JP5375745B2 - 試験装置および試験方法 - Google Patents
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Description
また、被試験体を絶縁溶液中に浸漬させた状態で試験を行う方法では、絶縁溶液を扱うため、試験のための設備が複雑になってしまう可能性がある。例えば、絶縁溶液に、フロロカーボンのような低沸点の溶液が用いられた場合、試験中に絶縁溶液を蒸発させないための設備や、乾燥時のガスの排気や回収のための設備が必要となる。また、絶縁溶液に、低沸点ではない溶液が用いられた場合でも、洗浄のための設備が必要となる。
この試験装置は、圧力容器と、圧力容器の内部空間に配置され、被試験体が載置される載置台と、圧力容器の内部空間に配置され、載置台に載置された被試験体に試験電圧を供給する試験電極と、圧力容器の内部空間の気圧を上昇させる加圧手段と、を有し、加圧手段により圧力容器の内部空間の気圧を上昇させた状態で、載置台に載置された被試験体に試験電極から試験電圧を供給して、被試験体の試験を行う。
[第1の実施の形態]
図1は、第1の実施の形態に係る試験装置の一例を示す図である。
図2は、第1の実施の形態に係る試験方法の一例を示すフローチャートである。
[ステップS100]初期状態として、供給用ソレノイドバルブ19を閉じ、排気用ソレノイドバルブ20を開いておく。さらに、底板11を下降させ、底板11と圧力容器10とを離間させておく。
[ステップS102]載置台30に被試験体12を載置する。なお、この作業は、手動により行ってもよいし、搬送機を用いて自動的に行ってもよい。
[ステップS106]試験が終了したら、供給用ソレノイドバルブ19を閉じ、排気用ソレノイドバルブ20を開いて、圧力容器10の内部空間13を常圧に戻す。
以上のステップにより、被試験体12の試験が行われる。なお、内部空間13において、大気成分の排除が必要な場合、または、供給するガスの濃度を高める必要がある場合には、配管16を真空ポンプに繋ぎ、ステップS103とステップS104との間において、真空ポンプを動作させ、内部空間13の残存空気を排出させる。
さらに、第1の実施の形態では、内部空間13の気圧を上昇させることのみで、内部空間13の雰囲気の絶縁耐圧を向上させることができるため、試験装置や試験のための設備を複雑にすることなく、高電圧試験を実現することが可能となる。
[第2の実施の形態]
図4は、第2の実施の形態に係る試験装置の一例を示す図である。
なお、内部空間34に供給するガスが、大気である場合、ガス供給源17やレギュレーター18は設けなくてもよく、配管15から大気を吸入できる構造となっていればよい。また、この場合、配管15と配管16とを別々に設ける必要がなく、共通の配管によりガスの給排気を行うようにしてもよい。
[ステップS200]初期状態として、供給用ソレノイドバルブ19、排気用ソレノイドバルブ20を開けておく。さらに、底板11を下降させ、底板11と圧力容器33とを離間させておく。ここで、供給用ソレノイドバルブ19、排気用ソレノイドバルブ20の開閉は任意であるが、開けておいた方が底板11の下降がスムースに行われる。
[ステップS202]底板11を上昇させて、圧力容器33と密着させる。ここで、予め、試験電極26,27の位置を調整しておき、底板11と圧力容器33とが密着した際、被試験体12の電極28,29と、試験電極26,27とが接触するようにしておく。
[ステップS204]サーボモーター32により、ピストン31を下降させて、圧力容器33の内部空間34の気圧を上昇させる。
[ステップS206]試験が終了したら、供給用ソレノイドバルブ19、および、排気用ソレノイドバルブ20を開いて、圧力容器33の内部空間34を常圧に戻すとともに、サーボモーター32によりピストン31を上昇させて元の位置に戻す。
以上のステップにより、被試験体12の試験が行われる。
[ステップS300]初期状態として、供給用ソレノイドバルブ19を閉じ、排気用ソレノイドバルブ20を開けておく。さらに、底板11を下降させ、底板11と圧力容器33とを離間させておく。
[ステップS302]載置台30に被試験体12を載置する。なお、この作業は、手動により行ってもよいし、搬送機を用いて自動的に行ってもよい。
[ステップS306]サーボモーター32により、ピストン31を下降させて、圧力容器33の内部空間34の気圧を上昇させる。
