專利名稱：功率場效應管測試裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種半導體器件檢測技術領域中的設備，尤其涉及一種利用雪崩 能量對功率場效應管(MOSFET)進行無損的雪崩擊穿測試，通過對測試過程中電路各點的 參數測量，從而判斷功率管好壞的測試裝置。
背景技術：
電子元器件是電子產品的基礎，是能完成預定功能而不能再分割的電路基本單 元。元器件的質量與可靠性直接影響著電子產品的質量與可靠性水平。沒有可靠的元器件， 即使最完善的設計也難以滿足電子產品達到高可靠性的要求。因此保證產品可靠性，對所 使用的原件進行嚴格的質量控制是一項極為重要的工作。功率場效應管(MOSFET)常用于大電壓、大電流的應用場合，如汽車點火電路。此 時MOSFE必須承受很高的反向高壓，并且有可能被瞬時擊穿，為了確保功率MOSFET在實際 應用中的可靠性，需要在出廠前對MOSFET進行無損的雪崩擊穿測試。通常，測試原理圖如 圖1所示。測試開始后，先使電源Vdd上電保持在高電平。在功率MOSFET的柵極處施加一導通 電壓\使其開啟。則電源Vdd通過導通的回路向電感L充電，在電感充電儲能期間，漏源間電 流Id逐漸近似呈線性上升。當電流達到設定值Ias時，撤除柵極導通電壓Ve使功率MOSFET 關斷。功率MOSFET關斷時，會在電感的兩側瞬時感應很高的電壓，該電壓加在MOSFET的漏 極即雪崩電壓VBS。與此同時，由于能量在功率MOSFET內消耗，漏源電流Id逐漸減小，若在 Id從0. 9Ias下降至0. IIas間漏源間電壓Vds能維持在BVdss (柵源短路時的漏源擊穿電壓) 之上，并能在Id下降為零后返回至電源壓值VDD，則證明MOSFET性能完好，通過測試。即，當 上述各個測試點的EAS(Single Pulse Avalanche Energy)參數的電壓電流曲線滿足圖2 所示的關系圖時，即認為該MOSFET性能完好。因而，EAS參數是反應MOSFET強健性的一個 重要性能參數。對MOSFET的EAS測試是工業(yè)MOS-FET生產和應用中重要的一環(huán)。在現有技術中，為了實現上述要求，現有的測試裝置采用了大量的邏輯芯片，并且 采用雙電源為這些邏輯芯片進行供電，采用上述技術方案，第一，電源電路比較復雜；第二， 這種技術方案使得整個系統的擴展性差，不易于根據要求進行功能的定制和擴展，并且設 計復雜，過錯率高；第三，在測試過程中，由于電路復雜，邏輯芯片的處理速度慢，所以單管 的測試周期長，因而測試效率低。另外，在實際應用時，一般將前述的對MOSFET的EAS測試與MOSFET的分選配合進 行，即，完成一個MOSFET的測試，就對該MOSFET進行分類，如果測試該MOSFET性能完好，則 歸類到合格產品中，如果該MOSFET沒有通過測試，則歸類到不合格產品中。因此，如果對 MOSFET的EAS測試不準確，將淘汰好的功率場效應管，或留下不符要求的功率場效應管。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是，提供一種功率場效應管測試裝置，提高測試效率，增強擴展性。為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種場效應管測試裝置，包括測試電路、 電感元件、中央處理模塊、檢測模塊、VD源模塊和結構與VD源模塊相同的VG源模塊。