JPS592541Y2 - 半導体素子の逆回復時間測定装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は半導体素子の逆回復時間測定装置の改良に関す
る。

なお半導体素子は以下の説明ではダイオードにて代表さ
せているがダイオードに限定されることはない。

たとえばダイオードに一定の順方向電流（以下順電流と
いう）■、を流しておいてそのまま急激に逆電圧を加え
て逆方向電流（逆電流という）を流したとき、極めて短
時間ではあるがダイオードは逆方向電圧阻止機能を失っ
て逆電流が流れ、そのダイオードの特性によって決る時
間経過した後逆方向電圧阻止機能を回復することはよく
知られている。

この過渡期間において逆電流値がその前に流れていた順
電流値■、に等しくなった時点（このときの逆電流ＩＲ
＝ＩＦ）から１０％の値（０，１１Ｒ）まで減少するま
での時間Ｔｒｒは逆回復時間と定義される。

（図３参照）そこでこの逆電流値が順電流値■。に正確
に等しくなった時点およびその１０％になった時点の検
出精度によってＴｒｒの測定精度は大きく左右される。

本考案装置では上記の順方向通電と逆方向通電を複数回
（この回数は被測定ダイオードの品種によって変わる）
繰返し、この間■、とＩＲの差電流を検出し帰還回路を
通じて逆電流源よりの電流ＩＲをこの差だけ補正してゆ
く。

そして逆電流■、検出回路でＩＲ＝ＩＦに達したことを
確認した時点から更に複数回順電流■１通電と逆電流■
、通電が繰返してそのときのＴｒｒの値を測定してその
平均値を測定値とするが、所定の限界回数上記の通電を
繰返してもＩＲ＝ＩＦに達しない場合には逆回復時間Ｔ
ｒｒの測定は不能であるという信号を発生することが特
徴である。

まず従来の装置に用いられている測定方法から説明する
。

従来はシンクロスコープなどを用いて波形の観測をしな
がら逆電流■、が順電流に等しくなった時点から０．１
１Ｒになるまでの時間Ｔｒｒを目視で読取っている。

しかしこの方法では波形を見る角度、観測者によって読
取値が異ることが避けられず誤差が大きい。

また読取りが難しいため測定に時間がかかるという欠点
がある。

また逆回復時間Ｔｒｒと逆電流を抵抗Ｒに流したときの
Ｒ両端の電圧ＶＲの間にはある範囲内で比例関係がある
ことからＶＲの値を電圧計などで読取る方法もあるが、
この方法はＴｒｒと■、が比例関係にある間しか測定で
きないこと、間接測定であるから誤差原因が増すこと、
被測定素子の品種毎に予め比例データを取っておくなど
の手間が必要である等の欠点がある。

また上記従来の装置の欠点を取除くために前記の順電流
通電と逆電流通電を予め定められた回数繰返した後自動
的に第２の繰返し測定を開始するようにしても（本出願
人が別途出願）その繰返し回数はかなり安全をみて設定
する必要がある。

（図４参照）本考案はこの欠点を改良するために行った
もので、以下詳細に説明する。

図１は本考案を実施した半導体素子の逆回復時間測定装
置の構成例ブロック図である。

まずこの装置の動作を説明する。

図においてＤＴは被測定半導体素子（ダイオード）で、
最初順方向定電流源１から予め定められた順電流りをダ
イオードＤ１および抵抗Ｒに流す。

次に３はタイミング信号発生回路で、ここで発生させた
一定タイミング信号すによって逆方向電流源２からダイ
オードＤ。

に逆電流を流すと抵抗Ｒの両端に電圧降下■、を発生す
る。

なおタイミング信号発生回路３はａ、ｌ）、ｃ。ｄの４
つのタイミングパルスを発生し、それらのパルスのタイ
ムチャートは図５に示す通りである。

タイミング信号すは逆電流ＩＲ源２のオンタイミングを
与えるもので、ｈ源１は常に供給状態にあるからＩＲ源
をオンにしたときダイオードにはＩＦ源とＩＲ源とが同
時に接続される。

