JP2008039406A - 多層型パワーモジュールの放熱性能検査方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多層型パワーモジュールの放熱性能検査を、簡単かつ正確に行う。
【解決手段】過渡熱抵抗測定器２６によって、検査対象の多層型パワーモジュール２０に通電し、通電前後で変化する素子１０のしきい値電圧（Ｖｔｈ）を通電時間（Ｔ）に関連付けて測定し、通電時間毎に通電前後の前記しきい値電圧の変化量（ΔＶｔｈ）を求める。そして、判定手段２８では、特定の二つの通電時間（Ｔ_n、Ｔ_n+1）において生じたしきい値電圧の変化量の差（ΔＶｔｈ_n+1−ΔＶｔｈ_n）を、当該特定の二つの通電時間の差（Ｔ_n+1 −Ｔ_n）で除した算出値を、検査対象の多層型パワーモジュール２０を構成する複数の部材のうち、特定の部材の、放熱性欠陥の有無を把握するための判断資料として用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、多層型パワーモジュールの放熱性能検査方法及びその装置に関するものである。

近年、図７（ａ）に示されるように、ＢＪＴ、ＩＧＢＴ、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ等のパワー半導体素子１０（以下、単に「素子」という。）を、はんだ（本説明では「第１はんだ」という。）１２を用いて絶縁基板１４に接合し、更に、絶縁基板１４に対し、はんだ（本説明では「第２はんだ」という。）１６を用いて放熱板１８を接合した構造を有する、多層型パワーモジュール２０が、自動車用モータの動力制御装置等に広く用いられている。この多層型パワーモジュール２０の各構成部材、例えば、第１はんだ１２や第２はんだ１６に、ボイド等の放熱性能を阻害する欠陥が存在すると、通電により発熱する素子１０の放熱が不十分となり、素子１０の性能を低下させる原因となる。よって、多層型パワーモジュール２０の品質を保証する上で、放熱性能検査は欠かせないものである。
そこで、エックス線Ｘを多層型パワーモジュール２０の上方から照射して欠陥を投影することで、ボイド等の放熱性能を阻害する欠陥の有無を把握する、非破壊検査方法が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００１−１２９３２号公報

しかしながら、従来の、エックス線を用いた非破壊検査方法は以下のような問題があった。例えば、図７（ａ）に示されるように、第１はんだ１２には欠陥としてボイド１２ａが存在し、第２はんだ１６には欠陥としてボイド１６ａ、１６ｂ、１６ｃが存在する場合において、エックス線照射より得られる投影画像は、図７（ｂ）に示されるように、第１はんだ１２のボイド１２ａと、第２はんだ１６のボイド１６ａ、１６ｂ、１６ｃとが二次元画像上に重なって現れてしまう。このため、各ボイドが、第１はんだ１２内の欠陥であるのか、第２はんだ１６内の欠陥であるのかを判別することが不可能である。従って、正確な欠陥検査をするためには、素子１０を第１はんだ１２で絶縁基板１４に固定した半完成品２２の状態でエックス線投影画像を撮影し、第１はんだ１４の欠陥検査を行い、かかる検査で良品と判断されたものに対し、第２はんだ１６を用いて放熱板１８を接合し、再度、完成した多層型パワーモジュール２０のエックス線投影画像を撮影し、第２はんだ１６の欠陥検査を行う必要があった。

このように、従来のエックス線を用いた非破壊検査方法は、正確な検査結果を得るためには、複数の検査工程が必要とされるものであり、絶縁基板１４等、他の構成部材に対しても欠陥検査を実施するような場合には、検査工程が更に増加するといったことが問題となっていた。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、多層型パワーモジュールの放熱性能検査を、簡単かつ正確に行うことにある。

上記課題を解決するための、本発明に係る多層型パワーモジュールの放熱性能検査方法は、素子に複数の部材を多層に接合した多層型パワーモジュールの放熱性能検査方法であって、検査対象の多層型パワーモジュールに通電し、通電前後で変化する前記素子のしきい値電圧（Ｖｔｈ）を通電時間（Ｔ）に関連付けて測定し、通電時間毎に通電前後の前記しきい値電圧の変化量（ΔＶｔｈ）を求め、特定の二つの通電時間（Ｔ₁、Ｔ₂）において生じた前記しきい値電圧の変化量の差（ΔＶｔｈ₂−ΔＶｔｈ₁）を、前記特定の二つの通電時間の差（Ｔ₂ −Ｔ₁）で除した算出値から、前記検査対象の多層型パワーモジュールを構成する複数の部材のうち、特定の部材の、放熱性欠陥の有無を把握することを特徴とするものである。

