1. 高功率器件测试需求
1.1 技术背景
功率半导体被广泛应用于新能源（风电、光伏、电动汽车）、消费电子、智能电网、轨道交通等行业领域。IGBT 和 MOSFET 作为主要的电力电子器件，在计算机、通讯、等领域被广泛应用。以氮化镓(GaN)为核心的射频半导体，支撑着 5G 基站及工业互联网系统的建设；以碳化硅(SiC)以及 IGBT 为核心的功率半导体，支撑着新能源汽车、充电桩、基站/数据中心电源、特高压以及轨道交通系统的建设。
近年来，电力电子技术发展迅速，在工业，航空，军事等领域得到了广泛的应用，功率器件作为电力电子技术的核心器件，在很大程度上决定着整个系统的性能和质量，功率器件的特性参数作为表征器件性能的重要指标，也越来越得到电路设计和应用人员的重视。
1.2 需求与挑战
随着功率器件设计和制造技术的发展，对于器件特性的测试与表征，也提出了更高的要求，由于大功率器件的特殊性，对于它的测量和表征，多采取封装完成后再进行测量的方式，这种方式周期过长，对研发的整体进度有很大的影响，设计人员更希望能够通过晶圆级的测量了解器件的基本特性，以便能进行进一步的优化和改进，从而提
高工作效率，加快开发进程。
通过晶圆级的测量和表征，也能及时发现器件问题，以便及时做出反应，避免造成更大的损失。
在功率半导体的市场空间的稳步增长推动下，半导体性能要求不断提高，如何保证选用的高速功率器件并在高温、强辐射、大功率环境下能稳定可靠的运行，这给设计工程师带来了非常大的测试挑战，我们需要了解功率器件的动态特性：高功率分离式元件（例如功率电晶体、功率二极体、闸流体等且元件方向性为垂直/横向者）或高功率放大器之电性量测皆属高功率元件测试。以 600 V（高电压）以上及或 1 A（高电流）以上之脉冲或直流电进行量测。
高功率元件的晶圆特性描述应用面临以下挑战：晶圆载台至晶圆背面之接触电阻/高电流元件金属垫层烧坏毁损/在高电压及各温度条件下进行低漏电流量测/高电压电弧/薄晶圆处理/安全的测试环境。
2. 高低温测试需求
2.1 技术背景
随着航空航天、汽车电子、军用、光伏、工业自动化等许多领域技术的不断发展，芯片在各种极端温度环境下的应用也越来越广泛。在芯片的研发生产中，晶圆高低温测试变得越发重要。
MPI 科技作为半导体测试设备领域的先进探针台制造商，在高低温晶圆测试技术领域持续研究近20 年。在工程师们长期的探索中，总结出了晶圆高低温测试面临的主要技术难点，并提出了应对的解决方案。
2.2 需求与挑战
当前，晶圆高低温测试较为常见的测试温度范围一般在 -45°C 至 150°C 区间，晶圆可靠性的测试温度在 300°C 左右。当探针台在进行温度升降时，就会产生热膨胀与冷收缩现象，使探针与卡盘出现热漂移从而影响探针与 Pad 点之间的对准，导致晶圆探针测试难度增大，而有些晶圆测试要求温度环境甚至要达到 500°C 以上，随着温度的不断增加，探针台也将面临更大的温宽测试压力。
1、有效确保温度均匀性控制
如何确保温度的均匀稳定性，并为晶圆测试提供精确的温度环境，不仅是反应探针台机械稳定性的重要因素，更是影响测试数据真实结果的关键。
MPI 工程师们经过不断的反复研究与试验，通过试用各种导热系数的材料，选用特定的材料，控制材料成分的均一性来达到温度控制的均匀性。以MPI高低温真空探针台为例，其温度范围可达：4.5K-770K，温度稳定性优于 ±50mK ，温控器分辨率为 0.1℃，传感器任一区段误差为 0.5%。
2、提高升降温速率
通过分区控温，搭界重整，有效提升升降温速率。MPI 探针台真空腔体采用外腔和屏蔽腔双腔体结构，为样品测试提供极限压力为 10-5Pa 的真空环境（当使用分子泵时）。低温测试时，避免空气中的水蒸气在样品上凝结成露水，从而避免漏电过大或探针无法接触电极而使测试失败。同时，在真空环境中，传热的方式作用下，能更有效地提高制冷效率。高温测试时，在真空环境下，也能有效减少样品氧化，从而避免样品电性误差、物理和机械上的形变。
3、减少高温对其它部件的影响
