國產(chǎn)科學儀器走出去：武漢普賽斯IGBT靜態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)出口國際市場

前言

隨著全球科技水平的提高和科學研究的深入，科學儀器成為各個國家和地區(qū)科研機構(gòu)、高校和企業(yè)必不可少的工具。受益于全球第三代半導體產(chǎn)業(yè)跑馬圈地擴張產(chǎn)能，測試設(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)動作頻頻，關(guān)鍵環(huán)節(jié)的測試設(shè)備不再被少數(shù)企業(yè)壟斷，行業(yè)全球化進程明顯加快，中國市場測試設(shè)備的國產(chǎn)化率也在逐步提升。

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

國產(chǎn)測試設(shè)備出海機遇海外市場發(fā)展空間廣闊

第三代半導體是指以SiC、GaN為代表的半導體材料，與前兩代半導體材料相比其優(yōu)勢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、風電、高鐵等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。Yole預(yù)測，全球SiC功率半導體市場將從2021年的11億美元增長至2027年的63億美元，年復合年增長率(CAGR)將超過34%，GaN功率器件市場將從2021年的1.26億美元增長到2027年的20億美元，年復合年增長率(CAGR)高達的59%。

資料來源:Yole Development

近年來，先進半導體制造設(shè)備保有國相繼升級出口管制政策，從測試設(shè)備的需求角度來看，中國市場的國產(chǎn)替代需求強烈，政策層面也受到了高度重視，被認為是中國在半導體領(lǐng)域“換道超車”的重要機會。隨著國產(chǎn)測試設(shè)備性能和穩(wěn)定性的提升，在價格和服務(wù)優(yōu)勢的帶動下，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)測試系統(tǒng)遠銷海外，并已完成項目驗收，標志著自主研發(fā)的全國產(chǎn)化IGBT靜態(tài)參數(shù)測試設(shè)備正式進入國際市場。

IGBT靜態(tài)參數(shù)測試的難點與挑戰(zhàn)

任何器件的制造與應(yīng)用都需以測試手段作為保障，IGBT功率器件的參數(shù)測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)測試條件不同，功率器件被測參數(shù)可分為兩大類：靜態(tài)參數(shù)和動態(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)測試系統(tǒng)均來自于國際品牌，這些設(shè)備的測試電壓可達3000V以上，電流可達1200A以上。而中國企業(yè)在高壓（>3000V）和高電流（>1000A）IGBT模塊測試方面與進口設(shè)備相比差距很大，且普遍存在測試精度不夠高、測量范圍有限的情況。對于一些軌道交通用的高壓大功率的IGBT單管、半橋模塊，測試條件需要達到6500V/3000A，不管是進口設(shè)備還是國產(chǎn)設(shè)備都很難達到測試要求。

圖:Si/SiC/GaN的市場應(yīng)用分布

高電壓、大電流：普賽斯IGBT靜態(tài)參數(shù)測試解決方案

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

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

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

系統(tǒng)優(yōu)勢/Feature

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

2、高壓下漏電流的測試能力優(yōu)異，測試覆蓋率優(yōu)于國際品牌。市面上絕大多數(shù)器件的規(guī)格書顯示，小模塊在高溫測試時漏電流一般大于5mA，而車規(guī)級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)高壓模塊測試幾乎可以完全應(yīng)對所有類型器件的漏電流測試需求。

3、此外，VCE(sat)測試是表征 IGBT 導通功耗的主要參數(shù)，對開關(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才能減小器件發(fā)熱，同時設(shè)備需要有同步采樣電壓功能。

IGBT靜態(tài)測試系統(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)，減少待測物在測試過程中的發(fā)熱，使測試結(jié)果更加準確。下圖為 1000A 波形：

4、快速靈活的客制化夾具解決方案：強大的測試夾具解決方案對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、安裝簡單、種類豐富等特點，可用于二極管、三極管、場效應(yīng)晶體管、IGBT、SiC MOS、GaN等單管，模組類產(chǎn)品的測試。

結(jié)束語

IGBT靜態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)作為高科技產(chǎn)品，以往在國際市場上只被少數(shù)企業(yè)掌握。全球半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及先進半導體制造設(shè)備保有國出口管制的升級，對國產(chǎn)設(shè)備廠家來說既是挑戰(zhàn)也是機遇。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，持續(xù)推動高科技產(chǎn)品落地應(yīng)用，真正做到以技術(shù)創(chuàng)造更多價值。