本発明は、検査対象の多層型パワーモジュールに通電し、通電前後で変化する素子のしきい値電圧を通電時間に関連付けて測定し、通電時間毎に通電前後のしきい値電圧の変化量（ΔＶｔｈ）を求めるといった過渡熱抵抗測定を、特定の二つの通電時間（Ｔ1、Ｔ₂）にて実施する。そして、特定の二つの通電時間において生じたしきい値電圧の変化量の差（ΔＶｔｈ₂−ΔＶｔｈ₁）を、当該特定の二つの通電時間の差（Ｔ₂ −Ｔ₁）で除した算出値を、検査対象の多層型パワーモジュールを構成する複数の部材のうち、特定の部材の、放熱性欠陥の有無を把握するための判断資料として用いる。
すなわち、通電により生じる素子の熱は、時間の経過と共に多層型パワーモジュールを構成する各部材へと熱伝導される。この際、各部材の放熱性能が低いほど、熱伝導される前後の素子のしきい値電圧の変化量は増大する傾向がある。そこで、特定の二つの通電時間において生じたしきい値電圧の変化量の差を、当該特定の二つの通電時間の差で除することで、特定の通電時間の間（すなわち、特定の部材に熱伝導された時）に生じた、単位時間あたりのしきい値電圧の変化量を求め、この算出値を、放熱性欠陥の有無についての客観的判断資料として用いることができる。そして、前記算出値の大小に基づき、多層型パワーモジュールを構成する特定の部材における放熱性欠陥の有無を、非破壊で検査することができる。
しかも、特定の通電時間の間に生じた、単位時間あたりのしきい値電圧の変化量の差を算出値することで、特定の通電時間以外で生じた単位時間あたりのしきい値電圧の変化量の差、すなわち、放熱性欠陥の有無を調べようとする一つの部材以外の部材の、放熱性欠陥の影響を排除することが可能となり、各部材の放熱性欠陥の有無を、正確に把握することが可能となる。

本発明においては、検査対象の多層型パワーモジュールに係る前記算出値を、予め求められた前記特定の部材に放熱性欠陥がない場合の前記算出値、並びに、予め求められた前記特定の部材に放熱性欠陥があると判断される場合の前記算出値と比較することにより、前記検査対象の多層型パワーモジュールを構成する特定の部材の、放熱性欠陥の有無を把握することが望ましい。
本発明では、検査対象の多層型パワーモジュールに対し、特定の二つの通電時間にて過渡熱抵抗測定を実施し、特定の二つの通電時間において生じたしきい値電圧の変化量の差を、当該特定の二つの通電時間の差で除した算出値を、予め求められた特定の部材に放熱性欠陥がない場合の前記算出値、並びに、予め求められた特定の部材に放熱性欠陥があると判断される場合の前記算出値と比較する。そして、これらの予め求められた算出値との大小関係から、検査対象の多層型パワーモジュールに係る特定の部材の、放熱性欠陥の有無を把握することができる。

又、本発明において、前記多層型パワーモジュールを構成する複数の部材の各々について、放熱性欠陥がない場合の前記算出値、並びに、放熱性欠陥があると判断される場合の前記算出値を予め求めておくことが望ましい。
本発明によれば、検査対象の多層型パワーモジュールに対し、特定の二つの通電時間にて過渡熱抵抗測定を実施する。そして、特定の二つの通電時間において生じたしきい値電圧の変化量の差を、当該特定の二つの通電時間の差で除した算出値を、予め求められた各部材毎の算出値と比較する。そして、これらの予め求められた算出値との大小関係から、検査対象の多層型パワーモジュールに係る各部材の、放熱性欠陥の有無を把握することができる。

又、本発明において、前記多層型パワーモジュールを構成する複数の部材のうち、前記素子からより遠方に積層された部材の放熱性欠陥の有無を把握する際に、熱伝導時間を考慮して、前記特定の二つの通電時間（Ｔ_n、Ｔ_n+1）をより長く設定することが望ましい。
多層型パワーモジュールを構成する複数の部材のうち、素子から遠方に積層された部材ほど、素子の熱が伝達されるまでに要する時間はより長くなる。従って、素子から遠方に積層された部材による、放熱性欠陥の影響（熱伝導される前後の素子のしきい値電圧の変化量の増大）は、通電開始からより長い時間経過の後に現れる。この点を考慮して、検査対象の多層型パワーモジュールに対し、特定の二つの通電時間にて過渡熱抵抗測定を実施する際の通電時間を、より長く設定することで、各部材の放熱性欠陥の有無を、把握することができる。

又、上記課題を解決するための、本発明に係る多層型パワーモジュールの放熱性能検査装置は、素子に複数の部材を多層に接合した多層型パワーモジュールの放熱性能検査装置であって、検査対象の多層型パワーモジュールに通電し、通電前後で変化する前記素子のしきい値電圧（Ｖｔｈ）を通電時間（Ｔ）に関連付けて測定し、通電時間毎に通電前後の前記しきい値電圧の変化量（ΔＶｔｈ）を求める過渡熱抵抗測定器と、特定の二つの通電時間（Ｔ1、Ｔ₂）において生じた前記しきい値電圧の変化量の差（ΔＶｔｈ₂−ΔＶｔｈ₁）を、前記特定の二つの通電時間の差（Ｔ₂ −Ｔ₁）で除した算出値から、前記検査対象の多層型パワーモジュールを構成する複数の部材のうち、特定の部材の、放熱性欠陥の有無を把握する判定手段とを備えることを特徴とするものである。

