JP2007278910A - 検査方法及び検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単に精度よく半導体装置の半田接合部に生じるボイドを検査可能な検査方法を提供する。
【解決手段】半導体装置の電流電圧特性のうち、半田のボイドに起因して生じる部分的な温度上昇による電圧低下を示す領域の電圧を測定するための測定電流Ｉｍ（Ｉｍ１）と、その領域以外の電圧領域にある電圧を測定する測定電流Ｉｍ（Ｉｍ２）を設定して、Ｉｍ１の測定電流Ｉｍ及びＩｍ２の測定電流Ｉｍにより発熱前後で電圧測定を行い、電圧測定結果をもとに、Ｉｍ１の測定電流Ｉｍを用いた場合の発熱前後の電圧変化分ΔＶＦ２１及びＩｍ２の測定電流Ｉｍを用いた場合の発熱前後の電圧変化分ΔＶＦ２２を算出し、電圧変化分ΔＶＦ２２を基準とした電圧変化分ΔＶＦ２１の大きさにより、ボイドの大きさを評価する。
【選択図】図１

Description

本発明は検査方法及び検査装置に関し、特に半田による接合部を有した半導体装置を検査する検査方法及び検査装置に関する。

例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの発熱が大きい半導体素子を用いた半導体装置では、半導体チップを半田により銅板などのヒートシンクに接合することで放熱性を促進することが一般的に行われている。

ところが、このような半導体チップとヒートシンクを接合する半田に、気泡などによるボイドが発生し、放熱性を悪化する問題がある。
図９は、ボイドがある場合とない場合の半導体装置の断面と半導体チップの表面温度を模式的に示す図である。

ここでは、半導体チップ５０を、半田５１を用いて銅板などのヒートシンク５２に接合した場合について示している。図９（Ａ）のように、半田５１にボイドがない場合、半導体チップ５０の表面温度はほぼ均一となる。しかし、図９（Ｂ）のように半田５１にボイド５３が存在する場合、放熱特性が悪化し、半導体チップ５０において、ボイド５３の上部に部分的な温度上昇が発生する問題があった。そのため、ボイドを精度よく検出することが必要となっている。

従来のボイドの検査方法には、熱抵抗方法、Ｘ線法、超音波探傷法などがある。
熱抵抗法は、図９（Ｂ）のような、ボイドによる部分的な温度上昇を、発熱前後の半導体装置の電流電圧特性から検出して、ボイドの有無を判定する方法である。

Ｘ線法は、Ｘ線を照射し、ボイド部分の透過が大きいことを利用して、映像に濃淡をつけてボイドの存在を面積で判断する手法である（例えば特許文献１参照。）。
超音波探傷法は、超音波を照射し、ボイド部分の反射を捉えて、映像化し、ボイドの面積を直接捉える手法である。

これらのうち、熱抵抗法は測定時間が短く、量産用に適している。以下、熱抵抗法を用いた従来のボイドの検査方法を説明する。
熱抵抗法では、図９で示したような半導体チップ５０上に電極を形成し、その電極とヒートシンク５２との間に電流を流して、電流電圧特性を測定する。その後、一定時間、大電流を流して発熱させたのち、再び電流電圧特性を測定する。発熱前後の電圧変化分ΔＶは、以下の式で表される。

ΔＶ＝Ｗ×Ｒｔｈ×Ｋ （１）
ここで、Ｗは発熱時の電力（Ｗ）、Ｒｔｈは熱抵抗（℃／Ｗ）、Ｋは温度係数（Ｖ／℃）である。

図１０は、ボイドがない場合の半導体装置の等価回路と、発熱前後の電流電圧特性を示す図である。
ここでは簡単のため、半導体チップ５０の半導体素子を、ダイオード６０を用いて等価的に表した回路について示している。等価回路は、ダイオード６０と動作抵抗６１が直列に接続された回路となる（図１０（Ａ））。なお、このような等価回路を用いた熱抵抗法を、ΔＶＦ法と呼ぶ。

