IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）是電力控制和電力轉(zhuǎn)換的核心器件，是由 BJT（雙極型晶體管）和 MOS（絕緣柵型場效應(yīng)管）組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件，具有高輸入阻抗，低導(dǎo)通壓降，高速開關(guān)特性和低導(dǎo)通狀態(tài)損耗等特點(diǎn)，非常適合高電壓和高電流的光伏逆變器、儲能裝置和新能源汽車等電力電子應(yīng)用。

在新能源汽車中，最有提升空間的當(dāng)屬電機(jī)驅(qū)動部分，而電機(jī)驅(qū)動部分最核心的元件 IGBT。從成本來說，IGBT 占整車成本的7-10%，是除電池之外成本第二高的元件，并且決定了整車的能源效率。為了獲得更高的耐壓，更大的電流和高可靠性，通常會將多個 IGBT 器件級聯(lián)成模塊來使用，價(jià)格也更加昂貴。

對于 IGBT 的下一代 SiC（碳化硅）寬禁帶功率器件來說，具有高轉(zhuǎn)換效率，高工作頻率，高使用環(huán)境溫度。但是目前限制 SiC 應(yīng)用主要是兩方面，一是價(jià)格，其價(jià)格是傳統(tǒng) Si 型 IGBT 的7倍；其次是電磁干擾；SiC 的開關(guān)頻率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng) Si 型 IGBT，電路回路寄生參數(shù)已經(jīng)大到無法忽略，需要額外注意 EMI 問題。例外 SiC 的產(chǎn)能也非常有限，國外也是剛開始大規(guī)模進(jìn)行6英寸 SiC 晶圓的投產(chǎn)，未來的主要應(yīng)用還是 IGBT 功率器件。

不管是功率器件的研發(fā)人員，還是設(shè)計(jì)中使用功率器件的電路設(shè)計(jì)人員，那么一定知道， 全面、精確地了解功率器件在各種條件下的性能表現(xiàn)是多么重要。功率器件將最終決定電子電路的功率損耗，因此深入了解它們的特征對于開發(fā)可靠和節(jié)能的產(chǎn)品非常關(guān)鍵。獲得完整的功率器件技術(shù)參數(shù)的方法有時(shí)非常繁瑣，而且使用曲線追蹤儀和其他傳統(tǒng)設(shè)備測量器件參數(shù)的過程十分耗時(shí)和冗長。

IGBT 器件參數(shù)可以分為兩大類，分別是靜態(tài)參數(shù)和動態(tài)參數(shù)：

>>> 靜態(tài)參數(shù)主要是指本身固有的，與其工作條件無關(guān)的相關(guān)參數(shù)，相關(guān)參數(shù)主要有：門極開啟電壓、門極擊穿電壓，集電極發(fā)射極間耐壓、集電極發(fā)射極間漏電流，寄生電容：輸入電容、轉(zhuǎn)移電容、輸出電容，以及以上參數(shù)的相關(guān)特性曲線的測試。

>>> 動態(tài)參數(shù)是指開關(guān)過程中的相關(guān)參數(shù)，這些參數(shù)會隨著開關(guān)條件如電壓，工作電流，驅(qū)動電壓，驅(qū)動電阻等的改變而變化，相關(guān)參數(shù)有柵極電荷，導(dǎo)通延遲時(shí)間、上升時(shí)間、關(guān)斷延遲時(shí)間、下降時(shí)間、開通損耗、關(guān)斷損耗、反向恢復(fù)電流、反向恢復(fù)時(shí)間以及反向恢復(fù)能量等。

Keysight 現(xiàn)在可以提供完整 IGBT 晶圓和器件參數(shù)的測試方法，可以輕松實(shí)現(xiàn)靜態(tài)參數(shù) I/V，C/V 和動態(tài)參數(shù)柵極電荷 Qg 的測試。這些方法同樣適用于寬禁帶半導(dǎo)體 SiC 和 GaN 功率器件。

下表列舉了 IGBT 功率器件典型 I/V，C/V 和 Qg 參數(shù)：

面對 IGBT 功率器件高壓、高流的測試要求，Keysight 可以提供 B1505A 和 B1506A 兩套測試方案，可以支持晶圓和封裝器件全參數(shù)測試：

❶  測量所有 I/V 參數(shù)(Ron、BV、泄漏、Vth、Vsat 等)；

❷  測量高電壓 3kV 偏置下的輸入、 輸出和反向轉(zhuǎn)移電容

❸  支持自動 C/V 測試

❹  測量柵極電荷(Qg)

❺  電流崩塌測試（針對 GaN 器件，獨(dú)家）

❻  高低溫測試功能（-50°C至+250°C）

其中 B1506A 有著寬泛的電流和電壓工作范圍（1500A，3kV），易于使用并且支持全自動測試，可以完成 IGBT 功率器件 I/V，C/V 和 Qg 全參數(shù)測試，最終輸出產(chǎn)品Datasheet報(bào)告。

