本发明专利技术公开了一种功率器件开关瞬间抗烧毁能力的检测方法，属于半导体器件测试可靠性的技术领域。主要应用于功率器件开启关断瞬间器件抗烧毁能力的评估，从而指导并提高器件可靠性的方法和装置。首先，通过施加低于盲点的栅压或通态压降，控制功率器件处于导通电阻负温度系数区域，模拟带容性负载开启及感性负载关断等工况；然后，通过对器件施加一组可控的递增脉冲信号，来模拟器件开启关断瞬间的功耗及热点形成情况，从而定量评价功率器件的抗瞬态烧毁能力，进而探索器件耐受瞬态失效的最恶劣条件。本发明专利技术也可以用于评价功率器件其它工况下抗瞬态烧毁能力。况下抗瞬态烧毁能力。况下抗瞬态烧毁能力。
【技术实现步骤摘要】
一种功率器件开关瞬间抗烧毁能力的检测方法
[0001]本专利技术涉及一种功率器件开关瞬间抗烧毁能力的检测方法。该方法采用电子电路控制能够实时、精确地测量半导体器件在不同工况下开关瞬间所产生的过冲电流，并形成一种评价器件抗瞬态烧毁能力的方法，属于半导体器件测试可靠性的
该专利技术主要应用于功率器件开启关断瞬间抗烧毁能力的评估，可评价功率器件多工况下抗瞬态烧毁的能力，进而提高功率器件的可靠性。
技术介绍
[0002]近年来，功率器件的性能不断升级，如Si/SiC MOSFET这样的功率器件就具有输入阻抗大、阻断耐压高、导通损耗小等优良性能，广泛应用于在智能电网、电能转换、新能源汽车等领域。而随着众多功率器件性能的提升，其应用领域不断拓展，携带负载种类也不断增加，容性负载应用越来越广泛，随之而来的功率器件可靠性问题也就越来越凸显。如器件携带容性负载时，Si/SiC MOSFET等功率器件开通，控制电能传给容性负载时，整个回路瞬间短路，产生浪涌电流流经功率器件，就会造成功率器件及电源系统损伤，甚至烧毁。但目前为了减小开通时容性负载引起的浪涌电流峰值，多采用缓开通功率器件的方式。然而，功率器件缓开通虽然减小了瞬间浪涌电流的峰值，却增加了持续时间，加剧了功率器件的芯片温升，从而导致更加严重的烧毁。
[0003]本专利技术技术可应用于常见的功率器件如Si/SiC MOSFET，IGBT，FRD等，在容性负载等特殊工况下开关瞬间抗烧毁能力的表征。测量方法简单、准确，适用于电子器件的生产、可靠性和性能研究及器件开发领域。
[0004]由于该方法评估的是功率器件常见工况下的瞬态失效模式，不同于传统的导通态器件可靠性测量办法，对于评价一个功率器件的可靠性具有更加针对性的建议，具有很好的先进性。
技术实现思路
[0005]针对以上问题，本专利技术所要解决的问题是Si/SiC MOSFET、IGBT、FRD等功率半导体器件在容性负载等实际工况下的开启关断瞬态抗烧毁能力表征的问题，有助于解决与评价实际工作时开关瞬态功率器件的可靠性问题，从而提高功率器件的可靠性。
[0006]本专利技术的主要专利技术点在于：首先，通过施加低于盲点的栅压或通态压降，控制功率器件处于导通电阻负温度系数区域，模拟带容性负载开启及感性负载关断等工况；然后，通过对器件施加一组可控的递增脉冲信号，来模拟器件开启关断瞬间的功耗及热点形成情况，从而定量评价功率器件的抗瞬态烧毁能力，进而探索器件耐受瞬态失效的最恶劣条件。本专利技术也可以用于评价功率器件其它工况下抗瞬态烧毁能力。对提高功率器件的可靠性具有指导意义。
[0007]本专利技术方法的工作原理：
[0008]功率器件导通工作时，栅压值高于盲点栅压，如图2区域02所示，而开通关断瞬间
则会经过低栅压区域，如图2区域01所示。因低栅压区功率器件的导通电阻会呈现出一个负温度系数，加之瞬态热容，瞬态热阻等更恶劣的瞬态散热条件，从而导致功率器件开关瞬间表现出温度越高电阻越小，进而导致电流集聚引起本征激发，最终出现热点烧毁的现象，与器件导通下的稳态烧毁从机理和现象上都存在较大区别。
[0009]在Si/SiC VDMOS、IGBT、FRD等功率半导体器件开关瞬态都存在该烧毁情况，如处在带容性负载工作的开关瞬间，器件栅上施加电压低于盲点栅压，由于低栅压下导通电阻的负温度特性与负载电容充电的共同效果，导致器件开通瞬间产生一个数倍于稳态工作电流的电流过冲，即浪涌电流，进而导致器件烧毁。而烧毁的本质是因为瞬态热功率过高，因此通过模拟器件开启瞬间的物理特性，施加可控的低栅压脉冲或源漏电压/电流脉冲，从而给功率器件施加可控的功率脉冲，来控制器件瞬态热功率，去不断摸索功率器件瞬态烧毁的上限，进而形成一种功率器件开启关断瞬间抗烧毁能力的检测方法及标准。
附图说明
[0010]图1本专利技术方法装置示意图。
[0011]图中序号对应的名称如下：
[0012]101信号发生器
