JP2013057589A - 半導体素子の特性試験装置およびその装置を用いた半導体素子の特性試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体チップを樹脂封止した半導体素子において、樹脂封止部１５の絶縁耐量試験とその他の特性試験を同時に行い、試験コストを低減できて、特性試験装置全体の占有面積を減少できる半導体素子の特性試験装置およびその装置を用いた半導体素子の特性試験方法を提供する。
【解決手段】絶縁耐量を試験するための電圧印加治具１を半導体素子の樹脂封止部１５に接触させ、この電圧印加治具１に静特性試験または動特性試験で印加される高電圧を印加することで、特性試験（漏れ電流試験、耐圧特性試験、Ｌ負荷試験など）と同時に樹脂封止部１５の絶縁耐量試験も行う。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ＴＯ３Ｐタイプなどの樹脂封止部を有する半導体素子であって、半導体チップが樹脂封止部に収納された半導体素子の樹脂封止部の絶縁検査を従来の特性試験を行うときに同時に行うことができる半導体素子の特性試験装置およびその装置を用いて行う絶縁耐量試験を含む特性試験方法に関する。

半導体素子の特性試験には、静特性試験である漏れ電流特性試験や耐圧特性試験などがあり、動特性試験であるＬ負荷試験やスイッチング試験などがある。
図１１は、フルモールドタイプのＩＧＢＴ２０の構成図であり、同図（ａ）はおもて面図、同図（ｂ）は側面図である。このＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）は上面、下面および側面のすべての面が樹脂封止されたフルモールドタイプのＩＧＢＴ２０である。例えば、ＴＯ−３ＰＦタイプの樹脂モールド品である。

金属基板であるダイ部２１上にＩＧＢＴチップ２２の裏面２３の図示しないコレクタ電極が半田付けされ、このダイ部２１にリードフレームからなるコレクタ端子２４ａが接続する。ＩＧＢＴチップ２２のエミッタ電極２５とゲート電極パッド２６はそれぞれリードフレームからなるエミッタ端子２４ｂ、ゲート端子２４ｃにボンディングワイヤ２７で接続する。ダイ部２１、半導体チップ２２、ボンディングワイヤ２７および各端子２４ａ，２４ｂ，２４ｃの根元箇所は樹脂封止され樹脂封止部２８となる。各端子２４ａ，２４ｂ，２４ｃは樹脂封止部２８から露出している。この樹脂封止はダイ部の上面、下面、側面の全ての面で行なわれるのでフルモールドタイプといわれている。このＩＧＢＴ２０は、樹脂封止部２８の裏面２８ａに冷却フィンを取り付けて用いられる。

図１２は、図１１に示すフルモールドタイプのＩＧＢＴ２０の樹脂封止部の絶縁耐量試験を説明する図である。この絶縁耐量試験は、フルモールドタイプのＩＧＢＴ２０のダイ部２１の裏面２３側の樹脂封止部２８に図示しない冷却フィンを設置して使用した場合を想定して、ダイ部２１の裏面２３側の樹脂封止部２８の絶縁耐量を調べるために行なわれる。

この絶縁耐量試験装置５００は、交流電圧印加部７１とＩＧＢＴ２０の樹脂封止部２８に接触する電圧印加治具７２（ここでは電極を示す）から構成される。この電圧印加治具７２にＩＧＢＴ２０を設置する。ＩＧＢＴ２０のコレクタ端子２４ａ、エミッタ端子２４ｂ、ゲート端子２４ｃを互いに導電体５３で短絡し、コレクタ端子２４ａと電圧印加治具７２の間に交流電圧印加部７１から１０００Ｖを超える高電圧（一般には２ｋＶ以上の交流電圧）を所定期間（例えば、１分程度）印加し、ＩＧＢＴ２０の樹脂封止部２８が絶縁破壊するか否かを判定する。

量産での絶縁耐量試験について説明する。フルモールドのＴＯ−３ＰＦタイプのＩＧＢＴ２０の各端子２４ａ，２４ｂ，２４を全て同電位になるように導電体５３で短絡状態にする（図では各端子２４ａ，２４ｂ，２４ｃを直接導電体５３で短絡しているが、実際はこれらの端子２４ａ，２４ｂ，２４に接続する試験プローブを短絡する。
その後、樹脂封止部２８を電圧印加治具７２に設置し、樹脂封止部２８の全ての面を接触させる。その後、電圧印加治具７２とコレクタ端子２４ａ間に高電圧を所定の時間印加して漏れ電流を測定する。漏れ電流の異常増大や所定値以上の電流値を検出することで樹脂封止部２８の絶縁不良の判定を行う。このように、絶縁耐量試験では１０００Ｖを超える高電圧（一般には２ｋＶ以上の交流電圧）を印加するための電源や電圧印加治具（電極）などが必要となるため、絶縁耐圧試験のみを行う専用の試験装置が必要となる。

ところで、ＩＧＢＴ２０の樹脂封止部２８のおもて面２８ａから端子２４ｂ，２４ｃに接続するボンディングワイヤ２７が露出している場合も、絶縁不良と判定される。これは、各端子２４ａ，２４ｂ，２４ｃを導電体５３で短絡して、コレクタ端子２４ａとボンディングワイヤ２７が同電位となっている状態で、電圧印加治具７２とボンディングワイヤ２７が接触すると、ボンディングワイヤを介して電圧印加治具７２と各端子２４ａ，２４ｂ，２４ｃとが短絡するためである。