測定電流Ｉｍを可変して上記の等価回路の電流電圧特性を測定すると、発熱前の電流電圧の特性線ＶＦ１は、ボイドがない場合、発熱後には式（１）に従ってΔＶＦ１だけ低下するように平行にシフトして特性線ＶＦ２となる。つまりダイオード６０のオン電圧が低くなる（図１０（Ｂ））。

図１１は、ボイドがある場合の半導体装置の発熱後の等価回路と、発熱前後の電流電圧特性を示す図である。
例えば、図９（Ｂ）で示したようなボイド５３がある場合、発熱時には、半導体チップ５０中で部分的な温度上昇が発生する。このとき、等価回路は、ボイド５３がない半田５１上の半導体素子を等価的に示したダイオード６０ａと動作抵抗６１ａによる直列回路と、ボイド５３上の半導体素子を等価的に示したダイオード６０ｂと動作抵抗６１ｂによる直列回路とが、並列に接続された回路となる（図１１（Ａ））。この等価回路では、ボイド５３上の半導体素子の部分的な温度上昇により、ダイオード６０ｂのオン電圧はダイオード６０ａよりも低くなる。

これにより、発熱後の電流電圧特性は、図１１（Ｂ）に示すように、発熱前の電流電圧の特性線ＶＦ１を平行にマイナス方向にシフトしたボイドなしの特性線ＶＦ２と、ボイド部分の特性線ＶＦ３とを合成した特性線ＶＦ４となる。

上記のようなボイドの有無による発熱後の電流電圧特性の違いを利用して、ボイドの検出が行われる。
例えば、測定電流Ｉｍを、特性線ＶＦ４の折れ点Ｐ１よりも大きいＩｍａに設定し、発熱前の電圧ＶＦ１ａと発熱後の電圧ＶＦ４ａを測定し、電圧変化分ΔＶＦ２ａを算出する。この電圧変化分ΔＶＦ２ａが、ボイドなしの時の、発熱前と発熱後と電圧変化分ΔＶＦ１よりも大きければボイドがあると判定する。そして、電圧変化分ΔＶＦ２ａと、電圧変化分ΔＶＦ１との差が大きいほど、ボイドが大きいと判断する。

また、ボイドの検出精度を上げるため、測定電流Ｉｍを、ボイドによる部分的な温度上昇による電圧低下を示す領域の電圧を測定するための値、具体的には特性線ＶＦ４の折れ点Ｐ１よりも小さい、Ｉｍｂに設定する場合もあった。そして、同様に、発熱前の電圧ＶＦ１ｂと発熱後の電圧ＶＦ４ｂを測定し、電圧変化分ΔＶＦ２ｂを算出する。この電圧変化分ΔＶＦ２ｂが、電圧変化分ΔＶＦ１よりも大きければボイドがあると判定する。測定電流Ｉｍの大きさをＩｍｂにすることで、ボイドがある場合には、電圧変化分ΔＶＦ２ｂと電圧変化分ΔＶ１との差が顕著になり、ボイドの検出精度を上げることができる。

図１２は、従来のボイド検出の測定タイミングを示す図である。
ここでは、図１１（Ｂ）における電圧変化分ΔＶＦ２ａを算出するときの測定タイミングを示している。まず時刻ｔ１において、Ｉｍａの測定電流Ｉｍを等価回路に流し、発熱前の電圧ＶＦ１ａを測定する。その後、時刻ｔ２において、測定電流Ｉｍを遮断して代わりに大電流（以下パワー電流ＩＦという。）を流し、電圧ＶＦＰを印加して所定時間発熱させる。時刻ｔ３には、パワー電流ＩＦを遮断し、再びＩｍａの測定電流Ｉｍを等価回路に流し、発熱後の電圧ＶＦ４ａを測定し、電圧ＶＦ１ａと電圧ＶＦ４ａの電圧変化分ΔＶＦ２ａを算出する。その後、前述したように、ボイドなしの場合の電圧変化分ΔＶＦ１と電圧変化分ΔＶＦ２ａとを比較することで、ボイドの有無及び大きさを評価する。
特開２００１−３３０５６７号公報

