IGBT及其應用發展

IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）是電力控制和電力轉換的核心器件，是由BJT（雙極型晶體管）和MOS（絕緣柵型場效應管）組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，具有高輸入阻抗、低導通壓降、高速開關特性和低導通狀態損耗等特點，在較高頻率的大、中功率應用中占據了主導地位。

目前IGBT已經能夠覆蓋從600V-6500V的電壓范圍，應用涵蓋從工業電源、變頻器、新能源汽車、新能源發電到軌道交通、國家電網等一系列領域。

IGBT功率半導體器件主要測試參數

近年來IGBT成為電力電子領域中尤為矚目的電力電子器件,并得到越來越廣泛的應用,那么IGBT的測試就變的尤為重要了。IGBT的測試包括靜態參數測試、動態參數測試、功率循環、HTRB可靠性測試等，這些測試中最基本的測試就是靜態參數測試。

IGBT靜態參數主要包含：柵極-發射極閾值電壓VGE(th)、柵極-發射極漏電流IGEs、集電極-發射極截止電流ICEs、集電極-發射極飽和電壓VCE(sat)、續流二極管壓降VF、輸入電容Ciss、輸出電容Coss、反向傳輸電容Crss。只有保證IGBT的靜態參數沒有問題的情況下，才進行像動態參數(開關時間、開關損耗、續流二極管的反向恢復)、功率循環、HTRB可靠性方面進行測試。

IGBT功率半導體器件測試難點

IGBT是由BJT（雙極型三極管）和MOS（絕緣柵型場效應管）組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體 器件，兼有高輸入阻抗和低導通壓降兩方面的優點；同時IGBT芯片屬于電力電子芯片，需要工作在大電流、 高電壓、高頻率的環境下，對芯片的可靠性要求較高。這給IGBT測試帶來了一定的困難：

1、IGBT是多端口器件，需要多種儀表協同測試；

2、IGBT的漏電流越小越好，需要高精度的設備進行測試；

3、IGBT的電流輸出能力很強，測試時需要快速注入1000A級電流，并完成壓降的釆樣；

4、IGBT耐壓較高，一般從幾千到一萬伏不等，需要測量儀器具備高壓輸出和高壓下nA級漏電流測試的能力；

5、由于IGBT工作在強電流下，自加熱效應明顯，嚴重時容易造成器件燒毀，需要提供μs級電流脈沖信號減少器件自加熱效應；

6、輸入輸出電容對器件的開關性能影響很大，不同電壓下器件等效結電容不同，C-V測試十分有必要。

普賽斯IGBT功率半導體器件靜態參數測試解決方案

普賽斯IGBT功率器件靜態參數測試系統，集多種測量和分析功能一體，可以精準測量IGBT功率半導體器件的靜態參數,具有高電壓和大電流特性、μΩ級精確測量、nA級電流測量能力等特點。支持高壓模式下測量功率器件結電容，如輸入電容、輸出電容、反向傳輸電容等。

普賽斯功率器件靜態參數測試系統，主要包括測試主機、測試線、測試夾具、電腦、上位機軟件，以及相關通訊、測試配件等構成。模塊化的設計測試方法靈活，能夠極大方便用戶添加或升級測量模塊，適應測量功率器件不斷變化的需求。整套系統采用普賽斯自主開發的測試主機，內置多種規格電壓、電流、電容測量單元模塊。結合專用上位機測試軟件，可根據測試項目需要，設置不同的電壓、電流等參數，以滿足不同測試需求。測試數據可保存與導出，并可生成I-V以及C-V特性曲線。此外，測試主機可與探針臺搭配使用，實現晶圓級芯片測試；也可與高低溫箱、溫控模塊等搭配使用，滿足高低溫測試需求。

測試主機內部采用的電壓、電流測量單元，均采用多量程設計，測試精度為0.1%。其中，柵極-發射極，最大支持30V@10A脈沖電流輸出與測試，可測試低至pA級漏電流；集電極-發射極，最大支持6000A高速脈沖電流，典型上升時間為15μs，且具備電壓高速同步采樣功能；最高支持3500V電壓輸出，且自帶漏電流測量功能；頻率最高支持1MHz。支持國標全指標的一鍵測試。

圖：IGBT測試系統國標參數測試規格

其中，普賽斯儀表專注于第三代先進半導體的科學儀器國產替代需求為重點研究方向，針對IGBT等功率器件靜態參數測試所需的高壓源測單元有非常強的設計開發能力，可持續滿足市場對3KV、5KV、10KV的測試需求。

普賽斯儀表推出的E系列高壓程控電源具有輸出及測量電壓高（0-3500V，可拓展至10kV）、能輸出及測量微弱電流信號（1nA）、輸出及測量電流0-100mA等特點。

設備工作在第一象限，產品可以同步電流測量，支持恒壓恒流工作模式，支持豐富的IV掃描模式。E系列高壓程控電源可應用于IGBT擊穿電壓測試、IGBT動態測試母線電容充電電源、IGBT老化電源、防雷二極管耐壓測試等場合。其恒流模式對于快速測量擊穿點具有重大意義。

另外，針對二極管、IGBT器件、IPM模塊等需要高電流的測試場合，普賽斯HCPL系列高電流脈沖電源，具有輸出電流大(1000A)、脈沖邊沿陡(15μS)、支持兩路脈沖電壓測量（峰值采樣）以及支持輸出極性切換等特點。設備可應用于肖特基二極管、整流橋堆、IGBT器件、IGBT半橋模塊、IPM模塊等需要高電流的測試場合，使用該設備可以獨立完成“電流-導通電壓”掃描測試。

IGBT靜態測試夾具方案

針對市面上不同封裝類型的IGBT產品，普賽斯還可以提供整套夾具解決方案,可用于TO單管、半橋模組等產品的測試。

經過20多年的高速發展，國內第三代半導體主要企業已基本形成全產業鏈，產業規模達到世界第一。主要應用的三大領域分別是光電子器件，如半導體照明、激光顯示等；射頻電子器件，如移動通信基站、衛星通訊等；功率電子器件，如新能源汽車、智能電網、高速軌道交通等。

普賽斯儀表聚焦材料、晶圓到半導體器件的電性能測試設備的研發創新，深耕半導體測試領域，在I-V測試上積累了豐富的經驗，先后推出了直流源表、脈沖源表、高電流脈沖源表、高電壓源測單元等測試設備,廣泛應用于高校研究所、實驗室、新能源、光伏、風電、軌交、變頻器等場景。