また、例えば、ボンディングワイヤ２７の周りの樹脂封止部２８が未充填状態で被覆されていても樹脂封止部２８の表面２８ａとの距離Ｔが短ければやはり絶縁不良と判定される。

このように、樹脂封止部２８のおもて面側についての絶縁耐圧試験を行う場合も、樹脂封止部の形状に合致した電圧印加治具を設ける必要があり、絶縁耐圧試験のみを行う専用の試験装置が用いられる。

次に、図１３は、冷却フィンが装着されたセミモールドのＴＯ−３ＰタイプのＩＧＢＴの構成図であり、同図（ａ）はおもて面図、同図（ｂ）は冷却フィンが挿着される前の各部の側面図、同図（ｃ）はＩＧＢＴ自体の裏面図である。このセミモールドのＴＯ−３ＰタイプのＩＧＢＴ１０はダイ部１１の裏面１１ａと、各端子１３ａ、１３ｂ、１３ｃとが樹脂封止部１５から露出している。

図１１との違いは、ダイ部１１の裏面１１ａの多くの部分が樹脂封止部１５から露出している点である。ＩＧＢＴチップ１２の裏面のコレクタ電極（図示せず）は半田（図示せず）によってダイ部１１に接合されている。このため、図１３に示すように、通常、このタイプのＩＧＢＴ１０を使用する場合には、ダイ部１１の裏面１１ａに所望の絶縁耐量の絶縁板３１を介して冷却フィン３２がネジ３３とナット３４で固定される。そのため、冷却フィン３２とダイ部１１との絶縁は所望の絶縁耐量を有する絶縁板３１で絶縁されている。

また、ＩＧＢＴ１０のダイ部１１が樹脂封止部１５から露出するため、図１２に示す電圧印加治具７２を用いて絶縁耐量試験を行なおうとしても、電圧印加治具７２がダイ部１１と接触し、電圧印加治具７２とダイ部１１が接続するコレクタ端子１３ａ間は短絡状態となり電圧を印加できず、絶縁耐量試験を行うことができない。

また、図１３のＴＯ−３Ｐタイプの樹脂封止部１５を有するＩＧＢＴ１０は、ダイ部１１の裏面１１ａに絶縁板３１を貼り付け、その絶縁板３１を介して冷却フィン３２をネジで固定していたため、ボンディングワイヤ１４と樹脂封止部１５の表面１５ａとの間の絶縁耐量は必要としていなかった。

近年、冷却フィン３２のコスト低減とその取り付けを容易にするために、クリップ式冷却フィン４１が用いられるようになってきた。
図１４は、クリップ式冷却フィン３５を挿着したＩＧＢＴ１０の構成図であり、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図である。

ＩＧＢＴ１０の樹脂封止部１５のおもて面１５ａと露出したダイ部１１の裏面１１ａをクリップ式冷却フィン３５で挟み込みクリップ式冷却フィン３５からＩＧＢＴチップ１２で発生する熱を放散する。図１３の従来の冷却フィン３２に比べると、取り付けが簡単で極めて冷却フィン３５自体も低コストである。

また、特許文献１では、樹脂モールド内の金属線（ワイヤ）に接続されるリードと封止樹脂との間に試験電圧を印加て、漏れ電流を検出して封止状態の良否判定を行うことが開示されている。

特開２００４−２７１２４５号公報

しかし、図１４のクリップ式冷却フィン３５を付けたＴＯ−３ＰタイプのＩＧＢＴ１０は、図１５に示すようにボンディングワイヤ１４と樹脂封止部１５の表面１５ａの間の封止樹脂未充填があり距離Ｐが短い場合、この間で封止樹脂部１５が絶縁破壊を起こすことがある。

ＩＧＢＴ１０の樹脂封止部１５の絶縁耐量を試験するために、前記の専用の絶縁耐量試験装置５００を用いると、コレクタ端子１３ａと電圧印加治具７２が同電位となり、試験電圧を印加することができない。そのため、従来はＴＯ−３Ｐタイプの樹脂封止部１５を有するＩＧＢＴ１０については、絶縁耐量試験を行うことなく出荷していた。

また、樹脂封止部１５から露出したダイ部１１の裏側１１ａを絶縁板で絶縁して専用の絶縁耐量試験装置５００を用いて絶縁耐量試験を行なった場合、試験試料であるＩＧＢＴ１０を絶縁耐量試験装置５００に設置する時間が必要となり試験コストが増大する。また、この専用の絶縁耐量試験装置５００を自動試験ラインに組み込むと自動試験ラインの占有面積が大きくなる。さらに、高価な専用の絶縁耐量試験装置５００の入手が必要になる。

また、特許文献１では、リード端子と樹脂封止部との間に通常の特性試験を行うときの試験電圧を印加して、特性試験を行いながら同時に樹脂封止部の絶縁耐量試験も行うことに関しては記載されていない。

この発明の目的は、前記の課題を解決して、樹脂ケース内に半導体チップを収納した半導体素子において、樹脂封止部の絶縁耐量試験とその他の特性試験を同時に行い、試験コストを低減できて、特性試験装置全体の占有面積を減少できる半導体素子の特性試験装置およびその装置を用いた半導体素子の特性試験方法を提供することである。

