一．前言

隨著我國(guo)加快(kuai)實(shi)現(xian)“碳(tan)達峰、碳(tan)中(zhong)和"的目(mu)(mu)標，電氣(qi)化(hua)替(ti)代已成為(wei)實(shi)現(xian)目(mu)(mu)標的關鍵。

電氣化替代是通過功率(lv)半導體把光伏、風電、特高壓、新能(neng)源汽車(che)、高鐵等織成一(yi)張可(ke)循環的高效、可(ke)靠、可(ke)控(kong)能(neng)源網絡 ，實(shi)現對可(ke)再生能(neng)源的高效管理和利(li)用降低能(neng)耗(hao)、減少碳排(pai)放(fang)。

同時功率(lv)半導體 在計算機、交通、消費(fei)電子(zi)、汽車電子(zi) 為(wei)代表的 4C 行業應用(yong)也越來越廣(guang)泛。

可以預見，隨著新能(neng)源爆發(fa)式增長(chang)，在新能(neng)源汽車領(ling)域(yu)，汽車的(de)(de)動力(li)系統、空調壓縮機、充電樁等都需(xu)要(yao)大量功率半(ban)導體(ti)器件(jian)；風(feng)電和光伏產生的(de)(de)電不(bu)能(neng)直(zhi)接并(bing)網，需(xu)要(yao)逆變器、變流器進行電能(neng)轉化，這會新增大量的(de)(de)功率半(ban)導體(ti)需(xu)求(qiu)。

隨著科技(ji)的發(fa)展，現(xian)有(you)半導體材料(liao)已經(jing)經(jing)過了三個發(fa)展階段：

由此可見，第三代半導體展現出了高壓、高頻、高速、低阻的優點，其擊穿電壓，在在某些應用中可高到 1200-1700V。這些特點帶來如下新特性：

l 極低(di)的內(nei)部電阻，與同(tong)類硅(gui)器(qi)件相比(bi)，效率(lv)可提高70%

l 低電(dian)阻可(ke)改善熱性能(工作溫度增加了)和散(san)熱，并可(ke)獲得更高(gao)的功(gong)率密度

l 散熱得到(dao)優(you)化，與硅器(qi)件相(xiang)比(bi)，就可采用(yong)更(geng)簡單的(de)封(feng)裝、尺寸和重量也大(da)大(da)減少

l 極短的(de)關斷時間(GaN器(qi)件接近于(yu)零(ling))，能工作(zuo)(zuo)于(yu)很高的(de)開關頻率，工作(zuo)(zuo)溫度也更低

這些特(te)性，在功率(lv)器件尤其是MOSFET以及(ji)IGBT上面的應用廣泛。

其中，功率器(qi)件以(yi)MOSFET、IGBT為代表，兩者均為電壓(ya)控制電流(liu)型功率開關(guan)器(qi)件，MOSFET優點是(shi)驅動電路(lu)簡單、開關(guan)速(su)度快、工作頻率高(gao)，IGBT是(shi)由BJT和(he)MOSFET組(zu)合(he)成(cheng)的(de)復合(he)器(qi)件，兼具兩者的(de)優點：速(su)度快、能耗低、體積小(xiao)、而且大功率、大電流(liu)、高(gao)電壓(ya)。

MOSFET以柵極（G）極電壓控制MOSFET開關，當V_GS電壓大于閾值電壓V_GS(th) 時，MOSFET導通。

IGBT同樣以柵極（G）極電壓控制IGBT開關，當V_GE電壓大于閾值電壓V_GE(th) 時，IGBT導通。

因(yin)此，在第(di)三(san)代半導體高速發展的同(tong)時，測量技術也面臨全面升(sheng)級，特別(bie)是高電(dian)(dian)壓、大電(dian)(dian)流、高頻(pin)率測試(shi)，以及電(dian)(dian)容特性（CV）特性。

本方案用于解(jie)(jie)決(jue)MOSFET、IGBT單管器(qi)件、多個器(qi)件、模(mo)組器(qi)件的CV特性綜合解(jie)(jie)決(jue)

在了(le)解(jie)本方案之前，需先了(le)解(jie)一下MOSFET、IGBT器件的米勒效應、CV特性等相關知(zhi)識。

二．功率器件的米勒效應、CV特性

1. MOS管的寄生電容

以(yi)中國(guo)臺灣育(yu)碧VBZM7N60為例，MOS管具有三個內在的寄生電容：Cgs、Cgd、Cds以(yi)及(ji)柵(zha)極電阻Rg，

在規(gui)格書常用Ciss、Coss、Crss這三個參(can)數代替(ti)。

這(zhe)三個等效(xiao)電容(rong)是構(gou)成串并(bing)聯組合關(guan)(guan)系，它(ta)們(men)并(bing)不是獨立的，而是相互影響，其中(zhong)一(yi)個關(guan)(guan)鍵(jian)電容(rong)就是米勒(le)電容(rong)Cgd。

