倍福自动化（总部位于德国费尔）的产品与技术广泛应用于全球各类工业领域。本次介绍的是其在德国英飞凌科技公司（Infineon Technologies AG）功率半导体测试实验室的导入案例。 在功率循环测试中，准确掌握半导体在反复负载下的接合部温度，是决定可靠性评估精度的关键。其不可或缺的前置步骤是取得接合部温度的校正曲线。英飞凌科技在此制程中导入采用TwinCAT和EtherCAT量测终端ELM3xxx系列的自动化测试台，实现了量测精度的提升与测试实验室整体测试效率的大幅改善。 采用TwinCAT和EtherCAT量测终端ELM3xxx系列的自动化测试台。最多可计算32个功率半导体的校正曲线。 功率半导体制造内核据点：瓦尔施泰因工厂 英飞凌科技在德国瓦尔施泰因工厂开发与制造从数安培到3000A、涵盖广泛通电容量的功率半导体。此生产据点是技术创新中心，也是研究开发以及称为框架功率模块（FPM）的功率模块产品的主要制造基地。这些模块应用于全球各种领域，包括电动车逆变器、工业与铁道用驱动设备、风力与太阳能发电设备等。 功率循环测试不仅在开发过程中至关重要，在生产阶段的品质保证中也同样重要。该测试实验室负责人马丁·洛克拉特博士（Dr. Martin Rockelrath）说明：「从投资和基础设施需求的角度来看，功率循环测试用的测试台是生产据点最大的成本因素之一。因此，必须尽可能有效地利用测试台。」 运行功率循环测试前，必须事先取得接合部温度的校正曲线。该公司的测试工程师马丁·赛德尔曼先生（Martin Seidelmann）强调量测的重要性：「这些温度特性是后续在性能评估测试台上进行的所有测试的基础，因为它们可以快速且准确地计算出负载状态下的接合部温度。」 手动作业与依赖人员操作导致的低效率 传统上，取得校正曲线的作业需要手动设置量测电流和闸极电压，并使用已校正的记录器记录模块接点产生的电压。量测过程中发生异常时，也没有自动检测或通知功能。记录器未连接网络，因此量测值需通过SD卡或USBU盘读取，再发送到另一台PC计算温度特性。基于这些问题，从2023年左右开始探讨测试台的自动化。 TwinCAT与EtherCAT量测终端实现的全自动测试台 采用PC控制与TwinCAT的新型测试台，无需长时间的启动准备，即可对应二极管、IGBT、SiC MOSFET等各种类型的半导体模块进行校正。最多可将32个模块安装并配线于炉内，施加由TCP/IP和TwinCAT控制的高精度电流。达到指定温度时，EtherCAT量测终端ELM3102-0100会以24比特分辨率、0.01%的精度量测并记录模块接点电压，并以高可靠性计算出校正曲线。 赛德尔曼先生对EtherCAT量测终端的精度印象深刻：「在校准测试台时，倍福ELM终端显示的电压值与校正标准一致，精确到小数点后第六位。」 量测电流的产生也仅使用标准的EtherCAT终端。通过组合LED控制终端和模拟输入终端，能以0.1mA的精度控制10至500mA的量测电流，并通过与电源供应终端的组合实现各信道间的隔离。 控制系统采用嵌入式PC「CX5140」和TwinCAT 3，并与现有的量测软件LabVIEW™无缝集成，即时管理所有设置值和量测值。 赛德尔曼先生如此描述测试实验室自动化的成果：「测试准备工作仅需操作员输入待测模块的ID。炉体控制、量测电流、闸极电压设置等其余处理均由TwinCAT负责。」 安装于炉内的半导体模块。ELM3102-0100在不同温度条件和量测电流下，以24比特分辨率、0.01%精度量测电压。 测试实验室整体效益：实现每日两次测试 此次自动化将每次测试的启动时间减少了约1小时，并大幅提升了量测精度与可靠性。同时实现了夜间无人运转，使得每日可进行两次测试。此外，通过TwinCAT自动打开炉门缩短了冷却时间，能够更早开始准备下一次测试。这种产能提升不仅直接有助于改善整体设备效率（OEE），也提高了满足开发部门严格交期要求的能力。 未来，团队目标是创建一个根据模块ID从中央数据库自动取得校正曲线数据的系统，赛德尔曼先生表示这「将有助于进一步提升OEE」。基于本次成果，计划将类似系统扩展到两个据点，其中一个预计导入位于匈牙利的生产基地。 参考网址： ■ 英飞凌科技网站：www.infineon.com ■ 倍福量测技术应用：www.beckhoff.com/measurement 倍福自动化公司简介 倍福自动化是一家专注于PC控制的控制设备制造商。其独有的量测与控制软件「TwinCAT」能够让搭载Windows等通用操作系统的工业用PC作为即时控制器（如NC和PLC）使用。倍福也是高速、高同步的工业通信标准「EtherCAT」的开发者，其推广组织EtherCAT Technology Grou