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电器安全性能综合测试仪使用方法?

时间:2024-04-23 05:56|来源:未知|作者:admin|点击:0次

一、电器安全性能综合测试仪使用方法?

1、安装:使用前需要先将其安装好,一般需要将仪器放置在平整、干燥的场所,并保证有足够的空间供其运行。同时还需要将测试仪的电源线插入电源插座,确保仪器的电源正常供电。

 

  2、连接被测设备:主要用于对电器电子产品进行测试,需要将被测设备连接到测试仪中。一般来说,可以使用测试线缆或者双头插针进行连接。在连接时,需要将测试仪的测试头与被测设备的测试点进行连接,确保连接稳定可靠。

 

  3、选择测试项:进行测试前需要选择测试项,即根据被测设备的不同特点选择相应的测试项。一般来说,它的测试项包括电气性能测试、机械性能测试、环境适应性测试等多个方面,需要根据被测设备的特点进行选择。

 

  4、进行测试:在选择相应的测试项后,即可开始测试。在测试过程中,需要按照测试仪操作说明进行操作,逐步完成测试步骤。在测试过程中,需要注意对被测设备进行观察和记录,记录测试数据并加以分析,以便后续改进和优化。

 

  5、结果分析:在进行测试后,需要对测试结果进行分析和处理。处理结果时,需要根据测试数据进行分析和判断,并制定相应的改进计划和措施。测试结果与相应安全规范的要求相比较,如果不符合安全规范的要求,则需要进行相应的改进和优化。

二、安全综合测试仪接线颜色?

结论:有标准规定。原因:对于安全综合测试仪的接线颜色有国际标准和国家标准的规定。国际标准规定为黄色/绿色接地线、蓝色零线、棕色火线;中国国家标准规定为红色火线、蓝色零线、黄色/绿色接地线。内容延伸:了解这些标准规定是非常重要的,因为正确的接线能够确保仪器的安全可靠使用,避免因接线不当而引起的意外事故。此外,正确的接线还能够确保测试结果的准确性和可靠性,有助于后续的工作和维护。

三、汽车综合性能检测和安全性能检测有什么区别?

两者的主要区别在于: 1.安全性能检测侧重于安全性能方面的项目,综合性能检测是包括安全性能在内的多个项目的检测。

2.安全性能检测主要侧重汽车安全方面的检查,例如转向轮,制动,车速表等配件检测,综合性能检测不仅要检测安全性能检测的内容,还需要检测工作可靠性,动力性检测,燃油消耗,环保检测等 3.综合性能检测包含安全性能检测,安全性能检测只是综合性能检测的一个组成部分 综合检测诊断的主要内容有以下方面:

①汽车安全性检测,指制动、转向、侧滑、车速和照明(前照灯)等。

②工作可靠性检测,指异响、磨损、变形和裂纹检测。

③动为性检测,指加速能力、底盘输出功率、发动机功率、转矩和油/电路工作性能检测。

④经济性燃油消耗。

⑤环保检测,指噪声和废气排放状况的检测。 对汽车有关性能的检测,利用专用汽车检测设备对汽车进行规定项目的检测,根据中华人民共和国公安部《机动车安全技术检测站管理办法》对检测设备配备的要求,可分为以下6项:

(1)转向轮侧滑。

(2)制动性能。

(3)车速表误差。

(4)前照灯性能。

(5)废气排放。

(6)喇叭声级和噪声。

四、综合测试仪怎么点检?

点检步骤应为:先检查传感器是否粘附硬物、传感器底部是否有刮痕、紧固件是否松动,然后用测试仪自检功能检测仪器是否正常,检查仪器显示屏是否显示正常,最后进行标准阻抗点检,根据测试数据判断仪器是否准确。综合测试仪的点检应该注意安全,操作规范,并严格按照要求执行操作程序。

五、有没有一种综合测试仪可以测试大部分电子元器件的性能?

半导体元器件是构成现代电子设备和系统的基础,其性能的好坏、稳定性的高低直接影响到电子设备的性能和可靠性。从最笼统的角度说,我们可以利用半导体参数分析仪对半导体器件进行IV参数测试,即电压和电流关系的测试,也可以延展到CV参数测试即电容相关的测试。

在实际测量中,测试工程师会遇到不同的问题和困扰,这里总结了一些半导体参数测试常见的问题,帮大家在实际工作中避坑。

何为半导体参数测试?

何为参数测试? 这是一个有趣的,但也可能是一个有争议的问题。不过通常的参数测试会涉及电气参数测试和四种主要半导体器件的特性表征,这四种器件包括电阻、二极管、晶体管和电容器。并不是说参数测试不会涉及其它类型的器件,但绝大多数参数测试结构都可归入这些类别或这些类别的组合。

图 1 — 参数测试设计这四种基本的器件类型

绝大多数参数测试都包括电流 - 电压 (IV) 测量或电容 - 电压 (CV) 测量。

对于许多人来说,参数测试意味的是“直流”测试,但这种表述是不准确的。当然,它可以用源/测量单元 (SMU) 在任何地方进行从毫秒级到秒级的测量,如果按照功能测试器 (通常可进行纳秒或皮秒范围的测量) 的标准,这确实是很“慢”的。近几年来,对极快参数测量的需要在急剧增长 (以纳秒级的数据采样率进行 1 µs 的单点测量)。这就需要研制符合这一需要的新的测量模块类型 (如波形发生器/快测量单元 - WGFMU)。未来,随着器件制程中更精密光刻技术和新型材料的采用,极快 IV 测量和脉冲 IV 测量的重要性将继续增加。应用指南

晶圆和芯片级光测试
“在对用于光子集成电路的晶圆和芯片进行光测试时,需要注意输入光的偏振。 晶圆和芯片级光测试应用软件可提供相应的测试功能”

参数测试的一个主要子类别是可靠性测试。

可靠性测试强烈依赖于描述化学反应速率常数 (K) 的著名 Arrhenius 方程:

这里: A 是指前因子

  • Ea 是活化能
  • R 是理想气体常数
  • T 是开氏温度

在器件可靠性测试中,通常要向器件施加高电流和/或高电压的应力 (大于器件正常工作条件),从而降低活化能的值和增加产生失效机制的概率。增加温度通常也能到同样目的。一旦产生失效机制,就可使用各种数学和统计技术推算正常工作条件时的预期失效率。

为什么要进行参数测试?