所述測試電路包括用于與一個場效應管連接的源極端子、漏極端子和柵極端子； 所述電感元件連接在漏極端子和電源端之間；所述VD源模塊的電源輸出端為所述電源端； 所述VG源模塊的輸出與所述柵極端子連接；所述檢測模塊包括連接在電感元件與場效應 管漏極端子之間的電流傳感器；所述電流傳感器和漏極端子分別與中央處理模塊連接，所 述中央處理模塊通過可擴展的通訊接口分別與所述VD源模塊和VG源模塊連接，控制VD源 模塊和VG源模塊的輸出。測試時，將功率MOSFET的各極與上述裝置中的測試電路中的各端子對應連接好， 所述中央處理模塊控制VD源模塊為測試電路供電，而后控制所述VG源模塊輸出，則在測試 電路的柵極提供了一個開啟電壓，功率MOSFET開啟，由電源端、電感等構成的導通回路向 電感充電。在電感充電儲能期間，漏極電流Id逐漸近似呈線性上升，此漏極電流Id由電流 傳感器感測并發(fā)送給所述中央處理模塊，漏源電壓Vds可由中央處理模塊從漏極端子直接 采集得到。當漏極電流Id達到中央處理模塊內部的設定值Ias時，由中央處理模塊控制所述 VG源模塊的輸出，使其不再有輸出，即撤除柵極導通電壓使功率MOSFET關斷。功率MOSFET 關斷時，會在電感元件的兩側瞬時感應很高的電壓，該電壓加在MOSFET的漏極即雪崩電壓 VBS。與此同時，由于能量在功率MOSFET內消耗，漏源電流Id逐漸減小，中央處理模塊實時接 收并監(jiān)測漏源電流Id和漏源間電壓Vds，若在漏極電流Id從0. 9Ias下降至0. IIas間漏源間電 壓VDS能維持在BVdss之上，并能在Id下降為零后返回至電源壓值VDD，則證明功率MOSFET 性能完好通過測試。本實用新型采用模塊化設計，每個模塊均可采用工業(yè)級的MCU (Micro Controller Unit)作為控制芯片，通過各模塊的MCU之間互相監(jiān)測，互相協調，最大限度的降低了系統 因程序意外跑飛而出現死機或異常的可能性；另外，本實用新型取代了現有技術在數字控 制與處理方面全部使用的數字邏輯芯片，避免了全部使用數字邏輯芯片帶來的不可編程、 故可擴展性差的缺陷；本實用新型通過對測試流程的合理優(yōu)化和設計，最大限度的壓縮了 單管的測試周期，提高了日產量。

圖1為功率場效應管雪崩擊穿測試原理圖；圖2為通過雪崩擊穿測試的功率場效應管的各個測試點的EAS參數的電壓電流曲 線圖；圖3為本實用新型所述功率場效應管測試裝置的結構框圖；圖4為本實用新型所述功率場效應管測試裝置的測試原理圖；圖5為本實用新型一具體實施例的VD源模塊的結構框圖；圖6為本實用新型一具體實施例的VD源模塊中的擴流電路的電路原理圖；圖7為本實用新型一具體實施例的中央處理模塊和檢測模塊的原理框圖；圖8為本實用新型電壓衰減電路的一個具體實施例的電路原理圖；圖9為本實用新型各模塊的通訊連接示意圖；[0021]圖10為本實用新型進行通訊時的數據包格式圖；圖11為本實用新型一具體實施例的測試波形圖；圖12為本實用新型所述功率場效應管測試裝置的測試流程圖。
具體實施方式
本實用新型提供了一種功率場效應管測試裝置，其結構框圖如圖3所示。功率場效應管測試裝置，包括測試電路1、電感元件2、中央處理模塊3、檢測模塊、 VD源模塊4和結構與VD源模塊相同的VG源模塊5，所述測試電路1包括用于與一個場效 應管連接的源極端子11、漏極端子12和柵極端子13，所述電感元件2連接在漏極端子12 和電源端之間，所述VD源模塊4的電源輸出端為所述電源端；所述VG源模塊5的輸出與所 述柵極端子13連接；所述檢測模塊包括設置在電感元件2與場效應管漏極端子12之間、用 于檢測漏極電流的電流傳感器6 ；所述電流傳感器6和用于獲得漏源電壓的漏極端子12分 別與中央處理模塊3連接，所述中央處理模塊3通過可擴展的通訊接口分別與所述VD源模 塊4和VG源模塊5連接，控制VD源模塊4和VG源模塊5的輸出。