功率器件測(cè)試(長(zhǎng)禾實(shí)驗(yàn)室)覆蓋MIL-STD-750，IEC 60747系列，GB/T29332等標(biāo)準(zhǔn)；服務(wù)內(nèi)容包括：靜態(tài)參數(shù)，動(dòng)態(tài)參數(shù)，熱特性，雪崩耐量，短路特性及絕緣耐壓測(cè)試；設(shè)備支持0-1500A，0-3000V的器件參數(shù)檢測(cè)。

西安長(zhǎng)禾半導(dǎo)體技術(shù)有限公司功率器件測(cè)試實(shí)驗(yàn)室(簡(jiǎn)稱長(zhǎng)禾實(shí)驗(yàn)室)位于西安市高新技術(shù)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)，是一家專業(yè)從事功率半導(dǎo)體器件測(cè)試服務(wù)的高新技術(shù)企業(yè)，是國(guó)家CNAS 認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室，屬于國(guó)家大功率器件測(cè)試服務(wù)中心。 長(zhǎng)禾實(shí)驗(yàn)室擁有尖端的系統(tǒng)設(shè)備、專業(yè)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)和完善的服務(wù)體系。實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的測(cè)試儀器設(shè)備100余臺(tái)套，專業(yè)測(cè)試人員20余名。我們緊跟國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，以客戶需求為導(dǎo)向，不斷創(chuàng)新服務(wù)項(xiàng)目和檢測(cè)技術(shù)，借助便利的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，為合作伙伴提供優(yōu)質(zhì)高效的技術(shù)服務(wù)。 長(zhǎng)禾實(shí)驗(yàn)室專注于功率半導(dǎo)體器件的動(dòng)、靜態(tài)參數(shù)檢測(cè)、可靠性檢測(cè)、失效分析、溫循試驗(yàn)、熱阻測(cè)試等領(lǐng)域的技術(shù)服務(wù)。業(yè)務(wù)范圍主要涉及國(guó)內(nèi)軌道交通、風(fēng)力發(fā)電、科研單位、軍工院所、工業(yè)控制、兵器船舶、航空航天、新能源汽車等行業(yè)。也是第三代半導(dǎo)體（寬禁帶半導(dǎo)體）應(yīng)用解決方案服務(wù)商。 長(zhǎng)禾實(shí)驗(yàn)室秉承創(chuàng)新務(wù)實(shí)的經(jīng)營(yíng)理念，為客戶提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)、完善的解決方案及全方位的技術(shù)支持；同時(shí)注重與行業(yè)企業(yè)、高校和科研院所的合作與交流，測(cè)試技術(shù)與服務(wù)水平不斷提升。 誠(chéng)信立世，感恩回饋，歡迎選擇長(zhǎng)禾實(shí)驗(yàn)室做您忠誠(chéng)的合作伙伴，共謀發(fā)展大計(jì)！

IGBT模塊工作原理以及檢測(cè)方法

IGBT模塊簡(jiǎn)介

IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor（絕緣柵雙極型晶體管）的縮寫(xiě)，IGBT是由MOSFET和雙極型晶體管復(fù)合而成的一種器件，其輸入極為MOSFET，輸出極為PNP晶體管，它融和了這兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，既具有MOSFET器件驅(qū)動(dòng)功率小和開(kāi)關(guān)速度快的優(yōu)點(diǎn)，又具有雙極型器件飽和壓降低而容量大的優(yōu)點(diǎn)，其頻率特性介于MOSFET與功率晶體管之間，可正常工作于幾十kHz頻率范圍內(nèi)，在現(xiàn)代電力電子技術(shù)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，在較高頻率的大、中功率應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)地位。

可知，若在IGBT的柵極G和發(fā)射極E之間加上驅(qū)動(dòng)正電壓，則MOSFET導(dǎo)通，這樣PNP晶體管的集電極C與基極之間成低阻狀態(tài)而使得晶體管導(dǎo)通；若IGBT的柵極和發(fā)射極之間電壓為0V，則MOS 截止，切斷PNP晶體管基極電流的供給，使得晶體管截止。IGBT與MOSFET一樣也是電壓控制型器件，在它的柵極G—發(fā)射極E間施加十幾V的直流電壓，只有在uA級(jí)的漏電流流過(guò)，基本上不消耗功率。

IGBT模塊的選擇

IGBT模塊的電壓規(guī)格與所使用裝置的輸入電源即試電電源電壓緊密相關(guān)。其相互關(guān)系見(jiàn)下表。使用中當(dāng)IGBT模塊集電極電流增大時(shí)，所產(chǎn)生的額定損耗亦變大。同時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗增大，使原件發(fā)熱加劇，因此，選用IGBT模塊時(shí)額定電流應(yīng)大于負(fù)載電流。特別是用作高頻開(kāi)關(guān)時(shí)，由于開(kāi)關(guān)損耗增大，發(fā)熱加劇，選用時(shí)應(yīng)該降溫等使用。