しかし、従来のボイドの検査方法では、以下のような問題があった。
半導体チップにおける半導体素子の温度係数は、ウェハ内、ウェハごと、またはロットごとにばらつく場合がある。温度係数がばらつくと、式（１）からわかるようにΔＶもばらつく。また、半田の厚さのばらつきによっても、ΔＶはばらつく。

図１３は、温度係数などのばらつきがある場合の電流電圧特性を示す図である。
例えば、温度係数が小さい場合や、半田の厚さが標準より薄い場合、温度係数や半田の厚さが標準のものと同じ条件で発熱させても、電流電圧特性は、特性線ＶＦ５のようになり、温度係数や半田の厚さが標準の特性線ＶＦ４よりもシフト量が小さくなる。このとき、測定によって得られる発熱後の電圧ＶＦ５ａと、発熱前の電圧ＶＦ１ｂとの電圧変化分ΔＶＦ３は、ボイドがあるにも拘らず、温度係数が標準のときのボイドなし時の電圧変化分ΔＶＦ１（ボイド有無の判定基準）よりも小さくなる。つまり、ボイドの検出が不可能になってしまうという問題があった。

そのため、測定のたびに温度係数を測定して、温度係数が標準の特性に一致するように補正をすることも考えられるが、多数のサンプルを測定する場合には実用的ではないという問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、簡単に精度よくボイドを検査可能な検査方法を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、簡単に精度よくボイドを検査可能な検査装置を提供することである。

本発明では上記問題を解決するために、半田による接合部を有した半導体装置を検査する検査方法において、前記半導体装置の電流電圧特性のうち、前記半田のボイドに起因して生じる部分的な温度上昇による電圧低下を示す領域の電圧を測定するための第１の測定電流と、前記領域以外の電圧領域にある電圧を測定する第２の測定電流を設定して、前記第１の測定電流及び前記第２の測定電流により発熱前後で電圧測定を行い、電圧測定結果をもとに、前記第１の測定電流を用いた場合の発熱前後の第１の電圧変化分及び前記第２の測定電流を用いた場合の発熱前後の第２の電圧変化分を算出し、前記第２の電圧変化分を基準とした前記第１の電圧変化分の大きさにより、前記ボイドの大きさを評価することを特徴とする検査方法が提供される。

上記の方法によれば、半導体装置の電流電圧特性のうち、半田のボイドに起因して生じる部分的な温度上昇による電圧低下を示す領域の電圧を測定するための第１の測定電流と、その領域以外の電圧領域にある電圧を測定する第２の測定電流が設定され、第１の測定電流及び第２の測定電流により発熱前後で電圧測定が行われ、電圧測定結果をもとに、第１の測定電流を用いた場合の発熱前後の第１の電圧変化分及び第２の測定電流を用いた場合の発熱前後の第２の電圧変化分が算出され、第２の電圧変化分を基準とした第１の電圧変化分の大きさにより、ボイドの大きさが評価される。

また、半田による接合部を有した半導体装置を検査する検査装置において、前記半導体装置の電流電圧特性のうち、前記半田のボイドに起因して生じる部分的な温度上昇による電圧低下を示す領域の電圧を測定するための第１の測定電流と、前記領域以外の電圧領域にある電圧を測定する第２の測定電流を設定して、前記第１の測定電流及び前記第２の測定電流により発熱前後で電圧測定を行う測定部と、電圧測定結果をもとに、前記第１の測定電流を用いた場合の発熱前後の第１の電圧変化分及び前記第２の測定電流を用いた場合の発熱前後の第２の電圧変化分を算出し、前記第２の電圧変化分を基準とした前記第１の電圧変化分の大きさにより、前記ボイドの大きさを評価する演算処理部と、を有することを特徴とする検査装置が提供される。