本発明においては、過渡熱抵抗測定器によって、検査対象の多層型パワーモジュールに通電し、通電前後で変化する前記素子のしきい値電圧を通電時間に関連付けて測定し、通電時間毎に通電前後のしきい値電圧の変化量（ΔＶｔｈ）を求める。そして、判定手段では、特定の二つの通電時間（Ｔ1、Ｔ₂）において生じたしきい値電圧の変化量の差（ΔＶｔｈ₂−ΔＶｔｈ₁）を、当該特定の二つの通電時間の差（Ｔ₂ −Ｔ₁）で除した算出値を、検査対象の多層型パワーモジュールを構成する複数の部材のうち、特定の部材の、放熱性欠陥の有無を把握するための判断資料として用いる。
すなわち、通電により生じる素子の熱は、時間の経過と共に多層型パワーモジュールを構成する各部材へと熱伝導される。この際、各部材の放熱性能が低いほど、熱伝導される前後の素子のしきい値電圧の変化量は増大する傾向がある。そこで、判定手段により、特定の二つの通電時間において生じたしきい値電圧の変化量の差を、当該特定の二つの通電時間の差で除することで、特定の通電時間の間（すなわち、特定の部材に熱伝導された時）に生じた、単位時間あたりのしきい値電圧の変化量を求め、この算出値を、放熱性欠陥の有無についての客観的判断資料として用いることができる。そして、前記算出値の大小に基づき、多層型パワーモジュールを構成する特定の部材における放熱性欠陥の有無を、非破壊で検査することができる。
しかも、特定の通電時間の間に生じた、単位時間あたりのしきい値電圧の変化量の差を算出値することで、特定の通電時間以外で生じた単位時間あたりのしきい値電圧の変化量の差、すなわち、放熱性欠陥の有無を調べようとする一つの部材以外の部材の、放熱性欠陥の影響を排除することが可能となり、各部材の放熱性欠陥の有無を、正確に把握することが可能となる。

又、本発明において、前記判定手段には、検査対象の多層型パワーモジュールに係る前記算出値を、予め求められた前記特定の部材に放熱性欠陥がない場合の前記算出値、並びに、予め求められた前記特定の部材に放熱性欠陥があると判断される場合の前記算出値と比較することにより、前記検査対象の多層型パワーモジュールを構成する特定の部材の、放熱性欠陥の有無を把握する、比較判定ロジックが含まれることが望ましい。
本発明によれば、過渡熱抵抗測定器により、検査対象の多層型パワーモジュールに対し、特定の二つの通電時間にて過渡熱抵抗測定を実施する。そして、判定手段において、比較判定ロジックに沿って、特定の二つの通電時間において生じたしきい値電圧の変化量の差を、当該特定の二つの通電時間の差で除した算出値を、予め求められた特定の部材に放熱性欠陥がない場合の前記算出値、並びに、予め求められた特定の部材に放熱性欠陥があると判断される場合の前記算出値と比較する。そして、これらの予め求められた算出値との大小関係から、検査対象の多層型パワーモジュールに係る特定の部材の、放熱性欠陥の有無を把握することができる。

又、本発明において、前記判定手段には、前記多層型パワーモジュールを構成する複数の部材の各々について、放熱性欠陥がない場合の前記算出値、並びに、放熱性欠陥があると判断される場合の前記算出値が記憶されていることが望ましい。
本発明によれば、過渡熱抵抗測定器によって、検査対象の多層型パワーモジュールに対し、特定の二つの通電時間にて過渡熱抵抗測定を実施する。そして、特定の二つの通電時間において生じたしきい値電圧の変化量の差を、当該特定の二つの通電時間の差で除した算出値を、判定手段に記憶された、予め求められた各部材毎の算出値と比較する。そして、これらの予め求められた算出値との大小関係から、検査対象の多層型パワーモジュールに係る各部材の、放熱性欠陥の有無を把握することができる。

又、本発明において、前記判定手段には、前記多層型パワーモジュールを構成する複数の部材のうち、前記素子からより遠方に積層された部材の放熱性欠陥の有無を把握する際に、熱伝導時間を考慮して、前記特定の二つの通電時間（Ｔ_n、Ｔ_n+1）をより長く設定する制御ロジックが含まれることが望ましい。
多層型パワーモジュールを構成する複数の部材のうち、素子から遠方に積層された部材ほど、素子の熱が伝達されるまでに要する時間はより長くなる。従って、素子から遠方に積層された部材による、放熱性欠陥の影響（熱伝導される前後の素子のしきい値電圧の変化量の増大）は、通電開始からより長い時間経過の後に現れる。この点を考慮して、検査対象の多層型パワーモジュールに対し、特定の二つの通電時間にて過渡熱抵抗測定を実施する際の通電時間を、より長く設定することで、各部材の放熱性欠陥の有無を、把握することができる。

