① 项目背景及必要性分析
IGBT,绝缘栅双极型晶体管,国家“02”专项的重点支撑项目,是目前我国高压驱动元器件中技术最先进的新型产品,被称为是电力电子行业里的“CPU”。IGBT功率器件的生产制造属于高科技基础产业,整个产业链包含芯片器件研发、生产、封装和测试等几个产业实现环节。其中,测试不仅是IGBT功率器件投入商业化应用的重要环节,也是研究器件性能的重要手段。
根据测试条件不同,IGBT功率器件被测参数可分为两大类:静态参数和动态参数。静态参数是指器件本身固有的,与工作条件无关的相关参数,如集射极击穿电压V(BR)CES、饱和集射极电流ICES、栅射极阈值电压VGE(th)、输入电容 Cies、转移电容Cres、输出电容Coes 等。动态参数是指器件开关过程中的相关参数,这些参数会随着开关条件如母线电压、工作电流和驱动电阻等因素的改变而变化,如开关特性参数、体二极管反向恢复特性参数及栅电荷特性参数等。IGBT功率器件的静态参数是动态指标的前提,又由于IGBT功率器件常被应用于高速开通及关断工作状态下,器件绝大部分失效机理都发生在动态变化过程中,因此动、静态参数的测试对IGBT器件很重要。
半导体功率器件和半导体器件的生产测试与制造装备多为国外大型公司,如美国、日本等,市场长期以来由这些国外大型企业所占领。国内目前已经有团队和公司从事半导体器件测试设备方面的生产和研发,但测试系统多是由国外进口的测试设备组合而成,并没有实现真正的国产化,距离达到半导体测试行业先进水准仍然有很长的路要走。
任何器件的制造与应用都需以测试手段作为保障。我国对IGBT芯片制造和测试技术的研究刚刚起步,尤其是IGBT测试技术和设备的研发制造长期以来由少数国外公司垄断,严重制约了国内IGBT产业化、规模化发展。高端大功率半导体器件、高端测试仪器与制造装备依赖进口的矛盾凸显,为了摆脱高端产品受制于人的被动局面,必须开发具有自主知识产权的高端功率器件测试设备。为应对各行各业对IGBT的需求,很有必要设计一款10kV/6kA的IGBT静态参数测试系统,该系统各量程的测试精度优于0.1%。
② 项目产品:IGBT静态参数测试系统
IGBT静态参数测试系统主要由高压源表模块、高电流脉冲电源模块、低压源表模块组成。高压源表输出电压可达10KV,支持恒压及恒流模式,支持输出电压测电流及输出电流测电压,可测试电流低至1nA。高电流脉冲电源模块,脉冲恒流模式,单设备1000A,支持多台设备并联扩展至6000A,脉冲边沿典型时间为15μs。低压源表模块,支持恒压及恒流模式,支持输出电压测电流及输出电流测电压,可测试电流低至10pA,输出最大电流高达10A。
③ 项目优势
基于领先的光学与光电技术、微弱信号处理与抗干扰技术、高速数字信号处理、核心算法与系统集成等技术平台优势,IGBT静态参数测试系统核心电性能测试模块高压源表、高电流脉冲电源、低压源表均由普赛斯自主研发,完全实现国产化,并获得省、市级重大专项立项。IGBT静态参数测试系统的研发必将打破国外的技术封锁,同时大幅度降低国内生产商的成本。
IGBT被称为电力电子行业里的“CPU”,广泛应用于电机节能、轨道交通、新能源汽车等领域,目前全球产量快速增长。IGBT静态测试系统是IGBT研发和制造过程中重要的测试系统。
针对行业市场上面临的国内产品性能参数测不准、测不全、可靠性差、效率低,国外品牌价格昂贵、供货及售后周期长等痛难点,武汉普赛斯仪表有限公司基于多年来在微弱信号处理与抗干扰技术、高速数字信号处理、核心算法与系统集成等技平台优势,及其率先将数字源表SMU实现国产化的市场应用优势,针对IGBT/SiC以及GaN功率器件静态参数测试,武汉普赛斯创新研发出PMST系列IGBT静态参数测试系统,目前能够完美解决高压源5kV以下FIMV、FVMI测试能力,快速放电;实现单设备1000A、多台并联6000A的高电流窄脉冲输出,达到脉冲边沿15μs(典型时间),通过低电感回路设计确保测试精度与准确性;灵活的夹具定制能力,满足不同封装类型DUT的高效测试需求,大幅降低生产测试成本,对IGBT乃至整个半导体产业的发展具有极其重要的实际意义。
目前,普赛斯仪表PMST功率器件静态参数测试系统已被国内多家客户选用,并以其无与伦比的产品性能与极优性价比,出口到海外市场。