参数测试的目的是确定半导体制程的特性。概而言之,参数测试包括下面三个主要领域: 工艺开发,器件建模和工艺控制。

图 2 — 参数测试集中在三个主要领域: 工艺开发,器件建模和工艺控制。

前两项是在实验室、研发或试生产环境进行,最后一项则要在制造环境中进行。不同环境中所使用参数测量设备显然会有不同的要求,工艺开发和器件建模可使用台式仪器,而生产流程则应使用具有高吞吐率的测试仪。

图 3 — 为优化吞吐率专门设计的生产线用参数测试仪

必须了解参数测试几乎从不在最终产品上进行。相反,它是在能提供制程本身充分信息的特定测试结构上进行。参数测试总是直接在半导体晶圆片上执行。在生产测试中,参数测试结构有时是位于晶圆片的刻线行或“街道”中,从而尽量减少器件所占的晶圆片面积。通常只是对参数测试结构,而不是对整个晶圆片进行工艺开发和可靠性测试。

B1500A 半导体器件参数分析仪
图 4 — 为节省宝贵的晶圆片面积,参数测试结构有时放在晶圆片的刻线行 (或“街道”) 内。

在何处进行参数测试?

在生产中,参数测试通常是在晶圆片制造过程完成后 (即已进行了钝化)和对产品裸片的电气性能分选 (电分选) 前执行。

图 5 — 参数测试在晶圆片制造完成后和产品功能验证前进行。

要对每一批次的每一片晶圆片进行测试,并把数据保存到数据库中。显然这是洪量的数据,可使用各种软件工具将其处理成各种不同格式的数据。一种流行的格式是晶圆片图,在用标量绘制的晶圆片上,它用不同颜色表示数据值的不同范围。

图 6 — 晶圆片图的例子。

对于先进制程来说,放置在刻线行中的常规测试结构,甚至是放置在晶圆片周围的插入测试裸片,都可能难以充分描述这样的制程。由于其固有的复杂性,先进制程通常需要多得多的测试,有时很难让所有需要的测试结构都进入可用的测试区域。为保持探头卡上探针的合理寿命,探头卡上的探针在物理尺寸上受到限制,这也进而限制了探盘的最小尺寸。这意味着对于每一代新的制程,探盘不能随器件特性尺寸的下降而下降。

图 7 — 探盘尺寸不能随设计规则的改变而改变,从而限制了能放置在晶圆片上的常规测试结构数量。

一种解决方案是使用阵列,因为阵列允许测试器件共享探盘,从而提高了测试器件与探盘之比。

下面是采用这种方案的一个例子。

图 8 — 用于生产中参数测试的一个可寻址阵列方案例子。

与常规的器件测试方案相比,可寻址阵列的吞吐率有明显改进,虽然能大幅缩短测试时间,但需要有重新实现所有参数测试过程的工程量。

如何利用半导体参数分析仪对半导体器件进行IV参数测试和CV参数测试?

半导体元器件是构成现代电子设备和系统的基础,其性能的好坏、稳定性的高低直接影响到电子设备的性能和可靠性。从最笼统的角度说,我们可以利用半导体参数分析仪对半导体器件进行IV参数测试,即电压和电流关系的测试,也可以延展到CV参数测试即电容相关的测试。

B1500A 半导体器件参数分析仪/半导体表征系统主机 - 是德科技Keysight
图 9 半导体器件参数分析仪

通过对半导体器件进行IV参数测试和CV参数测试以上测试,我们可以得到半导体器件的电阻特性、电容特性和晶体管的增益特性;也可以通过精密的电器特性测量,得到器件的工艺参数直至半导体器件的物理信息,如离子注入浓度(也称掺杂浓度)、薄膜厚度、线宽和氧化电荷等。经常涉及的测量参数如下图:

半导体参数测试列表

图10 半导体参数测试列表

这些参数测试对于判断半导体器件的性能、分析其工作机制,以及进行进一步的器件优化都有着极其关键的作用,下面的篇幅,我们重点就直流静态参数测试展开。

半导体静态参数测试简介

静态参数主要是指本身固有的,与其工作条件无关的相关参数,主要包括:门极开启电压、门极击穿电压,集电极发射极间耐压、集电极发射极间漏电流、寄生电容(输入电容、转移电容、输出电容),以及以上参数的相关特性曲线的测试。

除了普通硅基(Si),碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等全新宽带隙材料能够支持大电压和高切换速度,在新兴大功率应用领域具有广阔前景,IGBT/SiC/GaN器件与模组,可以作为众多应用的电子开关,并且其重要性持续增加。在高电压直流偏置条件下(高达 3 kV),高击穿电压(达 10 kV)、大电流(数千安培)、栅极电荷以及连接电容表征和器件温度特征和GaN器件电流崩溃效应测量功能都十分必要,是推动新器件尽快上市的重要保证。

面对功率器件高电压、高电流的测试要求,可以使用B1505A和B1506A对芯片、分立器件及模组等功率器件进行全参数测试,包括:

❶ 测量所有IV参数(Ron、BV、泄漏、Vth、Vsat等);

❷ 测量高电压3kV偏置下的输入、输出和反向转移电容;

❸ 自动CV测试;

❹ 测量栅极电荷(Qg);

❺ 电流崩塌测试;

❻ 高低温测试功能(-50°C至+250°C)。

问题:半导体和芯片是同概念吗?