使用中的注意事項(xiàng)

由于IGBT模塊為MOSFET結(jié)構(gòu)，IGBT的柵極通過(guò)一層氧化膜與發(fā)射極實(shí)現(xiàn)電隔離。由于此氧化膜很薄，其擊穿電壓一般達(dá)到20～30V。因此因靜電而導(dǎo)致柵極擊穿是IGBT失效的常見(jiàn)原因之一。因此使用中要注意以下幾點(diǎn)：

1. 在使用模塊時(shí)，盡量不要用手觸摸驅(qū)動(dòng)端子部分，當(dāng)要觸摸模塊端子時(shí)，要先 將人體或衣服上的靜電用大電阻接地進(jìn)行放電后，再觸摸；

2. 在用導(dǎo)電材料連接模塊驅(qū)動(dòng)端子時(shí)，在配線未接好之前請(qǐng)先不要接上模塊；

3. 盡量在底板良好接地的情況下操作。

在應(yīng)用中有時(shí)雖然保證了柵極驅(qū)動(dòng)電壓沒(méi)有超過(guò)柵極大額定電壓，但柵極連線的寄生電感和柵極與集電極間的電容耦合，也會(huì)產(chǎn)生使氧化層損壞的振蕩電壓。為此，通常采用雙絞線來(lái)傳送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以減少寄生電感。在柵極連線中串聯(lián)小電阻也可以抑制振蕩電壓。此外，在柵極—發(fā)射極間開(kāi)路時(shí)，若在集電極與發(fā)射極間加上電壓，則隨著集電極電位的變化，由于集電極有漏電流流過(guò)，柵極電位升高，集電極則有電流流過(guò)。這時(shí)，如果集電極與發(fā)射極間存在高電壓，則有可能使IGBT發(fā)熱及至損壞。在使用IGBT的場(chǎng)合，當(dāng)柵極回路不正?；驏艠O回路損壞時(shí)（柵極處于開(kāi)路狀態(tài)），若在主回路上加上電壓，則IGBT就會(huì)損壞，為防止此類故障，應(yīng)在柵極與發(fā)射極之間串接一只10KΩ左右的電阻。在安裝或更換IGBT模塊時(shí)，應(yīng)十分重視IGBT模塊與散熱片的接觸面狀態(tài)和擰緊程度。為了減少接觸熱阻，好在散熱器與IGBT模塊間涂抹導(dǎo)熱硅脂。一般散熱片底部安裝有散熱風(fēng)扇，當(dāng)散熱風(fēng)扇損壞中散熱片散熱不良時(shí)將導(dǎo)致IGBT模塊發(fā)熱，而發(fā)生故障。因此對(duì)散熱風(fēng)扇應(yīng)定期進(jìn)行檢查，一般在散熱片上靠近IGBT模塊的地方安裝有溫度感應(yīng)器，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)將報(bào)警或停止IGBT模塊工作。

保管時(shí)的注意事項(xiàng)

1. 一般保存IGBT模塊的場(chǎng)所，應(yīng)保持常溫常濕狀態(tài)，不應(yīng)偏離太大。常溫的規(guī)定為 5～35℃ ，常濕的規(guī)定在45～75％左右。在冬天特別干燥的地區(qū)，需用加濕機(jī)加濕;

2. 盡量遠(yuǎn)離有腐蝕性氣體或灰塵較多的場(chǎng)合；

3. 在溫度發(fā)生急劇變化的場(chǎng)所IGBT模塊表面可能有結(jié)露水的現(xiàn)象，因此IGBT模塊應(yīng) 放在溫度變化較小的地方；

4. 保管時(shí)，須注意不要在IGBT模塊上堆放重物；

5. 裝IGBT模塊的容器，應(yīng)選用不帶靜電的容器。

IGBT模塊的測(cè)試簡(jiǎn)介

根據(jù)測(cè)試條件和測(cè)試線路的不同，可將IGBT模塊的測(cè)試分為兩大類：一類是靜態(tài)參數(shù)測(cè)試，即在IGBT模塊結(jié)溫為25℃時(shí)進(jìn)行測(cè)試，此時(shí)IGBT工作在非開(kāi)關(guān)狀態(tài)；另一類是動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試，即在IGBT模塊結(jié)溫為125℃時(shí)進(jìn)行測(cè)試，此時(shí)IGBT工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。

1. 靜態(tài)參數(shù)測(cè)試

（1）柵-射極大漏電流IGES測(cè)試 ，該項(xiàng)測(cè)試在額定的G-E極電壓下進(jìn)行。測(cè)試時(shí)將G-E極短路。其測(cè)試原理如圖1a所示。通常情況下，Vdrive=±20V。此時(shí)IGES(+)＜100nA，而IGES(-)＞-100nA.