上記の装置によれば、測定部は、半導体装置の電流電圧特性のうち、半田のボイドに起因して生じる部分的な温度上昇による電圧低下を示す領域の電圧を測定するための第１の測定電流と、その領域以外の電圧領域にある電圧を測定する第２の測定電流を設定して、第１の測定電流及び第２の測定電流により発熱前後で電圧測定を行い、演算処理部は、電圧測定結果をもとに、第１の測定電流を用いた場合の発熱前後の第１の電圧変化分及び第２の測定電流を用いた場合の発熱前後の第２の電圧変化分を算出し、第２の電圧変化分を基準とした第１の電圧変化分の大きさにより、ボイドの大きさを評価する。

本発明は、半導体装置の電流電圧特性のうち、半田のボイドに起因して生じる部分的な温度上昇による電圧低下を示す領域の電圧を測定するための第１の測定電流と、その領域以外の電圧領域にある電圧を測定する第２の測定電流を設定して、第１の測定電流及び第２の測定電流により発熱前後で電圧測定を行い、演算処理部は、電圧測定結果をもとに、第１の測定電流を用いた場合の発熱前後の第１の電圧変化分及び第２の測定電流を用いた場合の発熱前後の第２の電圧変化分を算出し、第２の電圧変化分を基準とした第１の電圧変化分の大きさにより、ボイドの大きさを評価するので、温度係数などのばらつきによらず、簡単に精度よくボイドを検査できるようになる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態の検査方法を説明する図である。
また、図２は、半導体装置の電流電圧特性を測定する測定回路と、測定対象の半導体装置の等価回路を示す図である。

まず図２から説明する。熱抵抗法を用いたボイドの検査に用いる測定回路は、図２（Ａ）で示すように、測定対象の半導体装置１に対して測定電流Ｉｍを供給する定電流源２と、測定電流Ｉｍを流したときの半導体装置１の電圧を測定する電圧計３と、半導体装置１にパワー電流ＩＦを流して発熱させるための定電流源４と、パワー電流ＩＦの供給、非供給を切り替えるスイッチ５を有している。

測定対象の半導体装置１は、例えば、半導体チップ１１を、半田１２を用いて銅板などのヒートシンク１３に接合した構造を有している。このような半導体装置１の電流電圧特性を測定するため、半導体チップ１１の上部には、蒸着によりアルミニウムなどからなる電極（図示せず）が形成されており、測定端子ｎ１と接続されている。また、ヒートシンク１３は、測定端子ｎ２に接続されており、電圧計３は、測定端子ｎ１、ｎ２間の電圧を測定する。

なお、以下では、熱抵抗法のうち、半導体装置１の等価回路として、図２（Ｂ）のようにダイオード２０と動作抵抗２１を直列に接続した回路モデルを用いるΔＶＦ法を用いた検査方法について説明する。

図１には、発熱前の半導体装置１の電流電圧特性を示す特性線ＶＦ１と、発熱後の半導体装置１の電流電圧特性を示す３つの特性線ＶＦ２、ＶＦ３、ＶＦ４を示している。
発熱後の電流電圧特性のうち、特性線ＶＦ２はボイドがない場合の電流電圧特性を示し、式（１）に従って、電圧変化分ΔＶＦ１だけ特性線ＶＦ１がシフトしたものである。また、特性線ＶＦ３はボイドが生じた半田１２上の半導体チップ１１の電流電圧特性を示している。半田１２中にボイドが存在する場合には、半導体装置１の電流電圧特性は、特性線ＶＦ２、ＶＦ３を合成した特性線ＶＦ４のようになる。

図３は、本実施の形態の検査方法の測定タイミングを示す図である。
本実施の形態の検査方法では、まず、スイッチ５をオフの状態にしておき、測定電流Ｉｍを半導体装置１に流し、そのときの測定端子ｎ１、ｎ２間の電圧を電圧計３にて測定する。本実施の形態では、２つの大きさの測定電流Ｉｍを用いる。ここでは、始めに、発熱後、ボイドによる部分的な温度上昇による電圧低下を示す領域の電圧を測定するための大きさの測定電流Ｉｍを流す。具体的には特性線ＶＦ４の折れ点Ｐ１よりも小さい値、Ｉｍ１の大きさの測定電流Ｉｍを流す。そして、電圧計３にて測定端子ｎ１、ｎ２間の電圧を測定すると、発熱前は、図１のように、電流電圧特性は特性線ＶＦ１に従うので、電圧ＶＦ１１が得られる（時刻ｔ１〜ｔ２）。

