一种宽禁带半导体芯片的动态测试系统

技术领域

本发明涉及半导体器件测试技术领域，尤其是涉及一种宽禁带半导体芯片的动态测试系统。

背景技术

随着新能源产业蓬勃发展，第三代半导体（宽禁带半导体）因其高功率材料特性获得青睐。宽禁带半导体能够提供比硅、锗等标准半导体更宽的频带（带隙）范围，具有高频高功率、高温、高亮度的特性。常见的宽禁带半导体材料有碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氮化铝镓（AlGaN）等。

为了评估和验证宽禁带半导体器件的性能和可靠性，需要对宽禁带半导体芯片进行动态测试。动态测试通常包括频率响应测试、功率特性测试、时域响应测试、功耗测试、噪声测试、热稳定性测试等。

由于宽禁带半导体具有许多独特的性质，如高击穿电场、高功耗、高信噪比、高温工作能力等，在动态测试时需要考虑这些因素。因此，在芯片测试方面与传统的硅基器件有明显的不同。目前通常采用双脉冲测试方法对功率器件进行动态测试，但是在测试过程中容易引入干扰，无法保证测试的安全性和准确性。

发明内容

为了提高宽禁带半导体动态测试的安全性和可靠性，本方案提供了一种宽禁带半导体芯片的动态测试系统，通过增加探针保护电路限制每组测试探针的最大过电流，对每组探针的过电流情况进行监控保证每组探针接触阻抗相近，避免测试不一致或失效，并在出现失效或过流信号时实现被测芯片的软关断，从而提高测试过程的安全性和可靠性。

根据本发明的一个方面，提供了一种宽禁带半导体芯片的动态测试系统，包括：测试设备、探针卡、测试电路和保护电路，测试电路包括电源、电容、负载电感、旁路电路、辅助电路、分流电阻和被测芯片。

其中，电容并联在电源两端，用于为测试电路提供电压源；旁路电路与负载电感串联后与电容并联，旁路电路用于在被测芯片测试故障时形成回路；辅助电路、被测芯片和分流电阻串联后并联在电容两端，测试设备通过保护电路和探针卡连接被测芯片，用于对被测芯片进行双脉冲、短路和反向恢复测试。

通过在测试电路中增加旁路电路，可以在被测芯片出现测试故障时构建新的测试回路，避免造成测试探针卡的损坏。通过在测试设备和探针卡之间增加保护电路，可以保证测试设备和探针卡的安全使用，避免因测试设备故障或探针接触不到位导致的测试失效问题。

可选地，在本发明提供的宽禁带半导体芯片的动态测试系统中，测试设备包括多组探针，每组探针的数量相同，每个探针的长度小于预设距离，探针的分组数量根据被测芯片的过电流能力确定。

通过增加测试探针数量，减小测试探针的长度可以承受更大的测试大电流，同时降低测试回路中的噪声干扰。

可选地，在本发明提供的宽禁带半导体芯片的动态测试系统中，保护电路的数量与测试探针的分组数量相同，保护电路包括限流开关管、电阻采样电路和驱动保护电路，限流开关管的一端连接驱动保护电路，一端连接探针，一端连接电阻采样电路，电阻采样电路一端连接驱动保护电路，一端连接限流开关管，电阻采样电路包括采样电阻、瞬态电压抑制二极管、放大器和比较器。

可选地，在本发明提供的宽禁带半导体芯片的动态测试系统中，电阻采样电路用于采集流过探针的电流并与预设最大过电流值进行比较，当检测到测试探针电流大于预设最大过电流值时输出过流信号到驱动保护电路；驱动保护电路用于在检测到过流信号时驱动控制限流开关管关断，从而使测试电路关断。

可选地，在本发明提供的宽禁带半导体芯片的动态测试系统中，电阻采样电路还用于对每组探针进行预测试，使各组探针的接触阻抗相近。

可选地，在本发明提供的宽禁带半导体芯片的动态测试系统中，驱动保护电路还用于在测试开始前，根据被测芯片设定的退饱和电流对被测芯片进行短路保护。

可选地，在本发明提供的宽禁带半导体芯片的动态测试系统中，辅助电路包括并联的第一MOS管和第二MOS管，旁路电路包括并联的第三MOS管和第四MOS管。

可选地，在本发明提供的宽禁带半导体芯片的动态测试系统中，测试电路还包括第一驱动单元、第二驱动单元和第三驱动单元，分别用于为旁路电路、辅助电路和被测芯片提供驱动电压。

根据本发明提供的动态测试系统，通过在测试电路中增加旁路电路，将测试探针分为多组短的接地线，通过保护电路对探针进行过电流保护、对被测芯片进行短路保护，能够保证测试设备的安全使用，避免因测试设备问题或探针接触不到位造成的测试失效，提高宽禁带半导体芯片测试的安全性和可靠性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