前記の目的を達成するために、特許請求の範囲の請求項１に記載の発明によれば、半導体チップと、該半導体チップの裏面の高電位電極が接続する導電体と、該導電体に接続する高電位端子と、前記半導体チップの低電位側電極に接続導体で接続する低電位端子と、前記半導体チップの制御電極に接続導体で接続する制御端子と、前記導電体のおもて面と前記半導体チップと前記接続導体を被覆する樹脂封止部と、を有する半導体素子の特性試験装置であって、前記高電位端子，前記低電位端子，前記制御端子の各端子にそれぞれ接触する試験プローブと、前記試験プローブを介して前記高電位端子，前記低電位端子，前記制御端子の各端子に所定の電圧を印加する電圧印加手段と、前記試験プローブを介して前記高電位端子，前記低電位端子，前記制御端子の各端子の電圧と電流の少なくとも一方を検出する検出手段と、前記検出結果から前記半導体素子の特性を評価する評価手段と、前記樹脂封止部のおもて面に接触する試験電極と、該電極を前記半導体素子の高電位端子に接続する接続手段と、を備え、前記試験プローブを前記高電位端子，前記低電位端子，前記制御端子の各端子に、前記電極を前記封止樹脂部にそれぞれ接触させ、前記電圧印加手段より所定の電圧を印加し、前記評価手段は、前記検出値に基づいて前記半導体素子の静特性または動特性の少なくとも一方を評価するとともに前記封止樹脂部の絶縁耐量を評価する半導体素子の特性試験装置とする。

また、特許請求の範囲の請求項２記載の発明によれば、請求項１に記載の発明において、前記接続手段は、前記電極と、前記高電位端子に接触する試験プローブとの間を接続する導線であるとよい。

また、特許請求の範囲の請求項３記載の発明によれば、請求項１に記載の発明において、前記接続手段は、前記電極を、前記導電体にも直接接触させるものであるとよい。
また、特許請求の範囲の請求項４記載の発明によれば、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記電極は、弾性体によって支持されているとよい。

また、特許請求の範囲の請求項５に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明において、前記半導体素子を樹脂封止部のおもて面側と前記導電体の裏面側から弾性的に挟み込む導電性のクリップ電極を前記半導体素子に装着し、該クリップ電極を前記電極ならびに前記接続手段に代替するとするとよい。

また、特許請求の範囲の請求項６に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明において、前記静特性試験は漏れ電流特性試験，耐圧特性試験のうち少なくとも一方であり、前記動特性試験はＬ負荷耐量試験であるとよい。

また、特許請求の範囲の請求項７に記載の発明によれば、前記請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の半導体素子の特性試験装置を用いて行われる半導体素子の特性試験方法において、少なくとも前記高電位電極と前記低電位電極間に前記半導体素子の定格電圧以上の電圧を印加して半導体素子の静特性試験または動特性試験の少なくとも一方と同時に樹脂封止部の絶縁耐量試験を行う半導体素子の特性試験方法とする。

この発明によれば、漏れ電流試験、耐圧特性試験、Ｌ負荷試験などの特性試験装置を用いて樹脂封止部の絶縁耐量試験を行うことができる。
樹脂封止部からダイ部の裏面が露出した半導体素子であっても樹脂封止部の絶縁耐量試験行うことができる。

特性試験装置を用いて樹脂封止部の絶縁耐量試験を同時に行えるので、試験コストを低減することができる。

この発明の第１実施例の半導体素子の特性試験装置１００の要部構成図であり、（ａ）は要部側面図、（ｂ）は（ａ）を矢印Ａから見た要部上面図である。 この発明の特性試験装置１００の要部断面図であり、（ａ）は試験前の状態図、（ｂ）は試験中の状態図である。 この発明の第２実施例の半導体素子の特性試験方法の試験工程図である。 図３に続く、この発明の第２実施例の半導体素子の特性試験方法の試験工程図である。 図４に続く、この発明の第２実施例の半導体素子の特性試験方法の試験工程図である。 本発明の漏れ電流特性試験装置１００ａを用いて漏れ電流特性試験を行うときの印加電圧波形図である。 本発明の特性試験装置１００の一つであるＬ負荷特性試験装置１００ｂの要部構成図である。 図７のＬ負荷特性試験装置１００ｂを構成するＬ負荷特性試験機６０ｂの回路図と動作波形図であり、（ａ）は回路図、（ｂ）は動作波形図である。 この発明の第３実施例の半導体素子の特性試験装置２００の要部断面図である。 この発明の第４実施例の半導体素子の特性試験装置３００の要部断面図である。 フルモールドタイプのＩＧＢＴ２０の構成図であり、同図（ａ）はおもて面図、同図（ｂ）は側面図である。 図１１のＩＧＢＴの樹脂封止部の絶縁耐量試験を説明する図である。 冷却フィンが装着されたセミモールドのＴＯ−３ＰタイプのＩＧＢＴの構成図であり、（ａ）はおもて面図、（ｂ）は冷却フィンが挿着される前の各部の側面図、（ｃ）はＩＧＢＴ自体の裏面図である。 クリップ式冷却フィン３５を挿着したＩＧＢＴ１０の構成図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 ボンディングワイヤ１４と樹脂封止部１５で絶縁破壊を起こすことを説明する図である。