圖4為本實用新型所述功率場效應管測試裝置的測試原理圖。結合圖3、圖4，功 率MOSFET管A的各極與上述裝置中的測試電路1中的各端子對應連接，所述中央處理模塊 3控制VD源模塊4為測試電路1供電，即，VD源模塊4的輸出為圖4中的VDD，而后控制所 述VG源模塊5輸出，則此時在測試電路1的柵極13提供了一個開啟電壓，功率MOSFET管A 開啟導通，由電源端、電感2等構成的導通回路向電感元件2充電。在電感元件2充電儲能 期間，漏極電流Id逐漸近似呈線性上升，此漏極電流Id由電流傳感器6感測并發(fā)送給所述 中央處理模塊3，漏源電壓Vds可由中央處理模塊3從漏極端子12直接采集得到。當漏極電 流Id達到中央處理模塊3內部的設定值Ias時，由中央處理模塊3控制所述VG源模塊5的 輸出，使其不再有輸出，即撤除柵極12導通電壓使功率MOSFET管A關斷。功率MOSFET管A 關斷時，會在電感元件2的兩側瞬時感應很高的電壓，該電壓加在功率MOSFET管A的漏極 即雪崩電壓VBS。與此同時，由于能量在功率MOSFET管A內消耗，漏源電流Id逐漸減小，中 央處理模塊3實時接收并監(jiān)測漏極電流Id和漏源間電壓Vds，若在漏極電流Id從0. 9Ias下 降至0. IIas間漏源電壓Vds能維持在BVdss之上，并能在漏極電流Id下降為零后返回至電 源壓值VDD，則證明功率MOSFET管A性能完好通過測試。其中，在本實用新型中，VD源模塊與VG源模塊的電路組成相同，所不同的是輸出 參數不同，VD源模塊輸出是直流電壓，用于提供圖4中的電源VDD，而VG源模塊輸出的電壓 用于啟動功率MOSFET管A，因此VG源模塊實際上是一脈沖電源。具體地，圖5為本實用新型一具體實施例的VD源模塊的結構框圖。所述VD源模 塊包括電源電路41和控制電路42，所述電源電路包括依次連接的DA (數模轉換)電路411 和多級放大電路412，其中，由DA電路411經過控制電路42的控制提供模擬電壓，DA電路 411提供的模擬電壓經過多級放大電路412，得到相應的供電電壓。所述控制電路42包括 MCU 421、隔離電路422和換向電路423，所述隔離電路422用于分別隔離所述MCU421和電 源電路41及換向電路423，用以保護MCU，增加系統的可靠性，其中，MCU421經隔離電路422 發(fā)出一恒定數據給所述DA電路411，控制DA電路411輸出一個恒定的模擬電壓，該模擬電 壓經過多級放大電路412放大。所述換向電路423用于決定VD源電路輸出的電壓的極性，換向電路423的輸入端與所述多級放大電路412的輸出端連接，所述換向電路423的輸出 端作為所述VD源模塊4的電源輸出端，所述隔離電路422與所述換向電路423連接，MCU421 通過隔離電路422控制換向電路423，用以控制電源輸出端的正負。通常，隔離電路采用光 耦元件構成，換向電路可以由繼電器等元件構成。在該模塊內，還包括一些常規(guī)元件，如顯 示電路43 (例如LED數碼管組成的顯示器，或IXD顯示屏等)，用于顯示MCU從DA電路讀取 的相關數據，例如VD模塊輸出的電壓值，方便調試和維修檢測。由于本實用新型只使用正 電源供電，對需要負電壓的地方采用換向電路，如繼電器切換將電壓反向實現。這一設計避 免了使用負電源。使得電源電路簡單可靠。所述所VD源模塊可以通過RS232與其他模塊 通訊。而對于VG源模塊，與上述所VD源模塊所不同的是，MCU控制DA電路輸出一個脈 沖的模擬電壓，最終VG源模塊輸出的是脈沖電壓。