[ステップS308]試験が終了したら、排気用ソレノイドバルブ20を開いて、圧力容器33の内部空間34を常圧に戻すとともに、サーボモーター32によりピストン31を上昇させて元の位置に戻す。
以上のステップにより、被試験体12の試験が行われる。なお、内部空間34において、大気成分の排除が必要な場合、または、供給するガスの濃度を高める必要がある場合には、配管16を真空ポンプに繋ぎ、ステップS303とステップS304との間において、真空ポンプを動作させ、内部空間34の残存空気を排出させる。
また、高絶縁性能ガスを用いなくても高電圧試験を実施できることで、試験コストを大幅に低減することが可能となる。
[第3の実施の形態]
図7は、第3の実施の形態に係る絶縁耐圧試験の一例を示す図である。図7(A)は、被試験体40の上面図であり、図7(B)は、試験用電極47a,47bが取り付けられた被試験体40の断面図である。
被試験体50は、金属ベース51と、金属ベース51上に配置された絶縁基板52と、絶縁基板52上に配置されたIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)チップ53と、金属ベース51、絶縁基板52、および、IGBTチップ53を収容する樹脂ケース54とを有する。さらに、樹脂ケース54上には、樹脂カバー55が配置され、樹脂カバー55上には主端子56,57,58が配置されている。さらに、樹脂ケース54上には、補助端子59,60が配置されている。主端子56,57,58および補助端子59,60は図示しない内部配線によりIGBTチップ53と電気的に接続されている。
[第4の実施の形態]
以下に説明する試験回路は、第1および第2の実施の形態における試験装置1,2の測定器23に設けられる。
ここでは、ゲート電極とコレクタ電極とエミッタ電極とを備えるトランジスタ、または、ゲート電極とドレイン電極とソース電極とを備えるトランジスタを、被試験体91としている。
ここでは、ゲート電極とコレクタ電極とエミッタ電極とを備えるトランジスタを被試験体111としている。図11(A)に示すように、負荷短絡試験回路110は、被試験体111のゲート電極と接続される端子112と、コレクタ電極と接続される端子113と、エミッタ電極に接続される端子114とを有する。さらに、負荷短絡試験回路110は、試験電源115と、コンデンサ116と、ゲート抵抗117と、ゲートドライバ118とを有する。
ここでは、カソード電極とアノード電極とを備えるダイオードを被試験体131としている。図12(A)に示すように、逆回復動作保証試験回路130は、被試験体131のカソード電極と接続される端子132とアノード電極と接続される端子133とを有する。さらに、逆回復動作保証試験回路130は、試験電源134と、コンデンサ135と、スイッチ素子136と、負荷用コイル137と、ゲート抵抗138と、ゲートドライバ139とを有する。
ゲート電極とコレクタ電極とエミッタ電極とを備えるトランジスタ、または、ゲート電極とドレイン電極とソース電極とを備えるトランジスタを、被試験体151としている。
[第5の実施の形態]
図14は、第5の実施の形態に係る発明の被試験体の一例を示す図である。図14(A)は被試験体170の上面図であり、図14(B)は被試験体170の断面図である。
被試験体180は、半導体モジュールの半製品である。ここでは、IGBTモジュールの半製品を例としている。図15(A)、(B)に示すように、被試験体180は、セラミック基板181と、セラミック基板181の上面に形成されたコレクタ電極182、ゲート電極183、およびエミッタ電極184とを有している。コレクタ電極182の上方には、IGBTチップ185が形成(搭載)されている。IGBTチップ185と、ゲート電極183およびエミッタ電極184とは、配線186で接続されている。
被試験体200は、アノード電極201とカソード電極202とを有し、樹脂203により封止された半導体パッケージである。
この被試験体210に、高電圧試験を実施する場合、例えば、ドレイン電極212とゲート電極211との間、または、ドレイン電極212とソース電極213との間に、規定の高電圧が印加される。これにより、各電極間で放電がおこってしまう可能性がある。
[第6の実施の形態]
ここでは、代表して試験装置1について説明を進めるが、試験装置2についても同様である。まず、測定用デバイスを、試験装置1の圧力容器10の内部空間13に配置する。ここでは、測定用デバイスに、図15で示される被試験体180と同じ構造を備えるIGBTモジュールの半製品を用いた場合を例としている。なお、電極間距離は1.1mmであるものとする。