実施の形態を以下の実施例で説明する。以下で示す図は模式図である。詳しくは各実施例で詳述するが、ＩＧＢＴ１０の各端子（コレクタ端子１３ａ、エミッタ端子１３ｂ、ゲート端子１３ｃ）には、それぞれ接続する試験プローブ５８ａ，５８ｂ，５８ｃが用いられる。試験プローブ５８ａ，５８ｂ，５８ｃは、それぞれ複数本（例えば３本）が一組となって構成され、複数本のうちの１本は電流・電圧等の検出用であり、残り（例えば、３本のうち２本（通電電流が小さい場合は1本でもよい）は主回路接続用である。

図示が煩雑になるので、以下で説明する各例（各図）ではコレクタ端子１３ａ、エミッタ端子１３ｂ、ゲート端子１３ｃに接続する試験プローブ５８ａ，５８ｂ，５８ｃはそれぞれ1本で代表させて示した。

また、以下の実施例では、ＩＧＢＴ１０は、図１３で説明したセミモールドタイプの例で説明する。図１３に示すＩＧＢＴ１０は、半導体チップのおもて面電極（エミッタ電極，ゲート電極とエミッタ端子１３ｂ，ゲート端子１３ｃとの間を接続導体としてワイヤ１４を用いている。接続導体は、ワイヤのほかに、金属小片からなる接続子を用いるものがある。以下の実施例では、接続導体にワイヤや接続子の何れを用いたものに対しても適用可能である。ただし、ワイヤ１４による接続の方が、図１３（ｂ）に示すようにワイヤ１４が封止樹脂部１５の表面に近い箇所に存在するため、絶縁耐量の問題が顕在化しやすい。よって、ワイヤを用いたパッケージに特に有効である。
＜実施例１＞
図１は、この発明の第１実施例の半導体素子の特性試験装置１００の要部構成図であり、同図（ａ）は要部側面図、同図（ｂ）は同図（ａ）を矢印Ａから見た要部上面図である。この特性試験装置１００は、特性試験とともに半導体素子（例えばＴＯ−３ＰタイプのＩＧＢＴ１０）の樹脂封止部１５の絶縁耐量試験も行うものであり、電圧印加治具１を備えている
図１（ａ）において、６００は、特性試験装置１００の内部の特性試験部である。自動試験ラインを例に説明する。樹脂封止されたＩＧＢＴ１０は、自動試験ラインの搬送レール５１上を、例えば、図１（ａ）の紙面奥から手前方向へ、図１（ｂ）の紙面上方から下方へ搬送される。搬送機構の詳細は、本発明と直接関係しないので図示を省略している。この搬送レール５１の、ＩＧＢＴ１０の試験を行う位置には絶縁材５２が配置されていている。

特性試験部６００は、半導体素子であるＩＧＢＴ１０の各端子（コレクタ端子１３ａ、エミッタ端子１３ｂ、ゲート端子１３ｃ）に対応する箇所に試験プローブ５８ａ，５８ｂ，５８ｃ（例えば、コンタクトフィンガーとも称せられる）を備える。さらに、各試験プローブ５８を支持するプローブ支持部５６（例えば、サポートチューブと称せられる）と、このプローブ支持部５６を上下移動させるシリンダ５３の筒５４と、プローブ支持部５６を支える支柱部５５と、各端子を位置決めし固定するプローブ固定部５７と、印加電圧を出力する電源・主回路部６１と、各プローブを介して検出した値（電流・電圧）からＩＧＢＴ１０の諸特性を測定・評価する特性評価部６２を備える。電源・主回路部６１と特性評価部６２によって特性試験ユニット６０を構成する。この特性試験ユニット６０は、試験プローブ５８（５８ａ，５８ｂ，５８ｃ）を介して、ＩＧＢＴ１０の端子１３（１３ａ，１３ｂ、１３ｃ）にそれぞれ接続される。

電圧印加治具１は、電極支持部６と、この電極支持部６に固着する電極受け部５と、この電極受け部５に収納される電極３によって構成される。電極３は後述するように、プローブ５８ａに電気的に接続される。

また、電極３はＩＧＢＴ１０の樹脂封止部１５に接触するものであるが、ＩＧＢＴ１０の樹脂封止部１５に確実に接触するとともに、接触した際に樹脂封止部１５に接触痕を残さない構成であることが望ましい。例えば、く、樹脂封止部１５に面接触すれば接触痕を残さない構成であることが望ましい。例えば、電極３がＩＧＢＴ１０の樹脂封止部１５に弾性的に接触するような構成とすればよい。本実施例においては、電極３をバネ４によって電極受け部５に弾性的に支持（吊るして保持）している。

また、電極３は、ＩＧＢＴ１０の樹脂封止部１５の絶縁耐量を試験するためのものであるので、樹脂封止部１５に対して均一に接触することが求められる。また、電極３は、導電性で磨耗しにくい材料で構成すればよい。例えば、ブロック状の導電部材（銅ブロックやカーボンブロックなど）を複数のバネで支持してもよい。樹脂封止部１５の形状（搬送レール面に対する傾斜など）により追従できるように、ブロック状の金属部材を複数に分割して、それぞれをバネで支持する構成とすればよい（図１（ｂ）参照）。

電極支持部６は前記のシリンダ５３の筒５４に固定され、試験プローブ５８と同時に上下に移動する。このため、電極支持部６，受け部５の少なくとも一方を絶縁材料で形成しておくことで、シリンダ５３，筒５４などに不要な電位の印加を避けることができる。