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102浪涌捕捉电路
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103负载电路
[0013]201电压源
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202电压源
[0014]301示波器电流探测器
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302示波器电压探测器
[0015]401驱动电路
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402待测功率器件
[0016]图2栅压盲点示意图。
[0017]图3输入栅压信号举例示意图。
[0018]图4捕捉到的电学信号示意图。
具体实施方式
[0019]功率半导体器件开关瞬间抗烧毁能力的检测方法，以容性负载、可控栅上脉冲信号为例。主要包括以下步骤：
[0020]步骤一：搭建可控制器件栅压的浪涌电流捕捉电路102，该电路应满足功率器件开通关断瞬间的物理工况，即容性负载且栅压可控，栅压控制的要求为：低栅压高频率可控脉冲。
[0021]步骤二：将信号发生器101与浪涌电流产生电路102相连，将待测功率器402件与浪涌捕捉电路102相连，将示波器的电压探测器302与待测器件402栅极相连，将示波器的电流探测器301与待测器件402组成的回路相连，将负载电路103与浪涌捕捉电路102相连，将驱动供电模块201与驱动电路401相连，将负载回路供电模块202与待测功率器件402及其组成的负载回路103相连，并检查各部分连接无误。
[0022]步骤三：开启信号发生器101，控制功率器件在容性负载下处于一个低栅压的工作区域，再给予器件一个可控的低栅压脉冲或源漏电压/电流脉冲，使器件开启，捕捉该过程中的电学参数，读取示波器电流探测器301与示波器电压探测器302的数值，再结合公式可计算出该浪涌开启瞬间的热功率。
[0023]步骤四：关闭栅压信号，静置10分钟，待器件热特性恢复正常室温水平后，重复以
上操作，可以用一个固定的脉冲时间为台阶，或根据捕捉结果按需求逐步延长该小脉冲信号的脉宽，从而不断监测该功率器件开启关断瞬间的热功率变化情况。
[0024]步骤五：在不断延长的栅压脉冲信号下，不断重复实验，直至器件出现烧毁失效情况，即相关电学参数的变化超过了规定的变化范围，即可判断该器件失效，从而形成一个功率器件容性负载下开启瞬态抗烧毁能力的标准与规范。且该方法也可以用于评价功率器件其它工况下抗瞬态烧毁能力。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种功率器件开关瞬间抗烧毁能力的检测方法，其特征在于：该方法包括如下步骤，步骤一：搭建可控制器件栅压的浪涌电流捕捉电路，该电路应满足功率器件开通关断瞬间的物理工况，即容性负载且栅压可控，栅压控制的要求为：低栅压高频率可控脉冲；步骤二：将信号发生器与浪涌电流产生电路相连，将待测功率器件与浪涌捕捉电路相连，将示波器的电压探测器与待测器件栅极相连，将示波器的电流探测器与待测器件组成的回路相连，将负载电路与浪涌捕捉电路相连，将驱动供电模块与驱动电路相连，将负载回路供电模块与待测功率器件及其组成的负载回路相连，并检查各部分连接无误；步骤三：开启信号发生器，控制功率器件在容性负载下处于一个低栅压的工作区域，再给予器件一个可控的低栅压脉冲或源漏电压/电流脉冲，使器件开启，捕捉该过程中的电学参数，读取示波器电流探测器与示波器电压探测器的数值，再结合公式可计算出该浪涌开启瞬间的热功率；步骤四：关闭栅压信号，静置，待器件热特性恢复正常室温水平后，重复以上操作，可以用一个固定的脉冲时间为台阶，或根据捕捉结果按需求逐步延长该小脉冲信号的脉宽，从而不断监测该功率器件开启关断瞬间的热功率变化情况；步骤五：在不断延长的栅压脉冲信号下重复实验，直至器件出现烧毁失效情况，即相关电学参数的变化超过了规定的变化范围...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭春生，王跃，李浩，赵迪，李宇濛，朱慧，冯士维，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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