這個電(dian)(dian)容不是恒定的，它隨著柵(zha)極(ji)(ji)和(he)漏極(ji)(ji)間電(dian)(dian)壓變化(hua)而迅速變化(hua)，同時會影響柵(zha)極(ji)(ji)和(he)源極(ji)(ji)電(dian)(dian)容的充電(dian)(dian)。

規格書上對上述三個電容的CV特性(xing)描述

由描述可見，三個電容均會隨著V_DS電壓的增加而呈現下降的趨勢。

2. MOS管的米勒(le)效應

理(li)想的(de)MOS管驅動波形(xing)應是方波，當Cgs達到(dao)門檻電壓之(zhi)后， MOS管就會(hui)進入(ru)飽和導通狀態。

實際上在MOS管(guan)(guan)的柵極驅動過程中，由于(yu)米(mi)勒(le)(le)效(xiao)應，會存在一個米(mi)勒(le)(le)平臺(tai)。米(mi)勒(le)(le)平臺(tai)實際上就是MOS管(guan)(guan)處于(yu)“放(fang)大區"的典型(xing)標(biao)志，所以導致開通損耗很(hen)大。

米勒平臺形成的詳細過程：

3. 寄(ji)生電(dian)容、CV特性、柵(zha)極(ji)電(dian)阻(zu)Rg測試技術

由前述(shu)知識可見，功率器件的寄生電容的測(ce)試，需要滿足下列幾點：

1) 由于寄生電容(rong)基本(ben)在(zai)pF級別(bie)至nF級別(bie)，測試頻率至少需要100kHz-1MHz，這些可由參數(shu)表找到

2) 測試寄生電容時，用于測試的LCR或者阻抗分析儀至少需要2路直流電源，其中V_DS需要電壓很高，由幾(ji)十V至幾(ji)百V，第三代半(ban)導體功(gong)率器件甚(shen)至需要幾(ji)千V。

3) 參數表中CV特性曲線，需要可變的V_DS，因此DS電壓源需要可調電源。

具體幾(ji)個寄生電容極柵極電阻測試(shi)原理如下：

1） 輸入(ru)電容Ciss

漏源（DS）短接(jie)，用(yong)交(jiao)流信(xin)號(hao)測得的柵極和源極之間的電容

Ciss = Cgs +Cgd

2） 輸出電容Coss

柵源GS短接，用交流信號測得的漏極和源極之間的電容

Coss = Cds +Cgd

3） 反向傳輸電容(rong)Crss

源極G接地，用交流信號測得的柵漏GD極之間的電容，也稱米勒電容

Crss = Cgd

4） 柵(zha)極電阻Rg

漏源DS短接，或開路，用交(jiao)流(liu)信號測得柵源GS間交(jiao)流(liu)電阻

三．半導體功率器件CV特性測試痛(tong)點

現(xian)今，市場上(shang)功率(lv)器件(jian)CV特(te)性測試儀器，普遍存(cun)在下列痛點：

1. 進口設備(bei)

 進口設(she)備功能(neng)全、一(yi)體(ti)化(hua)集成度高、測試準確，但(dan)是(shi)有如下(xia)缺點：

a) 價格昂貴，動則幾十萬甚至上百萬的價格，一般企業很難承受。

b) 操作繁瑣，集成了太多功能加上大多英文化的操作界面，對于用戶操作并不友好。

c) 測試效率低，一臺設備可能完成動態特性、靜態特性的全部測試，但是接線負責、操作難度大，測試結果用時較長，測試效率無法保障。

2. 國產設備

在進口設備無法滿足用戶測試需(xu)求的情況下，國產設備應運而生，以(yi)相對功能單一、操作方(fang)便、價(jia)格低廉快速占領了一部分(fen)市場，

但是，這些設備同樣(yang)也有如下(xia)缺(que)點(dian)：

a） 體(ti)積(ji)(ji)龐大(da)，大(da)多數國產(chan)(chan)設備，由于沒有專業的(de)電容測試經驗，通(tong)常是(shi)用幾(ji)臺(tai)電源、一臺(tai)LCR、工控機或者PLC、機箱、測試工裝(zhuang)等組(zu)合而成，因此體(ti)積(ji)(ji)過(guo)大(da)，無法(fa)適用于自動(dong)化產(chan)(chan)線快速生產(chan)(chan)。

b） 漏源電壓V_DS過低，大多只能達到1200V左右，已無法滿足第三代半導體功率器件測試需求。

c） 測量精度低，由于缺乏專業電容測量經驗，加上過多的轉接，導致電容特別是pF級別的小電容無法達到合適的測量精度。

d） 測(ce)試效率(lv)低(di)，同樣(yang)由于組合儀(yi)器過(guo)(guo)多，加上(shang)需(xu)用工控(kong)機或PLC控(kong)制過(guo)(guo)多儀(yi)器，導致測(ce)試單個器件時間(jian)過(guo)(guo)長(chang)。

e） 擴展性差，由于設備過多(duo)，各種儀器不同的編程(cheng)協(xie)議(yi)，很難(nan)開(kai)放(fang)第三方接入以(yi)集成至客戶(hu)產(chan)線自動化(hua)測(ce)試(shi)整體方案中。