圖6為本實用新型一具體實施例的VD源模塊中的擴流電路的電路原理圖，本實用 新型中的所述VD源模塊還包括擴流電路，所述擴流電路的輸入與所述換向電路的輸出端 相連，所述擴流電路的輸出端作為所述VD源模塊的電源輸出端。在本實施例中，所述擴流 電路包括4個并聯的射級跟隨單元，每一射級跟隨單元的兩端分別連接在外接電源的正負 端，由于在實際測試過程中，電流峰值可能達到100A，而平均電流并不大，真接接普通350W 的開關電源并不能滿足要求，而選用100A的電源又不經濟，因此，在所述外接電源的正負 端之間還連接有可以產生瞬間大電流的電容或電容組，如圖6所示，串聯兩個大電容便可 以滿足要求。另外，為了保證擴流電路的安全，還包括有溫度監(jiān)測模塊，用于監(jiān)測射級跟隨單元 的溫度，防止擴流過程中溫度過高而損壞。圖7為本實用新型一具體實施例的中央處理模塊的原理框圖。本實施例中的中央 處理模塊包括MCU 31、漏極電流處理單元32和漏源電壓處理單元33及顯示單元34，所述 漏極電流處理單元32與圖3或圖4中的電流傳感器6的輸出端連接，并將處理后的代表漏 極電流的信號發(fā)送給所述MCU 31，所述漏源電壓處理單元33與所述漏極端子12連接，并將 處理后的代表漏源電壓信號發(fā)送給所述MCU 31。其中，述漏極電流處理單元32包括電流電壓轉換電路、參考電壓電路322和比較 電路323，所述電流電壓轉換電路可以采用圖7中的霍爾器件321，其與來自于所述測試電 路中的電流傳感器6連接，將電流傳感器6發(fā)送來的漏極電流轉換為電壓信號后輸出給所 述的比較電路323的一個輸入端，所述比較電路的另一輸入端接所述參考電壓電路322，對 所述由漏極電流轉換的電壓與參考電壓進行比較，并將比較的結果發(fā)送給所述的MCU 31。 所述漏源電壓處理單元33包括電壓衰減電路331和模數轉換電路332，所述電壓衰減電路 331與所述漏極端子12連接，對從所述漏極端子12采集來的漏源電壓進行衰減，電壓衰減 電路的一個具體實施例的電路原理圖如圖8所示，IN為高電壓輸入，OUT為低電壓輸出，通 過該電路中的電阻的分壓，很容易得到400倍的衰減，其中，最后一個電阻1.2是校準電阻。 所述模數轉換電路332對經過所述電壓衰減電路331衰減的漏源電壓進行模數轉換，并將 轉換后的漏源電壓的數字信號發(fā)送給所述MCU 31。在本實用新型中，所述中央處理模塊、VD源模塊和VG源模塊均具有MCU，他們之間 可以通過通訊接相互通訊，具體實施方式
如圖9所示，每個模塊的電路板都含有主控芯片ATmegal6，相當于每塊電路板都集成一個RS232總線控制器。主機由中央處理模塊的電路 板擔任，根據圖9中的接線方式可以看出這種連線方式屬于主從式接法，板間的通訊由主 機輪詢完成。由于每塊主控芯片都具備控制功能，所以主機的工作量大大減少，僅僅是發(fā)出或 接收數據，其余控制外部設備的任務由從機自行完成。以VD源為例，ATmegaie已經集成了 SPI總線控制DAC，有通用的7位端口控制液晶模塊，除去4條在線下載仿真的JTAG接口， 剩余18個通用可編程端口可用于繼電器操作或者保留擴展，比起傳統的地址擴展、數據總 線復用的設計要簡單得多。另外，由于本實用新型采用如圖9所示的主從通訊方式，因此，可以將分選機也做 為一個從機，從而大大增加了本實用新型測試裝置與分選機的通訊速度，在測試完成后，便 可以由分選機進行分選，提高了分選的速度。在本實用新型的一個具體實施例中，各個模塊之間傳送的數據，每幀符合RS232 總線的幀格式，數據位長度為8位，一位停止位，帶奇校驗。主機在通訊時以數據包為單位， 數據包格式如圖10所示。