次に、発熱後の特性線ＶＦ４の折れ点Ｐ１の電圧より大きい電圧を測定するために設定されたＩｍ２の大きさの測定電流Ｉｍを流す。そして、同様に電圧計３にて測定端子ｎ１、ｎ２間の電圧を測定すると電圧ＶＦ１２が得られる（時刻ｔ２〜ｔ３）。

その後、スイッチ５をオンし、パワー電流ＩＦを、半導体装置１を発熱させるのに十分な期間、半導体装置１に流す。なお、このとき測定端子ｎ１、ｎ２間には電圧ＶＦＰが印加されている（時刻ｔ３〜ｔ４）。

所定期間が過ぎると再びスイッチ５をオフし、例えば、再び定電流源２にてＩｍ２の大きさの測定電流Ｉｍを流し、電圧計３にて測定端子ｎ１、ｎ２間の電圧を測定する。発熱後の半導体装置１の電流電圧特性は特性線ＶＦ４に従うので、電圧ＶＦ４２が測定される（時刻ｔ４〜ｔ５）。

続いて、Ｉｍ１の大きさの測定電流Ｉｍを流し、同様に測定端子ｎ１、ｎ２間の電圧を測定する。このとき、半田１２にボイドが生じている場合には、ボイドによる電圧低下領域（折れ点Ｐ１より小さい領域）の電圧ＶＦ４１が測定される（時刻ｔ５〜ｔ６）。

なお、Ｉｍ１、Ｉｍ２の電流を流す順序については、発熱前及び発熱後ともどちらを先にしてもよい。
また、本実施の形態の検査方法において、電流電圧特性の測定タイミングは、以下のようにしてもよい。

図４は、測定タイミングの他の例を示す図である。
ここでは、２回のパワー電流ＩＦの供給で、発熱前後の各電圧を測定している。まず、測定電流ＩｍをＩｍ１に設定して、発熱前の電圧ＶＦ１１を測定する（時刻ｔ１０〜ｔ１１）。その後、パワー電流ＩＦを流して半導体装置１を発熱させる（時刻ｔ１１〜ｔ１２）。その後、パワー電流ＩＦの供給を停止して、再び測定電流ＩｍをＩｍ１に設定して、発熱後の電圧ＶＦ４１を測定する（時刻ｔ１２〜ｔ１３）。その後半導体装置１を冷まし、今度は測定電流ＩｍをＩｍ２に設定して、発熱前の電圧ＶＦ１２を測定する（時刻ｔ１４〜ｔ１５）。次に、再び、パワー電流ＩＦを流して半導体装置１を発熱させる（時刻ｔ１５〜ｔ１６）。その後、パワー電流ＩＦの供給を停止して、再び測定電流ＩｍをＩｍ２に設定して、発熱後の電圧ＶＦ４２を測定する（時刻ｔ１６〜ｔ１７）。

但し、パワー電流ＩＦを供給する定電流源４の精度が問題になる場合には、図３で示したように１回のパワー電流ＩＦの供給で測定するのが望ましい。１回のパワー電流ＩＦの供給で発熱前後の電流電圧特性を測定することによって、定電流源４の精度を考慮しなくてよくなるので、安価な測定装置で済むからである。

以上のようにして測定した電圧をもとに、ボイド検査のための演算処理を行う。測定電流ＩｍがＩｍ１のときに、電圧計３で測定された電圧の発熱前後の変化分、すなわち、電圧変化分ΔＶＦ２１＝ＶＦ１１−ＶＦ４１を算出する。同様に、測定電流ＩｍがＩｍ２のときの電圧の発熱前後の変化分、すなわち、電圧変化分ΔＶＦ２２＝ＶＦ１２−ＶＦ４２を算出する。

