【国家标准(GB)】 半导体器件反向阻断三极晶闸管的测试方法

中华人民共和国国家标准
半导体器件反向阻断三极晶闸管的测试方法
Measuring methods for semiconductor deviceReverse blocking trlodethyristorUDC 621. $82
338 : 621
GB 4024-88
本标准主要适用于P门极反向阻断三极晶闻管的电、热特性和额定值的测试方法。对于门极品闸管、双向晶阑管，逆导品闸管、可关断晶闸管等的一般特性和额定值测试方法，只要进行适当的极性变换和考虑象限特性，也可参照采用。本标准参照采用国际标雄IEC）147－2出版物第：章第·节“尚阻断三极品间管谢试方摆的基本原理”和147－1出版物的“反向阻断三极晶闸管的主要额定值和特性”两项标准。1电、热测试的一般要求
1.1 引言
本标准的所有电、热参数测试方法，在尤特别说明时，均系指对单个反向阻断三极晶闸管（以下简称器件）的试验和测量而吉。测蛋精度与电源阻抗、电路参数、仪表、负载和电路类型等因素有关，应正确选择和考虑这些因素。
本标准各项测试巾的测试条件数值是对-般情况而言，在各产品标准中根据具体情况可另行规定。1.2试验电源
1.2.1测试电路中的所有电源均应有钳位措施，以保护被试器件在通断、调整和测量时，不致由了浪涌等瞬态现象引起损坏。
1.2.2电源波动应不影响测量精度。交流电源频率为50±1Hz.，波形为正弦波，被形失真系数不人丁10%，直流电源波纹系数对于断态和反向特性测量应不大于1%，对于通态测量应不人于10%。1.3测量仪表和电路条件
1.3.1仪表应有保护措施，以防止被测器件的故障或接线错误引起的过负荷。防止不需要的半周脉冲进入示波器的放大器，可在电路巾接人_二极管保护。1.3.2测量大屯流器件时，电压测鼠结点应与电流传导结点分开。当测最电流时电路.上的电压降和测量电压时电路上的电流引起的误差可观时，则必须对测最结果进行修正。当测量小电流时，应采取适当预防措施，确保杂散电容，电感不影响测量精度，并使寄生电路电流和外部漏电流远小于被测电流。
1.3.3直流和交流电压表、电流表以及测量用分流器的精度一般为0.5级或更高，且其阻抗对测最系统的影响应可以忽略。在下列情况可用低于0.5级精度的仪表：对测虱结果没有重要影响的情况：a
b对判定产品合格与否没有重要影响的情况；c，按国家标准没有0.5级标雄仪表的情况。1.4环境条件
1.4.1空温测试大气条件
具，基准大气条件：温度25℃、相对湿度65%、气压1013mbar（毫巴）；b仲裁试验大气条件：温度25±1℃、相对湿度63%~67%、气压360~1060mbar国家标准局1983-12-15发布
1984 -10 -01实施
GB 4021-88
常规试验人气条件，温度5-35℃、相对湿度45%~85%、气压860-1060mbar。出相对湿度和大气压对被测参数没有可观影响附时，大气条件可仅以温度为准。当案温偏离25℃较远，而避度对被测参数又有明显影时，应按25℃对测缺钻果进行修正。1..2被测器件在高、低温箱中或控温夹具上进行高温测试或低温测试时，温度起伏应在1~+1T范围内，当温度对被测参数没有明显影响时，温差起伏在一2～+2℃范围内，否则应对测晟结果进行修止。在无特别说明时，高温测试指在Tm一30C温度下进行，Tim为额定最岛结温，低温测试指在额起最低结温误差为～+3℃下进行。1.5热平衡条件
1.5.1如果把从施加功率到进行测录之间的时间增加一倍，测量结果的变化不大十规定误差，则可认为达到了热衡。
1.5.2所有电气试验除另有规定或在脉冲条件下完成测量外，均应在热衡条件下行。当试验条件明起被测参数随时间产牛可观变化时，则应规定补偿该影响的方法。如舰定被试器件在测量前，应保持在试验条件下的时间长短。.6基准点
