JP2012078174A - 半導体試験装置、半導体試験回路の接続装置および半導体試験方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】統合試験装置は、AC試験機16とDC試験機17が設けられ、中間電極板20を挟んで、DUT載置台22とAC試験回路部24が上下方向に昇降可能に配置される。中間電極板20はサポート板21により固定され、DUT載置台22は、中間電極板20の下部にあって、IGBTモジュール1がその外部端子1N等を上向きの状態にして所定の位置に保持され、シリンダー23により上下させることで各外部端子が中間電極板20と接続・非接続の状態となる。中間電極板20上の電極部分にAC試験機16、DC試験機17各々との可動接触部を設けた一台のコンタクト装置で、DCパラメータ、ACパラメータ、および熱抵抗の各試験を切替えて行う。
【選択図】図6
Description
図17は、従来のスイッチング試験のための試験回路の構成を示す回路図である。ここでは、3相交流用の電動機を駆動する際に用いられる6in1モジュールのスイッチング試験に用いられる試験回路を示している。図18は、図17の試験回路に供給される測定信号の一例を示すタイミングチャートである。なお、従来の被試験デバイスの試験手順については、特許文献1にも示されている。
DC試験機7本体には、DC電源、定電流源、測定回路、およびそれらの切替スイッチ等が内蔵されていて、各種のDC特性を測定することができる。1個のDUTパッケージ内に複数のIGBTやFWDが内蔵されたタイプ、例えばIGBTモジュール1のDC特性試験では、DC試験機7とIGBTモジュール1の中間に切替機8(スキャナともいう。)を入れるのが一般的である。切替機8は複数のスイッチを内蔵した装置であり、測定する相のIGBTおよびFWDの各端子を、DC試験機7の入力端子に自動接続する機能を有するものである。なお、DUTが半導体素子1個組みの1in1モジュールの場合には、各端子をDC試験機7のそれぞれ対応した入力端子に直接接続して、DC特性を測定してもよい。
試験用切替えスイッチSW1〜SW5は図示していない。
(実施の形態1)
最初に、IGBTモジュールのAC特性試験のひとつである負荷短絡試験の高速化について説明する。図1は、負荷短絡試験を高速で行うための試験回路の構成を示す回路図である。
(実施の形態2)
つぎに、別のAC特性試験であるスイッチング試験を負荷短絡試験と統合して実施する試験回路について説明する。
この統合試験回路でも、6in1タイプのIGBTモジュール1をDUTとし、DUTのP端子をDC電源3の(+)側に、N端子を(−)側に接続している。また、各出力端子(U,V,W)は互いに負荷インダクタ6がY結線で接続され、それと並列に各出力端子間を短絡するスイッチSW11,SW12が接続されている。図3ではV端子からの配線にはスイッチが入っていないが、入れてもよい。さらに、各相のIGBTのゲート端子および補助エミッタ端子(ゲートドライブ用のエミッタ端子)には、個別にゲート・ドライブ・ユニット51が接続されている。
まず、電源電圧を規定値に設定し、スイッチSW11およびスイッチSW12を開放状態とし、スイッチング試験を行う。U相のIGBTのスイッチング試験を行う際には、Y相およびZ相のIGBTを予めオン状態とし、その状態でU相IGBTのゲート電極にオンパルスを規定の電流に達するまでの間印加する。複数パルスを印加すれば、2回目以降のゲート信号において、U相のIGBTのターンオンと同時に対向アームであるX相のFWDの逆回復特性試験も実施できる。
(実施の形態3)
図5は、DC特性試験およびAC特性試験を統合して実施するための試験回路の構成を示す回路図であり、図6は、図5の試験回路を実現するためのDC/AC統合試験機の構造を示す側面図である。
図5に示すDC/AC統合試験回路には、実際には多数の切り替えスイッチが配置されているが、上述した通り、とくにAC特性試験(スイッチング試験および負荷短絡試験)においては、P端子、N端子とDC電源3および電解コンデンサ4との間を直近で配置する必要がある。また、AC特性試験(負荷短絡試験)においては、さらにU,V,W相IGBTの各端子を互いに短絡させるスイッチもU,V,W相IGBTの各端子の直近に配置する必要がある。
Ls=(Vcc/ΔIC)*tr
=(600/600)*0.18=0.18μH
以下にする必要がある。
VCE=−Ls*(di/dt)+Vcc
で決まり、サージ電圧がDUTのコレクタ−エミッタ間に印加される。このため、インダクタンスLsの値が大きければ、VCE値も大きくなって、試験中にIGBTモジュール1が破壊する場合がある。
統合試験装置10には、試験機本体とは別にAC試験機16とDC試験機17とが左右の壁面10L、10Rの外側にそれぞれ固定して設けられていて、壁面10L、10Rにコネクタ、あるいは透穴を設けて内部との配線を通すことにより、外部に設置されたAC試験機16、DC試験機17本体と接続される。なお、本体装置をAC試験とDC試験機の両機能を備えた基板とともに、単一のラックに収納する場合もある。