工程师发现当晶圆加热至 300℃, 400℃, 500℃ 甚至更高温度时，氧化现象会越来越明显，并且温度越高氧化越严重，过度氧化会导致物理和机械形变和产生晶圆电性误差。这很容易会出现因接触不良导致的良率不佳或探针痕迹过深导致的产品测试稳定性差，从而致使测试结果失败。通过先从传热理论计算分析冷热传导过程，建立加热控制模型，再经过无数次的试验不断的修正控制模型，最终能够减少高温对其它部件的影响。
整体解决方案及设备配置
系统主要基于 Keysight B1505 功率器件分析仪器和 MPI 200mm 大功率探针台，MPI 功率系列探针台是非常适用于实验室分析的手动和半自动功率探针台解决方案，支持电压高达 3kV(Trixial)/10kV(Coaxial)，电流高达600A（探针），并且支持外部编程控制，可与测试机协同完成自动化测试。两者协同工作，主要完成大功率 SiC 器件晶圆级 IV 特性和寄生电容特性在片测试，测试范围 3kV，可扩展 10kV，最大电流 300A，寄生电容测试最高偏压 ±3kV，可自动切换测试 SiC MOSFET 和 IGBT 的输入电容，输出电容和米勒电容，满足客户对于 SiC 功率器件测试的以下要求：
晶圆级
1. 兼容 8 寸及以内晶圆，可定制 chuck 支持 Taiko 的晶圆
2. 最高电压 3kV，电流 130A（后期可升级10KV 500A）
3. 晶圆级三端垂直导电器件 SiC MOSFET（水平器件）
4. 温度范围 -60℃ - 300℃
5. 可进行 3kV 高压偏置电容测量，全自动切换测试 Ciss，Coss，Crss，最佳测试频率 100kHZ
6. 支持探针和探卡两种针测方式
B1505A 功率器件测试仪
B1505A 半导体参数分析仪广泛应用于功率器件在片与封装级别测试，从亚 pA 至 10KV 1500A的功率器件电学特性表征，实现 μΩ 量级电阻测试，同时可以实现在 3KV 高偏置电压下的Crss，Ciss，Coss 电容特性测试表征，无需手动换线。
1. 3KV; 130A 最高输出性能
2. 搭配高精度 100fA 中功率测试模块实现衬底漏电流
3. 可实现 4 端口器件的传输特性，转移特性，击穿特性等 IV 测试
4. 可进行 3kV 高压偏置电容测量，全自动切换测试 Ciss，Coss，Crss，最佳测试频率 100kHZ
5. 支持未来升级 10KV，500A，可加装封装器件测试夹具。
MPI 200mm 手动探针台
TS200-HP 高功率探针台作为 8 英寸高精度的手动探针台，可实现最高10KV，600A 的在片功率器件测试。
1. 最大测试电压电流范围：10KV；600A
2. Chuck 表面镀金，接触电阻小
3. 最小的 wafer 厚度可达 50um，可定制 taiko 晶圆 chuck
4. 专业的防打火设计充分保证器件与人员的测试安全
5. Chuck XY 轴移动范围：225 × 260 mm，精密调节范围：25mm×25mm 通过气浮移动专利，实现快速的XY 轴定位
6. Theta 轴位移角度：±5°
7. 多种功率器件探针以及接头显示满足目前市面上绝大部分的（依次为高压，高流，高功率探针）
8. 侧面功率器件测试附件安装板，大限度减少连线的复杂程度
9. 可升级高低温 chuck 满足功率器件在高低温环境下的电学参数测试
MPI 200mm 半自动探针台
TS2000HP 功率器件探针台可以满足 200mm 手动机台所有功能外，可以实现自动生成 wafer map，XYZT 四轴实现电动控制。
1. 提供前置 load 片与侧面 load 片两种上片方式，操作便捷
2. 自主开发 SENTIO 操作控制软件，控制界面简洁，触屏操作效率高
3. Interlock 光幕保护器件与人员的安全，人员触碰至光幕范围仪器将停止电压电流输出
4. 支持高压探卡定制安装，并提供高压探卡抗打火装置，保证测试稳定性
全自动控制软件
针对功率器件在片测试的全自动控制软件，实现单片晶圆功率全参数的测试
显示区域：以表格形式显示检测以及运算所得数据，以及数据变化曲线
设置区域：对测试参数进行设置
执行区域：系统功能的执行按钮，分别是运行指示灯、开始测试按钮、停止测试按钮、保存
数据按钮和叠加曲线按键；数据保存为 excel 格式，图形为 jpg 格式
测试系统连线图
CV 测试连接图（3KV 偏置电压）
集成式大功率高低温测试系统连接图