また、電極３を試験プローブ５８ａに電気的に接続する必要がある。電極３と試験プローブ５８ａを直接導線で接続してもよいが、電極３を樹脂封止部１５の形状に追従性よく支持するため、あるいは、電極３のメンテナス性を良好とするために、電極３に導線を直接接続するのは避ける。本実施例では、電極受け部５とバネ４を導電性の部材で構成し、電極受け部５をワイヤ２（導線）で試験プローブ５８ａに接続し、この試験プローブ５８ａは特性測定時にはコレクタ端子１３ａに接続（接触）する構成とする。

図２は、この発明の特性試験装置１００の要部断面図であり、同図（ａ）は試験前の状態図、同図（ｂ）は試験中の状態図である。図２において、試験プローブ５８（例えば、コンタクトフィンガーと称すもの）は特性試験機６０（試料測定治具は含まない）へ接続するための電気配線（導線：ワイヤ）が施されている。また半導体素子としてはＴＯ−３Ｐタイプの樹脂封止部を有するＩＧＢＴ１０を例に挙げた。

同図（ａ）は、ＩＧＢＴ１０が試験される前の状態、すなわち搬送状態や位置決め状態を表している。試験プローブ５８は、ＩＧＢＴ１０の各端子１３ａ，１３ｂ，１３ｃから離れている。また金属製電極３もＩＧＢＴ１０の樹脂封止部１５から離れている。これは試験プローブ５８を上下させる支持部５６がシリンダ５３の筒５４によって押上られているためである。また、電極支持部６も押上られ電極３も同期して樹脂封止部１５から離れている。この状態でＩＧＢＴ１０を傷つけずに搬送が可能となる。

端子台５９は試験プローブ５８がＩＧＢＴ１０の端子１３に接触する際に、端子１３の接触箇所付近を反対面（裏面）側から支持する。端子１３を端子台５９で支持することにより、試験プローブを５８を端子１３に上面（おもて面）に接触させるときの加圧力によって各端子の曲りを防ぐことができる。また、試験プローブ５８と端子台５９でＩＧＢＴ１０を挟みこむことでＩＧＢＴ１０を固定する。

搬送レール５１は金属製であるが、測定箇所では絶縁材５２が載置されているので、ＩＧＢＴチップ１２が載置されるダイ部１１と搬送レールとは絶縁されている。
同図（ｂ）は、ＩＧＢＴ１０が試験される状態を表している。ＩＧＢＴ１０が測定位置に移動してくると、シリンダ５３の筒５４が下降して支持部５６が下がり、支持部５６で支持された各試験プローブ５８ａ，５８ｂ，５８ｃが各端子１３ａ，１３ｂ，１３ｃに接触する。

また、それに同期して電極支持部６も下がるので樹脂封止部１５の絶縁耐量を試験するための電極３も樹脂封止部１５へ接触する。
電極３はワイヤ２を介してコレクタ端子１３ａに接続する試験プローブ５８ａへ接続される。

本発明の特性試験装置１００は、特性試験部６００において、漏れ電流特性試験，耐圧特性試験，図７に示すＬ負荷試験装置などの静特性・動特性試験を行う。
本発明の特性試験装置１００は、上記のような特性試験装置に電圧印加治具１（電極３）を設け、この電極３を高電圧が印加されるＩＧＢＴ１０のコレクタ端子１３ａに接続する試験プローブ５８ａに接続する構成をしている。そのため、電極３をＩＧＢＴ１０の樹脂封止部１５に接触させ、試験プローブ５８ａ，５８ｂを介してＩＧＢＴ１０のコレクタ端子１３ａとエミッタ端子１３ｂ間に高電圧を印加することで、樹脂封止部１５の絶縁耐量試験とその他の特性試験を同時に行うことができる。

そのため、絶縁耐量試験のみを行う試験装置を専用に設ける必要がなく、複数ある特性試験装置の占有面積を小さくすることができる。
また、樹脂封止部１５の絶縁耐量試験とその他の特性試験を同時に行うため、それぞれ試を分けて行う場合に比べると試験コストを低減できる。

また、ＴＯ−３Ｐタイプなど樹脂封止部からダイ部の裏面が露出したＩＧＢＴでも本特性試験装置を用いることで樹脂封止部の絶縁耐量試験を安価に行うことができる。
また、特性試験としては、ＩＧＢＴ１０の定格電圧（もしくは定格電圧を超える電圧）で試験する特性試験を対象とするため、この特性試験で絶縁耐量について良品判定されれば、定格電圧以下で使用する顧客の使用回路では絶縁不良の発生は起こらない。

前記した絶縁耐量試験を実施することで、クリップ式冷却フィンを用いた場合の樹脂封止部１５を有するＩＧＢＴ１０などの半導体素子が、実動作中に樹脂封止部１５の絶縁不良で破壊することを防止することができる。

また、前記したように、従来のＴＯ−３ＰタイプのＩＧＢＴ１０の通常の使用方法においては、樹脂封止部のおもて面側に高電圧が印加されることがなかったため、絶縁耐量試験は行なわれていなかった。但し、樹脂封止部１５のキズやへこみについては外観検査員が外観不良として、目視で検査していた。

しかし、本発明の特性試験装置１００を用いることで、樹脂封止部のおもて面側の絶縁不良を電気的に確実に検出することができるため、前記のように外観検査をクリアしたもののクリップ式冷却フィンを取り付けた場合に絶縁不良となるようなＩＧＢＴを確実に排除することができる。