しかしダイオードに流れる電流としてはｈとＩＲとが合
成されて交互に切替わることになる。

ａ、ｃ、ｄ各パルスについては後に説明する。

４は電流検出回路（比較回路）で、抵抗Ｒ中の逆電流値
■、を検出し、その検出出力を帰還回路５を経て逆方向
電流源２に送り、その出力を制御し、この動作をタイミ
ング信号発生回路３よりのタイミング信号すで数回繰返
しＩＲをＩＦに等しくするのであるが、この開国の下段
部に示した不足電流検出回路（１７，１６，１９よりな
る）および過電流検出回路（１５，１４，１８よりなる
）ではタイミング発生回路３で発生するタイミング信号
ｂ、すなわち順方向電流と逆方向電流とを交互に流すタ
イミングで逆電流が予め設定されたＩＲ値の偏差内に入
ったかどうかを監視している。

不足電流検出回路において１７は不足電流検出用基準電
圧源で予めＩＲの許容最小電流×Ｒに相当する電圧■１
０．を発生する。

１６は電圧比較器でＶＴＬと抵抗Ｒで電圧に変換された
ＩＲ”Ｒを比較しＩＲ・Ｒ＞ ＶＴＬの場合にのみ出力
を発生する。

同様に過電流検出回路において１５は過電流検出用基準
電圧源で予めＩＲの許容最大電流×Ｒに相当する電圧■
。

Ｈを発生する。１４は電圧比較器でＶＴＲとＩＲ・Ｒを
比較し■、・Ｒ＜Ｖ□□の場合にのみ出力を発生する。

１８．１９はＡＮＤゲートでそれぞれタイミング発生回
路３よりのタイミング信号すと電圧比較器１４．１６の
各出力との論理積をとり、ＩＲが予め設定した偏差内に
入るとおのおの出力を発生させてメモリ（記憶回路）２
０をセットさせ、逆回復時間Ｔｒｒ測定の準備が整った
としてＴｒｒの測定を開始する。

なおメモリ２０の１人力であるタイミング信号Ｃはダイ
オードＤ。

の通電繰返し開始からタイミング信号すが規定散出るま
での期間、すなわち上記のようにＩＦ＼ＩＲからＩＰ＝
ＩＲに追込む期間、あるいは期間終了を知らせる信号で
、たとえば期間中は高レベルに保ってゲートを開きその
後は低レベルとなってゲートを閉じるように設定しであ
るから、あらかじめ定めである通電繰返し回数の限界ま
でに■□１とＶＴＲで設定された偏差内に抵抗Ｒ中のＩ
Ｒが追込まれていないとメモリ２０に入力がなく、ＡＮ
Ｄゲート２１もその後閉じるので、ＡＮＤゲート２１の
出力には逆回復時間Ｔｒｒの測定不可という信号（レベ
ル）が残る。

従って以上の繰返しによって限界回数前にＩＲが安定に
ＩＦに等しくなった時点で゛は、ＡＮＤゲート２１の出
力にはＴｒｒ測定の準備が整ったという信号（レベル）
が発生することになる。

すなわちこのときはゲート２１に加えられているタイミ
をグ信号ｄはダイオードＤ□の通電開始からＴｒｒ測定
終了の期間までたとえば高レベルに保たれるので゛ゲー
ト２１の出力はそのまま保持されその出力信号に応じて
Ｔｒｒの測定を行う。

さて被測定ダイオードＤ１に流れる電流は抵抗Ｒ両端の
電圧■８に変換されているから、この■、とＴｒｒ検出
用基準電圧源７より導かれる０、ＩＩＲの逆電流に相当
する基準電圧ＶＴ＝０．１ Ｉ ＲＸ Ｒを電圧比較器
６で比較すえば、電圧比較器６の出力は逆回復時間Ｔｒ
ｒに相当する時間だけ発生変化することになる。