答案:半导体和芯片不是同概念。

芯片(chip)是半导体元件产品的统称,在电子学中是一种将电路(主要包括半导体设备,也包括被动组件等)小型化的方式,并时常制造在半导体晶圆表面上。也称集成电路(integrated circuit)、微电路(microcircuit)、微芯片(microchip)。

半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体在集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明、大功率电源转换等领域都有应用,如二极管就是采用半导体制作的器件。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等,硅是各种半导体材料应用中最具有影响力的一种。

是德科技 Keysight Technologies:半导体器件测试

典型的半导体参数测试案例

使用B1506A的Datasheet测试功能对某IGBT功率模块进行实测,整个测试过程使用非常简单,在极短的时间内完成IV、CV和Qg参数测试。具体测试步骤如下:

❶ 选择IGBT测试模板,按照测试要求设置测试条件;

❷ 设置测试曲线的显示范围;

❸ 选择需要测试的参数;

❹ 点击执行测试。

图 11 IGBT模块Datasheet测试步骤

测试完成后,可以生成Datasheet测试报告如下所示,包括IV参数(击穿电压、漏电、开启特性),CV参数(Rg、输入、输出和反向传输电容)和栅极电荷Qg。

图12 功率器件测试结果
功率器件分析仪

半导体参数测试实测避坑指南

在实际测量中,工程师会遇到不同的问题和困扰,这里总结了一些常见的可能出现的问题,帮大家在实际工作中避坑。

1. 接地单元连接使用

如何去使用接地单元?接地单元是三轴接口。

SMU接口和接地单元接口定义不一样。一个是Force, 一个是Sense。

SMU接口和接地单元接口定义不一样。一个是Force, 一个是Sense。

接地单元不能直接使用,必须通过设备自带的适配器进行连接后,适配器把接地单元的输入转换成Source和Sense,与SMU的输出对应。

接地单元连接使用https://www.zhihu.com/video/1685973517332611072

2. 不单独使用Sense接口去做参数测试

如果用Sense接口做参数测试,电流会流经内部电阻Rs,如果DUT电阻小,测量精度会受到影响,Force才是真正驱动输出的接口。

Tips:把Sense作为观测通道,可连接到示波器,观看输出测量的电压变化过程。

不单独使用Sense接口去做参数测https://www.zhihu.com/video/1685973746651856896

3. HFCV测试的注意事项

a. 连接的线缆必须共地,否则线缆之间的互感影响会导致测量电容的精度下降;

b. CV测试时的Ground不与大地直接相连;

c. CV测试的双线连接线,越短越好,减少寄生参量的影响。

HFCV测试的注意事项https://www.zhihu.com/video/1685974066882904064

4. 电流类SMU模块连接

电流类模块端口定义与功率模块不同,电流类模块是自回流系统,所以连接接口不能直接使用,需要通过Kelvin转接器转成4个接口使用。

电流类SMU模块连接https://www.zhihu.com/video/1685974708330319872

5. 大电流测试曲线异常

出现大电流测量异常,可能原因包括:

a. 脉冲设置参数不对,如脉宽太短等原因,通过增加脉宽和增加测量时间来修正;

b. 震荡,通过双绞线连接以减小互感;通过对栅极串联电阻的选择以减小信号反射的震荡;通过外加磁环减少互感;通过栅极接50欧姆电阻到地吸收放射信号等方法改善DUT稳定性来消除自激。

大电流测试曲线异常https://www.zhihu.com/video/1685974884025499648

6. 测试超低电流软件设置

pA/fA级别电流设置,注意事项如下:

a. 测试模式Trace Mode选择精确测试Fine;

b. 增加每点测量时间NPLC,如每点测量时间=50Hz*10=20ms*10=200ms;

c. 增加每点测试延迟时间Delay Time。

测试超低电流软件设置https://www.zhihu.com/video/1685975139374694400

调试低电流测量參考

只要您按下面的步骤执行,低电流测量调试就并不困难。下面的调试流程假设采用高分辨率 SMU (HRSMU)。如前所述,除非至少选择 10 pA 的测量量程,否则就不能进行 fA 级的测量。如果在低电流测量中遇到麻烦,可通过下面的调试流程找到问题。

1. 不接电缆从 0 V 扫描至 1 V (30 分钟预热后)

  • a. 检查确保所有 SMU 模块都通过了自校准
  • b. 执行 SMU 偏置调零
  • c. 验证有 ±3fA 基线
  • d. 注: 成功表示 SMU 功能正常

2. 连接探测器电缆,但不接到晶圆片探测器

  • a. 等待几分钟,让压电效应消散
  • b. 执行 SMU 偏置调零
  • c. 检查基线
  • d. 注: 成功表示电缆没有破损 (泄漏)

3. 把探测器电缆接到探测器的连接器板,但不接到晶圆片探测器上

  • a. 等待几分钟,让压电效应消散
  • b. 执行 SMU 偏置调零
  • c. 检查基线
  • d. 注: 成功表示连接器板没有泄漏

4. 把晶圆片探测器接到连接器板

  • a. 等待几分钟,让压电效应消散
  • b. 带着触针 (不接触晶圆片) 执行 SMU 偏置调零
  • c. 带着触针 (不接触晶圆片) 检查基线
  • d. 注: 成功表示晶圆片探测器功能正常

电源工频噪声在低电流测量量程变得更为突出。这意味着要得到无噪声的测量结果,您必须在多个电源工频周期上对低电流测量结果积分。对于使用 ASU 进行的亚 fA 级测量,这成为极严峻的问题。一位实验者曾报告他获得较好 fA级测量结果的唯一途径是利用周末大楼内绝大多数电气设备关机的机会。

7. 关于屏蔽,连接, 接地

关于屏蔽,连接, 接地https://www.zhihu.com/video/1685975324804923393

进行半导体参数测试时,在硬件连接上还有几个注意事项。

要做好屏蔽。减少外界电磁辐射的干扰。尽量减少外界光照的影响,甚至尽量减少外界震动的影响。

在连接仪器,探针台和其它设备时,要避免地的环路形式。接地要单线,单个接地。如测试设备和探针台,我们一定要分别接地,而不需要再把测试设备和探针台再做一次链接。如果再做一次链接,就形成了一个环路,而形成所谓的法拉第电子感应线圈。这个时候就会导致整个环路当中地不干净。不利于精密的参数测试。

法拉第线圈原理

法拉第实验的基本原理是:当导体内部受到磁场的作用时,会在导体内部产生电动势。

互锁接口-安全操作的保护

互锁接口-安全操作的保护
图 13 是德科技半导体参数测试家族

静态参数测试的B1500A/B1505A/B1506A系列,模块化的E5260A/E5270B系列,动态参数DPT测试的PD1500A/PD1550A。

SiC 功率 MOSFET 阈值电压 (Vth) 评估方法

”本文介绍了是德科技解决方案的 SiC功率 MOSFET 阈值电压 (Vth) 评估方法。“

了解新一代功率半导体动态表征测试系统

半导体测试设备

4080 系列参数测试系统高吞吐量存储器测试解决方案晶圆和光刻定位测量

案例分享 - 使用Keysight B1505A功率器件分析仪完成SiC MOSFET的压接封装实验

压接封装提供的优势主要在于以下: (1)无键合封装杂散电感更低和可靠性更高, (2)并联器件之间的杂散电感分布更均匀, (3)双面冷却某些压力包装结构的能力; (4)高度模块化的封装方法,以及易于构建的并联、串联和半桥连接。 与Si器件相比,SiC MOSFET的优点是导通和开关损耗更低,工作温度更高。随着最近高压SiC器件的发展,人们希望结合压接封装和SiC器件的优点。 具有诸多优点的SiC压接封装实现的挑战和工艺可行性将在下文讨论。