また、本発明の特性試験方法で発見された絶縁不良は前工程にフィードバックされ、製造設備の管理基準の見直し、作業手順の見直しなど製品品質の向上に反映させることができる。

また、本発明の特性試験装置１００においても、一般的な静特性試験（ＤＣテスト）や動特性試験の項目で絶縁破壊があれば当然、絶縁不良として判定される。
また、本発明の特性試験装置１００で試験する半導体素子は、ＴＯ−３Ｐタイプのように半導体チップ１２が固着するダイ部１１が樹脂封止部１５から一部露出した場合を例に挙げたが、フルモールドタイプの半導体素子に適用することも出来る。この場合は電圧印加治具１は裏面側の樹脂封止部にも電圧が印加されるような治具とする必要がある。

つぎに、本発明を特性試験の一つである漏れ電流特性試験と絶縁耐量試験と漏れ電流特性試験を同時に行う手順について説明する。
＜実施例２＞
図３〜図５は、この発明の第２実施例の半導体素子の特性試験方法を工程順に説明した試験工程図である。尚、図中の６１ａはＩＧＢＴ１０に印加する試験電圧を発生させる電源・主回路部であり、６２ａはＩＧＢＴ１０の漏れ電流を検出・測定・評価する特性評価部である。

この半導体素子は、例えばＴＯ−３Ｐタイプの樹脂封止部を有するＩＧＢＴであり、図１の特性試験として漏れ電流特性試験と絶縁耐量試験とを同時に行う特性試験方法である。

まず、図３において、搬送レール５１上に載置された絶縁材５２の上に試験試料であるＴＯ−３Ｐタイプの樹脂封止部１５を有するＩＧＢＴ１０を載置する。
漏れ電流特性試験機６０ａの電源・主回路部６１ｂには、ゲート端子１３ｃに接続する試験プローブ５８ｃとエミッタ端子１３ｂに接続する試験プローブ５８ｂを短絡するスイッチＳＷが設けられたている。このときスイッチＳＷは開の状態である。

つぎに、図４において、スイッチＳＷを閉じてエミッタ端子１３ｃとゲート端子１３ｂに接続される試験プローブ５８ｃ，５８ｂを短絡する。その後でシリンダ５３の筒５４に固定されている支柱部５５および電極支持部６を用いて、各試験プローブ５８ａ，５８ｂ，５８ｃと電極３を下げて、それぞれの試験プローブ５８ａ，５８ｂ，５８ｃをＩＧＢＴ１０のコレクタ端子１３ａ、エミッタ端子１３ｂ、ゲート端子１３ｃに接触させ、同時に電極３をＩＧＢＴ１０の樹脂封止部１５に接触させる。

つぎに、図５において、ゲート端子１３ｃとエミッタ端子１３ｂ（エミッタ電極）はスイッチＳＷが閉の状態なので短絡されている。漏れ電流特性試験機６０ａからコレクタ端子１３ａとエミッタ端子１３ｂ間にＩＧＢＴ１０の高電圧を印加して、特性評価部６２ａでＩＧＢＴ１０の漏れ電流を検出・測定・評価する。このとき、同時に電極３にも高電圧が印加される。この高電圧は例えば１２５０Ｖであり、ＩＧＢＴ１０の定格電圧を用いる。この電圧はエミッタ電極１２ｂやゲートパット１２ｃに接続するボンディングワイヤ１４と電極３の間にも印加される。つまり封止樹脂部１５に対しても電極３を介して上記の高電圧が印加されることになる。

ここで、ワイヤ１４が樹脂封止部１５のおもて面側の表面に異常に接近していたり、あるいは樹脂封止部１５から露出している場合は、ワイヤ１４に対する絶縁耐量が不足もしくは欠落していることになる。ここへ、電極３を介して上記の高電圧が印加されると、電極３とワイヤ１４の間に電流が流れることになる。封止樹脂部の絶縁耐量が正常であればこの電流は流れないので、電極３とワイヤ１４の間に異常な電流が流れたことを検知すれば、ボンディングワイヤ１４を被覆している樹脂封止部１５の絶縁不良を検知することができる。つまり、漏れ電流試験と絶縁耐量試験を同時に行うことができる。

図６は、本発明の漏れ電流特性試験装置１００ａを用いて漏れ電流特性試験を行うときの印加電圧波形図である。漏れ電流特性試験装置１００ａを構成する漏れ電流特性試験機を用いて、ＩＧＢＴ１０のコレクタ端子１３ａとエミッタ端１３ｂ子間に印加される電圧を例えば階段的に上昇させ、所定の電圧（定格電圧：ここでは１２５０Ｖ）に達した段階（Ｂ点）で下降させる。この電圧は樹脂封止部１５にも印加される。樹脂封止部１５に絶縁不良箇所があると所定の電圧以下（１２００Ｖ）で漏れ電流が異常に上昇する。その漏れ電流の異常上昇を検出して、印加電圧を降下させ（Ｃ点）、ＩＧＢＴ１０の樹脂封止部１５の絶縁不良と判定する。樹脂封止部１５に絶縁不良箇所が無い場合、漏れ電流の異常上昇もしくは規格値を超える値が検出された場合には漏れ電流不良として判定する。尚、前記の印加電圧は階段状に上昇させるのではなく、到達電圧まで一気に上昇させる場合もある。

