，如果選用電容表的串聯電阻電容測量模式，電容表顯示的串聯電阻值即為門極內阻。2.全部外部端子的連接不做任何改變，僅旋轉切換開關使其第二觸點與公共觸點連通，從而使被測器件的門極與發射極短接，此時測試電流僅流過門極集電極寄生電容和集電極發射極寄生電容，電容表顯示的測量值即為輸出電容。3.全部外部端子的連接不做任何改變，僅旋轉切換開關使其第三觸點與公共觸點連通，從而使被測器件的發射極與地電位短接，即被測器件的發射極與電容表內部信號源 的地電位短接，此時測試電流僅流過門極集電極寄生電容，電容表顯示的測量值即為反向傳輸電容。本發明有別於現有技術的特徵是本發明屬於一種寄生電容測試適配裝置，它連接於被測器件及外圍測試設備之間，通過操作切換開關可以方便地切換三種寄生電容測試電路，而且本發明裝置的全部接口端子與被測器件、外圍測試設備的連接無需改變，使用本裝置測試功率半導體器件的寄生電容可以大大提聞測試效率。


圖I功率半導體器件內部寄生電容分布及交流等效模型；圖2本發明公開的寄生電容測試裝置內部電路原理圖；圖3本發明公開的寄生電容測試裝置外部連接示意圖；圖4本發明公開的寄生電容測試裝置結構示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施方式
進一步說明本發明。如圖2所示，第一濾波電容Cl的一端與高端電流端子He和高端電壓端子Hp相連，高端電流端子He和高端電壓端子Hp短接，第一濾波電容Cl的另一端與濾波電感LI，第二濾波電容C2及集電極端子C相連；第二濾波電容C2的一端與集電極端子C相連，第二濾波電容C2的另一端與切換開關SI的第一觸點11相連；門射極電阻Rl的一端與門極端子G相連，門射極電阻Rl的另一端與發射極端子E及切換開關SI的公共觸點14相連，切換開關SI的公共觸點14與發射極端子E短接。濾波電感LI的一端與電源正極端子DC+相連，濾波電感LI的另一端與集電極端子C相連；電源負極端子DC-與發射極端子E相連；切換開關SI的第一觸點11與第二濾波電容C2相連，切換開關SI的第二觸點12與門極端子G、低端電壓端子Lp及低端電流端子Lc相連，其中低端電壓端子Lp與低端電流端子Lc短接；切換開關SI的第三觸點13與地電位端子GND相連，切換開關SI的公共觸點14與發射極端子E以及門射極電阻Rl相連。本發明與外圍測試設備電容表、直流電源，以及被測器件的連接關係如圖3所示。本發明裝置通過電源正極端子DC+和電源負極端子DC-與直流電源的正極和負極相連；通過高端電流端子He、高端電壓端子Hp、低端電壓端子Lp和低端電流端子Lc與電容表對應的端子相連；通過門極端子G、集電極端子C和發射極端子E連接被測器件的門極、集電極和發射極。基於本發明裝置的測試方法步驟如下I.門極端子G、集電極端子C、發射極端子E分別連接被測器件的門極、集電極、發射極，電源正極端子DC+、電源負極端子DC-分別連接直流電源的正極和負極，並根據需要調節直流電源的輸出電壓，高端電壓端子He、高端電流端子Hp、低端電壓端子Lp、低端電流端子Lc分別連接電容表對應的端子，地電位端子GND與電容表內部的高頻信號源的地電位 相連。旋轉切換開關SI使其觸點11與14連通，從而使被測器件的集電極通過電容C2與發射極連接，本實施例中取電容C2的容值遠遠大於寄生電容Cce，因此在測量電容時，電容C2呈現極低阻抗，可以認為被測器件的集電極與發射極短接，此時測試電流僅流過Cgc及Cge，電容表顯示的測量值即為輸入電容Ciee，此外，如果選用電容表的串聯電阻電容測量模式，電容表顯示的串聯電阻值即為門極內阻。2.全部端子的連接不做任何改變，僅旋轉切換開關SI使其觸點12與14連通，從而使被測器件的門極與發射極短接，此時測試電流僅流過Cgc及Cce，電容表顯示的測量值即為輸出電容Coee。3.全部端子的連接不做任何改變，僅旋轉切換開關SI使其觸點13與觸點14連通，從而使被測器件的發射極與地電位短接，即被測器件的發射極與電容表內部信號源的地短接，此時測試電流僅流過Cgc，電容表顯示的測量值即為反向傳輸電容Cree。為了進一步說明本發明，圖4公開了一種功率半導體器件寄生電容測試裝置的結構示意圖，該裝置的內部電路按照圖2進行連接，外部為金屬導電盒體200，金屬盒體200的一側面板上設置有電源正極輸入接口 21、電源負極輸入接口 22，這兩個接口分別對應圖2中的DC+和DC-端子，為了方便與電容表連接，該側面板上還設有四個刺刀螺母連接器(BNC接頭)，分別為高端電流端子23、高端電壓端子24、低端電壓端子25和低端電流端子26，這四個接口分別對應圖2中的He、Hp、Lp、Lc端子，三檔式波段開關20對應圖2中的切換開關SI，其旋鈕設置在金屬盒體200的上面板，通過旋轉開關20，即可切換相應的測試電路，金屬盒體200的另一側面板引出三根測試線27、28、29，這三根測試線分別對應圖2中與被測器件連接的G、C、E端子，此外金屬盒體200整體作為地電位端子與圖2中的GND端子短接。