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一. 前言:
现今Power MOSFET(金属氧化物场效晶体管)及IGBT(绝缘栅型场效应晶体管)已成为大功率元件的主流,在市场上居于主导地位。由于科技进步,电力电子装置对轻薄短小及高性能之要求 ,带动MOSFET及IGBT的发展,尤其应用于电气设备、光电、航天、铁路、电力转换....等领域,使半导体开发技术人员在市场需求下,对大功率元件的发展技术,持续在突破。

半导体元件除了本身功能要良好之外,其各项参数能否达到电路上的要求,必须定期测量,否则产品的质量特性很难保证,尤其是较大的功率元件,因具有耗损性,易老化及效率降低,因不平衡导致烧毁,甚至在使用中会发生爆炸。所以对新产品及使用中的元件参数的筛选及检查更为重要。

半导体元件的每一个参数,依其极性的不同,都须要一个独特的测量电路,我公司所设计生产的半导体元件自动测试系统,具有一组继电器形成的矩阵电路,依每个参数的定义,形成千变万化的电路,再依元件的出厂规格加上额定的电流或电压后,在极短的时间内将所须要的数据量测出来,且有些参数从量测的数据经快速运算即可得知其特性是否在规定范围内。
二.大功率半导体元件在应用上常见的几个问题
1. 什么是大功率半导体元件?其用途为何?
凡是半导体元件如金属氧化场效晶体管(MOSFET)、IGBT(INSULATED GATE B.TRANSISTOR)及TRIAC(可控硅)、SCR(晶闸管)、 GTO等各型闸流体与二极管(DI ODE)等,其工作电流与电压乘积若大于1KW以上,均可属于大功率的范围。如下图片所示。此类元件多用于车船,工厂的动力,光电及其他能源的转换上。

2. 何谓半导体元件的参数?对元件使用上有何重要性?
中大功率的元件仅在功能上的完好是绝对不够的,因其必须承受规格上指定的最大电压与电流,在某条件下,最大承受度的数据便称为此元件的参数。若元件的工作条件超过其参数数据,元件可能会立刻烧毁或造成永久性的损坏。

3. 大功率半导体器件为何有老化的问题?
任何产品都有设计使用寿命,同一种产品不同的使用环境和是否得到相应的维护,延长产品使用寿命和设备良好运行具有极为重要。功率元件由于经常有大电流往复的冲击,对半导体结构均具有一定的耗损性及破坏性,若其工作状况又经常在其安全工作区的边缘,更会加速元件的老化程度,故元件老化,就如人的老化一样是不可避免的问题。
4. 为何老化的元件必须尽早发现及尽早更换?
当功率元件老化时,元件的内阻在导通时必定会加大,因而使温度升高,并使其效能降低。长期使用后若温升过高时,会使元件在关闭时的漏电流急遽升高。(因漏电流是以温度的二次方的曲线增加),进而使半导体的接口产生大量崩溃,而将此元件完全烧毁。当元件损毁时,会连带将其驱动电路上的元件或与其并联使用的功率元件一并损伤,所以,必须即早发现更换。
5. 如何检测元件有老化的现象?
半导体元件有许多参数都很重要,有些参数如:放大倍率,触发参数,闩扣,保持参数,崩溃电压等,是提供给工程师在设计电路时的依据,在检测元件是否有老化的现象时,仅须测量导通参数及漏电流二项即可。将量测的数据与其出厂规格相比较,就可判定元件的好坏或退化的百分比。
6. 欲测知元件老化,所须提供的测量范围为何?
当大功率元件在作导通参数的测试时,电流必须大到其所能承受的正常工作值,同时,在作关闭参数的漏电流测试时,电压也必须够高,以仿真元件在真正工作状态下的电流与电压,如此其老化的程度才可显现。当这两个参数通过后,便表示元件基本上良好,再进一步作其他参数的测量,以分辨其中的优劣。建议进行高温测试,模拟器件使用工况,更为准确的判断器件老化程度。
7. 如何执行导通参数与漏电流的量测?
· 测试条件中待输入的数字,必须依照元件生产厂所提供的规格来输入,而测量结果,亦必须在其所规定的最大限额内,否则,便为不良品。
8. 节省成本


三. 大功率I g b t模块测试系统简介
我公司所设计生产的半导体元件自动测试系统具备下列测试能力:
☆可单机独立操作,测试范围达2000V及50A。
☆外接大电流扩展装置,检测范围可扩展1250A。
主要技术参数:        主极电压:2KV       主极电流:1200A

测试的IGBT参数包括:ICES(漏流)、BVCES(耐压)、IGESF(正向门极漏流)、IGESR(反向门极漏流)、VGETH(门槛电压/阈值)、VGEON(通态门极电压)、VCESAT(饱和压降)、ICON(通态集极漏流)、VF(二极管压降)、GFS(跨导)、rCE(导通电阻)等全直流参数, 所有小电流指标保证1%重复测试精度, 大电流指标保证2%以内重复测试精度。
半导体元件全自动测试系统,可以仿真元件在真正工作状态下的电流及电压,并测量重要参数的数据,再与原出厂指标比较,由此来判定元件的好坏或退化的百分比。每个电流模块,都具有独立的供电系统,以便在测试时,提供内部电路及电池组充电之用; 可选购外部高压模块,执行关闭状态参数测试如:
各项崩溃电压与漏电流测量达2KV。

IGBT半导体器件测试系统的主要应用领域概括如下:

· 半导体元器件检测中心——应用本公司测试系统可扩大检测中心的检测范围、提高检测效率,提升检测水平,增加经济效益;
· 半导体元器件生产厂 —— 应用本公司测试系统可对半导体元器件生产线的成品进行全参数的测试、筛选、分析,以确保出厂产品的合格率;
· 电子电力产品生产、检修厂——应用本公司测试系统可对所应用到的半导体元器件,尤其对现代新型IGBT大功率器件的全参数进行智能化测试、筛选、分析,以确保出厂产品的稳定性、可靠性;
· 航天、军工领域 ———  应用本公司测试系统可对所应用到的元器件,尤其对现代新型IGBT大功率器件的全参数进行智能化测试、筛选、分析,以确保出厂产品的稳定性、可靠性;
· 航空、电子信息等领域——应用本公司测试系统可对所应用到的元器件,尤其对现代新型IGBT大功率器件的全参数进行智能化测试、筛选、分析,以确保出厂产品的稳定性、可靠性;
· 机车、汽车、船舶控制系统生产厂——应用本公司测试系统可对所应用到的元器件,尤其对
· 现代新型IGBT大功率器件的全参数进行智能化测试测试、筛选、分析,以确保出厂产品的稳定性、可靠性;
· 水力、电力控制系统生产厂——应用本公司测试系统可对所应用到的元器件,尤其对现代新
· 型IGBT大功率器件的全参数进行智能化测试测试、筛选、分析,
· 以确保出厂产品的稳定性、可靠性。
· 优势行业:电力设备、地铁、铁路动力车组和运用大功率半导体器件进行设计、制造的行业。

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