本発明はこのように構成したので、多層型パワーモジュールの放熱性能検査を、簡単かつ正確に行うことが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、従来技術と同一部分、若しくは相当する部分には同一符号を付し、詳しい説明を省略する。

図１には、本発明の実施の形態に係る、多層型パワーモジュール２０と、その放熱性能検査装置２４を模式的に示している。多層型パワーモジュール２０は、素子１０を、第１はんだ１２を用いて絶縁基板１４に接合し、更に、絶縁基板１４に対し、第２はんだ１６を用いて放熱板１８を接合した構造を有している。
又、放熱性能検査装置２４は、過渡熱抵抗測定器２６と、放熱性欠陥の有無を把握する判定手段２８とを備えている。過渡熱抵抗測定器２６は、検査対象の多層型パワーモジュール２０に通電し、通電前後で変化する素子１０のしきい値電圧（Ｖｔｈ）を通電時間（Ｔ）に関連付けて測定し、通電時間毎に通電前後の前記しきい値電圧の変化量（ΔＶｔｈ）を求めることが可能である。又、過渡熱抵抗測定器２６は、多層型パワーモジュール２０を測定スロットにセットすることで、絶縁基板１４の端子に電気的に接触して、多層型パワーモジュール２０に対し通電を行うことが可能となっている。しかも、ＢＪＴ、ＩＧＢＴ、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ等様々なパワー半導体素子の過渡熱抵抗測定を行うことが可能であり、ＢＪＴの場合はベース・エミッタ間電圧、ＩＧＢＴの場合はゲート・エミッタ間電圧、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴの場合はゲート・ソース間電圧を、しきい値電圧として測定する。

一方、判定手段２８は、パーソナルコンピュータ等の電子計算機により構成され、特定の二つの通電時間（Ｔ1、Ｔ₂）において生じたしきい値電圧の変化量の差（ΔＶｔｈ₂−ΔＶｔｈ₁）を、特定の二つの通電時間の差（Ｔ₂ −Ｔ₁）で除した算出値Ｃａ（すなわち、特定の通電時間の間に生じた、単位時間あたりのしきい値電圧の変化量。）から、検査対象の多層型パワーモジュール２０を構成する複数の部材１２、１４、１６、１８のうち、特定の部材の、放熱性欠陥の有無を把握するものである。
又、判定手段２８には、検査対象の多層型パワーモジュール２０に係る算出値Ｃａを、予め求められた特定の部材（１２、１４、１６、１８のいずれか）に放熱性欠陥がない場合の前記算出値、並びに、予め求められた特定の部材（１２、１４、１６、１８のいずれか）に放熱性欠陥があると判断される場合の前記算出値と比較することにより、検査対象の多層型パワーモジュールを構成する特定の部材の、放熱性欠陥の有無を把握する、比較判定ロジックが含まれている。

しかも、判定手段２８には、多層型パワーモジュール２０を構成する複数の部材（１２、１４、１６、１８）の各々について、放熱性欠陥がない場合の算出値、並びに、放熱性欠陥があると判断される場合の算出値が記憶されている。
更に、判定手段２８には、多層型パワーモジュール２０を構成する複数の部材（１２、１４、１６、１８）のうち、素子１０からより遠方に積層された部材の放熱性欠陥の有無を把握する際に、熱伝導時間を考慮して、特定の二つの通電時間（Ｔ_n、Ｔ_n+1）をより長く設定する制御ロジックが含まれている。
なお、多層型パワーモジュール２０を構成する複数の部材のうち、素子から遠方に積層された部材ほど、素子１０の熱が伝達されるまでに要する時間はより長くなるが、図１には、模式的に、通電開始からの時間Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₃、Ｔ₄（Ｔ₁＜Ｔ₂＜Ｔ₃＜Ｔ₄）における、素子１０の熱の到達地点を点線で示している。

さて、図４、図５には、一例として、素子１０がＩＧＢＴである多層型パワーモジュール２０の、第１はんだ１２についての放熱性欠陥を検査する検査手順が示されている。なお、図４には、検査手順の各ステップが括弧付き符号で示されている。

（１０）まず、過渡熱抵抗測定器２６の測定スロットに、検査対象の多層型パワーモジュール２０をセットする。そして、通電前のしきい値電圧（ゲート・エミッタ間の電圧）Ｖｔｈを測定する。
（２０）検査対象の多層型パワーモジュール２０に第１の特定時間Ｔ₁（例えば１０ｍｓ）だけ通電し、素子１０を発熱させる。
（３０）通電停止後に、再びしきい値電圧Ｖｔｈを測定する。
（４０）そして、第１の特定時間において生じた、通電前後のしきい値電圧の変化量（ΔＶｔｈ₁）を求める（例えば１００ｍＶ）。