（2）柵極閾值電壓VCE(th)測(cè)試在該項(xiàng)測(cè)試中，須將G-E極短路，測(cè)試原理如圖1b所示。從集電極注入一恒定的電流，此時(shí)因IGBT處于關(guān)斷狀態(tài)，故不會(huì)有電流從C-E結(jié)間流過(guò)。G-E極間固有的電容開(kāi)始充電，當(dāng)G-E結(jié)上電壓達(dá)到VGE(th)時(shí)，IGBT開(kāi)始導(dǎo)通。此時(shí)，將有電流從C-E結(jié)流過(guò)，通過(guò)監(jiān)控該電流就能達(dá)到測(cè)試VGE(th)的目的。VGE(th)呈負(fù)溫度系數(shù)特性，經(jīng)過(guò)測(cè)試，其溫度系數(shù)為：-11mV/℃。例如，在25℃時(shí)，VGE(th)=3V,到150℃時(shí)，VGE(th)只有1.63V。

（3）C-E極通態(tài)壓降VCE(on)測(cè)試即指在額定集電極電流Ie和額定G-E極電極VGE下的G-E極通態(tài)壓降。該參數(shù)是IGBT營(yíng)業(yè)中的重要參數(shù)，其大小直接決定通態(tài)損耗的大小。測(cè)試原理圖見(jiàn)圖2a。

（4）續(xù)流二極管的正向壓降VEM測(cè)試即指IGBT模塊中與IGBT芯片反并的續(xù)流二極管的正向壓降。該值與IGBT模塊的關(guān)斷特性緊密相關(guān)，若VEM小，則IGBT關(guān)斷速度快，關(guān)斷損耗會(huì)減小，但守?cái)鄷r(shí)IGBT上的過(guò)沖電壓尖峰較高；反之，則會(huì)造成關(guān)斷損耗增大。其測(cè)試原理如圖2b所示

（5）C-E極漏電流ICES測(cè)試進(jìn)行該項(xiàng)測(cè)試時(shí)，G-E極應(yīng)短路，在C-E極上加IGBT的額定電壓Ve set.測(cè)試原理圖見(jiàn)圖3a。

（6）G-E極阻斷電壓VCES(Bias)測(cè)試進(jìn)行該項(xiàng)測(cè)試時(shí)，柵極和發(fā)射極應(yīng)短路。在的集電極電流值ICset下，集-射極上的小電壓即為VCES(Bias)。通常情況下，Ie set=1mA.測(cè)試電路見(jiàn)圖3b。
IGBT的阻斷電壓隨結(jié)溫的上升而上升。對(duì)于額定電壓為600V的IGBT，其VCES(Bias)通常為25℃時(shí)的阻斷電壓，因?yàn)樗S溫度下降而降低，所以在-40℃時(shí)，額定電壓600V的IGBT模塊，其VCES(Bias)≈550V。

2. 動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試

（1）擎住電流LUT測(cè)試IGBT的縱向結(jié)構(gòu)為pnpn4層結(jié)構(gòu)，如果條件合適，踏能像晶閘管一樣擎住，此時(shí)IGBT的負(fù)載為阻性負(fù)載。通常情況下，集電極電壓VCC為額定電壓60%擎住電流為額定電流的兩倍。LUT測(cè)試的時(shí)序如圖4所示。通常測(cè)試系統(tǒng)的電流保護(hù)值Iprot設(shè)定為額定電流的3.5~4倍。

（2）能耗Eloss測(cè)試對(duì)于電路設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)過(guò)程中元件內(nèi)部的能量損耗非常重要，藉此可以計(jì)算出開(kāi)關(guān)損耗的平均值。進(jìn)行此項(xiàng)測(cè)試時(shí)，IGBT的負(fù)載為感性負(fù)載?？偟拈_(kāi)關(guān)損耗值由兩部分組成：①開(kāi)通損耗Eon,其中包括與IGBT芯片反并續(xù)流二極管的反向恢復(fù)損耗；②關(guān)斷損耗Eoff,包括電流拖尾部分的損耗。IGBT開(kāi)關(guān)損耗波形如圖5所示。

（3）反偏安全工作區(qū)（RBSOA）測(cè)試該項(xiàng)測(cè)試主要用于考核IGBT模塊關(guān)斷時(shí)工作在大電流和電壓下的工作能力。此時(shí)，IGBT的負(fù)載為感性負(fù)載，其測(cè)試原理圖和參考波形如圖6a所示。

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