一、SiC MOSFET的挑战

第一个问题是如何在SiCMOSFET上实现压力接触。

在压接IGBT中,为了消除引线键合和焊接,开发了不同的方法来实现顶部连接的压力接触。现有的IGBT压接解决方案主要有两大代表。金属经过机加工以适应IGBT芯片的芯片区域和金属化图案,金属表面粗糙度和平整度公差应非常严格,确保良好的电接触和均匀的压力分布。另一种解决方案是ABB使用弹簧接触技术开发的StakPak。在ABB StakPak中,弹簧对每个IGBT芯片施加压力,压力取决于弹簧的压缩比,因此在没有压力分布预防措施的情况下更容易开发堆叠结构。文献中有一些其他压接IGBT方法。 直接压力接触和弹簧接触这两种方案,需要较大的芯片面积和芯片表面金属化定制设计。SiC SBD上采用金属块直接压力接触方法的初步尝试。使用专门设计的1.6kV SiC-SIJFET。这种方法在SiC MOSFET上是否可行需要进一步研究另一个问题是,为了充分利用SiC MOSFET的快速开关特性,开关电路中的寄生电感应该最小化。由于压接封装不在有源器件和散热器之间提供内部绝缘,因此散热器包含在主电源回路中,使得回路寄生电感难以减小。堆叠结构压接IGBT使用了水冷散热器,也包含在载流路径中,散热器的厚度增加了电源环路的总面积,增加了回路杂散电感,这对SiCMOSFET来说是不可取的。这个问题尚未得到广泛解决。 推荐阅读:

SiC MOSFET Vth 测量

”如何提高 Vth 测量精度和变化碳化硅MOSFET“

二、SiC MOSFET的压接封装解决方案

为了解决上述问题,实现压力接触,薄型中介层主体中用被称为“绒球键”的柔性微型压针连接,产生均匀分布的压力和引入最小的寄生电感。至于热管理,薄型微通道散热器用于提供足够的散热,同时保持相对较薄以降低电源环路电感。 压接SiC MOSFET的整体结构如下图1。压接结构夹在两个液冷微通道散热器之间。SiC芯片安装在钼基板上。内嵌绒球键压力接触中介层将SiC芯片的源极和栅极焊盘连接到上基板。上基板将芯片的源焊盘连接到顶部铜基板,并为驱动器提供栅极和开尔文端子。在所提出的压接结构中,高压应力发生在底板和上基板的底部导体平面之间。底板与上基板之间的中介体作为绝缘层。为了增加封装的电压阻断能力,可以在基板上施加绝缘膜或涂层以覆盖暴露区域。另一种方法是将惰性气体密封到封装中,防止介电强度下降和芯片金属化氧化。压接原型机开发了4个SIC芯片并联。使用的芯片是Wolfspeed的CPM2-1200-0025B。中介层、微通道散热器、上基板、底板和堆叠结构的特点将在以下小节中介绍。

图1

A.内嵌绒球键的中介 由于芯片尺寸和焊盘图案更小,IGBT和SiC SBD上现有的压力接触方法尚未用于SiC MOSFET。在本文中,为了在SiCMOSFET上实现压力接触,在压力接触中介层中使用柔性和微型压针来实现芯片上侧连接。压力和接触电阻仅取决于压针的压缩比。它允许更大的夹紧压力分布公差,从而简化了压力包装的制造和夹紧结构的开发。 考虑到SiC器件的特性,压脚应满足以下要求: •适合SiC MOSFET芯片上的焊盘的小直径, •允许低中介层厚度和低寄生电感的薄型, •减轻压力不均匀性影响的灵活性, •足够的载流能力。 绒球键符合上面列出的要求。绒球键是一根细细的镀金铍铜线,压缩成圆柱形。绒球键的放大图如图2(a)所示。由于绒球键内电线的随机方向,电流通过许多小直径导体而不是大导体,从而减轻趋肤效应。绒球键插入插入器中的孔网格中,该插入器的长度略薄于绒球键的长度。绒球键的尺寸如下图2b标注。每个芯片上有3个源极焊盘,整个压接组件共有12个,源极触点总共需要48个绒球键。可以实现绒球键之间1毫米的精细间距。图2(b)和(c)分别显示了内插器结构的横截面图和裸片上的绒球键布局。20mil的绒球键具有每针5A连续电流的载流能力。绒球键的阻力取决于压缩比。内插器的厚度为3.350mil,因此每个绒球键都施加了大约16%的压缩。在16%的压缩下,每个绒球键的电阻约为30mΩ,因此每个SiCMOSFET芯片引入了约2.5mΩ的电阻。 样品中使用的SiC MOSFET DIE在50A漏极电流和25℃结温下具有25mΩ的导通电阻。每个芯片的绒球键引入的电阻约为SiC MOSFET芯片导通电阻的10%。

图2

中介层主体由低温共烧陶瓷(LTCC)制成。图2(d)显示了在LTCC主体中插入带有绒球键的制造的压力接触中介层的图片。为了评估集肤效应和邻近效应的影响,对中介层进行了交流电阻仿真。简化模拟中的绒球键近似为铜圆柱体。内插器的交流与直流电阻比在10Hz-10MHz的频率范围内描绘,如图2(e),在高于100kHz的频率下,由于集肤效应和邻近效应,交流电阻会增加。据测试报告,以0.8mm间距排列的20mil绒球键在40GHz时的插入损耗小于1dB,表明交流电阻、寄生电容和电感较低。