８は３人カアンドゲートで゛、ダイオードＤ１のＩＲ＝
ＩＦの状態が既に成立した場合には、デー１８人力中の
信号Ｃの終了によって発生しＴｒｒ測定期間継続するタ
イミング信号ａおよびゲート２１よりの測定回の信号に
よってゲート８は開かれているので、電圧比較器６の出
力（ま積分器９の入力となる。

積分器９は電圧比較器６からの時間に対応する時間信号
を電圧信号に変換するＴ−Ｖ変換器で、定電流スイッチ
ング回路とコンデンサによって構成されている。

かくて積分器９の出力電圧Ｖ。

は逆回復時間Ｔｒｒに比例した値になるが、測定確度を
高くし安定な測定を行うため、上記のＴｒｒ測定を複数
回繰返すことによって積分器９の出力電圧をそれら複数
回のＴｒｒの合計に比例した電圧とする。

１０は電圧計でこの積分器の出力電圧を複数回（ｎ回と
する）の測定の平均値として直接指示させることができ
る。

すなわち ｖ０＝ｖｏ、＋ｖｏ２・・・＋ｖ０ｎ（ｎ回
の測定値の和） しかるに ｖ。

ｏ＝ ＡＴｒｒｍ（通は比例定数、ｍＷｌ、２．・・・
ｎ）、°、７ ＋’ｌ” ＋−・・ 十
Ｔｒｒｎ ＝ ｖＯ／’ｒｒｊ ｒｒ２ 、“、 平均値＝（Ｔｒｒ１＋Ｔｒｒ２＋・・・十Ｔ
）／ｎ＝ｒｒ ■ｏ／Ｊ４ｎ となるから電圧計１０はｎが一定なら■。

を直接読取るように目盛ることができる。

また１２は電圧比較器であり、１１は良否（またはＧＯ
／Ｎ０ＧＯ）判定リミット設定用基準電圧源で、こから
与えられる基準電圧ＶＬと積分器９の出力電圧■。

を電圧比較器１２で比較して良否の判定信号１３をその
出力に発生させる。

なお図２は被測定ダイオードに流れる電流波形を示すも
ので、ダイオードＤＴに流れていた順電流ＩＦが急に逆
方向電流源２を接続したことによって逆方向電流■、と
なるが、最初は直ちにＩＲ＝ＩＦとはならずＩＲ＜ＩＦ
から次第にＩＲ＝ＩＦの状態に近づくことを示している
。

図３は図２の経過を経てＩＲ＝ＩＦとなった状態でのダ
イオードＤ□に流れる電流波形の拡大図で、逆電流が■
、から０．１■、に低下するまでの時間がＴｒｒである
。

図４は一般的な高速スイッチングダイオードについてＩ
Ｒ＝ＩＦになるまでに必要な最初の通電繰返し回数の分
布を示す一例面で、回数限界はこのような分布図から決
定すればよい。

しかし大部分の被測定素子についてはこの限界より遥か
に少い回数でＩＲ＝ＩＦになっていることがわかる。

以上詳細に説明したように本考案の装置によれば、装置
内の不足電流検出回路および過電流検出回路によってＩ
Ｒ＝ＩＦとなる時点を確認させてからＴｒｒの測定に入
るので、全く自動的にＩＲ−ＩＦの条件で丁ｒｒの測定
を短時間に正確に行うことができる。

このことは上記２つの検出回路を設けず最初の順電流と
逆電流の通電繰返しを予め設定した回数まで行っている
°ものに比べて一般により少い回数で丁ｒｒ測定に入る
ことができることを意味し、測定所要時間が短縮できる
ことになる。

なおＴｒｒの値を直接読取ったす、Ｔｒｒに比例する電
圧によって被測定半導体素子のＴｒｒに関する良否判定
信号を発生させることができるので、この装置は半導体
素子の自動選別機などに接続使用することができる。

