芯片测试大讲堂——宽禁带半导体模块动态参数测试

芯片测试大讲堂系列又和大家见面了。本期，我们来聊聊宽禁带（WBG）半导体模块的动态参数测试，以及是德科技新面市的双脉冲测试（DPT）系统PD1550A。

前言：

2022年是汽车800V高压快充元年，电动汽车800V 高压系统+超级快充，可以实现充电10 分钟，续航300公里以上，能有效解决充电及续航焦虑；基于宽禁带（WBG）器件组成的功率模块是800V模组的核心，对其的动态参数（DPT）测试也面临很多挑战。

本文中我们总结了目前在功率模块DPT测试面临的挑战，以及新的动态参数测试黑科技。

1、功率半导体DPT测试面临的挑战

高功率密度测试能力

功率模块通常比分立功率器件具有更高的功率密度，因为其通过集合多个场效应晶体管（FET）芯片以增加电流。对于一些电动车应用来说，采用增加电压或大电流来减少充电时间和延长续航能力尤为必要。测试设备必须具备对高压高流的测试能力能力，才能更好的对WBG电源模块进行评估。

准确测量上管Vgs

大多数电力电子应用需要半桥结构作为变频器和转换器的基础，根据不同的应用，市面上常见的如二合一、四合一或六合一的配置。而对于分立器件的测试，如TO-247封装，多数情况下只需要测试器件的下管即可评估其性能。然而，对于功率模块，我们不能假定上管和下管的特性一致，需要同时对上管和下管进行测量，以确定整个半桥模块的特性，这是由于在半桥结构中，上管与下管之间的结点处电压是随着开关动态变化的。

这就意味着针对上管的测试非常具有挑战性，尤其是在很低的栅极电压情况下，如10~20V，当源极上下切换时，实现几百伏的电压转换速率是极为困难的，除非使用高共模抑制测量技术。当测量上管Vgs时，高的共模抑制比是进行准确测量的重要参数，而测量探头的带宽和噪声也是能够准确测量的关键因素。

图：上管Vgs测试示意

被测件DUT的焊接

评估功率模块时，电路板的布局需要仔细设计，因为双脉冲测试（DPT）测试板集成了几乎所有的双脉冲测试元件，比如与电源模块的连接器、栅极驱动器、去耦电容以及电流测量模块。而被测件通常被焊接到测试板上，以减少杂散电感。由于测试过程中反复焊接不同的待测件，使得对功率模块的测量过程费时费力。

测试结果的一致性与操作的安全性

基于新一代宽禁带器件组成的功率模块，其电压和电流的容限更高，对测试仪器的精度和安全性也要求更高，每次测试都需要对仪器进行校准，使用传统的硅(Si)功率器件的动态功率模块测试仪，或者函数发生器、电源、示波器和探头集成的简易设备，已经很难适应新型的IGBT和SiC模块测试需求；另外随着功率模块动辄几百伏的电压和几百安的电流容限，对测试人员和设备的保护也变得越来越重要。

评估模块的结温特性

功率模块的温度依赖性在动态测量是至关重要的，因为模块最终使用的场景往往要在恶劣的环境中进行，比如炎热的沙漠、潮湿的热带雨林或极度寒冷的高纬度地区，测试系统也需要具备相应的高低温的测试能力。