B.微水道散热器 在SiC MOSFET上实现压接封装的另一个主要问题是散热器的设计。由于压接封装不提供内部绝缘,功率回路中需要包含散热器,导致回路寄生电感较大,这对于快速开关SiCMOSFET而言尤其不利。 为了解决这个问题,对散热片的要求如下: •回路面积最小化, •提供足够的散热, •能够承载电流。 本文为满足压接SiCMOSFET的要求,LTCC微通道散热器的设计独特,具有厚度薄和载流能力。微通道散热器的结构如图3(a)所示。为了满足载流要求,在散热片的上下两面印制了导体平面,并与导体过孔相连。中间层形成通道,因此可以驱动冷却液通过这些通道来散热。这种设计带来的另外的好处是电气回路与冷却回路隔离,无需非导电冷却剂,简化压接器件的使用。通道的设计采用平行和蛇形设计,使散热器上的温度分布更均匀,并减少冷却液的压降,这将在仿真结果中更明确地显示出来。制造的LTCC微通道散热器如图3(b)所示,2.7mm,非常薄。

图3

C.上基板和底板 上基板用于功率端、开尔文和栅极连接布线。多层基板采用LTCC技术制成。上基板上的栅极走线旨在提供并联器件之间的良好平衡,如图4(a)所示。若能在每个芯片的上基板中嵌入栅极电阻,可进一步改善均流电流。提供开尔文源极端子以最小化共源电感。制作的LTCC上基板如图4(b)所示。基板的厚度约为1.7mm。

图4

能和SiC芯片实现良好的CTE匹配,钼作基板材料。在底板上加工定位槽和对准孔,以将SiC MOSFET裸片固定在所需位置,如图5所示,成本更大,手工件可以做。

图5

D.堆叠结构和母排总线

如图6所示,两个压接器件和三个微通道散热器与母排一起组装成一个半桥。刚性夹块用于施加压力,球形杯形力分布器确保压力对称分布到压接器件。母排总线结构也如图6所示。为了减小杂散电感,母排总线结构采用了宽幅重叠设计。

图6

E.工艺流程 压接SiC MOSFET的工艺流程如图7所示,工艺步骤简述如下:

图7

第1步:在上基板上焊接顶板

第2步:将上基板和中介层主体插入外壳,将定位销插入定位孔

第3步:将绒球键插入中介层主体

第4步:将SiCMOSFET裸片安装在底板上

第5步:将底板插入外壳,使定位销插入中介层上的定位孔底板 图8是组装好的半桥堆栈、栅极驱动器板、直流总线电容器板和DSP控制板。

图8

F.材料特性 用于开发压接原型的LTCC材料是杜邦GreenTape9K7。材料特性如表所示,LTCC材料的导热性不如铜或AlN陶瓷。LTCC微通道散热器的性能需要进行模拟和测试,以验证其能够提供足够的散热效率。

LTCC材料的弯曲强度为230MPa。与其他常用基板材料相比,例如FR4(345MPa)、氧化铝(317-345MPa)和AlN(360MPa)的抗弯强度,LTCC材料的强度较低。脆弱的材料在加压力时必须特别小心,以免LTCC基板破裂。如果需要提高机械强度,则可以使用替代材料,例如用于中介体的介电塑料、用于上基板的具有导电通孔填充的PCB,以及用于散热器的导电金属或合金。

G.与引线键合功率模块的技术比较

压接解决方案采用的技术和材料与传统引线键合功率模块中的对应技术和材料一起列出,如下表所示。

压接解决方案的成本增加主要来自绒球键压接、LTCC衬板和热管理系统开发的努力。

三、封装设计的仿真验证 以下通过电气仿真和热仿真评估上一节器件的性能。封装和堆叠结构的寄生电感被提取并用于开关特性模拟,并对微通道散热器进行了热模拟。

A.寄生电感 封装引入的寄生电感对于快速开关SiC MOSFET尤其重要。ANSYSQ3D用于提取压接SiC MOSFET和半桥堆叠结构的寄生电感。

图9是压接封装、具有两个压接封装和三个散热器的半桥堆栈中寄生电感的定义。

图9

最关键的寄生参数是:

•栅极回路电感:导致栅极电压振荡,

•共源电感:降低开关速度并导致振荡,

•半桥的换向回路电感:导致主电源环路中的过冲和振荡。

图10.压接SiC MOSFET器件的寄生电感仿真结果

如图10所示,提取了10Hz-10MHz频率范围内的寄生电感,由于散热器超薄,半桥堆的换向回路电感在100kHz时仅为4.3nH。如果仿真中包含母线,则在100kHz时,母线的总环路电感约为12nH。此外,压接封装具有非常低的内部电感。漏源极电感在几百pH的范围内。四个并联裸片中每个裸片的栅极环路电感在100kHz时约为6nH,并且在并联器件之间实现了良好的平衡。共源电感对于快速开关SiCMOSFET尤其重要。实验证明:共源电感大,开关时间和损耗可能会显着增加。对于四个并联芯片,压接设计的共源电感小于500pH。并联芯片的共源电感的偏差是由于芯片与开尔文源极端子之间的距离不同造成的。

B.开关特性

提取的寄生参数可以导入到电路模拟器中,分析半桥堆叠结构中压接器件的开关特性。开关仿真是在Synopsys的Saber仿真器中完成的。可以从ANSYSQ3D寄生参数提取中获得Spice网表。然后通过模型转换将Spice模型导入Saber。然后将提取的寄生效应和SiCMOSFET芯片的模型合并到Saber仿真中。SiC MOSFET模型是基于物理的模型,可用于预测器件的开关性能。在600V直流总线电压和150A负载电流(每个芯片37.5A)下模拟的开通和关断波形如图11所示。 模拟中使用的栅极电压为-5/20V,外接门极电阻为5Ω。

图11、SiC-MOSFET的模拟开通和关断的波形。从上到下:栅源电压、开关功率损耗、漏源电压和漏电流。

如图11所示,并联芯片之间实现了漏极电流的良好动态平衡和开关损耗的均匀分布。在开启和关闭间隔期间,并联器件的漏极电流和开关损耗波形之间没有观察到大的偏差。此外,在漏电流、漏源电压和栅源电压波形中没有观察到大的振荡,验证了封装和堆叠结构的低电感设计。

C.微通道散热器的热性能

微通道散热器的性能也通过仿真进行评估。四个SiCMOSFET芯片、芯片连接材料、钼基板和散热片都被建模用于仿真。水作为冷却液,流速为1mL/s,入口温度为25℃。系统的初始温度为25℃。四个芯片各施加15W热源,总功率损耗为60W。固体温度、流体温度和流体压力的仿真结果如图12所示。