ここで、得られた電圧変化分ΔＶＦ２２は、発熱前の電流電圧特性の特性線ＶＦ１と発熱後のボイドなしの特性線ＶＦ２との電圧変化分ΔＶＦ１とほぼ等しい。そのため、この電圧変化分ΔＶＦ２２を基準とした電圧変化分ΔＶＦ２１の大きさにより、ボイドの大きさを評価することができる。具体的には、電圧変化分ΔＶＦ２１−電圧変化分ΔＶＦ２２が大きいほどボイドが大きいと判断することができる。なお、ボイドが複数ある場合には、その合計の大きさが見積もられる。また、電圧変化分ΔＶＦ２１と電圧変化分ΔＶＦ２２の差分を求める代わりに、電圧変化分ΔＶＦ２１を電圧変化分ΔＶＦ２２で割ることで、電圧変化分ΔＶＦ２２に対する電圧変化分ΔＶＦ２１の比を求め、それをボイドの大きさの指標としてもよい。

ところで、半導体装置１の温度係数は、ウェハ内、ウェハごと、またはロットごとにばらつく場合がある。温度係数がばらつくと、式（１）からわかるように電圧変化分ΔＶもばらつく。また、半田の厚さのばらつきによっても、電圧変化分ΔＶはばらつく。

図５は、温度係数などのばらつきがある場合の電流電圧特性を示す図である。
ここでは、前述の特性線ＶＦ４が温度係数や半田の厚さが標準の場合の、電流電圧特性であるとしている。温度係数が小さい場合や、半田の厚さが標準より薄い場合、標準のものと同じ条件で発熱させても、電流電圧特性は、特性線ＶＦ４よりもシフト量の小さい特性線ＶＦ５で示されるようになる。このような場合、従来では、測定電流ＩｍがＩｍ１の大きさのときの発熱前後の電圧変化分ΔＶＦ３１は、ボイドの有無の判定基準となる電圧変化分ΔＶＦ１よりも小さくなり、ボイドの検出が不可能になってしまうという問題があった。

しかし、本実施の形態の検査方法によれば、Ｉｍ１、Ｉｍ２の２つの測定電流Ｉｍで発熱前後の電圧を測定し、Ｉｍ２のときの発熱前後の電圧変化分ΔＶＦ３２を基準として、Ｉｍ１のときの発熱前後の電圧変化分ΔＶＦ３１の大きさによりボイドの大きさを評価するので、小さいボイドが発生している場合にも、温度係数のばらつきに関係なく簡単に精度よくボイドを検査可能である。

次に、本実施の形態の検査方法を行う検査装置を簡単に説明する。
図６は、検査装置の概略のブロック図である。
検査装置３０は、測定部３１と、演算処理部３２を有する。

測定部３１は、前述したような２つの測定電流Ｉｍの設定などを行い、図２（Ａ）で示したような測定回路にて、半導体装置１の発熱前後での電圧（例えば、電圧ＶＦ１１、ＶＦ１２、ＶＦ４１、ＶＦ４２（図１参照））を測定する。

演算処理部３２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、測定部３１で測定された電圧を入力して、例えば、図１で示したような発熱前後の電圧変化分ΔＶＦ２１、ΔＶＦ２２を算出する（ステップＳ１）。さらに、算出された電圧変化分ΔＶＦ２２を基準とした電圧変化分ΔＶＦ２１の大きさから、ボイドの大きさを評価する（ステップＳ２）。

このような測定部３１、演算処理部３２の処理内容は、プログラムとして例えば図示しないＲＯＭ（Read Only Memory）などに記録されており、ＣＰＵの制御のもと、取り出され、図示しないＲＡＭ（Random Access Memory）などで展開されて実行される。

上記のような検査装置によれば、Ｉｍ１、Ｉｍ２の２つの測定電流Ｉｍで発熱前後の電圧を測定し、Ｉｍ２のときの発熱前後の電圧変化分ΔＶＦ２２を基準として、Ｉｍ１のときの発熱前後の電圧変化分ΔＶＦ２１の大きさによりボイドの大きさを評価するので、小さいボイドが発生している場合にも、温度係数のばらつきに関係なく簡単に精度よくボイドを検査可能である。