（５０）続いて、再び検査対象の多層型パワーモジュール２０の通電前のしきい値電圧Ｖｔｈを測定する。この際、測定前に最初の通電時の熱が除去されるための冷却時間を設けることが望ましい。
（６０）検査対象の多層型パワーモジュール２０に第２の特定時間Ｔ₂（例えば２０ｍｓ）だけ通電し、素子１０を発熱させる。
（７０）通電停止後に、再びしきい値電圧Ｖｔｈを測定する。
（８０）そして、第２の特定時間において生じた、通電前後のしきい値電圧の変化量（ΔＶｔｈ₂）を求める（例えば２００ｍＶ）。
（９０）さらに、判定手段２８では、特定の二つの通電時間（Ｔ1、Ｔ₂）において生じたしきい値電圧の変化量の差（ΔＶｔｈ₂−ΔＶｔｈ₁）を、特定の二つの通電時間の差（Ｔ₂ −Ｔ₁）で除した値Ｃａを算出する（上記の例では、（２００ｍＶ−１００ｍＶ）／（２０ｍｓ−１０ｍｓ）＝１０（ｍｖ／ｍｓ））。なお、第１、第２の通電時間は、多層型パワーモジュール２０を構成する各構成部材への、素子１０からの熱伝導時間を考慮して決められるものであり、上記の例では、第１はんだ１２の欠陥を把握するに適した通電時間である。
そして、（算出値Ｃａ）＝（ΔＶｔｈ₂−ΔＶｔｈ₁）／（Ｔ₂ −Ｔ₁）を、予め求められた第１はんだ１２に放熱性欠陥がない場合の前記算出値、並びに、予め求められた第１はんだ１２に放熱性欠陥があると判断される場合の前記算出値と比較する。
（１００）そして、検査対象の多層型パワーモジュール２０に係る算出値が、予め求められた二つの算出値の間の値である場合には、放熱性欠陥（例えばボイド１２ａ）は存在しないと判断される。一方、検査対象の多層型パワーモジュール２０に係る算出値が、予め放熱性欠陥があると判断される場合の当該算出値以上である場合には、放熱性欠陥があると判断される。

なお、予め第１はんだ１２に係る放熱性欠陥がない場合の前記算出値、並びに、予め第１はんだ１２に放熱性欠陥があると判断される場合の前記算出値を求める際に、素子１０の熱が第１はんだ１２へと伝わり、図５のグラフの傾きが変化することから、第１はんだ１２の放熱性欠陥の判断をするに適した二つの特定時間Ｔ₁、Ｔ₂を、予め定めることが可能である。

図５（ａ）には、（１０）〜（１００）の各ステップにより得られた、検査対象の多層型パワーモジュール２０の、通電時間Ｔと、二つの通電時間Ｔ1、Ｔ₂において生じたしきい値電圧の変化量の差ΔＶｔｈ₂−ΔＶｔｈ₁との関係が示されている。図中の曲線Ｎは、パワーモジュール２０を構成する何れの部材にも放熱性欠陥がない場合を示すノミナル値であり、放熱性欠陥の良否判断における下限値である。又、曲線１２（ＮＧ）は、予め求められた、第１はんだ１２に放熱性欠陥があると判断される場合のしきい値電圧の変化量の差を表している。
よって、二つの特定時間（Ｔ₁＝１０ｍｓ、Ｔ₂＝２０ｍｓ）の間（Ｔ₂−Ｔ₁）に生じた単位時間あたりのしきい値電圧の変化量の差Ｃａが曲線１２（ＮＧ）以上となれば、第１はんだ１２に放熱性欠陥があると判断される。一方、検査対象の多層型パワーモジュール２０のしきい値電圧の変化量の差が、曲線１２（ＯＫ）のごとく、ノミナル値Ｎと曲線１２（ＮＧ）との間にある場合には、第１はんだ１２の放熱性欠陥の良否判断はＯＫと判断される。

又、本発明の実施の形態では、上記と同様の手順により、第２はんだ１６の放熱性欠陥の良否判断を行うことも可能である。この場合には、ステップ（２０）において、検査対象の多層型パワーモジュール２０に第１の特定時間Ｔ₃（例えば５０ｍｓ）だけ通電し、素子１０を発熱させる。又、ステップ（６０）において、検査対象の多層型パワーモジュール２０に第２の特定時間Ｔ₄（例えば７０ｍｓ）だけ通電し、素子１０を発熱させる。
その他の手順は、第２はんだ１６の放熱性欠陥の良否判断を行う場合と同様である。