图12.微通道散热器的热模拟结果:(a)固体温度;(b)流体温度;(c)流体压力。

如图12(a)所示,SiCMOSFET的最高结温约为85℃,表明温升为60℃。结点到冷却剂的热阻约为1K/W。四个并联芯片之间的温差也是一个重要问题。并联芯片之间的均匀温度分布有助于实现平衡的电流均匀。四个并联芯片的最大结温之差小于0.9℃。散热器上的最高温度为Thmax=73℃。因此,结到散热器的热阻约为0.2K/W,而散热器到冷却剂的热阻约为0.8K/W。从图12(b)和(c)可以观察到详细的微通道设计。结合平行和蛇形通道设计,散热能力是在相对较低的9kPa(1.3PSI)压降下实现的,如图12(c)所示。

四、封装原型的实验评估

对制造的压接原型进行实验测试评估其的性能。

A.微通道散热器的热性能 在微通道散热器的热测试中,将四个功率电阻直接压在散热器上以模拟热源。每个功率电阻器产生15W的热量,从而产生60W的总热源。使用计量泵以1mL/s的流速将水泵送通过通道。测试设置和热像仪捕获的温度图如图13(a)所示。如图所示,散热器上的最高温度约为71℃,表明散热器到冷却液的热阻约为0.8K/W,这与仿真结果相符。

图13

由于LTCC材料的导热性不如金属或AlN陶瓷。如果SiC器件在较高电流和频率下开关时需要更高的散热效率,可采用金属微通道散热器来达到更好的散热效果。如图13(b)所示,构建并测试了厚度为3mm的液冷铜散热器。可以看出,通过使用铜散热器,散热器到冷却剂的热阻可以降低到大约0.42K/W,大约是LTCC散热器的一半。然而,通过使用金属散热器,冷却回路和电回路之间没有绝缘,因此必须使用非导电冷却剂。

B.压接器件的静态特性

为了验证所提出的压接器件结构的电气连接并测量封装器件的导通电阻,使用 Keysight B1505A Power 测量组装好的压接器件原型的输出特性设备分析器。对图8中所示的半桥堆栈中的两个原型进行了测量。在室温下测得的正向输出特性和第三象限特性分别如图14和15所示。如图所示,使用所提出的封装技术实现了良好的电连接。在室温下,在20V栅源电压和100A漏极电流下,压接器件的导通电阻约为23mΩ。根据器件数据表,每个SiC MOSFET芯片的导通电阻为25mΩ。因此,封装引入的寄生电阻约为16mΩ。相对较高的封装电阻可能是由于接触界面的表面平整度和粗糙度不完善造成的。两个原型由相同的结构和材料组装而成,并以相同的堆叠结构压制,从而为两个原型产生相同的压力。静态特性的差异可能是由于界面的表面平整度和粗糙度不一致以及SiCMOSFET芯片的差异造成的。

图14.压接SiC MOSFET的正向输出特性:(a)T1;(b)T2
图15.压接SiC MOSFET的第三象限特性:(a)T1;(b)T2
图16.压接SiC MOSFET的漏源漏电流。

Keysight B1505A还进行了漏源漏电流测试,以评估所建议封装的电压阻断能力。如图16所示,封装器件的漏源漏电流小于1nA,最高可达1000V。验证压接原型在堆叠结构中的功能。

C 封装器件的开关测试

双脉冲测试装置的原理图和图片如图17所示。

图17
图18

为了最大限度地减少直流总线连接引入的杂散电感的影响,去耦电容器集成到直流电容器板上,如图18所示(a).在应用中,连接在直流母线正负端子上的RC电路也可用于减轻杂散电感和器件寄生电容之间的谐振引起的振荡。为了测量开关电流,使用环形磁芯制作电流互感器,如图18(b)所示。

与图18(a)所示无电流互感器的母线连接相比,通过插入电流互感器进行漏极电流测量,在电源回路中增加了一定面积。增加的回路面积与磁芯一起为电源回路引入了额外的寄生电感。用于开关测试的测试设备列于表III中。与电流探头相比,差分探头的传播延迟为13ns,电流探头在测量中进行了校正。 在封装器件开关测试中,下臂MOSFETT2正在开关,而上臂MOSFETT1用作同步整流器,因为它与T2互补开关。然而,由于体二极管在死区时间内传导电流,体二极管的反向恢复在测量的开关波形中是可见的。电感开关电路的关断等效电路可以简化为RLC电路。关断谐振频率可以近似为:

其中Lloop是换向回路电感和Coss是器件的输出电容。Coss是高度非线性电容。 为评估回路电感,在20V直流总线电压下测量开关波形,获取更大的输出电容,如图19所示。压接SiCMOSFET的输出电容在20V漏极电压下测得为4nF KeysightB1505A曲线跟踪器的源电压。然后可以通过上式计算回路电感和漏源电压波形中的振荡频率。从图19(a)可见,回路电感约为11.2nH,这与仿真结果很接近。从图19(b)可计算出,加入电流互感器后,环路电感变为26nH,环路增加了约15nH。表3用于开关测试的测试设备设备型号带宽数字示波器TPS2024C200MHz差分探头P5200A50MHz电流探头电流互感器+Pearson287870MHz

图19.20V直流总线电压下的开关波形:(a)不测量漏极电流;(b)用电流互感器测量漏极电流。
图20.600V/120A时的测量(实线)和模拟(虚线)开关波形:(a)没有漏极电流测量;(b)用电流互感器测量漏极电流。

表3如下:

在600V/120A下测得的开关波形如图20中的实线所示,其中使用的外部栅极电阻为5.1Ω。如图20(a)所示,没有观察到大的振荡,表明回路电感较低。在图20(b)中,由于漏极电流测量增加了额外的回路电感,因此可以观察到一些振荡。模拟波形也在图20中用虚线描绘,可见两者一致性很高。这表明提取的寄生参数与SiCMOSFET芯片模型,可用于预测压接SiC MOSFET原型的开关性能。 为了评估封装是否降低器件的性能,测量开关损耗并将其与数据表值进行比较。600V直流母线电压下的开关损耗如图21所示,测试条件也列于图21中。数据表中使用的单个芯片的外部栅极电阻为6.8Ω。压接原型中有四个并联芯片,因此使用1.7Ω外部门极电阻进行开关损耗测量。假设并联芯片之间的电流分布均匀,图中显示的数据表损耗是数据表中给出的单个芯片损耗的四倍。在图21中,测量的开关损耗与模拟值之间显示出密切的一致性。测得的关断损耗接近数据表中的值。测得的导通损耗与数据表值有一些偏差。