需要進一步說明的是，不同封裝形式的功率半導體器件的電極端子形狀各異，因此，很難找到通用的夾具連接被測器件的三個電極，為了提高本發明裝置的通用性，上述實施例中，三根測試線的接頭採用了香蕉頭的形式，這種設計可以方便的外接測試探頭，如鱷魚夾探頭201、202、掛鈎夾探頭203、204等。用此裝置測試功率半導體器件寄生電容的過程為根據被測器件電極端子的形式，選取合適的探頭，並通過探頭將被測器件的門極、集電極以及發射極分別與本發明裝置的27、28、29測試線連接，接著將直流穩壓電源的正、負極分別接到本發明裝置的電源正極輸入接口 21和電源負極輸入接口 22，調節電源輸出電壓到測試所需電壓，將電容表的高端電流、高端電壓、低端電壓以及低端電流四個信號接口分別與本發明裝置的23、24、25、26端子連接，由於採用BNC接頭形式連接，因此電容表內部信號源地電位將直接通過金屬盒體200與本發明裝置內部的GND端子連接，最後根據需要旋轉波段開關20至相應的檔位，電容表顯示的測量值即為對應的寄生電容值。 本實施例的裝置通過一個金屬盒體將內部電路包裹其中，在一定程度上減輕了外界對測試信號的幹擾，在提高測試效率的同時，也提高了測試精度。
權利要求
1.一種功率半導體器件寄生電容測試裝置，其特徵在於，所述的測試裝置包括切換開關(SI)、第一濾波電容(Cl)、第二濾波電容(C2)、門射極電阻(Rl)和濾波電感(LI);第一濾波電容(Cl)的一端與高端電流端子(He)和高端電壓端子(Hp)相連，高端電流端子(He)和高端電壓端子(Hp)短接；第一濾波電容(Cl)的另一端與濾波電感(LI)、第二濾波電容(C2)及集電極端子(C)相連；第二濾波電容(C2)的一端與集電極端子(C)相連，第二濾波電容(C2)的另一端與切換開關(SI)的第一觸點(11)相連；門射極電阻(Rl)的一端與門極端子(G)相連，門射極電阻(Rl)的另一端與發射極端子(E)及切換開關(SI)的公共觸點(14)相連，切換開關(SI)的公共觸點(14)與發射極端子(E)短接；濾波電感(LI)的一端與電源正極端子(DC+)相連，濾波電感(LI)的另一端與集電極端子(C)相連；電源負極端子(DC-)與發射極端子(E)相連；切換開關(SI)的第一觸點(11)與第二濾波電容(C2)相連，切換開關(SI)的第二觸點(12)與門極端子(G)、低端電壓端子(Lp)及低端電流端子(Lc)相連，其中低端電壓端子(Lp)與低端電流端子(Lc)短接；切換開關(SI)的第三觸點(13)與地電位端子(GND)相連，切換開關(SI)的公共觸點(14)與發射極端子(E)以及門 射極電阻(Rl)相連。
2.按照權利要求I所述的功率半導體器件寄生電容測試裝置，其特徵在於，所述的測試裝置與被測器件的連接方式為所述的門極端子(G)連接被測器件的門極，所述的集電極端子(C)連接被測器件的集電極；所述的發射極端子(E)連接被測器件的發射極；所述的電源正極端子(DC+)、電源負極端子(DC-)分別連接直流電源的正極和負極；所述的高端電壓端子(He)、高端電流端子(Hp)、低端電壓端子(Lp)、低端電流端子(Lc)分別連接電容表對應的端子；所述的地電位端子(GND)與電容表內部的高頻信號源的地電位相連。
全文摘要
一種功率半導體器件寄生電容測試裝置，其第一濾波電容的一端與高端電壓端子和高端電流端子相連，另一端與濾波電感、第二濾波電容及集電極端子相連，高端電壓端子和高端電流端子在內部短接。第二濾波電容的一端與集電極端子相連，另一端與切換開關的第一觸點相連。門射極電阻的一端與門極端子相連，另一端與發射極端子相連。濾波電感的一端與電源正極端子相連，另一端與集電極端子相連。電源負極端子與發射極端子相連。切換開關的第一觸點與第二濾波電容的一端相連，第二觸點與門極端子、低端電壓端子及低端電流端子相連，第三觸點與地電位端子相連，公共觸點與發射極端子以及門射極電阻的一端相連。低端電壓端子及低端電流端子在內部短接。
文檔編號G01R27/26GK102735942SQ20121022572
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月29日 優先權日2012年6月29日
發明者仇志傑, 張瑾, 溫旭輝 申請人:中國科學院電工研究所