動(dòng)態(tài)測(cè)試WBG功率半導(dǎo)體裸片

雙脈沖測(cè)試將在電力電子的未來(lái)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。電源設(shè)計(jì)人員和系統(tǒng)工程師依靠它來(lái)評(píng)估 MOSFET 和 IGBT 等功率半導(dǎo)體在動(dòng)態(tài)條件下的開關(guān)特性。通過(guò)評(píng)估開關(guān)期間的功率損耗和其他指標(biāo)，這些測(cè)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(dòng)采用雙脈沖測(cè)試的是它能夠在設(shè)計(jì)過(guò)程的早期評(píng)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(lái)出現(xiàn)不可預(yù)見問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)。

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(dòng)態(tài)測(cè)試帶來(lái)了不同的挑戰(zhàn)。因此，使用這些下一代功率半導(dǎo)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(cè)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(cè)量寬帶隙 （WBG） 功率半導(dǎo)體芯片的動(dòng)態(tài)特性。是德科技表示，該測(cè)試夾具經(jīng)過(guò)專門設(shè)計(jì)，可以最大限度地減少可能影響裸晶片雙脈沖測(cè)試精度和可靠性的寄生效應(yīng)，并且無(wú)需焊接。該裝置與該公司的雙脈沖測(cè)試儀兼容，包括 PD1550A（見圖）。

雖然 Advanced Dynamic Power Device Analyzer 的高級(jí)動(dòng)態(tài)功率器件分析儀可以測(cè)試 GaN 和 SiC 功率器件和模塊，但 Keysight 最新的測(cè)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(dǎo)體裸芯片評(píng)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(dǎo)體分立器件和功率模塊。

基于 SiC 和 GaN 的功率半導(dǎo)體是各種產(chǎn)品的核心構(gòu)建模塊，從電動(dòng)汽車中的車載充電器 （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(tǒng)。它們還有可能緩解數(shù)據(jù)中心快速增長(zhǎng)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(yù)封裝的設(shè)備或包含裸半導(dǎo)體芯片的電源模塊。

什么是雙脈沖測(cè)試？

雙脈沖測(cè)試 （DPT） 是在硬開關(guān)情況下測(cè)量這些功率半導(dǎo)體特性的最廣泛采用的方法。它揭示了對(duì)動(dòng)態(tài)條件下功率器件的寶貴見解，使工程師能夠準(zhǔn)確測(cè)量從導(dǎo)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(cè)試還可以測(cè)量功率器件的反向恢復(fù)特性 （Qrr） 以及控制它的柵極驅(qū)動(dòng)器的作。

借助它，電源設(shè)計(jì)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?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程的早期識(shí)別潛在的性能問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)健、更可靠的電源設(shè)計(jì)。

雙脈沖測(cè)試需要幾臺(tái)設(shè)備。電源或源測(cè)量單元 （SMU） 提供電壓，而任意函數(shù)發(fā)生器 （AFG） 或其他測(cè)試儀輸出柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以打開和關(guān)閉功率器件，使工程師能夠評(píng)估其在不同電流負(fù)載和不同溫度下的性能。提供精確柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)（這些是雙脈沖測(cè)試中的“脈沖”）的能力對(duì)于執(zhí)行這些測(cè)試至關(guān)重要。

通過(guò)調(diào)整導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)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(hào)示波器來(lái)捕獲這些高速信號(hào)，并與幾種不同的探頭配對(duì)，以測(cè)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(cè)量。這些數(shù)據(jù)對(duì)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(duì)預(yù)封裝的功率器件以半橋拓?fù)湫问椒胖迷趲в袞艠O驅(qū)動(dòng)器和電流傳感器的評(píng)估板上。PCB 專為雙脈沖測(cè)試而設(shè)計(jì)。

Keysight 表示，測(cè)試裸功率半導(dǎo)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(cè)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(jù)該公司稱，這個(gè)過(guò)程不僅困難，而且還可能導(dǎo)致寄生效應(yīng)，從而影響測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。

最小化裸功率器件的寄生效應(yīng)

是德科技表示，它通過(guò)其最新的測(cè)試系統(tǒng)來(lái)應(yīng)對(duì)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(jì)師在芯片從晶圓上切割后立即執(zhí)行動(dòng)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(cè)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(cè)試夾具的獨(dú)特設(shè)計(jì)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(cè)試電路中的寄生效應(yīng)，并為快速開關(guān) SiC 和 GaN 功率器件產(chǎn)生干凈的測(cè)量波形。該系統(tǒng)的寄生功率環(huán)路電感小于 10 nH。“裸芯片動(dòng)態(tài)特性分析曾經(jīng)被認(rèn)為幾乎不可能完成，現(xiàn)在隨著我們的功率半導(dǎo)體測(cè)試產(chǎn)品組合的擴(kuò)展，這成為可能，”Goetzl 說(shuō)。