聚焦功率半导体测试 | 普赛斯仪表多款测试新品亮相中国光谷九峰山论坛

        “聚势赋能 共赴未来”，2024九峰山论坛暨中国国际化合物半导体产业博览会，已在中国武汉光谷圆满落下帷幕。此次活动作为化合物半导体产业领域规模最大、规格最高的标杆性展会，成功吸引了行业内众多专家及企业代表的热情参与。论坛期间，与会者共同见证了众多前沿技术与创新产品的精彩展示，充分展示了化合物半导体产业的蓬勃发展态势。

 

 

        武汉普赛斯仪表有限公司（以下简称“普赛斯仪表”），以核心源表为基础，聚焦功率半导体测试领域，全面展示了其全系列半导体测试测量设备及测试解决方案，吸引了众多业内人士的关注。

 

 

        在国家致力于实现“双碳”战略目标的大背景下，电力电子技术已经逐渐成为减少碳排放的关键技术之一。传统的硅基半导体器件已经拥有了一套成熟且高效的测试评估体系。然而，对于近年来广泛应用于风光储系统和汽车电动化领域的碳化硅（SiC）产品，由于其上市应用时间相对较短，其潜在的缺陷尚未完全暴露，失效机制也尚未清晰。因此，对其进行科学、有效的评估和验证显得尤为重要。与IGBT器件相比，碳化硅功率模块通常采用多芯片并联结构。这种结构可能导致芯片之间存在散热和运行损耗的差异，进而引发热失衡和电击穿等问题，这些问题都可能对模块的寿命和可靠性产生重大影响，并使得模块的电气参数呈现出更大的分散性。

 

        为了协助产业界更好地应对碳化硅带来的测试验证挑战，普赛斯仪表公司的副总经理王承博士受邀在会议上发表了题为《“双碳”目标下，碳化硅功率半导体静态测试面临的挑战与应对》的演讲。在演讲中，王承深入探讨了碳化硅功率半导体在静态测试过程中所面临的难点，并分享了普赛斯仪表在这一领域的丰富测试经验及创新解决方案。

 

 

1、新兴应用下SiC MOSFET静态测试面临的新挑战

        随着科技的不断进步和新材料的性能提升，功率半导体器件的结构正逐渐复杂化，而功率半导体的衬底材料也朝着大尺寸和新型材料的方向发展。特别是以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）为代表的第三代宽禁带半导体材料，因其出色的物理特性，如高击穿电场、高热导率、高迁移率、高饱和电子速度、高电子密度、高温稳定性以及能够承受大功率等，已经在汽车、充电桩、光伏发电、风力发电、消费电子、轨道交通、工业电机、储能、航空航天和军工等众多领域得到广泛应用。尤其是800V架构的出现，不仅直接提升了设备的性能，还从供给端、应用端和成本端带来了多重优势。这一发展趋势预示着，在未来五年内，新能源汽车将成为碳化硅（SiC）材料的主要应用领域。

 

        随着半导体技术的持续进步，制程工艺的不断提升，对半导体器件的测试和验证工作也日趋关键。功率半导体器件，作为一种特殊的复合全控型电压驱动器件，其显著特点在于同时具备高输入阻抗和低导通压降，这两大优势使其在应用中占有重要地位。然而，半导体功率器件的芯片属于电力电子芯片范畴，其工作环境恶劣，常常面临大电流、高电压、高频率等多重挑战，对芯片的可靠性要求极高。这种极端的工作环境对测试工作提出了更高要求，增加了测试的难度和复杂性。因此，我们必须持续优化测试方法，提高测试精度，以确保功率半导体器件在各种极端条件下都能稳定可靠地工作。

 