なお、上記では図２（Ｂ）で示したように、熱抵抗法のうち、ダイオード２０を用いた等価回路にて、発熱前後の電圧の変化分を測定するΔＶＦ法を用いた場合について説明したがこれに限定されない。例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metallic Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）のゲート電圧を飽和させて、ドレイン端子及びソース端子を図２（Ａ）の測定端子ｎ１、ｎ２間に接続することで、ダイオード２０と同様に機能させることができる。

また、ＩＧＢＴやバイポーラトランジスタのコレクタ−エミッタ間の電圧の発熱前後での電圧変化分ΔＶｃｅを算出するΔＶｃｅ法を用いてもよい。
図７は、ΔＶｃｅ法を用いる場合の測定回路の例である。

なお、図２（Ａ）と同じ構成要素については、同一符号としている。
図のように、測定端子ｎ１、ｎ２間にＩＧＢＴ４１を接続している。また、ゲートには、ゲート電圧Ｖｇｓａｔを入力して飽和させている。これにより、コレクタ−エミッタ間の電圧Ｖｃｅは、図１で示した電流電圧特性と同様の特性を示し、前述した本実施の形態の検査方法を適用可能となる。バイポーラトランジスタについても同様である（但し、ベース電圧を飽和させる。）。

他にも、ＩＧＢＴのゲート−エミッタ間の電圧の発熱前後での電圧変化分ΔＶｇｅを算出するΔＶｇｅ法を用いてもよい。
図８は、ΔＶｇｅ法を用いる場合の測定回路の例である。

なお、図２（Ａ）と同じ構成要素については、同一符号としている。
図のように、ＩＧＢＴ４５のゲート−エミッタ間に電圧計３を接続し、コレクタ−エミッタ間を流れる前述したような２つの大きさの測定電流Ｉｍで、発熱前後での電圧Ｖｇｅを測定する。但し、電圧Ｖｇｅの測定時に、コレクタ−エミッタ間の電圧Ｖｃｅを一定にするために、コレクタの情報を、バッファ４６を介してゲート−エミッタ間に接続した電圧調整回路４７に送り、ゲート電圧を調整する。

なお、設定する測定電流Ｉｍは、図１で示した電圧ＶＦを電圧Ｖｇｅに置き換えて、半田に存在するボイドに起因して生じる部分的な温度上昇による電圧低下を示す領域の電圧Ｖｇｅを測定するための電流と、それ以外の領域（図１の折れ点Ｐ１より大きい電圧領域に対応）の電圧Ｖｇｅを測定するための電流に設定する。このような２つの測定電流Ｉｍで、発熱前後での電圧Ｖｇｅを測定して、それぞれの測定電流Ｉｍにおける電圧Ｖｇの変化分を算出することで、その２つの変化分の差や比から、ΔＶＦ法を用いた場合と同様に、小さいボイドが発生している場合にも、温度係数のばらつきに関係なく簡単に精度よくボイドを検査可能である。

なお、図８で、ＩＧＢＴ４５の代わりにＭＯＳＦＥＴを用いて、ソース−ドレイン間に測定電流Ｉｍを流し、ゲート−ソース間の発熱前後での電圧変化分ΔＶｇｓを算出するΔＶｇｓ法や、ＩＧＢＴ４５の代わりにバイポーラトランジスタを用いて、コレクタエミッタ間に測定電流Ｉｍを流し、ベース−エミッタ間の発熱前後での電圧変化分ΔＶｂｅを算出するΔＶｂｅ法を用いた場合にも、ΔＶｇｅ法と同様に本実施の形態の検査方法を適用可能である。