主機一次性對從機發(fā)送5個字節(jié)的數據包，從機收到同步字節(jié) 0x00后根據地址字節(jié)判斷數據包方向，與地址對應的從機分析指令字節(jié)和2個數據字節(jié)后 可以做出回應，以一個握手包或者主機要求查詢的數據作為回應，若主機發(fā)生超時未收到 握手包，數據錯誤回應，接收奇偶校驗錯誤，會再次發(fā)送數據，如果重發(fā)次數過多，則會停止 發(fā)送。在本實用新型中，每一模塊中的MCU均具有在線下載仿真的接口，通過與計算機 相連，可以進行程序的下載、參數的修改、調試等操作。例如，真對不同型號的功率MOSFET 管，所需的 Ves、Ias (Peak non-repetitive avalanche current)、BVDSS 各不同，但是測試的 原理、方法、所需的電路是相同的，因此，僅需要通過在線修改這些參數即可。以型號為IRF630 的功率MOSFET 管為例，測試條件Ves = IOV ；Vdd = 50V ；Ias = 9A ； Bvdss = 200V, Timeout = 5000us, L = 500uHo如圖11，為IRF630的測試波形。根據設定好的值，在測試的漏極電流Id下降時 間內，也就是漏極電流Id從0. 9Ias下降到0. IIas的過程中，只要漏源電壓Vds不低于預設值 Bvdss = 200V并且測試后漏源不短路，即可判定被測的IRF630合格。具體測試過程如圖 12所示檢測過程中，首先進行預測試，即開路和短路測試，如果通過，再進行正常測試，即 雪崩能量測試。測試開始時，先使VD源模塊為測試電路供電，即電源Vdd上電并保持在高電平，而 后使VG源模塊在功率MOSFET的柵極處施加一導通電壓以使功率MOSFET開啟。接著進行 開路預測試，如果測試通過，則將VG源模塊關斷，此時進行短路預測試，如果測試通過，再 重新使VG源模塊上電，在功率MOSFET的柵極處施加一導通電壓以使功率MOSFET開啟進行 雪崩能量測試。如果前述的開路預測試和短路預測試任一個沒有通過，則說明本次測試沒 有通過。電源Vdd通過導通的回路向電感L充電，在電感充電儲能期間，漏源間電流Id逐漸 近似呈線性上升，當電流達到設定值Ias時，撤除柵極導通電壓使功率MOSFET關斷。功率 MOSFET關斷時，會在電感的兩側瞬時感應很高的電壓，該電壓加在MOSFET的漏極即雪崩電 壓VBS。與此同時，由于能量在功率MOSFET內消耗，漏源電流Id逐漸減小，若在Id從0. 9Ias下降至0. IIas間漏源間電壓Vds能維持在BVdss之上，并能在Id下降為零后返回至電源壓值 VDD，則證明功率MOSFET性能完好通過測試。當Id下降為零后，還要檢測漏源電流ID，只要 漏極電流Id不突然變大就認為沒有短路。通常Id會有一點很小的漏電流，功率MOSFET的 型號不同，各項參數也不同，通常，短路電流都會超過1A。如果漏極電流Id突然超過了 1A， 便可以認為漏源短路。
權利要求1. 一種功率場效應管測試裝置，包括測試電路和電感元件，所述測試電路包括用于與 一個場效應管連接的源極端子、漏極端子和柵極端子，所述電感元件連接在漏極端子和電 源端之間，其特征在于，包括中央處理模塊、檢測模塊、VD源模塊和結構與VD源模塊相同的 VG源模塊，所述VD源模塊的電源輸出端為所述電源端；所述VG源模塊的輸出與所述柵極 端子連接；所述檢測模塊包括設置在電感元件與場效應管漏極端子之間、用于檢測漏極電 流的電流傳感器；所述電流傳感器和用于獲得漏源電壓的漏極端子分別與中央處理模塊連 接，所述中央處理模塊通過可擴展的通訊接口分別與所述VD源模塊和VG源模塊連接，控制 VD源模塊和VG源模塊的輸出。