图21

根据SiCMOSFET芯片的制造商数据表,在钳位电感开关测试电路中,SiC SBD C4D20120A用作续流二极管。SiC MOSFET的开通损耗很大程度上取决于SBD的反向恢复特性。SiC SBD作为单极器件,消除了反向恢复过程,而在实测中,MOSFET体二极管的反向恢复会导致导通电流过冲,增加导通损耗。然而,数据表中给出的SiCMOSFET芯片的开关损耗是在TO-247封装中测试的。由于缺少开尔文源连接,TO-247封装的较高共源电感会减慢开关瞬态并导致开关损耗增加。这些因素可能导致测量的导通损耗与数据表值之间存在偏差。 综合实验结果,测得的LTCC微通道散热器的热性能与仿真结果相符,还说明了通过使用铜微通道散热器,能以失去冷却回路和电气回路之间的绝缘为代价获得更好的热性能。

  • 测试压接的静态电气特性,以验证封装的电气连接和电压阻断能力。
  • 测量开关波形和开关损耗,并将其与仿真结果和数据表值进行比较。
  • 封装的杂散电感是从开关波形的振铃频率中获得的。
  • 在模拟和测量的开关性能之间实现了紧密的一致。
  • 开关结果验证了SiCMOSFET的开关性能在所提出的压接封装和堆叠结构中没有恶化。

五、结论 本文研究了SiC MOSFET的压接封装解决方案。从结构、材料、工艺到理论电气仿真、热仿真、以及静态测试、动态测试和应用测试,进一步验证所提出的封装方法的可行性。

SiC 功率 MOSFET 阈值电压 (Vth) 评估方法

”本文介绍了是德科技解决方案的 SiC功率 MOSFET 阈值电压 (Vth) 评估方法。“

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半导体器件建模

半导体器件模型是连接代工厂和IC设计公司之间的桥梁。如图1所示,IC设计工程师在电路设计软件中调用的器件,包含了器件模型和版图的信息。只有精准的器件模型才可以保证精准的电路仿真结果。

图1

器件模型有很多种类型,包括查表法,集约模型 (Compact Model),宏模型 (Macro Model) 等。半导体器件模型多是集约模型和宏模型。

举个最简单的电阻模型的例子。假设有一组测量的电流电压 (V,I) 的数据,符合线性关系,测试数据如图2所示,V和I之间的关系可以通过一个直线方程I=V/R来描述。通过调整R参数,在R=R0时可以得到与数据点拟合最好的结果。

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这个例子说明了半导体器件建模的两个步骤:

第一步,找到合适的方程;

第二步,参数提取。

对于MOSFET, BJT, 和Diode等半导体器件的建模也是一样的概念,只是描述这些器件特性的方程更为复杂。实际工业应用中,半导体器件大多已有标准可用的方程,如BSIM3和 BSIM4等,只需要进行参数提取即可。

图2. 半导体器件建模参数提取
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半导体器件建模的基本流程

要建立半导体器件模型,首先要有测试数据,并且是足够多的测试数据,要能够包含足够多的尺寸、能够反应工艺条件的平均和边界的水平。

所以,为了做半导体模型,工程师会需要设计专门单独器件的测试结构,去流片并进行测试,然后根据测试数据,拟合曲线提取参数。得到的参数列表保存出去,即可得到可用于SPICE仿真的模型文件。最后将各类器件的模型拼成一个模型库,并进行验证后,方可将模型移交出去。

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MOSFET global model -- Best Fitting model提取步骤(BSIM4为例)

首先,提模型需要有测试数据。测试时先要进行mapping测试,即测量wafer多个die在某个固定bias下的Target(Vtlin,Vtsat,Vtgm,Idlin,Idsat等)数据,然后根据mapping测试的结果选出各个target都比较靠近中值的一个die作为golden die。然后再测量golden die的CV,IV曲线。在拿到测试数据后首先需要检查数据,包括曲线是否正确、趋势是否合理,还要检查下IV曲线的target是否与mapping测试的中值有较大偏差,有问题的数据需要重新测试。

提模型时通常会以前一版本的模型为基础进行调整,如果没有前一个版本的模型可以选用默认的模型去调。下文具体看下MOSFET global model提取的基本步骤:

第一步,将工艺物理参数(如氧化层厚度等)填入模型中去。

第二步,CV 的拟合:包括CGG和CGC 的拟合,如图4所示。

图4

第三步,IV的拟合(图5):

图5

1. 大尺寸器件IV 曲线拟合,这一步需要拟合的曲线包括图5中所列出的曲线:

a. id_vgs_vbs (vds=0, vds=vdd), 需要同时拟合线性坐标和对数坐标的图,还需要照顾到Gm(id_vg取导数)曲线,调整vth0和迁移率相关参数进行曲线拟合。

b. id_vds_vgs (vbs=0, vbs=vbb), id_vd曲线的拟合也要照顾到Rout(id_vd曲线取dx/dy)曲线。

2. W=Wmax, Vtlin,Vtsat,Vtgm,Idlin,Idsat,Ioff等target对L的趋势图的拟合,可以使用IV曲线中计算出的趋势图,也可以直接使用mapping data的趋势图。如图6是一张Vtlin_L的趋势图

图6

3. 短沟道器件IV曲线拟合。这个步骤与步骤1中大尺寸曲线拟合类似,需要使用短沟道相关的参数去做拟合。

4. L=Lmax, Target对W的趋势图。与步骤2中类似,使用相关参数拟合不同target对W的趋势图。

5. 窄沟道器件IV曲线拟合。与步骤1、3类似,使用窄沟道相关参数去拟合。

6. L=Lmin, target对W的趋势图,以及W=Wmin, target对L的趋势图。参考步骤2、4。

7. 小尺寸器件的IV 曲线拟合。参考步骤1、3、5。

8. 重复步骤1-7直至所有曲线拟合精度达到要求,将最终结果保存出去,就得到了以测试数据为基础的 Best fitting model.