図７は、本発明の特性試験装置１００の一つであるＬ負荷特性試験装置１００ｂの要部構成図である。尚、図中の６１ｂはＩＧＢＴ１０に主電流を流す電源・主回路部でこある。また、図中の６２ｂはＩＧＢＴ１０のコレクタ電圧・コレクタ電流を検出・測定・評価する特性評価部である。

図８は、図７のＬ負荷特性試験装置１００ｂを構成するＬ負荷特性試験機６０ｂの主回路図と動作波形図であり、同図（ａ）は主回路図、同図（ｂ）は動作波形図である。図７では特性評価部６２ｂの回路は示されていない。

Ｌ負荷特性試験機６０ｂの電源・主回路部６１ｂは、負荷であるインダクタンスＬと電源Ｅ（Ｅは電源電圧としても用いる）で構成される。なお、この例では、試験対象の素子としてＭＯＳＦＥＴ１０’を組み込んだ回路としている。試験方法は、ＭＯＳＦＥＴ１０’のゲートに所定のゲート電圧を印加してＭＯＳＦＥＴ１０’をオンして、電源ＥからインダクタンスＬを通してＩＧＢＴ１０にコレクタ電流Ｉｃを流す。この電流でインダクタンスＬにエネルギーが蓄積される。つぎに、ＭＯＳＦＥＴ１０’をオフして、ドレイン電流Ｉｄを遮断する。インダクタンスＬに蓄積したエネルギーをＭＯＳＦＥＴ１０で消費させる。

このときＭＯＳＦＥＴ１０’のドレイン電圧Ｖｄはアバランシェ電圧まで跳ね上がる（同図（ｂ）参照）。インダクタンスＬに蓄積されたエネルギーが無くなるまでそのアバランシェ電圧は維持される。エネルギーが消費された後、ドレイン電圧Ｖｄは電源電圧Ｅになる。このアバランシェ電圧が維持できない場合はＭＯＳＦＥＴ１０’は不良と判定される。

上記のようなＬ負荷特性試験を行っているとき、電極３にも電源電圧Ｅあるいはアバランシェ電圧が印加されることになる。
ここで、ワイヤ１４が樹脂封止部１５のおもて面側の表面に異常に接近していたり、あるいは樹脂封止部１５から露出している場合は、ワイヤ１４に対する絶縁耐量が不足もしくは欠落していることになる。ここへ、電極３を介して上記の電源電圧Ｅあるいはアバランシェ電圧が印加されると、電極３とワイヤ１４の間に電流が流れることになる。封止樹脂部の絶縁耐量が正常であればこの電流は流れないので、電極３とワイヤ１４の間に異常な電流が流れたことを検知すれば、ボンディングワイヤ１４を被覆している樹脂封止部１５の絶縁不良を検知することができる。つまり、Ｌ負荷特性試験と絶縁耐量試験を同時に行うことができる。

このように、インダクタンス負荷に蓄えられたエネルギーにより、ＭＯＳＦＥＴがターンオフするときに、ドレイン電圧Ｖｄはアバランシェ電圧まで跳ね上がる。このアバランシェ電圧が樹脂封止部１５に印加されるため、樹脂封止部１５の絶縁耐量試験も同時に行うことができる。

なお、試験対象の素子にＩＧＢＴ１０を用いた場合は、図８（ａ）のインダクタンスＬと並列にダイオードＤを接続する必要がある。ダイオードＤはＩＧＢＴ１０をターンオフした際に、インダクタンスＬに蓄積したエネルギーを還流させるためのものであり、カソードが電源Ｅ側に、アノードをＩＧＢＴ１０側にして接続される。そして、ＩＧＢＴ１０がターンオフすると、インダクタンスＬに蓄積したエネルギーはダイオードＤを還流し、ダイオードＤの順方向ドロップで消費される。

このとき、ＩＧＢＴ１０のコレクタには、電源電圧Ｅが印加され、電極３にも電源電圧Ｅが印加される。ワイヤ１４が樹脂封止部１５のおもて面側の表面に異常に接近していたり、あるいは樹脂封止部１５から露出している場合は、ワイヤ１４に対する絶縁耐量が不足もしくは欠落していることになる。ここへ、電極３を介して上記の電源電圧Ｅが印加されると、電極３とワイヤ１４の間に電流が流れることになる。封止樹脂部の絶縁耐量が正常であればこの電流は流れないので、電極３とワイヤ１４の間に異常な電流が流れたことを検知すれば、ボンディングワイヤ１４を被覆している樹脂封止部１５の絶縁不良を検知することができる。つまり、Ｌ負荷特性試験と絶縁耐量試験を同時に行うことができる。
＜実施例３＞
図９は、この発明の第３実施例の半導体素子の特性試験装置２００の要部断面図である。図９の特性試験装置２００と図１の特性試験装置１００との違いは、電圧印加治具１とコレクタ電極１３ａとの接続を、この電圧印加治具１を構成する電極３の一部をＩＧＢＴチップ１２が搭載され樹脂封止部１５ら露出しているダイ部１１にＧ部で接触するようにした点である。この構成にすることでコレクタ端子１３ａと電圧印加治具１を接続するワイヤ２が不要となる。この場合も前記と同様の効果が得られる。
＜実施例４＞
図１０は、この発明の第４実施例の半導体素子の特性試験装置３００の要部断面図である。図１０の特性試験装置３００と図９の特性試験装置２００との違いは、電圧印加治具１をクリップ式電圧印加治具１ａとして、ＩＧＢＴ１０の上面の樹脂封止部１５と下面のダイ部１１の裏面を挟み込むようにした点である。この構成にすることで図１の特性試験装置１００で必要となる絶縁製電極支持部６や金属製受け部５が不要となり金属製電極３をクリップ式電圧印加治具１ａに代えるだけである。しかし、クリップ式電圧印加治具１ａにＩＧＢＴ１０を挟み込む装置と取り外す装置が新規に必要となる。これらの装置が無い場合は人手でクリップ式電圧印加治具１ａの脱着を行うとよい。本実施例の場合も前記の実施例と同様の効果が得られる。

