前言

隨著全球科技水平的提高和科學(xué)研究的深入，科學(xué)儀器成為各個(gè)國家和地區(qū)科研機(jī)構(gòu)、高校和企業(yè)必不可少的工具。受益于全球第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)跑馬圈地?cái)U(kuò)張產(chǎn)能，測(cè)試設(shè)備領(lǐng)域可謂坐享需求紅利，持續(xù)火爆。近年來，國內(nèi)外不少企業(yè)動(dòng)作頻頻，關(guān)鍵環(huán)節(jié)的測(cè)試設(shè)備不再被少數(shù)企業(yè)壟斷，行業(yè)全球化進(jìn)程明顯加快，中國市場(chǎng)測(cè)試設(shè)備的國產(chǎn)化率也在逐步提升。

圍繞第三代半導(dǎo)體的測(cè)試需求，武漢普賽斯創(chuàng)新推出SiC/IGBT/GaN功率器件靜態(tài)參數(shù)測(cè)試解決方案，為SiC和GaN器件提供可靠的測(cè)試手段，實(shí)現(xiàn)功率半導(dǎo)體器件靜態(tài)參數(shù)的高精度、高效率測(cè)量和分析，產(chǎn)品已被國內(nèi)外多家知名半導(dǎo)體企業(yè)驗(yàn)證和應(yīng)用。

國產(chǎn)測(cè)試設(shè)備出海機(jī)遇海外市場(chǎng)發(fā)展空間廣闊

第三代半導(dǎo)體是指以SiC、GaN為代表的半導(dǎo)體材料，與前兩代半導(dǎo)體材料相比其優(yōu)勢(shì)是具有較寬的禁帶寬度，更適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率的電子器件，因此在5G基站、新能源、光伏、風(fēng)電、高鐵等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。Yole預(yù)測(cè)，全球SiC功率半導(dǎo)體市場(chǎng)將從2021年的11億美元增長至2027年的63億美元，年復(fù)合年增長率(CAGR)將超過34%，GaN功率器件市場(chǎng)將從2021年的1.26億美元增長到2027年的20億美元，年復(fù)合年增長率(CAGR)高達(dá)的59%。

資料來源:Yole Development

近年來，先進(jìn)半導(dǎo)體制造設(shè)備保有國相繼升級(jí)出口管制政策，從測(cè)試設(shè)備的需求角度來看，中國市場(chǎng)的國產(chǎn)替代需求強(qiáng)烈，政策層面也受到了高度重視，被認(rèn)為是中國在半導(dǎo)體領(lǐng)域“換道超車”的重要機(jī)會(huì)。隨著國產(chǎn)測(cè)試設(shè)備性能和穩(wěn)定性的提升，在價(jià)格和服務(wù)優(yōu)勢(shì)的帶動(dòng)下，海外需求也逐步增長，應(yīng)用空間廣闊。

近日，武漢普賽斯IGBT靜態(tài)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)遠(yuǎn)銷海外，并已完成項(xiàng)目驗(yàn)收，標(biāo)志著自主研發(fā)的全國產(chǎn)化IGBT靜態(tài)參數(shù)測(cè)試設(shè)備正式進(jìn)入國際市場(chǎng)。

IGBT靜態(tài)參數(shù)測(cè)試的難點(diǎn)與挑戰(zhàn)

任何器件的制造與應(yīng)用都需以測(cè)試手段作為保障，IGBT功率器件的參數(shù)測(cè)試不僅是功率器件投入商業(yè)化應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)，也是研究器件性能的重要手段。根據(jù)測(cè)試條件不同，功率器件被測(cè)參數(shù)可分為兩大類：靜態(tài)參數(shù)和動(dòng)態(tài)參數(shù)。靜態(tài)參數(shù)是指器件本身固有的，與工作條件無關(guān)的相關(guān)參數(shù)，如集射極擊穿電壓V(BR)CES、飽和集射極電流ICES、柵射極閾值電壓VGE(th)、輸入電容 Cies、反向傳輸電容Cres、輸出電容Coes等。

常見的IGBT靜態(tài)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)均來自于國際品牌，這些設(shè)備的測(cè)試電壓可達(dá)3000V以上，電流可達(dá)1200A以上。而中國企業(yè)在高壓（>3000V）和高電流（>1000A）IGBT模塊測(cè)試方面與進(jìn)口設(shè)備相比差距很大，且普遍存在測(cè)試精度不夠高、測(cè)量范圍有限的情況。對(duì)于一些軌道交通用的高壓大功率的IGBT單管、半橋模塊，測(cè)試條件需要達(dá)到6500V/3000A，不管是進(jìn)口設(shè)備還是國產(chǎn)設(shè)備都很難達(dá)到測(cè)試要求。