1.6.1温度基准点，管壳温度（T。）基准点为在管壳土的一规定点。对于螺栓形管壳，规定为入方底座任面的中心处，点深1mm，对于凸台板形誉壳，为管壳台面直径外周上的一点，沿直径点深1mm。散热器温度（T）基准点，为在大于管壳台面育径2mm处的散热器台面上的规定点。当已知微克成散热器台面温度梯度时，实际测量点可在其它位置，但测最结果必须按基准点进行修正。1.6.2电法基准点：电极电位的基准点称为电压基准点，规定为明极。所调“施加电理”是被测电极与电正基准点之间的电位差。1.7门极触发脉冲定义
门极触发脉宽度w和门极脉冲上升时间;按图1定义。50
2热特性测试
2.1基本要求
1门极触发脉神波形
2.1.1基准点温度：般情况应采用等壳基准点温度（T）用径不人\D.25mm的热偶。按1.6.1要求现的考准点位置理人热偶。应注意使热偶热端与管壳紧实跳接触。热偶热端应熔焊而成（烟球真径小们.8mm），不可绞纽或锡焊而成。在测最过程，热媽冷端可靠地保持在0（或某--延温度假，热端不能短路。如在风道中测试，热偶居背风端，并应加以掩蔽。环境温度（T）用精度适当的水银温嘎计测量。2.1.2在测量热敏电服时，应注意避免紧接加热电流小断后，中严过剩载流了和管充铁磁材料（包有时）产生的非热瞬态电压影响，应在非热瞬念效应衰减之后，而义在结温发牛可观变化之前进行测，
法：热敏电尼片-般在加热电流出断后的0.5～1ms间测量。为消除非热瞬态效应影响，通常是在热敏电！曲线上，延直线部分至时间零点（）米得到被测结温的热敏电压（见图2）非热瞬态效应对10安以上的器件就尤为明显了。2.2热阻测诚（Rt）
GB 4024-8
图2热嫩电压曲线
（对效)
2.2.1的：谢轻器件结到基准点之问的热阻。基准点温度有管壳温度T、散热器台面温度T和环境温度T，分别对应的热阻为结滤热阻R、结散热阻Rs总热阻R摄。本测试方法的叙述以测R：义准。奶测或R或散热器热阻R，必须对器件所带散热器，冷却方式冷却条件等因素加以规定。当了和了测得时，也可求山接触热阻R。s。&2.2原理电路及要求。
a、原理
被测器件通以加热电流，产生损耗功率P，热平衡时，由测得的结温和基准点温度T，按公式（1）计算结壳热阻。
上述方法如对同一只被测器件分两步：施加两次不同的加热功率P1，P2，通过调节冷却条件使两次结温相等，并测得对应的基准点温度T和则可接公式（2）计算结壳热阻。Rre
Trt- Te2
采用公式（2）方祛的前提是热阻R在P至P范腾应近似常数，当第一次功率P，=，即0时，T=ThTi2+则公式（2）变为公式（1）。公式（1），（2）两种方法应能等效，仲裁时，以公式（2）为基准方法。b.电路及说期
原理电路图3所示：
产件加热功率P的拟热电流（）电源。此电源应能输鼠使被测器件结温达到或接近额定结溢的加热电流，此电流是直流或交流电流！12
GB 4024--8$
是当加热电流周期中断后的短时间内，流过被测器件监视其结温的直流热敏电流；一保持通态的触发电流：
一周期地中断加热电流工的电了开关，一当加热电流断时而闭合的电子开关，热敏电压检测单元：
指示由加热电流在结中产生损耗功率P的功率表，或山相应的电流表、电压表的指示通过计算代替，如加热电流为单相工频正弦波、电阻性负载的交流电流，加热功率按公式（3）计算。
式中：f-IrRMs/Irav
被形因数：
P = VI ITAV + f?rTOI'rA
为通态方均报电流。
当中流导通角为180度时，-1.57，则加热功率按（4）式计算：式中： ITAV -
P = VToITAV + 2.46rTOI 'TAV
额定通态平均电流，A：
通态门槛电，V；其值由图4确定通态斜率电阻，，其值由图4确定。2.2.3测试条件
加热电流I的大小：用公式（1）方祛，I,产生的功率应便结温接近或达到额定结温，通带单，
为额定通态电流，用公式（2）方法，通过对两次加热电流及冷却条件的调节，应使两次测得的基准点温差尽可能大，以保证热阻的精度；热敏电流I2值应足够大，以使整个结面积导通，b.
