Stellen Sie sicher, dass die während des Tests verwendeten Kabel der maximalen Nennspannung des Testsystems entsprechen. Bei der Charakterisierung von Leistungsgeräten im ausgeschalteten Zustand werden häufig Tests mit hoher Spannung und niedrigem Strom durchgeführt, und es werden Kabel verwendet, die die für solche Tests erforderliche Leistung erreichen können.
Stellen Sie während der Hochspannungsprüfung eine angemessene Isolierung sicher und minimieren Sie die Auswirkungen von Leckströmen und Systemkapazitäten.
Richtige Isolierung
Verwenden Sie ein Kabel mit einer Spannungsfestigkeit, die mindestens der maximalen Spannung des Testsystems entspricht. Um Niederstrommessungen zu erreichen, verwenden Sie hochwertige Isolatoren in der Prüfvorrichtung. Ein Isolationswiderstand parallel zum DUT-Widerstand führt zu Messfehlern. Bei der Source Measure Unit (SMU) Modell 2657A können Spannungen bis zu 3 kV im Prüfkreis vorhanden sein, sodass der Strom durch diese Isolatoren im Verhältnis zum gemessenen Strom durch das DUT relativ groß ist. Achten Sie für gute Messergebnisse darauf, dass der Isolationswiderstand um mehrere Größenordnungen höher ist als der Widerstand des Messobjekts.
Leckstrom und Systemkapazität
Verwenden Sie Schutzvorrichtungen, um die Auswirkungen von Isolatoren im Testkreis zu minimieren. Guarding ist eine Technik, um einen Knoten mit niedriger Impedanz in einer Schaltung zu zwingen, ungefähr auf gleichem Potential mit einem Eingangsanschlussknoten mit hoher Impedanz zu liegen. In Abbildung 1 ist selbst bei einem hochwertigen Isolator immer noch ein Kriechstrom aus dem Isolator vorhanden. Dieser Leckstrom kann problematisch sein, wenn Ströme im Nanoampere-Bereich gemessen werden. Beachten Sie, wie der Schutz die Messung verbessert. Der Leckstrom fließt durch den hochohmigen Messknoten (HI), daher wird der Leckstrom nicht in die Messung einbezogen.
Da der Schutzanschluss und der hochohmige Anschluss auf demselben Potential liegen, ist die Schutzspannung eine gefährliche Spannung. Verwenden Sie daher Triaxialkabel, um Schutzschaltungen scharf zu machen und Bediener vor Stromschlägen zu schützen. Bei einem Triaxialkabel ist das hochohmige Ende mit dem Innenleiter verbunden, die innere Abschirmung dient dem Schutz und die äußere Abschirmung ist geerdet.
Der Schutz minimiert auch die Auswirkungen der Systemkapazität. Die Systemkapazität beeinflusst das Einschwingen der Spannungsquelle und die Strommessung. Der Testaufbau muss das Laden der Kondensatoren und das Einschwingen des Stroms auf oder unter dem erwarteten Grundrauschen der Gerätemessung ermöglichen. Die hochohmige Natur dieser Einstellungen führt zwangsläufig zu langen Einschwingzeiten. Eine übliche Triaxialkabelkapazität beträgt etwa 40 pF/ft. Bei einem zwei- oder drei Meter langen Kabel liegt die Kapazität in der Größenordnung von einigen Hundert Picofarad, und die Spannungseinschwingzeit beträgt je nach Maximalstrom des Testaufbaus mehrere zehn Millisekunden. Die Platzierung des Schutzes auf der inneren Abschirmung des Triaxialkabels bedeutet, dass es keinen Spannungsabfall in der Kabelisolierung gibt. Daher muss die Kapazität dieses Isolators nicht aufgeladen werden. Unter stationären Bedingungen liegt die Schutzspannung des Hochimpedanzanschlusses (HI) gemäß den Spezifikationen der Source Measure Unit (SMU) Modell 2657A innerhalb von 4 mV. Das Modell HV-CA-554 von Keithley ist ein triaxiales Hochspannungskabel, das Signale mit Schutzspannungen bis zu 3280 V sicher übertragen kann. Das HV-CA-554-Kabel von Keithley kann die Anforderungen von 3-kV-Spannungs- und Niederstrom-Messsystemen erfüllen. Um die Einschwingzeit und den Leckstrom zu minimieren, geht der Schutz der Source Measure Unit (SMU) direkt zu den Gerätepins. Dadurch wird die Notwendigkeit vermieden, andere Kondensatoren im System aufzuladen. Da die Schutzspannung bis zu 3kV betragen kann, ist darauf zu achten, dass sich die Schutzklemme in sicherem Abstand zu anderen Leitern befindet.
Bei manchen Systemen ist eine Umstellung auf eine Koaxialverbindung notwendig. Für Hochspannungsprüfungen ist SHV der Industriestandard für Koaxialsteckverbinder. Die SHV-CA-553-Kabelkombination von Keithley ermöglicht die Umwandlung von triaxialen Hochspannungs-SHVs. Diese Kabel werden mit Triaxialkabeln kombiniert, damit vor dem Anschluss an das SHV so viel Schutz wie möglich implementiert werden kann. Die Verwendung einer Koaxialverbindung führt zu einer verminderten Leistung, da die Vorteile des Schutzes ab dem Punkt des Schutzabschlusses verloren gehen. Das bedeutet, dass Kabelrestkapazität und Testsystemkapazität aufgeladen werden müssen.
Beim Entwerfen einer Testhalterung kann der Benutzer Maßnahmen ergreifen, um die Kapazität zu minimieren, indem er die Leiterbahnlängen und die Längen der Geräteanschlüsse nach der Triaxial-zu-Koaxial-Umwandlung reduziert.
Auf der Testphase kann die Umstellung auf Koaxialverbindungen sogar noch größere Auswirkungen haben, da Kabel und Verbindungen von der Wafergröße und der Geräteausrichtung (vertikal oder seitlich) abhängen. Wenn die Kabelkapazität berücksichtigt wird, kann die Kapazität in der Sondenstation leicht Nanofarad erreichen, was zu längeren Kondensatorladezeiten und Messeinschwingzeiten führt.
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