圖:Si/SiC/GaN的市場(chǎng)應(yīng)用分布

高電壓、大電流：普賽斯IGBT靜態(tài)參數(shù)測(cè)試解決方案

為應(yīng)對(duì)各行各業(yè)對(duì)IGBT的測(cè)試需求，武漢普賽斯正向設(shè)計(jì)、精益打造了一款高精密電壓-電流的IGBT靜態(tài)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)，可提供IV、CV、跨導(dǎo)等豐富功能的綜合測(cè)試，具有高精度、寬測(cè)量范圍、模塊化設(shè)計(jì)、輕松升級(jí)擴(kuò)展等優(yōu)勢(shì)，旨在全面滿足從基礎(chǔ)功率二極管、MOSFET、BJT、IGBT到寬禁帶半導(dǎo)體SiC、GaN等晶圓、芯片、器件及模塊的靜態(tài)參數(shù)表征和測(cè)試需求。系統(tǒng)采用模塊化集成的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，為用戶后續(xù)靈活添加或升級(jí)測(cè)量模塊提供了極大便捷和最優(yōu)性價(jià)比，提高測(cè)試效率以及產(chǎn)線UPH。

IGBT靜態(tài)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)支持交互式手動(dòng)操作或結(jié)合探針臺(tái)的自動(dòng)操作，能夠在從測(cè)量設(shè)置和執(zhí)行到結(jié)果分析和數(shù)據(jù)管理的整個(gè)表征過程中實(shí)現(xiàn)高效和可重復(fù)的器件表征。也可與高低溫箱、溫控模塊等搭配使用，滿足高低溫測(cè)試需求。

IGBT靜態(tài)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)主機(jī)內(nèi)部采用的電壓、電流測(cè)量單元，均采用多量程設(shè)計(jì)，測(cè)試精度為0.1%。其中，柵極-發(fā)射極，最大支持30V@10A脈沖電流輸出與測(cè)試，可測(cè)試低至pA級(jí)漏電流；集電極-發(fā)射極，最大支持6000A高速脈沖電流，典型上升時(shí)間為15μs，且具備電壓高速同步采樣功能；最高支持3500V(可擴(kuò)展至10kV)電壓輸出，且自帶漏電流測(cè)量功能。電容特性測(cè)試，包括輸入電容，輸出電容，以及反向傳輸電容測(cè)試，頻率最高支持1MHz，可靈活選配。

系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)/Feature

1、IGBT等大功率器件由于其功率特點(diǎn)極易產(chǎn)生大量熱量，施加應(yīng)力時(shí)間長，溫度迅速上升，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使器件損壞，且不符合器件工作特性。普賽斯高壓模塊建立的時(shí)間小于5ms，在測(cè)試過程中能夠減少待測(cè)物加電時(shí)間的發(fā)熱。

2、高壓下漏電流的測(cè)試能力優(yōu)異，測(cè)試覆蓋率優(yōu)于國際品牌。市面上絕大多數(shù)器件的規(guī)格書顯示，小模塊在高溫測(cè)試時(shí)漏電流一般大于5mA，而車規(guī)級(jí)三相半橋高溫下漏電大于50mA。以HITACH Spec.No.IGBT-SP-05015 R3規(guī)格書為例：3300V，125℃測(cè)試條件下ICES典型值14mA，最大40mA。普賽斯靜態(tài)系統(tǒng)高壓模塊測(cè)試幾乎可以完全應(yīng)對(duì)所有類型器件的漏電流測(cè)試需求。

3、此外，VCE(sat)測(cè)試是表征 IGBT 導(dǎo)通功耗的主要參數(shù)，對(duì)開關(guān)功耗也有一定的影響。需要使用高速窄脈沖電流源，脈沖上升沿速度要足夠快時(shí)才能減小器件發(fā)熱，同時(shí)設(shè)備需要有同步采樣電壓功能。

IGBT靜態(tài)測(cè)試系統(tǒng)大電流模塊：50us—500us 的可調(diào)電流脈寬，上升邊沿在 15us(典型值)，減少待測(cè)物在測(cè)試過程中的發(fā)熱，使測(cè)試結(jié)果更加準(zhǔn)確。下圖為 1000A 波形：

4、快速靈活的客制化夾具解決方案：強(qiáng)大的測(cè)試夾具解決方案對(duì)于保證操作人員安全和支持各種功率器件封裝類型極為重要。不論器件的大小或形狀如何，普賽斯均可以快速響應(yīng)用戶需求，提供靈活的客制化夾具方案。夾具具有低阻抗、安裝簡(jiǎn)單、種類豐富等特點(diǎn)，可用于二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、IGBT、SiC MOS、GaN等單管，模組類產(chǎn)品的測(cè)試。

結(jié)束語

IGBT靜態(tài)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)作為高科技產(chǎn)品，以往在國際市場(chǎng)上只被少數(shù)企業(yè)掌握。全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及先進(jìn)半導(dǎo)體制造設(shè)備保有國出口管制的升級(jí)，對(duì)國產(chǎn)設(shè)備廠家來說既是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇。未來，武漢普賽斯將充分發(fā)揮自身的技術(shù)和創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)，持續(xù)推動(dòng)高科技產(chǎn)品落地應(yīng)用，真正做到以技術(shù)創(chuàng)造更多價(jià)值。