测量T.的基准点位置和热偶安装要求按1.6.1和2.1.1规定；c
测量热敏电压V的时间应在中断加热电流后0.5-1ms期间；d.
被测器件的紧固压力或扭矩应予规定。ITm
4,5ITAY
2. 2. 4 测量程序
具，装有热偶的被测器件按规定压力或扭矩紧固在可调温度的加热夹具二：当采用公式（1）求热阻时：加热夹具升温使被测器件结温达到额定结温Tm，热半衡后，通规定的热敏电流，记录此时的热敏电压，夹具适当降温后，被测器件预通一定的加热电流，调节冷却条件和加热电流值，通过监视以值，使结温达到Tm值，热平衡后，测量T，根据最终的加热电流算出户，所求热阻即为Re
Tim- Te
GB 4024—83
，如果被测器件事先已做了热敏试验，则器件上夹具后的额定结温和热敏电压关系试验步骤可以省略c，当采用公式（2）求热阻时，测量分两步进行。第一步，训热夹具升温使被测器件保持在较高的温度，通加热电流（在结产生的损耗功率为P1），热平衡后，记录热敏电压和基准点温度T1。第二步，加热夹具降温使被测器件保持在较低的温度上，通以比第一步加热电流大的加热电流，并逐渐加大这个电流，同时，监视检流计零平衡指示，直到加热电流的损耗功率P2使结温达到和第-步的相间值，即热激电！压和第一步的V值相同（检流计指针达到零平衡），记录基准点温度T2。由测得的P,、Te1P,，Ts2即可算出热阻。对于双面散热的板形器件，结壳热阻应按公式（5）求出：Re-
RjeRje(A). +Rie (k)
式th：Rie（A）-被测器件阳极结壳热阻Rl。（k）二—阴极侧的结壳热阻。2.3瞬态热阻抗测试
2.8.1国的
（5）
测最器件结到基准点（T和T，或T）之间的瞬态热阻抗曲线。如器件带指定的散热器，并对冷却方式，冷却条件加以规定，本测试方法也可量器件的总瞬态热阻抗曲线（T到T之间）。以下叙述以测量结壳的瞬态热阻抗2（t）曲线为准。2.3.2原理电路及要求
。原理
瞬态热阻抗实质是随时间变化的热阻，是器件在非热平衡时，即在通电加热过程或断电冷却过程的--种热特性。测量瞬态热阻抗曲线有加热法和冷却法两种，两种效果是--致的，本标准采用冷却法。基本作法是被测器件通以产生损耗功率P的加热电流，热平衡后，斩断加热电流，同时记录作为时问函数的热敏电压（t）和基准点温度T。（t）。然后由预先作好的热敏斜率校准曲线，将（1）变换为结温与附间的函数。取各个时间点按公式（6）计算瞬态热阻抗。Zje(t):
： T(o)、T(o) -
Tr（6）
分别为在热平衡时断开开关S瞬间（=0时）的结温和壳温，℃：T(t)T(t) --
分别为在时间附的结温和壳温，℃。由让算的各乙（！）值在单对数坐标纸上描出如图5所示的曲线。Ze (t)
#（对数）
b.电路及说明
原班电路如图6所尔：
GB *024--83
图中：一一电直流加热电源E提供的加热中流DUT
1，一一的可调恒流当流电源提供的热敏电流。1应选取足够大，以保持整个结面积导通：1——门极触发电流；
S—斩断热电流的开关
W一一指示在被测器件结中产生损耗功率P的功率表，或用相应的电流表和电表代替；R.
一记录热敏电压和基准点温度与时间的关系的记录仪器，如示波器等。2.3.3测试条件
加热电流的大小，应选取在被测器件结中产生的损耗功率使结温接近或达到额定值，通带为额定通态电流
热敏电流孕的大小应予规延，
测量工的基准点位置和热偶安装要求按1.6.1和2.1.1规定，测最热敏电压V的附闻应在加热电流新断后的0.5~1ms期间；d.