P側の平行平板28は、それぞれ互いに微小な間隔だけ離間して同一面内に配置されたL字形状をなす2枚の電極板28A,28Bによって構成され、それらの上面に絶縁シート30を介してN側の平行平板29が配置されている。電極板28Aは、一方の端子部28aが電解コンデンサ4の+電極と接続され、反対側の端部で保護用のスイッチ回路2のコレクタ端子Cに接続されている。また、電極板28Bが電極板28Aとは電気的に切り離されていて、その電極板28Aに近接する端部でスイッチ回路2のエミッタ電極E1に接続され、反対側の端子部28dがDUTのP端子側での接続用のコンタクト部1Pと接続されている。
金属ブロック20P,20N,20U,20V,20Wは、中間電極板20の下側に配置されたIGBTモジュール1の外部端子1N,1P,1U,1V,1Wとのコンタクト材からAC試験回路部24との接続側に貫通して、中間電極板20の上面の電極面を形成している。中間電極板20上では、金属ブロック20P,20N,20U,20V,20Wの各電極面から銅パターン,33p,33n,33u,33v,33wが配線部として引き出される。これらの銅パターン33p,33n,33u,33v,33wの端部は、図9に示すように、中間電極板20上面でDCテスタ接続用のコンタクト領域34まで引き伸ばされている。このコンタクト領域34は、例えば図6に示すコンタクト用プローブ26aが接触する領域である。
最初に、初期状態としてシリンダー23を下降させてDUT載置台22を中間電極板20から離した状態にし、シリンダー25および27を上昇させ、コンタクト部10P,10N,10U,10V,10W,10BとDCコンタクト用プローブ26aも中間電極板20から離した状態にしておく。また、電解コンデンサ4にはAC試験機16から試験電圧を予め充電させておく。ただし、保護用のスイッチ回路2はオフ状態にしておき、また、スナバコンデンサ32の放電回路用スイッチはオン状態を維持しておく。
DC特性試験が終了したら、試験機から発信されるテストエンド信号を受け、シリンダー23を上昇した状態に維持したまま、シリンダー27を上昇させてDC試験機17を中間電極板20から切り離す。さらに、AC試験回路部24を保持しているシリンダー25を下降させる。これにより、AC試験機16がIPMと中間電極板20を介して接続される。
図10は、図5の試験回路における負荷短絡試験に用いられる出力端子の短絡用スイッチの一例を示す側面図である。
図11は、図10の短絡用スイッチとは別の出力端子間の短絡バーを示す斜視図である。
DUTに用いられるIGBTの定格が450A,1700Vであるとき、チョッパ回路を用いたFWDの逆回復試験において、従来の銅バー(図22の回路)で構成された試験機では、di/dt=2700A/μsであった。これに対して、図7の平行平板式のものでは11,000A/μsと約4倍となり、十分なストレスを印加できるようになった。
同じくチョッパ回路を用いたIGBTのターンオフ試験においても、従来回路では、DUTの定格電圧を上回る1775Vものサージ電圧が発生していたが、平行平板式を用いると1605Vと定格電圧以下に抑制できる様になった。すなわち、過大なストレス印加を防ぐとともに、スイッチング時間(フォールタイム)の測定が可能となった。
(実施の形態6)
つぎに、1in1タイプのIGBTモジュールの試験装置に平行平板配線を用いた応用例について説明する。
この試験回路は、図8で説明したAC試験回路部に対して、つぎの点で異なっている。すなわち、+側電極板を構成する平行平板28Bを、中間電極板20へのコンタクト部10P,10Nと保護用スイッチ(IGBT)2の間で切断して、ここにDUTの対向アームとして動作する対向アームスイッチ(1in1タイプのIGBT)38が配置されている。この対向アームスイッチ38は、そのコレクタ電極が平行平板28Bの電源側と接続され、エミッタ電極がコンタクト部10P側に接続されて、結果として平行平板28B上で、保護用スイッチ2に対して直列に接続されることになる。
スイッチング試験は、まず、スイッチSW22をオンしてから、放電回路スイッチをオフし、保護用スイッチ2のスイッチのゲート信号をオンしたうえで、DUT1へのゲート信号をオンオフすることで行う。つぎにFWD逆回復試験は、スイッチSW23をオンした後に、放電回路スイッチをオフし、保護用スイッチ2のゲート信号をオンした状態で、対向アームスイッチ38のゲート信号をオンオフすることで行う。
この図の試験回路は、スイッチSW31〜SW34と負荷インダクタ6によって構成されている。スイッチSW31〜SW33は、図14に示す1in1タイプのIGBTモジュールの試験装置におけるスイッチSW21〜23に相当する。すなわち、新たに追加するスイッチはSW34だけである。また、スイッチSW31,SW34は、図10、あるいは図11に示す短絡バー35,37によって構成される。負荷インダクタ6は、スイッチSW32,SW33をオンオフさせることで接続位置を選択できる。これらの短絡バー35,37やスイッチ回路については、中間電極板20上で切替えてもよく、あるいは平行平板28,29上で接触させてもよい。