図５（ｂ）は、図５（ａ）に連続するグラフであり、通電時間Ｔが図５（ａ）よりも長い範囲を示している。すなわち、図５（ｂ）には、（１０）〜（１００）の各ステップにより得られた、検査対象の多層型パワーモジュール２０の、通電時間Ｔと、二つの通電時間Ｔ3、Ｔ₄において生じたしきい値電圧の変化量の差ΔＶｔｈ₄−ΔＶｔｈ₃との関係が示されている。そして、曲線１６（ＮＧ）は、予め求められた、第２はんだ１６に放熱性欠陥があると判断される場合のしきい値電圧の変化量の差を表している。
よって、二つの特定時間（Ｔ₄＝５０ｍｓ、Ｔ₃＝７０ｍｓ）の間（Ｔ₄−Ｔ₃）に生じた単位時間あたりのしきい値電圧の変化量の差Ｃａが曲線１６ＮＧ以上となれば、第２はんだ１６に放熱性欠陥があると判断される。一方、一方、検査対象の多層型パワーモジュール２０のしきい値電圧の変化量の差が、曲線１６（ＯＫ）のごとく、ノミナル値Ｎと曲線１６（ＮＧ）との間にある場合には、第２はんだ１６の放熱性欠陥の良否判断はＯＫと判断される。

なお、予め第２はんだ１６に係る放熱性欠陥がない場合の前記算出値、並びに、予め求められた前記特定の部材に放熱性欠陥があると判断される場合の前記算出値を測定によって求める際に、素子１０の熱が第２はんだ１６へと伝わり、図５のグラフの傾きが変化することから、第２はんだ１６の放熱性欠陥の判断をするに適した二つの特定時間Ｔ₃、Ｔ₄を、予め定めることが可能である。
かかるグラフの傾きの変化は、連続するグラフを二つに別けて示した図５（ａ）及び図５（ｂ）において、図５（ａ）では第１はんだ１２に係る曲線１２（ＯＫ）、１２（ＮＧ）が、第２はんだ１６に係る曲線１６（ＯＫ）、１６（ＮＧ）と比較して大きな値となっているのに対し、図６（ｂ）では逆の関係になっていることによって現れている。

更に、本発明の実施の形態によれば、図２に示されるように、より多層型のパワーモジュール３０の、各構成部品の放熱性欠陥の良否判断を行うことも可能である。図２の例では、素子１０を、第１はんだ１２を用いて絶縁基板１４に接合し、絶縁基板１４に対し、第２はんだ１６を用いて部材３２を接合し、部材３２に対して、第３はんだ３４を用いて部材３６を接合した構造を有している。そして、第３はんだ３４にボイド３４ａが存在し、部材３６に不純物３６ａが混入しているような場合であっても、特定の二つの通電時間（Ｔ_n、Ｔ_n+1）を、各部材へと熱伝導される時間帯に合わせて設定することで、夫々の部材の放熱性欠陥の良否判断を行うことが可能となる。
なお、図２には、通電開始からの時間Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₃、Ｔ₄、Ｔ₅、Ｔ₆（Ｔ₁＜Ｔ₂＜Ｔ₃＜Ｔ₄＜Ｔ₅＜Ｔ₆）における、素子１０の熱の到達地点を、模式的に点線で示している。

図６には、より多層型のパワーモジュール３０の、各構成部品の放熱性欠陥の良否判断を行うために、図４のフローチャートを一般化して示している。具体的には、多層型パワーモジュール２０を構成する複数の部材への熱伝導時間を考慮して、特定の二つの通電時間（Ｔ_n、Ｔ_n+1）を徐々に長く設定するようにして、ステップ（１０）〜（４０）を複数回繰り返し、判定手段２８において、ステップ（９５）のごとく、第２はんだ１６への熱伝導時間に該当する二つの通電時間において生じたしきい値電圧の差を、その特定の二つの通電時間の差で除した値を算出することで、第３はんだ３４や、部材３６の放熱性欠陥の良否判断を行うことができる。

さらには、図３に示される多層型パワーモジュール３８のように、素子１０一方の面を、第１はんだ１２を用いて放熱板１８に接合し、素子１０の他方の面に第２はんだ１６を用いて電極４０を接合し、更に、電極４０に対し第３はんだ３４を用いて放熱板４０を接合したような構造においても、部材の各々について、放熱性欠陥がない場合の前記算出値、並びに、放熱性欠陥があると判断される場合の前記算出値を予め求めておくことで、図６の手順に基づき、電極４０に欠陥４０ａが存在することによる放熱性欠陥や、放熱板４２に欠陥４２ａが存在することによる放熱性欠陥を、把握することが可能となる。