被测器件的紧耐压或扭矩应予规定，记录热敏电压和基谁点温度随时问变化关系的证录仪器应予说明。
2.3.4 测量程序
、按附录A测试方法，预先作好被测器件结温和热电压的校准曲线（F～T）b。装有热偶的被测器件，按规处压力和扭矩，紧湖在可调温度的加热夹上。闭台开关S，被测器件通过加热电流和热敏电流1。热平衡时，测趾并记录产生的损功率P和结温T（0）、壳温T。（0)
c断开开关S，渐谢期热电流：由记录仪器R,同时记录热敏电压（!)和基准点温度T（f）冷时询的函数美系，
d、用热缴校准曲线，将V（）t美系变换或T（t）~t美系曲线，由T（）T（1）和P，搜公式（6）计筑从1ms至热平衡态各时问点的2，并描用图5形状的曲线。测载瞬态热阻抗的通态电流和通态电压的波形如图7所示：许1
GB 402483
（m）
e.对于双而散热的板形器件，结壳瞬态热阻抗应按公式（7）求出：Ze
式Z(A），Z(k)
8电特性测试下载标准就来标准下载网
Zic (A):Zi(k)
Ze(A) +.Z/e.(k)
分别为被测器件阳极和阴极侧的瞬态热阻抗。3.1断态和反向峰值电流（IDRM、IRRM）3. 1.1目的
在规定条件下，测母晶间管的断态重复够值电压下的断态峰值电流和反向重复峰值电求下的反向峰值电流。
3.1.2原理电路及要求
原理电路妇图8所示：
注：图8是测虚断态电流的电路：当DT极性交换，则为测鼠反向电流的电路。图中：DUT
D,和D2
Ap- Vp
被测器件（显闸管），
产生止正半周电的二极管，使只测载断念特性（1UT极性交换则只测量反间特性），
门极电路：
交流电压电源！
保护电阻器：
校准电流的无感电阻器：
峰值电流表，峰值电压表或示波。3.1.3测试条件
GB4024—83
结温：25℃和Tim（额定最高结温）断态电压或反向电正：断态重复峰值电压（VRM）或反向重复峰侦电压（VRRM）！b
「门极偏置条件：应规定门极电源电压和电源电阻，或门极至阴极间的电阻，或门极电路断路C
(门极电流为零）
d．交流电源频率：50Hz。
3.1.4测量程序
被测器件分别在25℃和T=下，调节交流电压源G，按Vp显示，使断念电压达到断态重复峰值电压，由Ap或示波器显示的断态电流即为所测断态（重复）峰值电流（IDR）。被测器件DUT卡电极的极性交换，重复上述操作即可测得反向（重复）峰值电流（IRRM）。3.2通态峰值电压（VM）
3.2.1 目的　
在规定条件下，用脉冲法测最晶闻管的通态峰值电压。3.2.2原理电路皮要求
原理电路如图9所示：
图DU-
被测器件：
校准电流的无感电阻器，
保护电阻器（限制充电电流）
当规定时接人的偏置电阻器，
产胜通态脉冲电流的电感器和电容器：门极触发电源；
Vp、Ap-一峰值电压丧、峰值电流表，或示被器：G
一可调脉冲交流电源。
3.2.3测试条件
结温：出！试验为25r，型式试验为25C和Tlmt通态峰值电流，通态均电流值的倍（r可以取3）电流脉冲可以是单次的，也可以是发热效应能忽略的低重复频率脉冲电流脉冲宽度应足够宽，以使被测器件完仓开通。对于单次脉冲，视不同被测器件，脉宽在1～10ms范周选择，对干大容请器件，还可采用预开通措施。应注意脉宽不可过窄，以免造成电流上升整让额定博
测量点位情，按图10规定：
GB4024—$3
「、被测器件的紧固压力或扭矩：按有关产品标准：名。门极触发电路偏置条件应予规定，并说明楚否包括RI。3.2.4测量程序
企载压板
电源电压和门极触发电压先调至零。被测器件按规定压力和接线法接入电路中。结温调至规定值，门极电路调至规定的偏置条件。电源电由零增加，通过L、C摄荡，使流过被测器件的脉冲电流整定到规定值（中Ap或示波器指求），此时V或示波器上显示的数值即为所测通态峰值电压。波形见图11通商脉冲电液
通您峰值电压
3.3通态伏安特性（ITM~VTM）
3.3.1月的
在规定条件下，测试山通态峰值电流与通念峰值电压的特性关系曲线。3.3.2原理电路及要求
符合3.2.2。
3.3.3测试条件
a：结温：25℃和Tim
b，通态峰值电流范围：至额定通态平均电流值的4.5倍以上：.