通常需要切換測試儀表和器件連接方式來完成在進(jìn)行功率器件 I/V 和 C/V 整體參數(shù)測試，尤其在進(jìn)行 C/V 特性參數(shù)測試。IGBT 功率器件需要在很高的直流偏置下測量其關(guān)斷狀態(tài)下的特性，其中在進(jìn)行輸入電容 Cige，同時(shí)需要給集電極加直流偏置，同時(shí)對集電極和發(fā)射極之間進(jìn)行交流短路。如果是常開型的功率器件，需要在 Gate 上加負(fù)電壓關(guān)斷器件，測試系統(tǒng)會更加復(fù)雜。

而 B1506A 中測試夾具集成了 switch，AC Blocking 和 DC Blocking，從而可以實(shí)現(xiàn) I/V 和 C/V 全參數(shù)的全自動化測試。只需要設(shè)置好測試條件，將器件放置在測試夾具中，就可以完成 I/V 和 C/V 自動測試。

柵極電荷是啟動功率器件所需的電荷總量，表現(xiàn)為由三個不同斜率線段構(gòu)成的連續(xù)曲線。以 MOSFET 功率器件為例：

>>> Qg曲線的第一個線段顯示 Vgs升高，其中器件斷開，Ciss_off 由 Ig充電：表達(dá)式為 Vgs = (1/Ciss_off)*Qg。Cgs 通常遠(yuǎn)大于 Crss，因此近似表達(dá)式為 Vgs = (1/Cgs)*Qg。該階段的柵極電荷稱為 Qgs。Vgs 高于閾值電壓（Vth）時(shí)，漏極 (或集電極)電流開始流動。該階段 Vgs 持續(xù)升高，直到漏極電流達(dá)到 Id-Vgs 特征的額定電流。

>>> 第二個水平線段中，器件從接通轉(zhuǎn)換為完全啟動狀態(tài)，所有 Ig 電流進(jìn)入 Crss，因此 Vgs 不變。這一段該階段的電荷稱為 Qgd，決于 Crss 斷開狀態(tài)和接通狀態(tài)的漏極(或集電極)電壓，Qgd 值影響器件的開關(guān)性能。

>>> 最后階段，器件完全啟動，Ciss_on 恢復(fù)充電。Vgs 表示為 Vgs = (1/Ciss_on)*Qg。

Keysight 分別測量強(qiáng)電流/低電壓和高電壓/弱電流的 Qg，然后合并測量結(jié)果，提取從高電壓關(guān)斷狀態(tài)到強(qiáng)電流導(dǎo)通狀態(tài)的總體 Qg 曲線實(shí)際值。

功率器件廣泛應(yīng)用于眾多產(chǎn)品中，包括重型設(shè)備、高鐵和汽車等。顯然，所有這些產(chǎn)品都必須具有極高的可靠性，并且能夠在惡劣的環(huán)境條件下正常使用。其高低溫工作性能尤為重要，因?yàn)樵O(shè)備必須保證能夠在低溫(汽車“冷”啟動) 和高溫 (器件處于熱輻射設(shè)備附近) 下正常使用。

B1506A 能夠應(yīng)對所有這些功率器件溫度測試挑戰(zhàn)，能夠在 -50°C 至 220°C 溫度范圍內(nèi)自動精確地表征器件。B1506A 與 inTest THERMOSTREAM® (高低溫沖擊試驗(yàn)箱) 結(jié)合使用，可在 -50°C 至 +220°C 的溫度范圍內(nèi)快速執(zhí)行自動化器件表征；另外一種是使用 inTest 加熱板可置于 B1506A 測試夾具中,支持自動溫度表征(室溫至+250°C)。

使用 B1506A 的 Datasheet 測試功能對某 IGBT 功率器件進(jìn)行實(shí)測，整個測試過程使用非常簡單，在極短的時(shí)間內(nèi)完成 I/V，C/V 和 Qg 參數(shù)測試。

具體測試步驟如下：

❶  選擇 IGBT 測試模板，按照測試要求設(shè)置測試條件；

❷  設(shè)置測試曲線的顯示范圍；

❸  選擇需要測試的參數(shù)；

❹  點(diǎn)擊執(zhí)行測試。

測試完成后，可以生成 Datasheet 測試報(bào)告如下所示，包括 I/V 參數(shù)（擊穿電壓，漏電，開啟特性），C/V 參數(shù)（Rg，輸入，輸出和反向傳輸電容）和柵極電荷 Qg。

❶  完成功率半導(dǎo)體器件的完整參數(shù)測試，包括 I/V，C/V和Qg，支持在高低溫條件下進(jìn)行參數(shù)測試；

❷  測試全自動化，B1506A 將所有的接線切換通過開關(guān)矩陣實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了測量的自動化，既能保證測試精度和重復(fù)性，同時(shí)極大的提升了測量速度；

❸  可以建立 Datasheet Characterization 測試模板，測試結(jié)果可以輸出測試數(shù)據(jù)Datasheet 報(bào)告和數(shù)據(jù)匯總等。

關(guān)鍵字：探針臺，高功率探針臺，高壓大電流探針臺，IGBT探針臺

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