尚、前記の実施例１〜実施例４では半導体素子としてＴＯ−３Ｐタイプの樹脂封止部１５を有するＩＧＢＴ１０を例に上げたが、ＴＯ−２２０Ｐタイプの樹脂封止部を有するＩＧＢＴや、ＩＧＢＴ以外のＭＯＳＦＥＴおよびダイオードなどにも本発明は適用できる。

１，１ｂ，７２ 電圧印加治具
２ ワイヤ
３ 電極
４ バネ
５ 電極受け部
６ 電極支持部
１０ ＩＧＢＴ（ＴＯ−３Ｐタイプ）
１１ ダイ部
１１ａ 裏面
１２ ＩＧＢＴチップ
１３ａ コレクタ端子
１３ｂ エミッタ端子
１３ｃ ゲート端子
１４ ボンディングワイヤ
１５ 樹脂封止部
１５ａ 表面
２０ ＩＧＢＴ（ＴＯ−３ＰＦ）
５１ 搬送レール
５２ 絶縁板
５３ シリンダ
５４ 筒
５５ 支柱部
５６ プローブ支持部
５７ プローブ固定部
５８ 試験プローブ（総称）
５８ａ 試験プローブ（コレクタ端子に接続）
５８ｂ 試験プローブ（エミッタ端子に接続）
５８ｃ 試験プローブ（ゲート端子に接続）
５９ 端子台
６０ 特性試験機
６０ａ 漏れ電流特性試験機
６０ｂ Ｌ負荷特性試験機
６１ 電源・主回路部
６２ 特性評価部
７１ 交流電圧印加部
１００，２００，３００ 本発明の半導体素子の特性試験装置
１００ａ 本発明の漏れ電流特性試験装置
１００ｂ 本発明のＬ負荷特性試験装置
５００ 専用の絶縁耐量試験装置
６００ 半導体素子の特性試験部

Claims (7)

1. 半導体チップと、該半導体チップの裏面の高電位電極が接続する導電体と、該導電体に接続する高電位端子と、前記半導体チップの低電位側電極に接続導体で接続する低電位端子と、前記半導体チップの制御電極に接続導体で接続する制御端子と、前記導電体のおもて面と前記半導体チップと前記接続導体を被覆する樹脂封止部と、を有する半導体素子の特性試験装置であって、
   前記高電位端子，前記低電位端子，前記制御端子の各端子にそれぞれ接触する試験プローブと、前記試験プローブを介して前記高電位端子，前記低電位端子，前記制御端子の各端子に所定の電圧を印加する電圧印加手段と、前記試験プローブを介して前記高電位端子，前記低電位端子，前記制御端子の各端子の電圧と電流の少なくとも一方を検出する検出手段と、前記検出結果から前記半導体素子の特性を評価する評価手段と、前記樹脂封止部のおもて面に接触する試験電極と、該電極を前記半導体素子の高電位端子に接続する接続手段と、を備え、
   前記試験プローブを前記高電位端子，前記低電位端子，前記制御端子の各端子に、前記電極を前記封止樹脂部にそれぞれ接触させ、前記電圧印加手段より所定の電圧を印加し、
   前記評価手段は、前記検出値に基づいて前記半導体素子の静特性または動特性の少なくとも一方を評価するとともに前記封止樹脂部の絶縁耐量を評価することを特徴とする半導体素子の特性試験装置。
2. 前記接続手段は、
   前記電極と、前記高電位端子に接触する試験プローブとの間を接続する導線であることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の特性試験装置。
3. 前記接続手段は、前記電極を、前記導電体にも直接接触させるものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の特性試験装置。
4. 前記電極は、弾性体によって支持されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の半導体素子の特性試験装置。
5. 前記半導体素子を樹脂封止部のおもて面側と前記導電体の裏面側から弾性的に挟み込む導電性のクリップ電極を前記半導体素子に装着し、
   該クリップ電極を前記電極ならびに前記接続手段に代替することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の特性試験装置。
6. 前記静特性試験は漏れ電流特性試験，耐圧特性試験のうち少なくとも一方であり、前記動特性試験はＬ負荷耐量試験であることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の特性試験装置。
7. 前記請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の半導体素子の特性試験装置を用いて行われる半導体素子の特性試験方法において、
   少なくとも前記高電位電極と前記低電位電極間に前記半導体素子の定格電圧以上の電圧を印加して半導体素子の静特性試験または動特性試験の少なくとも一方と同時に樹脂封止部の絶縁耐量試験を行うことを特徴とする半導体素子の特性試験方法。