其它测试条件同3.2.3的c、d、e、f项。3.3.4测量程
GB4024-83
测器件分别在25和个m下，测出不同通态峰值电流及对应的通态峰值电压值，在同-座标上描出25和7描的阅条通态伏安特性曲线。3.4门极触发电流和电压（IcT、VeT）3.4.1的
在规定条件下，测量晶闸管的门被触发电流和门极触发电压。3.4.2原理电路及要求
原理电路如图12所示：
直流电源。可用脉动直流电源代转；可调直流电源：
决定开通后迪态中流大小的负载申阻器。R的值应选择保证被测器件完全开迪：并月川道店的中流不小于擎住电流，当规定时接入的偏置电阻器：
一直流电压表；
. 4,--
百流电流表。
应注意触发路也正表及电流表的联结方式所引起的误差。电压表V的内阻应足够大，以使通过的分流电流小丁被测器件触发电流的1%，或在读取触发电流时，从回路中断开V2。3.4.3测试条件
温：25℃t
晰态压：直流12V或hV；
负电附（R）值：应了规定，
d.极也路如有R，，则R,的值应予规定。3. 4. 4 测量
玻测器件在25℃下，零开始逐渐增加门极至阴极间电压，当V表指示的断态电压窦然下降，A表指小出通态电流的瞬间，此时毫发表A和V表的指示分别为所测门极触发电流和门极触发电压。应注意测量读数是在被测器件刚好完全开通下进行。3.5门极不触发电流和电压（IcD、:D）3,5.1既的
在规定条件下，检验或测量晶间的门极不触发电压和门极不触发电流。3.5.2原理电路和要求
原理电路如图13所
图山：
GB4021—83
可设流电源或用可调正半波电源（可调交流电源与极管串联组成）代替，可调直流电源；
V、，-，百流电表，
有海电流表
R一一保护电阴器，其值按实用洪链R，一·当需要时接入的偏置电阻器。E用交流电源代替时，巧和A,也相应用峰值读数仪表代麟。3.5.3测试条件
结温：Timt
断态电：断态重复峰值电压值：b.
负载电阻（R）值：应子规定：
门极路并联R：，R的值成子规；如为检验测试，应说谢的检验值。8.5.4检验程！
被测器件肌热到下m，按V，表指示，施川规延的断态电正。出√表指示，对晶管门极施加规建的险值，如品闸管不被开通，测D值验证合格。3.5.5量
被测器件加热到了，按，表指示施加规定的断态电压，然后逐渐增加被测器件的门极电压，直至开通，并在签培表A「指示通念电流，则紧接开通之前，在V,和A2表上指示的数值分别为门被不触发电压和门极不触发电流。3.6维持电流（IH）
3.6.1 的
征规定条件下，测鼠晶阐管的维持电流。3.6.2厚迎电路及要求
原理电路如图14所示：
图tl：EiE?
流电源：
直流电压：
直流电流表：
脉冲电流发升器；
GB 4024--83
调节通态电流大小的电阻器：
限流保护电阳器：
当规定时接人的编置电阻器。
电路的屁线部分，必要时可采用。3.6.8测试条件
a、结温：25℃，或25℃和Tim
b.断态电压：直流12V或6V；
c，保证品闹管充全导通的最人初始通念电流值，或规定R,的值d，「门极偏置条件：应予规定，并说明是否包括R3。3. 6. 4测低肥序
被测器件在25℃下，由V表指示，调节电源E，施加规定的断态直流电乐，闭合活关S，增门极触发电流使被测件开通：调节R使通态电流足够大，以保证其完全开通。然后断开S，并谢节R缓慢减小通态电流直至关断，则关断前瞬间，由毫安表上指示的通态电流即为所测维持电流。为保证被测器件究全斤通，测试电路可增加一个脉冲电流源（图14虚线部分），脉冲电流幅值利宽度放足够大，仙发热不致影响测最的精度，当采用脉冲电流时，测试维持电流的通态电流波形如图15所尔。
注：ITM通带在额定通态平均电流的1n%范内。1,限据不同型式被测器件在【～10ms范[。it
3.了擎住电流（）
3.7.1目的
在规定条件下测量品阐管的擎住电流。
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