1.1 标准制定背景
长期以来,行业缺乏针对 SiC MOSFET 开关动态特性的定量技术规范和标准化测试方法,不同厂商、不同实验室的测试结果难以溯源和相互比对,这一问题已成为制约第三代半导体产业发展的痛点。
本文围绕 T/CASAS 033-2024 的制定背景、双脉冲测试原理、测试电路设计、测试条件、仪器要求、计量方法、安全事项与行业意义进行系统梳理,帮助读者快速理解这项 SiC MOSFET 开关动态测试标准的关键内容与工程价值。
碳化硅(SiC)作为第三代半导体的代表材料,凭借宽禁带特性,在功率电子领域展现出革命性优势。SiC MOSFET 功率器件具备高击穿电压、高工作频率、高工作温度等突出特性,已成为新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网等战略性新兴产业的核心器件。与此同时,SiC 器件的高速开关特性也对测试技术提出了更高要求,传统 Si 器件的开关动态测试方法已难以满足其在带宽、响应速度和抗干扰方面的测试需求。
长期以来,行业缺乏针对 SiC MOSFET 开关动态特性的定量技术规范和标准化测试方法,不同厂商、不同实验室的测试结果难以溯源和相互比对,这一问题已成为制约第三代半导体产业发展的痛点。
T/CASAS 033-2024 填补了 SiC MOSFET 开关动态测试方法标准的空白,其价值不只是“补一份标准”,而是把行业分散、不可比、不可追溯的测试实践,拉回到统一、可复现、可计量的工程框架中。
本标准由第三代半导体产业技术创新战略联盟(CASA)发布,适用于分立器件和功率模块等封装形式的 SiC MOSFET 功率器件开关动态测试,为测试人员提供了从原理、电路、仪器到安全要求的完整技术指导。
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 标准编号 | T/CASAS 033-2024 |
| 标准名称 | 碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(SiC MOSFET)功率器件开关动态测试方法 |
| 发布机构 | 第三代半导体产业技术创新战略联盟(CASA) |
| 发布日期 | 2024年11月19日 |
| 实施日期 | 2024年11月19日 |
| 标准性质 | 团体标准 |
本标准由重庆大学牵头,联合华润润安、华峰测控、是德科技、泰克科技、忱芯科技、中车时代半导体等 28 家单位共同起草,涵盖高校、器件厂商、测试设备厂商、应用企业等产业链各环节,体现了产学研用深度融合的标准制定理念。
标准采用电感钳位双脉冲测试(Double Pulse Test,DPT)作为核心测试方法,并对测试电路设计提出了明确要求,这是理解整份标准的技术中心。
双脉冲测试通过两个连续脉冲控制被测器件的开关状态,利用电感负载的电流连续特性,在短时间内模拟器件实际工作状态。第一个脉冲使负载电流上升至目标值,随后观测器件关断过程;第二个脉冲上升沿则用于观测器件开通过程。
开通被测器件,使负载电流上升到目标测试电流值。
分别对应关断过程与开通过程的关键参数观测窗口。
标准给出电容容量设计公式,用于控制开关过程中母线电压波动在可接受范围内,保证测试结果准确性。
标准不仅定义了测试原理,还对环境条件、直流电源、驱动电路和温控平台提出了明确要求,使测试结果具备一致性和可比性。
驱动电路决定测试信号质量,是高 dv/dt 条件下可靠测试的关键。
标准同时关注误触发抑制与温度控制精度。
标准对电压探头、电流探头和示波器的关键指标提出了量化建议,目的是保证高速开关波形的测量精度和可信度。
推荐带宽宜不小于 500MHz,响应时间不大于 0.7ns。
推荐带宽宜不小于 200MHz,响应时间不大于 1.75ns。
虽然标准未明确规定采样率,但根据信号采样理论,采样率应至少为信号最高频率的 2 倍以上。对于 500MHz 带宽信号,建议采样率不低于 2.5GSa/s,推荐 5GSa/s 以上,以保证波形重建和参数提取的可靠性。
标准对开通、关断和反向恢复过程的时间参数、损耗参数及速度参数进行了清晰定义,为不同实验室之间的统一计量提供了依据。
定义为漏源电压从 10% 到 90% 或从 90% 到 10% 的变化速率。
dv/dt 是影响 EMI 设计和器件可靠性的关键参数,过高的 dv/dt 会导致严重电磁干扰,并对绝缘和轴承系统造成额外应力。
定义为漏极电流从 10% 到 90% 或从 90% 到 10% 的变化速率。
di/dt 通过回路寄生电感产生电压尖峰,过高的 di/dt 会增加器件电压应力,需要在驱动设计和回路布局中进行平衡优化。
SiC MOSFET 测试涉及高电压、大电流和高温环境,标准对电气安全、操作规范和高温防护均提出了明确要求。
这项标准并不是孤立存在的,它与国标、行业标准以及 JEDEC 指南共同构成了 SiC 功率器件测试的技术体系。
本标准与国内外相关标准在术语定义、测试原理和计量方法方面保持协调统一,降低了企业导入和实施门槛,也为后续与国际标准体系衔接打下基础。
标准的价值不仅体现在实验室测试环节,也体现在产业标准化、测试结果互认以及国产化进程推动上。
T/CASAS 033-2024 的发布实施,标志着我国 SiC MOSFET 开关动态测试技术迈入标准化新阶段。标准填补了行业空白,建立了科学、统一、可操作的测试方法体系,为第三代半导体产业高质量发展提供了有力支撑。随着 SiC 技术持续进步和应用领域不断拓展,测试技术也将随之演进,行业各方可在实施与反馈中持续完善标准内容,推动我国第三代半导体产业进一步走向国际前沿。
以下内容整理自原文附录,适合作为测试实施、留档和报告输出时的参考记录模板。
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 测试日期 | YYYY-MM-DD |
| 测试人员 | |
| 测试地点 | |
| 环境温度 | ℃ |
| 相对湿度 | % |
| 大气压力 | kPa |
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 器件型号 | |
| 制造商 | |
| 额定电压 | V |
| 额定电流 | A |
| 封装形式 | |
| 生产批号 |
| 项目 | 数值 | 单位 |
|---|---|---|
| 母线电压 Vdc | V | |
| 负载电流 IL | A | |
| 结温 Tj | ℃ | |
| 负载电感 L | μH | |
| 开通驱动电阻 Ron | Ω | |
| 关断驱动电阻 Roff | Ω | |
| 开通电压 VCC | V | |
| 关断电压 VEE | V |
| 参数 | 符号 | 数值 | 单位 |
|---|---|---|---|
| 开通延迟时间 | td(on) | ns | |
| 上升时间 | tr | ns | |
| 开通损耗 | Eon | μJ | |
| 开通电压变化率 | dv/dt(on) | V/ns | |
| 开通电流变化率 | di/dt(on) | A/μs |
| 参数 | 符号 | 数值 | 单位 |
|---|---|---|---|
| 关断延迟时间 | td(off) | ns | |
| 下降时间 | tf | ns | |
| 关断损耗 | Eoff | μJ | |
| 关断电压变化率 | dv/dt(off) | V/ns | |
| 关断电流变化率 | di/dt(off) | A/μs |
| 参数 | 符号 | 数值 | 单位 |
|---|---|---|---|
| 反向恢复损耗 | Err | μJ | |
| 反向恢复时间 | trr | ns | |
| 反向恢复峰值电流 | Irr | A |
记录测试过程中的特殊情况、波形截图、异常现象等。
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 备注 | |
| 测试人员 | __________ 日期:__________ |
| 审核人员 | __________ 日期:__________ |