        鉴于碳化硅（SiC）体系固有的复杂界面缺陷，易引发显著的漂移特性。加之该材料存在多种不稳定机制，如陷阱充电（μs级或更低）、陷阱激活及陷阱恢复等，均对漂移电荷产生复杂影响。因此，相较于传统硅基（Si）材料，碳化硅的测试流程更为繁琐。随着行业发展，企业对于测试的需求亦有所转变，由原先的CP+FT模式扩展至CP+KGD test +DBC test+FT，甚至包括SLT测试等。此外，应用端的多样化导致终端厂商根据实际需求进行定制化封装，封装形式的多样性亦给测试工作带来不小的挑战。目前，三温测试中，低温测试在产线的需求尚不突出，但常温和高温测试已得到广泛应用。

 

        针对碳化硅（SiC）材料的独特性质，如阈值电压VGS（th）的漂移等，当前行业内存在多种测试标准，对测试设备的兼容性提出了较高要求。由于碳化硅的尺寸小且耐高温，这给测试过程带来了显著的应力挑战。传统的静态测试方法通过直流加电即可实现，但对于碳化硅芯片而言，若加电时间过长，将导致器件过热，从而测试失败。随着交通和电力领域对节能减排需求的日益迫切，精确测量功率器件在高流/高压条件下的I-V曲线或其他静态特性变得尤为重要，这对现有的器件测试工具提出了更高的要求。

 

2、普赛斯从晶圆级到器件级的精准静态特性测试解决方案

        普赛斯仪表为满足用户在不同测试场景下的需求，正式升级推出了三款功率器件静态参数测试系统：PMST功率器件静态参数测试系统、PMST-MP功率器件静态参数半自动化测试系统以及PMST-AP功率器件静态参数全自动化测试系统。这些产品广泛适用于从实验室到小批量、大批量产线的全方位应用，覆盖Si IGBT、SiC MOS至GaN HEMT的各类功率器件，且可应用于晶圆、芯片、器件、模块乃至IPM的全面测试。

 

        PMST系列功率器件静态参数测试系统，是武汉普赛斯经过精心设计与打造的高精密电压/电流测试分析系统。该系统不仅提供IV、CV、跨导等多元化的测试功能，还具备高精度、宽测量范围、模块化设计以及便捷的升级扩展等显著优势。其设计初衷在于全面满足从基础功率二极管、MOSFET、BJT、IGBT到宽禁带半导体SiC、GaN等晶圆、芯片、器件及模块的静态参数表征和测试需求，确保测量效率、一致性与可靠性的优异表现。

大电流输出响应快，无过冲

        经自主研发的高效脉冲式大电流源，其输出建立过程响应迅速，且无过冲现象。在测试环节，大电流的典型上升时间仅为15μs，脉冲宽度可在50至500μs之间灵活调整。采用此种脉冲大电流测试方法，能够显著降低因器件自身发热所引发的误差，确保测试结果的精确性与可靠性。

 

高压测试支持恒压限流，恒流限压模式 

        自主研发的高压源，其输出建立与断开反应迅速，且无过冲现象。在进行击穿电压测试时，可灵活设定电流限值或电压限值，以确保设备不因过压或过流而受损，有效保护器件的安全性和稳定性。

 

        此外，针对操作人员安全以及适应各种功率器件封装类型的需求，定制化的测试夹具显得尤为重要。普赛斯针对市场上多样化的功率半导体产品封装类型，提供了一整套全面且精细的夹具解决方案。这些夹具不仅具备低阻抗、安装便捷等显著特点，而且种类繁多，能够满足SiC单管、模组类产品等多种测试需求。

 

        普赛斯仪表作为国内首家成功实现高精密源/测量单元SMU产业化的企业，其PMST静态测试系统采用模块化集成设计，为用户提供了极大的灵活性和便捷性。通过模块化设计，用户可以轻松地添加或升级测量模块，以适应不断变化的测量需求，从而实现最优的性价比。此外，该系统还具有高度的易用性，使得任何工程师都能够快速掌握并使用，从而提升测试效率和产线UPH。

 

结语

        作为半导体电性能测试领域的解决方案供应商，普赛斯仪表始终秉持创新技术与匠心精神的融合，深耕于功率半导体市场。其核心仪表产品已实现自主可控，展现出强大的技术实力。未来，普赛斯仪表将全面突破高端设备的技术瓶颈，积极面向高端测试市场蓄势待发。