图1示出了根据本发明一个实施例的宽禁带半导体芯片的动态测试系统结构示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的保护电路结构示意图。

具体实施方式

宽禁带器件组成的功率模块电压和电流容限更高，对测试仪器的精度和安全性也要求更高。为了提高宽禁带半导体芯片的动态测试的安全性和可靠性，本方案提供了一种宽禁带半导体芯片的动态测试系统，通过多种保护措施对测试设备和探针进行保护，能够提高宽禁带半导体芯片测试的安全性和可靠性。

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1示出了根据本发明一个实施例的宽禁带半导体芯片的动态测试系统结构示意图。如图1所示，该测试系统包括：测试设备、探针卡、测试电路和保护电路。测试电路包括电源、电容、负载电感、旁路电路、辅助电路、分流电阻和被测芯片（DUT）。被测芯片为碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氮化铝镓（AlGaN）等宽带隙半导体芯片。

电容并联在总线电源两端，用于为测试电路提供电压源；旁路电路与负载电感串联后与电容并联，旁路电路用于在被测芯片测试故障时形成回路。辅助电路、被测芯片和分流电阻串联后并联在电容两端，测试设备通过保护电路和探针卡连接被测芯片，用于对被测芯片进行双脉冲、短路和反向恢复测试。

辅助电路包括并联的第一MOS管Q1和第二MOS管Q2，旁路电路包括并联的第三MOS管Q3和第四MOS管Q4。

通过辅助电路可以对被测芯片进行双脉冲测试：通过在被测芯片上施加两个相交的脉冲信号，利用脉冲信号的特定形状和时间差异可以分析被测芯片的动态响应和稳态性能。

旁路电路可以在被测芯片发生故障时，使得信号绕开被测芯片转到并联的支路中，从而避免对测试探针卡的损坏。

测试电路还包括第一驱动单元、第二驱动单元和第三驱动单元，分别用于为旁路电路、辅助电路和被测芯片提供驱动电压。

由于单根探针通过电流的能力有限，在针对宽带隙半导体器件的大电流测试场景中，本方案将测试探针分为多组，每组包含相同数量的探针，每个探针的长度小于预设距离，探针的分组数量根据被测芯片的过电流能力确定。通过减小探针的长度可以缩短测试回路，降低测试装置引入的干扰。

对于每组探针可以通过一个保护电路对探针进行短路和过电流等保护。图2示出了根据本发明一个实施例的保护电路结构示意图。如图2所示，每组探针连接一个保护电路（保护电路1、保护电路2......保护电路n）每个保护电路可以包括限流开关管Q1、电阻采样电路和驱动保护电路，限流开关管Q1的一端连接驱动保护电路，一端连接探针，一端连接电阻采样电路，电阻采样电路一端连接驱动保护电路，一端连接限流开关管，电阻采样电路包括采样电阻R、瞬态电压抑制二极管TVS、放大器和比较器。

电阻采样电路可以采集流过探针的电流并与预设最大过电流值Vref进行比较，当检测到测试探针电流大于预设最大过电流值时输出过流信号到驱动保护电路。驱动保护电路在检测到过流信号时驱动控制限流开关管关断，从而使测试电路关断。

通过限流开关管的饱和区可以对单组探针的最大过电流能力进行限制，防止过大电流通过烧针。

电阻采样电路还可以对每组探针进行预测试，使各组探针的接触阻抗相近。例如，检查探针与被测芯片连接是否正确牢固，进行基本功能测试（包括测量信号、检查探针的响应速度和灵敏度等），确保测试环境条件正常，对每组探针的接触阻抗进行校准等，从而减少后续的故障排除工作。

每组探针接触阻抗的一致性可以确保不同探针接触到被测芯片时能够提供相似的电气连接和信号传输能力，从而减少测试误差和信号失效的可能性。

电阻采样电路中的采样电阻还可以确保电流在各组探针之间均匀分配，这对提高测试准确性和避免过载。

驱动保护电路还可以在测试前，根据被测芯片设定的退饱和电流对被测芯片进行短路保护，通过数字信号处理器DSP实现被测芯片的软关断。在检测到过流信号时驱动限流开关管关断，从而实现测试回路的安全关断。

根据本发明提供的宽禁带半导体芯片的动态测试系统，通过增加探针保护电路限制每组测试探针的最大过电流，对每组探针的过电流情况进行监控保证每组探针接触阻抗相近，避免测试不一致或失效，并在出现失效或过流信号时实现被测芯片的软关断，从而提高测试过程的安全性和可靠性。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组件可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书（包括伴随的权利要求、摘要和附图）中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书（包括伴随的权利要求、摘要和附图）中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

此外，所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行的功能。

如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。