上記構成をなす、本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能となる。まず、過渡熱抵抗測定器２６によって、検査対象の多層型パワーモジュール２０、３０、３８に通電し、通電前後で変化する素子１０のしきい値電圧（Ｖｔｈ）を通電時間（Ｔ）に関連付けて測定し、通電時間毎に通電前後の前記しきい値電圧の変化量（ΔＶｔｈ）を求める。そして、判定手段２８では、特定の二つの通電時間（Ｔ_n、Ｔ_n+1）において生じたしきい値電圧の変化量の差（ΔＶｔｈ_n+1−ΔＶｔｈ_n）を、当該特定の二つの通電時間の差（Ｔ_n+1 −Ｔ_n）で除した算出値を、検査対象の多層型パワーモジュール２０、３０、３８を構成する複数の部材のうち、特定の部材の、放熱性欠陥の有無を把握するための判断資料として用いる。

すなわち、通電により生じる素子１０の熱は、時間の経過と共に多層型パワーモジュール２０、３０、３８を構成する各部材へと熱伝導される。この際、各部材の放熱性能が低いほど、熱伝導される前後の素子のしきい値電圧の変化量は増大する傾向がある。そこで、判定手段２８により、特定の二つの通電時間（Ｔ_n、Ｔ_n+1）において生じたしきい値電圧の変化量の差（ΔＶｔｈ_n+1−ΔＶｔｈ_n）を、当該特定の二つの通電時間の差（Ｔ_n+1−Ｔ_n）で除することで、特定の通電時間の間に生じた、単位時間あたりのしきい値電圧の変化量を求め、この算出値Ｃａを、放熱性欠陥の有無についての客観的判断資料として用いることができる。そして、算出値Ｃａの大小に基づき、多層型パワーモジュール２０、３０、３８を構成する特定の部材における放熱性欠陥の有無を、非破壊で検査することができる。
しかも、特定の通電時間の間に生じた、単位時間あたりのしきい値電圧の変化量の差を算出値することで、特定の通電時間以外で生じた単位時間あたりのしきい値電圧の変化量の差、すなわち、放熱性欠陥の有無を調べようとする一つの部材以外の部材の、放熱性欠陥の影響を排除することが可能となり、各部材の放熱性欠陥の有無を、正確に把握することが可能となる。

又、過渡熱抵抗測定器２６により、検査対象の多層型パワーモジュール２０、３０、３８に対し、特定の二つの通電時間（Ｔ_n、Ｔ_n+1）にて過渡熱抵抗測定を実施し、判定手段２８において、比較判定ロジックに沿って、特定の二つの通電時間（Ｔ_n、Ｔ_n+1）において生じたしきい値電圧の変化量の差を、特定の二つの通電時間の差（Ｔ_n+1−Ｔ_n）で除した算出値Ｃａを求め、予め求められた特定の部材に放熱性欠陥がない場合の前記算出値、並びに、予め求められた特定の部材に放熱性欠陥があると判断される場合の前記算出値と比較している（ステップ（９０）、（９５））。そして、これらの予め求められた算出値との大小関係から、検査対象の多層型パワーモジュール２０、３０、３８に係る特定の部材（第１はんだ１２、第２はんだ１４等）の、放熱性欠陥の有無を把握することができる。

更に、過渡熱抵抗測定器２６によって、検査対象の多層型パワーモジュール２０、３０、３８に対し、特定の二つの通電時間（Ｔ_n、Ｔ_n+1）にて過渡熱抵抗測定を実施し、特定の二つの通電時間（Ｔ_n、Ｔ_n+1）において生じたしきい値電圧の変化量の差（ΔＶｔｈ_n+1−ΔＶｔｈ_n）を、当該特定の二つの通電時間の差（Ｔ_n+1−Ｔ_n）で除した算出値を、判定手段２８に記憶された、予め求められた各部材毎の算出値と比較する。そして、これらの予め求められた算出値との大小関係から（ステップ（９５））、検査対象の多層型パワーモジュールに係る各部材の、放熱性欠陥の有無を把握することができる。

しかも、多層型パワーモジュール２０、３０、３８を構成する複数の部材のうち、素子から遠方に積層された部材ほど、素子の熱が伝達されるまでに要する時間はより長くなる。従って、素子から遠方に積層された部材による、放熱性欠陥の影響（通電前後の素子のしきい値電圧の変化量の増大）は、素子の近くに積層された部材よりも、通電開始からより長い時間経過の後に現れる。この点を考慮して、検査対象の多層型パワーモジュール２０、３０、３８に対し、特定の二つの通電時間（Ｔ_n、Ｔ_n+1）にて過渡熱抵抗測定を実施し、その際に生じたしきい値電圧の変化量の差（ΔＶｔｈ_n+1−ΔＶｔｈ_n）を、当該特定の二つの通電時間の差（Ｔ_n+1−Ｔ_n）で除した算出値を求める際の、通電時間を、より長く設定することで、各部材の放熱性欠陥の有無を、把握することができる。