四．同惠半(ban)導體功率器件(jian)CV特(te)性解決(jue)方案

針對當前測(ce)試痛點(dian)，同惠電子作為(wei)國(guo)產器(qi)(qi)件(jian)測(ce)量儀器(qi)(qi)頭部企業，責無旁貸的(de)擔負起進口儀器(qi)(qi)國(guo)產化替代的(de)責任，本(ben)著為(wei)客戶所想(xiang)、為(wei)客戶分(fen)憂(you)的(de)精神，契合市場熱點及需求，及時推出(chu)了針對半導(dao)體(ti)功率器件CV特性的(de)一(yi)體(ti)化、系列化解(jie)決(jue)方(fang)案。

1. 單管或(huo)者多個(ge)MOSFET、IGBT測試解(jie)決方案(an)

單管(guan)器(qi)件或者多個單管(guan)器(qi)件測(ce)試(shi)相對簡單，同惠(hui)提供了TH510系(xi)列半導體C-V特性分析儀即可滿足一把(ba)測(ce)試(shi)要求。

TH510系列半導體半導體C-V特性分(fen)析(xi)儀基本情況如下：

基本參數：

特點：

應(ying)用場景：

a）實(shi)驗室、產線工作(zuo)臺(tai)

對于實驗室、產線工作臺應用，一臺單機即可完成全部測試，提供了標準化直插治具，對于直插式MOSFET或IGBT器件，直接插入治具即可進行測試；

同時可以測(ce)試最(zui)多6個單個器件。

優勢如(ru)下：

l 體積(ji)小，便于集成

l 測試精度高

l 測(ce)(ce)試速(su)度快，測(ce)(ce)試效率高

l 性價比高(gao)，比國產(chan)系統更便(bian)宜

l 操作簡單方便(bian)

l 功能可定制化

b） 產(chan)線自動化測(ce)試

針對產線自動化(hua)測試(shi)，公(gong)司(si)提供了2米延長線便于客戶自己改(gai)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)自動化(hua)產線工裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)改(gai)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)，儀器出廠前已校準(zhun)好2米線測試(shi)數據，保證(zheng)只要(yao)按(an)標準(zhun)要(yao)求改(gai)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)，不(bu)會損失測試(shi)精(jing)度。

儀器已標配(pei)了HANDLER接口，可自(zi)行(xing)編(bian)程每個信號線的輸入輸出電平(ping)及信號特(te)征，便(bian)于(yu)與(yu)自(zi)動化產線進行(xing)I/O信號交(jiao)互。

儀器內置了SCPI、MODBUS標準編(bian)(bian)程(cheng)指(zhi)令協議，用戶可(ke)自(zi)行編(bian)(bian)程(cheng)集(ji)成到產(chan)線自(zi)動化(hua)測試(shi)系統中(zhong)，同惠也提供標準化上位機軟(ruan)件或定制特殊(shu)需求(qiu)的(de)上位機軟(ruan)件。

優勢如下(xia)：

l 提供2米擴展延長線

l 測試精度高

l 測(ce)試(shi)速度(du)快(kuai)，測(ce)試(shi)效率高(gao)

l 標配HANDLER接口

l 操作簡單方便

l 功能可(ke)定制化

2. 多芯器件或(huo)模(mo)組MOSFET、IGBT測(ce)試方案

多芯(xin)器(qi)件(jian)、模組(zu)器(qi)件(jian)由于內部(bu)集(ji)成(cheng)多個MOSFET、IGBT芯(xin)片，而且內部(bu)電路(lu)比較(jiao)復(fu)雜，因此，測試相對復(fu)雜。

由上(shang)圖可見，部分多(duo)芯器(qi)件、模組器(qi)件由于腳(jiao)位(wei)眾多(duo)、核心多(duo)、有貼片封裝、異形封裝等，如果用單機去測試，接線(xian)都很困(kun)難(nan)，而要完成整顆器(qi)件測試更是難(nan)上(shang)加(jia)難(nan)。

因此(ci)，同惠(hui)為此(ci)開發了針對模組式器件(jian)的(de)測(ce)試系統

1） 系統結構(gou)

整套系統基于TH510系列半導體CV特性分析(xi)儀，加上(shang)(shang)定制(zhi)工裝、上(shang)(shang)位(wei)機(ji)軟件(jian)等(deng)組成了一套完整的(de)測試、數據分析(xi)系統。

2） 上位(wei)機軟件

測(ce)試(shi)軟件(jian)采(cai)用同惠測(ce)試(shi)系統通用框架，根(gen)據不(bu)同產品或不(bu)同需求會(hui)有相應(ying)更改

測試頁面

數據編(bian)輯頁面(mian)

數據記錄頁(ye)面

權限設(she)置頁面(mian)