T/CASAS 033-2024《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》标准解读

2.1 适用范围

• 单管封装 SiC MOSFET 器件。
• 模块封装 SiC MOSFET 器件。
• 650V、1200V、1700V 等各电压等级 SiC MOSFET 产品。
• 覆盖测试原理方法、电路要求、仪器要求、测试条件、计量方法与安全要求。

2.2 起草单位

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。

3.2 方法优势

• 低热影响：测试时间极短，器件结温变化可忽略。
• 参数全面：可同时获取开通、关断、反向恢复等关键参数。
• 真实性高：模拟器件实际应用工况，结果具有工程参考价值。
• 可重复性好：测试条件可控，结果可重复、可追溯。

3.3 测试电路设计要点

• 直流电源提供稳定测试电压。
• 直流母线电容提供瞬态大电流并维持母线电压稳定。
• 钳位电感作为负载电感，提供电流连续路径。
• 驱动电路负责栅极驱动，续流器件提供续流路径。

3.4 功率回路寄生电感控制

• SiC 器件开关速度极快，回路寄生电感会产生显著电压尖峰。
• 标准要求功率回路寄生电感应尽可能降低，并在测试结果中注明其数值。
• 建议采用叠层母线、紧凑布局等技术措施。

3.5 钳位电感设计

• 应采用空心电感，避免磁芯饱和引起的电感量变化。
• 需确保在最大测试电流下电感量稳定。
• 等效并联电容 CEPC 应不超过被测器件输出电容的 10%。

4.1 环境条件

• 环境温度：25℃±5℃。
• 相对湿度：45%~75%。
• 大气压力：86kPa~106kPa。
• 若超出标准环境范围，应在测试报告中说明。

4.2 直流电源要求

• 应提供 0~额定电压的可调直流输出。
• 电流输出能力应满足测试需求。
• 输出纹波应足够小，避免影响测试结果。
• 测试过程中应维持电压稳定。

5.1 示波器要求

• 带宽宜不小于 500MHz，与电压探头匹配。
• 垂直分辨率不小于 10 位，提高测量精度。
• 噪声水平 <1mVrms（1V/div、50Ω输入阻抗）。
• 测量通道不少于 4 路，通道同步误差 <0.5ns。

5.2 采样率考虑

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。

6.1 开关时间参数定义

• 开通延迟时间 td(on)：从栅极电压上升到稳态值 10% 起，到漏极电流上升到稳态值 10% 止的时间间隔。
• 上升时间 tr：漏极电流从稳态值 10% 上升至 90% 的时间间隔。
• 关断延迟时间 td(off)：从栅极电压下降到稳态值 90% 起，到漏极电流下降到稳态值 90% 止的时间间隔。
• 下降时间 tf：漏极电流从稳态值 90% 下降至 10% 的时间间隔。

6.2 开关损耗计算方法

• Eon：从栅极电压上升至稳态值 10% 起，到漏源电压下降至稳态值 3% 止，对 Vds(t)×Id(t) 进行积分。
• Eoff：从栅极电压下降至稳态值 90% 起，到漏极电流下降至稳态值 3% 止，对 Vds(t)×Id(t) 进行积分。
• Err：从源漏电压开始下降起，到源漏电流下降至峰值的 2% 止，对 Vsd(t)×Isd(t) 进行积分。

7.1 电气安全

• 测试系统应可靠接地，接地电阻符合相关安全标准。
• 高压部分应置于绝缘屏障中，防止人员触电。
• 测试结束后，必须先将直流母线电容放电至安全电压以下。

7.2 操作规范

• 测试应由两名或多名专业人员共同完成。
• 操作人员应佩戴绝缘手套、护目镜等防护装备。
• 应制定应急预案，并配备急救设备。

7.3 高温安全

• 高温区域应设置醒目警示标识。
• 测试后应等待温控平台冷却至安全温度再操作。
• 接触高温部件时应使用专用工具，避免直接接触。

8.1 引用标准体系

• GB 4793.5-2008：探头组件安全要求。
• GB/T 15289-2013：数字存储示波器通用规范。
• T/CASAS 002-2021：宽禁带半导体术语。
• T/CASAS 006-2020：SiC MOSFET 通用技术规范。
• JEP 190-2022：SiC 功率器件 dv/dt 鲁棒性评估指南。

8.2 与国际标准的对比

• IEC 目前尚无专门针对 SiC MOSFET 开关动态测试的独立标准。
• 本标准在参考 IEC 方法基础上，提高了测试仪器带宽要求。
• 标准明确了高速开关测试方法，并增加温控测试要求。
• 相较 JEDEC 文件，进一步细化了测试电路设计、计量方法与安全要求。

9.1 推动产业标准化

• 统一 SiC MOSFET 开关动态测试技术方法。
• 规范从测试条件设置到结果处理的完整流程。
• 为器件设计和优化提供统一技术基准。

9.2 提升测试结果可比性

• 明确测试条件和计量方法，使结果可追溯。
• 不同厂商、不同实验室结果可以相互比对。
• 提升测试结果公信力，为用户提供可靠技术依据。

9.3 助力国产化进程

• 为国产测试装备研发提供技术依据。
• 有助于国产 SiC 器件性能评估和质量控制。
• 推动专业测试人才培养与产业能力建设。