MOSFET 全局模型 - 角落调整 (MOSFET global model – Corner Tweaking)

除了针对模型晶圆本身测试数据选golden die进行的拟合IV, CV以及调整趋势做retargeting之外,模型还需要有个能代表工艺波动状况的边界模型,就是我们所说的corner模型。做corner模型需要有corner spec,在foundry里corner spec通常由工艺整合工程师 (PIE)提供。Corner model可以由base模型去生成一个corner lib,可以通过手动去贴一个corner lib出来或者直接使用MBP等工具由base模型去生成corner lib。调corner模型需要看的图有corner趋势图(图7)和喇叭口的图(图8),喇叭口是代表计算之后的各个corner与TT之间的差异的图。对照corner 趋势图和喇叭口的图,并同时结合spec table(图9)去调corner 参数,使得corner 仿真值能达到spec并且保证趋势和喇叭口正确。

图7
图8
图9

半导体器件统计模型(Statistical Model)

随着器件尺寸缩小,器件随工艺的波动会越来越明显,我们需要通过统计模型来描述器件随工艺的波动。工艺的波动可以分为几种,有相邻器件之间的差异,称为局部波动(local variation),局部波动也称作失配(mismatch);还有不同die,不同wafer,不同lot之间的差异,称为全局波动(global variation),总的波动(Total variation)是全局波动与局部波动之和.

Total variation = Global variation + Local variation

实际做模型时,local variation是直接测量得到的,所以mismatch模型通常都是由测量结果拟合得到;total variation也是可以直接测量得到,但是global variation无法直接测量得到,但是可以通过上面公式计算得到。所以global 的统计模型可以根据测试数据去做,使仿真结果与测试数据同分布即可。

器件建模和表征产品

用于 CMOS 和 III-V 器件建模与表征的产品和解决方案,包括自动化测试、精确的器件模型提取、全面的型认证、PDK 验证和综合建模服务。

Model Builder Program——完整的硅器件建模软件

MBP 是一站式硅器件建模解决方案,能够自动、灵活地进行硅器件建模。

CMOS 和 HVMOS 建模

用于行业标准 CMOS 模型的完整直流和射频建模提取套件。

半导体器件分析仪

本技术概览对完整的器件表征解决方案做了阐述,介绍了如何使用 B1500A 半导体器件分析仪来满足各种测量需求,包括从基本的 IV测试和 CV测试到超快速脉冲及瞬态 IV测试。

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六、3259综合测试仪怎样重置?

1、先把手机彻底关闭手机。

2、手机彻底关机之后,进入的方法:关机状态下同时按住手同的 音量上键 和 电源键 (同时按住这两个键)直到进入Recovery为止,在recovery中音量键表示选择,电源键表示确认。

3、进入recovery模式之后进行双清,不管你的手机是系统自带的recovery还是第三方的recovery,不管你的recovery是中文版的还是英文版的,只要有【wipe data/factory reset】【清空数据/恢复出厂设置】和【wipe cache partition】(中文版的是:清空缓存)这两项就可以。

4、选择【wipe data/factory reset】(中文版的是:清空所有数据,也就是恢复出厂设置了),然后按开机键确认,再选择【yes - delete all data】(是的 - 清空所有数据)即可。

出厂设置对铃声、主题、情景模式、闹钟、字体的一些设置恢复到出厂状态。

不会删除在存储卡如下载的应用程序或者SIM卡如短信,等内容。

七、光电色综合测试仪器原理?

光电测色仪是仿照人眼感色的原理而制成的,人眼有红、绿、蓝三个基本颜色的色觉。在制造光电测色仪时,采用了能感觉红、绿、蓝三种颜色的受光器,将各自所感光的光电流加以放大处理,得出各色的刺激量,从而获得这一颜色信号。

这里使用的受光器是在可见光的波段中,具有平坦敏感度特性的光电二极管和能平坦地修正光谱敏感度特性的滤色器和能调整到符合人眼色觉的滤色镜。

通常将各组的2个滤色器串联配备,并可以用具有综合两者特性的一块滤色镜代替两块。在这里重要的问题是三块滤色镜能符合人眼的色觉程度,这种相互一致的条件称为卢瑟条件,是决定光电测色仪功能的重要因素。

八、电池综合测试仪怎么用?

通常电池测试仪的正确使用方法:

 1、将输出线的正负极都接好,电池容量检测仪的正极和电池的正极是接在一起的,负级和电池的负级接在一起。接好了之后,就会听到一个鸣叫的报警音,这是电池容量检测仪接通电源之后的提示音。 2、现在按选择键进行放电流试试,终止电压也是按选择键。还有一些其他的键,清零键可以停止鸣叫音。然后仪器就会开始对放电的时间进行记录。

 3、然后选择放电的电流,7-14AH的话就是5A,17-24AH的话就是10A。

 4、然后测试一下电池的容量,测试为10.5V,然后进行深度放电,电压是3V。 5、当放电停止的时候,鸣叫的报警声音也会停止。现在我们已经测试完了,就可以取下电池了。要记录放电的时间,计算的公式是:蓄电池的容量=放电的电流*放电的时间。

九、光纤综合测试仪怎么用?

1.开机 

按下ON 键并保持2-3s后,仪器开机并开始初始化自检,自检期间蜂鸣器鸣响。初始化完毕后进入主菜单,蜂鸣器停止鸣响,进入主菜单开机完毕。主菜单显示当前存储器通道号、当前道岔号、当前日期、时钟及电池电量。

2. 关机

在任意状态下,按下 OFF 键后仪器即时关机,关机后关闭所有电源。并将部分设定内容存储。

十、电气综合测试仪怎么用?

使用方法

1. 首先,根据需要选择测试模块,并连接相应的测试设备。例如,如果需要测试光学参数,需要连接光功率计、光源等设备。

2. 打开综合测试仪,并进入相应的测试模块。

3. 根据测试需要,设置测试参数和测试范围。例如,如果需要测试光功率,需要设置测试波长和测试功率范围。

4. 进行测试。在测试过程中,需要根据测试仪器的指示进行操作,并记录测试结果。

5. 分析测试结果。对测试结果进行分析,判断测试对象是否符合要求,并进行相应的处理和调整。

6. 关闭综合测试仪。测试结束后,需要关闭测试仪器,并进行设备的清洁和维护。

需要注意的是,使用综合测试仪需要具备一定的专业知识和技能,未经专业人员指导和训练,不应私自操作。

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