2.如權利要求1所述的功率場效應管測試裝置，其特征在于，所述VD源模塊包括電源 電路和控制電路，所述電源電路包括依次連接的DA電路和多級放大電路，所述控制電路包 括MCU、隔離電路和換向電路，所述MCU通過所述隔離電路分別與所述DA電路和所述換向電 路連接，所述換向電路的輸入端與所述多級放大電路的輸出端連接，所述換向電路的輸出 端作為所述VD源模塊的電源輸出端。
3.如權利要求2所述的功率場效應管測試裝置，其特征在于，所述隔離電路包括光電 耦合器，所述換向電路包括繼電器。
4.如權利要求2或3所述的功率場效應管測試裝置，其特征在于，所述VD源模塊還包 括擴流電路和溫度監(jiān)測模塊，所述擴流電路的輸入與所述換向電路的輸出端相連，所述擴 流電路的輸出端作為所述VD源模塊的電源輸出端，所述溫度監(jiān)測模塊與所述擴流電路連 接，監(jiān)測所述擴流電路的溫度。
5.如權利要求4所述的功率場效應管測試裝置，其特征在于，所述擴流電路包括多組 并聯的射級跟隨單元，所述射級跟隨單元的兩端分別連接在外接電源的正負端。
6.如權利要求5所述的功率場效應管測試裝置，其特征在于，在所述外接電源的正負 端之間還連接有可以產生瞬間大電流的電容或電容組。
7.如權利要求1所述的功率場效應管測試裝置，其特征在于，所述中央處理模塊包括 MCU、漏極電流處理單元和漏源電壓處理單元，所述漏極電流處理單元與所述電流傳感器的 輸出端連接，并將處理后的代表漏極電流的信號發(fā)送給所述MCU，所述漏源電壓處理單元與 所述漏極端子連接，并將處理后的代表漏源電壓信號發(fā)送給所述MCU。
8.如權利要求7所述的功率場效應管測試裝置，其特征在于，所述漏極電流處理單元 包括電流電壓轉換電路、參考電壓電路和比較電路，所述電流電壓轉換電路與來自于所述 測試電路中的電流傳感器連接，將電流傳感器發(fā)送來的漏極電流轉換為電壓信號后輸出給 所述的比較電路的一個輸入端，所述比較電路的另一輸入端接所述參考電壓電路，對所述 由漏極電流轉換的電壓與參考電壓進行比較，并將比較的結果發(fā)送給所述的MCU。
9.如權利要求7所述的功率場效應管測試裝置，其特征在于，所述漏源電壓處理單元 包括電壓衰減電路和模數轉換電路，所述電壓衰減電路與所述漏極端子連接，對從所述漏 極端子采集來的漏源電壓進行衰減，所述模數轉換電路對經過所述電壓衰減電路衰減的漏 源電壓進行模數轉換，并將轉換后的漏源電壓的數字信號發(fā)送給所述MCU。
10.如權利要求1所述的功率場效應管測試裝置，其特征在于，所述MCU的可擴展的通 訊接口采用RS232總線分別與所述VD源模塊和VG源模塊連接進行通訊。
專利摘要本實用新型公開了一種功率場效應管測試裝置，包括測試電路、電感元件、中央處理模塊、檢測模塊、VD源模塊和結構與VD源模塊相同的VG源模塊，所述測試電路包括用于與一個場效應管連接的源極端子、漏極端子和柵極端子，所述電感元件連接在漏極端子和電源端之間，所述VD源模塊的電源輸出端為所述電源端；所述VG源模塊的輸出與所述柵極端子連接；所述中央處理模塊通過可擴展的通訊接口分別與所述VD源模塊和VG源模塊連接，控制VD源模塊和VG源模塊的輸出。本實用新型采用模塊化設計，降低了系統因程序意外跑飛而出現死機或異常的可能性，避免了全部使用數字邏輯芯片帶來的不可編程、故可擴展性差的缺陷，并且提高了日產量。
文檔編號G01R31/12GK201780357SQ20102052827
公開日2011年3月30日 申請日期2010年9月13日 優(yōu)先權日2010年9月13日
發(fā)明者姚劍鋒, 張國光, 張順, 李佳明, 林華新, 王自鑫 申請人:佛山市藍箭電子有限公司