また、7in1タイプやPIMの試験についても、上述の方法を応用して実施できる。7in1タイプやPIMに内蔵されるダイレクトブレーキ用のFWDおよびIGBTについては、FWDの両端に短絡バーと負荷インダクタ回路を配置して、2in1タイプの場合と同様に、図16に準じた試験回路によって試験する。また、PIMに内蔵されるダイオードモジュールやサーミスタ部についてはDC試験のみが行われる。同じく、7in1タイプやPIMに内蔵される6ヶ組IGBTについても、上述した図6の試験装置を使用した方法で実施できる。
1N,1P,1U,1V,1W 外部端子
2 スイッチ回路
2d サージ電圧保護用のダイオード
3 DC電源
3a,3b ワイヤ銅線
4 電解コンデンサ
5 制御部
6 インダクタ
7,17 DC試験機
8 切替機
9 スナバ回路
10 統合試験装置
10P,10N,10U,10V,10W コンタクト部
11,15 銅厚板
12〜14 銅バー
16 AC試験機
18 垂直型プローブ
19 コネクタ
20 中間電極板
20P,20N,20U,20V,20W 金属ブロック
21 サポート板
22 DUT載置台
23,25,27,36,38 シリンダー
24 AC試験回路部
26 DCコンタクト部
26a コンタクト用プローブ
28,29 平行平板
30 絶縁シート
31 スイッチ機構
32 スナバコンデンサ
33b,33p,33n,33u,33v,33w 銅パターン
34 DCテスタ接続用のコンタクト領域
35,37 短絡バー
38 対向アームスイッチ
51,52 ゲート・ドライブ・ユニット(GDU)
Claims (8)
- パワー半導体デバイスを被試験デバイスとしてそのAC試験、DC試験、および熱抵抗試験を順次に行うための半導体試験装置において、
前記被試験デバイスを所定の位置に固定する保持手段と、
前記被試験デバイスに試験信号を生成して試験結果を確定する複数の試験手段と、
前記複数の試験手段を切替えて前記保持手段に固定された前記被試験デバイスの所定電極と電気的に接続する接続手段と、
を備え、前記被試験デバイスについて前記試験手段を順次に接続して複数種類の試験を行うことを特徴とした半導体試験装置。 - 前記接続手段は、前記被試験デバイスの外部端子に対応した電極を一方面側に備え、前記試験手段との接続用端子を他方面側に備えた中間電極板であって、
前記中間電極板の前記接続用端子は、前記複数の試験手段と電気的に接続または開放可能に構成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体試験装置。 - 前記中間電極板に対して前記保持手段をその下面側から上昇させることで、前記被試験デバイスの所定電極との電気的接続を保持し、
前記中間電極板に対して前記試験手段と接続されたそれぞれのコンタクト部を選択的に昇降させることで、前記被試験デバイスについて前記試験手段を順次に接続することを特徴とする請求項2記載の半導体試験装置。 - 前記中間電極板と前記複数の試験手段との間に切り替えスイッチを設け、
前記切り替えスイッチを開閉することによって前記被試験デバイスについて前記試験手段を順次に接続することを特徴とする請求項2記載の半導体試験装置。 - 前記中間電極板は、
直流電源、
前記被試験デバイスの出力端子間を選択して短絡させるコンタクト手段、および、
前記被試験デバイスに内蔵されたスイッチング素子の個数分だけゲートドライブ回路、
を備え、前記複数の出力端子を短絡させた状態で前記直流電源を規定電圧値に設定してから、被試験相とは反対側アームのスイッチング素子を複数オン状態にして、被試験相のスイッチング素子を規定時間だけオンさせて負荷短絡試験を行うことを特徴とする請求項2記載の半導体試験装置。 - 前記接続手段は、
前記試験手段のうちAC試験機と前記被試験デバイスのコンタクト電極との間を接続する平行平板回路を備えたことを特徴とする請求項1記載の半導体試験装置。 - 半導体試験回路で生成された試験信号を被試験デバイスであるパワー半導体デバイスに供給してAC試験を行う半導体試験回路の接続装置において、
前記パワー半導体デバイスと前記半導体試験回路の正、負の電源とを接続するコンタクト電極として、絶縁シートを介して互いに平行、かつ近接して配置された平行平板電極を備えていることを特徴とする半導体試験回路の接続装置。 - パワー半導体デバイスを被試験デバイスとしてそのAC試験、DC試験、および熱抵抗試験を順次に行うための半導体試験方法において、
前記被試験デバイスを所定の位置に保持するステップと、
前記AC試験、DC試験、および熱抵抗試験のいずれかの試験手段を保持手段に固定された前記被試験デバイスの所定電極と電気的に接続するステップと、
試験手段から前記被試験デバイスに所定の試験信号を生成して供給し、その試験結果を確定するステップと、
前記被試験デバイスについて前記試験手段とは別の試験手段を切替えて接続するステップと、
から構成され、
それぞれ前記AC試験、DC試験、および熱抵抗試験を行う試験手段によって前記被試験デバイスについての複数種類の試験を行うことを特徴とする半導体試験方法。
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