このことは生産ラインの出荷検査や品質管理においてＴ
ｒｒ測定確度の向上と処理時間の短縮に著しい効果をも
たらすことになる。

また半導体装置の受入側でも同様な効果が得られること
も明らかで゛ある。

【図面の簡単な説明】

図１は本考案を実施した半導体素子の逆回復時間測定装
置の回路構成例ブロック図、図２は被測定ダイオードに
流れる最初の段階の電流波形側図、図３は図２の経過後
の波形の一部拡大図、図４は被測定ダイオードについて
順逆通電繰返し所要回数の分布図、図５はタイミング信
号とダイオード電流のタイムチャートである。 Ｄ、・・・・・・被測定ダイオード、Ｒ・・・・・・抵
抗器、１・・・・・・順方向定電流源、２・・・・・・
逆方向電流源、３・・・・・・タイミング信号発生回路
、４・・・・・・電流検出回路、５・・・・・・帰還回
路、６，１２・・・・・・電圧比較器、７，１１．１５
．１７・・・・・・基準電圧発生器、８．１８，１９．
２１・・・・・・論理積回路、９・・・・・・積分器、
１０・・・・・・電圧計、１４．１６・・・・・・電圧
比較器、２０・・・・・・メモリ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 被測定半導体素子と直列抵抗Ｒよりなる回路と、この回
   路に一定の順方向電流と逆方向電流を交互に流すための
   順方向定電流源および逆方向電流源と、上記逆方向電流
   源のオン、オフタイミングおよび過電流検出回路と不足
   電流検出回路の出力タイミングを制御するパルスｂと上
   記被測定半導体素子に通電開始より上記パルスｂがあら
   かじめ定めである散出るまでの期間オンとなるパルスＣ
   と上記通電開始より被測定素子の逆回復時間測定終了ま
   でオンとなるパルスｄと上記逆回復時間測定期間オンと
   なるパルスａとを発生するタイミングパルス発生回路と
   、上記抵抗Ｒ中の逆方向電流による電圧降下と順方向電
   流による電圧降下の差を検出し上記逆方向電流源に帰還
   してその差をゼロに制御する電圧比較ならびに帰還制御
   回路と、上記直列抵抗Ｒ両端の逆方向電流による電圧降
   下を上記順方向電流に等しい逆方向電流の最大値による
   電圧降下の春に等しい基準電圧と比較して逆方向電流が
   上記最大値の責に減するまでの時間Ｔｒｒ出力を発生す
   る電圧比較回路６と、上記直列抵抗Ｒ両端の上記逆方向
   電流による電圧降下を上記順方向電流に等しい逆方向電
   流最大値の許容最高値に対応する第１の基準電圧ＶＴＲ
   と比較して低い場合にのみ出力を生ずる過電流検出回路
   １４＋１５、および上記逆方向電流最大値の許容最低値
   に対応する第２の基準電圧ＶＴＬと比較して高い場合に
   のみ出力を生ずる不足電流検出回路１６＋１７と、これ
   らの雨検出回路それぞれの出力と上記順、逆方向電流の
   交互切替タイミング信号すとの各論理積回路１８．１９
   と、これらの両輪埋積回路の合成出力をタイミング信号
   Ｃによって人力する記憶回路２０およびこの記憶回路の
   出力とタイミング信号ｄを入力する論理積ゲート回路２
   １と、この論理積ゲート回路２１の出力とタイミング信
   号ａおよび上記電圧比較回路６の出力を入力とする３人
   力論理積回路８と、この論理積回路８を介した上記電圧
   比較回路６のパルスａのオン区間の出力を積分器９と、
   その積分出力より被測定半導体素子の逆回復時間Ｔｒ・
   ｒに比例する電圧あるいはＴｒｒを読取りまたは表示す
   る回路１０を具備したことを特徴とする半導体素子の逆
   回復時間測定装置。