本発明の実施の形態に係る、多層型パワーモジュールと、その放熱性能検査装置を模式的に示したものである。 本発明に係る、放熱性能検査の対象となるより多層型のパワーモジュールの模式図である。 本発明に係る、放熱性能検査の対象となる更に別の多層型パワーモジュールの模式図である。 素子がＩＧＢＴである多層型パワーモジュールの、第１はんだについての放熱性欠陥を検査する場合の検査手順を例示するフローチャートである。 （ａ）には、検査対象の多層型パワーモジュールの、第１はんだに係る放熱性欠陥の判断に係る時間帯のしきい値電圧の変化量の差を表すグラフが、（ｂ）には、同第２はんだに係る放熱性欠陥の判断に係る時間帯のしきい値電圧の変化量の差を表すグラフが示されている。 図４のフローチャートを一般化したものである。 従来の多層型パワーモジュールの放熱性能検査方法を示す模式図であり、（ａ）は多層型パワーモジュールの断面図、（ｂ）は（ａ）の多層型パワーモジュールにエックス線を照射することにより得られる投影画像である。

符号の説明

１０：パワー半導体素子、１２：第１はんだ、１２ａ：ボイド、１４：絶縁基板、１６：第２はんだ、１６ａ：ボイド、 １８、４２：放熱板、 ２０、３０、３７：多層型パワーモジュール、２４：放熱性の検査装置、２６：過渡熱抵抗測定器、２８：判定手段、３２：部材、３４：第３はんだ、３４ａ：ボイド、３６：部材、３６ａ：不純物、４０：電極、４０ａ：欠陥

Claims (8)

1. 素子に複数の部材を多層に接合した多層型パワーモジュールの放熱性能検査方法であって、
   検査対象の多層型パワーモジュールに通電し、通電前後で変化する前記素子のしきい値電圧を通電時間に関連付けて測定し、通電時間毎に通電前後の前記しきい値電圧の変化量を求め、特定の二つの通電時間において生じた前記しきい値電圧の変化量の差を、前記特定の二つの通電時間の差で除した算出値から、前記検査対象の多層型パワーモジュールを構成する複数の部材のうち、特定の部材の、放熱性欠陥の有無を把握することを特徴とする多層型パワーモジュールの放熱性能検査方法。
2. 検査対象の多層型パワーモジュールに係る前記算出値を、予め求められた前記特定の部材に放熱性欠陥がない場合の前記算出値、並びに、予め求められた前記特定の部材に放熱性欠陥があると判断される場合の前記算出値と比較することにより、前記検査対象の多層型パワーモジュールを構成する特定の部材の、放熱性欠陥の有無を把握することを特徴とする請求項１記載の多層型パワーモジュールの放熱性能検査方法。
3. 前記多層型パワーモジュールを構成する複数の部材の各々について、放熱性欠陥がない場合の前記算出値、並びに、放熱性欠陥があると判断される場合の前記算出値を予め求めておくことを特徴とする１又は２記載の多層型パワーモジュールの放熱性能検査方法。
4. 前記多層型パワーモジュールを構成する複数の部材のうち、前記素子からより遠方に積層された部材の放熱性欠陥の有無を把握する際に、熱伝導時間を考慮して、前記特定の二つの通電時間をより長く設定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の多層型パワーモジュールの放熱性能検査方法。
5. 素子に複数の部材を多層に接合した多層型パワーモジュールの放熱性能検査装置であって、
   検査対象の多層型パワーモジュールに通電し、通電前後で変化する前記素子のしきい値電圧を通電時間に関連付けて測定し、通電時間毎に通電前後の前記しきい値電圧の変化量を求める過渡熱抵抗測定器と、
   特定の二つの通電時間において生じた前記しきい値電圧の変化量の差を、前記特定の二つの通電時間の差で除した算出値から、前記検査対象の多層型パワーモジュールを構成する複数の部材のうち、特定の部材の、放熱性欠陥の有無を把握する判定手段とを備えることを特徴とする多層型パワーモジュールの放熱性能検査装置。
6. 前記判定手段には、検査対象の多層型パワーモジュールに係る前記算出値を、予め求められた前記特定の部材に放熱性欠陥がない場合の前記算出値、並びに、予め求められた前記特定の部材に放熱性欠陥があると判断される場合の前記算出値と比較することにより、前記検査対象の多層型パワーモジュールを構成する特定の部材の、放熱性欠陥の有無を把握する、比較判定ロジックが含まれることを特徴とする請求項５記載の多層型パワーモジュールの放熱性能検査装置。
7. 前記判定手段には、前記多層型パワーモジュールを構成する複数の部材の各々について、放熱性欠陥がない場合の前記算出値、並びに、放熱性欠陥があると判断される場合の前記算出値が記憶されていることを特徴とする５又は６記載の多層型パワーモジュールの放熱性能検査装置。
8. 前記判定手段には、前記多層型パワーモジュールを構成する複数の部材のうち、前記素子からより遠方に積層された部材の放熱性欠陥の有無を把握する際に、熱伝導時間を考慮して、前記特定の二つの通電時間をより長く設定する制御ロジックが含まれることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項記載の多層型パワーモジュールの放熱性能検査方法。
   

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