乐高化组装，一键式测试 | 云镓GaN自动化双脉冲测试平台

作为一种新型开关器件，GaN功率器件拥有开关速度快、开关损耗低等优点。当前不同GaN工艺平台下器件行为表现差异较大，且GaN器件的静态特性和动态特性存在较大不同，传统的静态测试表征不足以反映器件在实际工作中的动态行为，如何全面评估GaN器件的动态表现对于系统应用意义重大。云镓半导体具有多年的GaN器件产品经验，对于GaN器件的测试表征有着多年的经验积累和技术储备，并打造了行业领先的GaN动态测试表征平台。

双脉冲测试基本介绍

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双脉冲测试基本介绍

和传统开关器件一样，GaN功率器件也可以使用双脉冲测试评估动态性能，其基本原理图如下。通过将开关管打开，负载电感电流达到目标值后进入续流模式，之后再对开关管做一次开关动作，观察器件开关行为，提取器件关键动态参数，具体可得到的器件动态参数有：

1)开关损耗Switching loss of Eon and Eoff；

2)开关时间Timing of tdon, tdoff, tr and tf；

3)开关速度Switching speed；

4)开关波形的振荡情况Overshoot/undershoot of gate & drain signals；

5)动态电阻Dynamic Rdson of GaN during switching operation；

6) 反向导通行为Reverse conduction behaviorin freewheeling mode；

7)等等。

图1 双脉冲测试基本电路原理图

图2 双脉冲测试关键波形示意图

下图是GaN器件双脉冲的LTSPICE仿真波形，通过建立器件的SPICE模型，可以对开关管的开关过程进行模拟，同时可以得到开关管开关过程中的损耗。

图 3 双脉冲测试电路LTSPICE仿真波形

云镓双脉冲测试系统

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云镓GaN双脉冲测试平台

由于GaN器件极高的开关速度导致其对测试环路的寄生参数非常敏感。同时动态电阻测试条件多样，因此传统的双脉冲测试平台无法胜任GaN产品的测试工作。为了全面检验产品的性能，云镓半导体自主研发了适用于GaN功率器件动态开关参数和动态电阻检验的测试系统。该系统由功率器件开关测试子母板、高分辨率示波器、高低压源表、MCU、上位机自动化测试软件组成。整个系统具备极高的测试灵活性，可以根据不同产品的规格或封装需求定制测试板，变更栅极电阻、负载电感等关键参数；同时开发的自动化发波和数据提取软件可以真正意义实现“乐高化组装、一键式测试”；子板上具备钳位电路，可以读取器件的导通压降，可提取器件的动态电阻。

图 4 云镓双脉冲测试平台架构

图5 云镓双脉冲测试平台系统

相较于传统的双脉冲测试系统，该双脉冲测试系统独特的功能特点如下：

1) 可编程脉冲波形控制，上位机结合MCU发波，“一键发波”，简单灵活；

2) 子母板设计方式，“OnePackage，OneDaughterboard”；

3) 预留负载端子，外接L/Rload，可灵活与上管或者下管并联；

4) 带有钳位电路设计，可以监测器件导通压降，支持动态导通电阻测试功能；

5) PC实时抓取示波器上的数据，实时分析器件的动态参数；

6) “一键生成电阻变化曲线”，直观读图；

7) 具备器件控温功能，可以测试不同温度下的器件特性

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云镓双/多脉冲测试演示

本文中的测试展示选择云镓型号为CG65065DAD的650V/65mΩ的氮化镓功率器件作为DUT，如下为测试波形（Yellow:VGS，Green: VDS, Red: Load Current, Blue:Clamped VDS）

图6 云镓双脉冲测试平台测试波形（DUT：云镓CG65065DAD）

通过PC处理，提取的GaN动态电阻如下：云镓自研的GaN器件在硬开关测试条件下动态电阻退化小于5%，且晶圆不同位置的器件动态电阻表现相近（不同颜色代表晶圆中心/边缘不同位置），该测试结果表明：云镓GaN器件动态电阻表现在行业处于领先地位，在系统应用中具有巨大优势。

图7 云镓双/多脉冲测试平台提取的器件导通电阻（不同颜色表示晶圆不同位置的器件）

同时该平台还可以配合负载电阻，形成多脉冲以及连续脉冲测试电路，从而实现连续的硬开关应力测试，并做到实时动态导通电阻的监控，从而实现D-HTOL模式下器件的动态特性提取。

图8 连续脉冲下波形图