本実施の形態の検査方法を説明する図である。 半導体装置の電流電圧特性を測定する測定回路と、測定対象の半導体装置の等価回路を示す図である。 本実施の形態の検査方法の測定タイミングを示す図である。 測定タイミングの他の例を示す図である。 温度係数などのばらつきがある場合の電流電圧特性を示す図である。 検査装置の概略のブロック図である。 ΔＶｃｅ法を用いる場合の測定回路の例である。 ΔＶｇｅ法を用いる場合の測定回路の例である。 ボイドがある場合とない場合の半導体装置の断面と半導体チップの表面温度を模式的に示す図である。 ボイドがない場合の半導体装置の等価回路と、発熱前後の電流電圧特性を示す図である。 ボイドがある場合の半導体装置の発熱後の等価回路と、発熱前後の電流電圧特性を示す図である。 従来のボイド検出の測定タイミングを示す図である。 温度係数などのばらつきがある場合の電流電圧特性を示す図である。

符号の説明

１ 半導体装置
２、４ 定電流源
３ 電圧計
５ スイッチ
１１ 半導体チップ
１２ 半田
１３ ヒートシンク
２０ ダイオード
２１ 動作抵抗
ｎ１、ｎ２ 測定端子

Claims (10)

1. 半田による接合部を有した半導体装置を検査する検査方法において、
   前記半導体装置の電流電圧特性のうち、前記半田のボイドに起因して生じる部分的な温度上昇による電圧低下を示す領域の電圧を測定するための第１の測定電流と、前記領域以外の電圧領域にある電圧を測定する第２の測定電流を設定して、前記第１の測定電流及び前記第２の測定電流により発熱前後で電圧測定を行い、
   電圧測定結果をもとに、前記第１の測定電流を用いた場合の発熱前後の第１の電圧変化分及び前記第２の測定電流を用いた場合の発熱前後の第２の電圧変化分を算出し、
   前記第２の電圧変化分を基準とした前記第１の電圧変化分の大きさにより、前記ボイドの大きさを評価することを特徴とする検査方法。
2. 前記第１の電圧変化分と前記第２の電圧変化分との差により前記ボイドの大きさを評価することを特徴とする請求項１記載の検査方法。
3. 前記第１の電圧変化分と前記第２の電圧変化分の比により前記ボイドの大きさを評価することを特徴とする請求項１記載の検査方法。
4. 前記電流電圧特性は、前記半導体装置を等価的に表したダイオードの電流電圧特性であることを特徴とする請求項１記載の検査方法。
5. 前記電流電圧特性は、前記半導体装置を等価的に表したＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間の電流電圧特性であることを特徴とする請求項１記載の検査方法。
6. 前記電流電圧特性は、前記半導体装置を等価的に表したＩＧＢＴまたはバイポーラトランジスタのコレクタ−エミッタ間の電流電圧特性であることを特徴とする請求項１記載の検査方法。
7. 前記電流電圧特性は、前記半導体装置を等価的に表したＩＧＢＴの、コレクタ−エミッタ間に流れる電流と、ゲート−エミッタ間電圧との電流電圧特性であることを特徴とする請求項１記載の検査方法。
8. 前記電流電圧特性は、前記半導体装置を等価的に表したバイポーラトランジスタの、コレクタ−エミッタ間に流れる電流と、ベース−エミッタ間電圧との電流電圧特性であることを特徴とする請求項１記載の検査方法。
9. 前記電流電圧特性は、前記半導体装置を等価的に表したＭＯＳＦＥＴの、ソース−ドレイン間に流れる電流と、ゲート−ソース間電圧との電流電圧特性であることを特徴とする請求項１記載の検査方法。
10. 半田による接合部を有した半導体装置を検査する検査装置において、
    前記半導体装置の電流電圧特性のうち、前記半田のボイドに起因して生じる部分的な温度上昇による電圧低下を示す領域の電圧を測定するための第１の測定電流と、前記領域以外の電圧領域にある電圧を測定する第２の測定電流を設定して、前記第１の測定電流及び前記第２の測定電流により発熱前後で電圧測定を行う測定部と、
    電圧測定結果をもとに、前記第１の測定電流を用いた場合の発熱前後の第１の電圧変化分及び前記第２の測定電流を用いた場合の発熱前後の第２の電圧変化分を算出し、前記第２の電圧変化分を基準とした前記第１の電圧変化分の大きさにより、前記ボイドの大きさを評価する演算処理部と、
    を有することを特徴とする検査装置。

Images