このようにして作成したグラフを参照することで、安全に高電圧試験を行える気圧を読み取り、試験雰囲気の気圧条件を決定することが可能となる。
なお、絶縁耐圧を高くするには、例えば、圧力容器10の内部空間13の気圧を上昇させる方法と、ガス供給源17が供給するガスに、六フッ化硫黄ガス等の高絶縁性能ガスを混合させる方法とがある。
10,33 圧力容器
11 底板
12 被試験体
13,34 内部空間
14 Oリング
15,16 配管
17 ガス供給源
18 レギュレーター
19 供給用ソレノイドバルブ
20 排気用ソレノイドバルブ
21 リリーフ弁
22 圧力計
23 測定器
24,25 試験端子
26,27 試験電極
28,29 電極
30 載置台
31 ピストン
32 サーボモーター
35 内側壁
Claims (11)
- 圧力容器と、
前記圧力容器内に配置され、半導体ウエハ、半導体チップ、半導体パッケージ、半導体モジュールまたは半導体モジュールの半製品である被試験体が載置される載置台と、
前記圧力容器内に配置され、前記載置台に載置された被試験体に、前記被試験体の電極間または前記被試験体の電極と試験装置との間に絶縁破壊が発生して放電がおこる可能性のある高電圧である、試験電圧を供給する試験電極と、
絶縁破壊発生電圧が前記試験電圧の最大値より大きくなるように、前記圧力容器内の気圧を上昇させる加圧手段と、を有し、
前記加圧手段により前記圧力容器内の気圧を上昇させた状態で、前記載置台に載置された前記被試験体に前記試験電極から前記試験電圧を供給して、前記被試験体の試験を行うことを特徴とする試験装置。 - 前記加圧手段は、圧力を調整した高圧ガスを前記圧力容器内に供給するレギュレーターを有することを特徴とする請求項1記載の試験装置。
- 前記圧力容器内の気圧を制御するリリーフ弁を有することを特徴とする請求項1または2記載の試験装置。
- 前記加圧手段は、前記圧力容器内のガスを圧縮するピストンを有することを特徴とする請求項1または2に記載の試験装置。
- 前記圧力容器内に供給されるガスは、窒素、圧縮空気、酸素、二酸化炭素、アルゴンのいずれか1つ、または、これらのうちの1つまたは複数を含む混合ガスであることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の試験装置。
- 前記圧力容器内へのガスの流入および前記圧力容器内からのガスの流出を制御するソレノイドバルブを有することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の試験装置。
- 試験時における前記圧力容器内の湿度が、80%RH以下であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の試験装置。
- 前記圧力容器内の気圧を測定し、前記圧力容器内の気圧が所定の値に達すると、前記試験電極に前記試験電圧を供給する測定器に、試験開始のための信号を送信する圧力計を有することを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の試験装置。
- 圧力容器内に配置された載置台に、半導体ウエハ、半導体チップ、半導体パッケージ、半導体モジュールまたは半導体モジュールの半製品である被試験体を載置する工程と、
絶縁破壊発生電圧が、前記被試験体の電極間または前記被試験体の電極と試験装置との間に絶縁破壊が発生して放電がおこる可能性のある高電圧である、試験電圧の最大値より大きくなるように、前記圧力容器内の気圧を上昇させる工程と、
前記圧力容器内の気圧を上昇させた状態で、前記載置台に載置された前記被試験体に、前記圧力容器内に配置された試験電極から前記試験電圧を供給して、前記被試験体の試験を行う工程と、
を有することを特徴とする試験方法。
- 前記圧力容器内に窒素、圧縮空気、酸素、二酸化炭素、アルゴンのいずれか1つ、または、これらのうちの1つまたは複数を含む混合ガスを供給する工程を有することを特徴とする請求項9記載の試験方法。
- 前記圧力容器内の気圧を上昇させる工程の前に、前記圧力容器内の気圧ごとの前記絶縁破壊発生電圧を測定し、前記圧力容器内の気圧と前記絶縁破壊発生電圧との関係を求める工程を、さらに有することを特徴とする請求項9または10に記載の試験方法。
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