JP2013160572A - パワー半導体用試験装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】高機能且つ機能及び測定対象・測定範囲に柔軟性があり、一装置でパワー半導体の応答特性及びアバランシェ耐量を測定可能なパワー半導体試験装置を提供する。試験回路のインダクタンスによって印加波形やピーク電圧が受ける影響を軽減し、制御可能とする。
【解決手段】P側及びN側夫々又は一方の接続リレーとパワー半導体の間の接続用バスバーを3分割し、中間に位置するバスバーの位置をスライドして可変できる構造とし、電流経路を可変することができる構造とし、インダクタンスを調整出来るようにした。
【選択図】図1

Description

本発明は、IGBTなどのパワー半導体で用いられる試験装置に関するものである。
従来より、モジュール組み立て前のテストピース状態で半導体素子の電気性能を評価する場合、テストピースに対してコンタクトピンを導体 に当接して所定の電圧を印加する評価装置が知られている。
また近年、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)を用いたパワー半導体技術が進展し、電力を効率的に制御し利用するために必須の技術となっている。パワー半導体は大電力で高速なスイッチングが可能な半導体素子であるから、これらの電気性能を評価するには高電圧且つ高速な駆動及び検出機構を有する評価装置が用いられている。
特開2007−033042号公報 特開2009−168630号公報 特開2010−107432号公報
解決しようとする問題点は、このような評価装置において、必要な試験電流を供給するために試験電流を放出するコンデンサ及びパワー半導体の負荷となる誘導負荷を用いるが、これらを含む試験回路のインダクタンスによって印加波形やピーク電圧が大きな影響を受ける点にある。
また、半導体素子の試験項目も多岐に亘るのは当然であって、パワー半導体においても同様である。さらにパワー半導体は高電圧を扱うため、アバランシェ耐量も重要な試験項目となる。しかし、従来は高電圧でのアバランシェ耐量試験は他の特性に関する試験とは要求される試験回路構成が異なり、別装置により検査することが通常であった。
このため、試験装置そのもののコストだけでなく検査ラインを含む半導体製造ラインのフットプリントの増加、コストアップに繋がっているという課題があった。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであって、少なくとも数百ボルトから数千ボルトを発生する高圧電源と、前記高圧電源に接続され試験対象である複数のパワー半導体への試験電流を放出するコンデンサと、複数のパワー半導体の負荷となる誘導負荷と、前記誘導負荷をポジティブ側に接続する半導体または機械式のP側接続リレーと、ネガティブ側に接続する半導体または機械式のN側接続リレーと、前記各部品を接続するバスバーと、複数のパワー半導体の夫々のドライバ回路を有するパワー半導体用試験装置において、P側及びN側夫々の接続リレーとパワー半導体の間の接続用バスバーを3分割し、中間に位置するバスバーの位置をスライドして可変できる構造として、電流経路を可変できることを特徴とする。
また本発明は、少なくとも数百ボルトから数千ボルトを発生する高圧電源と、前記高圧電源に接続され試験対象である複数のパワー半導体への試験電流を放出するコンデンサと、複数のパワー半導体の負荷となる誘導負荷と、前記誘導負荷をポジティブ側に接続する半導体または機械式のP側接続リレーと、ネガティブ側に接続する半導体または機械式のN側接続リレーと、前記各部品を接続するバスバーと、複数のパワー半導体の夫々のドライバ回路を有するパワー半導体用試験装置において、P側及びN側夫々の接続リレーとパワー半導体の間の接続用バスバーを2分割し、夫々のバスバーの間に複数の半導体または機械式リレーを配設して、電流経路を可変できることを特徴とする。
また本発明は、少なくとも数百ボルトから数千ボルトを発生する高圧電源と、前記高圧電源に接続され試験対象である複数のパワー半導体への試験電流を放出するコンデンサと、複数のパワー半導体の負荷となる誘導負荷と、前記誘導負荷をポジティブ側に接続する半導体または機械式のP側接続リレーと、ネガティブ側に接続する半導体または機械式のN側接続リレーと、前記各部品を接続するバスバーと、複数のパワー半導体の夫々のドライバ回路を有するパワー半導体用試験装置において、P側及びN側夫々の接続リレーとコンデンサの電流経路間の接続用バスバーの一部を3分割し、中間バスバー27の位置をスライドして可変できる構造として、電流経路を可変できることを特徴とする。
また本発明は、少なくとも数百ボルトから数千ボルトを発生する高圧電源と、前記高圧電源に接続され試験対象である複数のパワー半導体への試験電流を放出するコンデンサと、複数のパワー半導体の負荷となる誘導負荷と、前記誘導負荷をポジティブ側に接続する半導体または機械式のP側接続リレーと、ネガティブ側に接続する半導体または機械式のN側接続リレーと、前記各部品を接続するバスバーと、複数のパワー半導体の夫々のドライバ回路を有するパワー半導体用試験装置において、P側及びN側夫々の接続リレーとコンデンサの電流経路間の接続用バスバーに複数の半導体または機械式リレーを配設して、電流経路を可変できることを特徴とする。
本発明に係るパワー半導体用試験装置は、簡素な構成でもって試験対象のパワー半導体のスイッチング特性試験及びスクリーニング試験を、同一装置で並行して行うことが出来、高速且つ低コストでパワー半導体の試験が可能となるという利点がある。
また本発明に係るパワー半導体用試験装置は、簡素な構成でもって試験対象のパワー半導体に印加する試験電圧の波形を変化させることが出来、試験対象の変更や素子特性のバラツキにも柔軟に対応出来、高速且つ低コストでパワー半導体の試験が可能となるという利点がある。
図1は本発明に係るパワー半導体用試験装置の一実施例に係る回路図である。(実施例1) 図2は本発明に係るパワー半導体用試験装置の一実施例に係る回路の構造を示す概念図である。(実施例1) 図3は従来のパワー半導体用試験装置の例に係る回路図である。 図4は従来のパワー半導体用試験装置の例に係る回路の構造を示す概念図である。 図5は本発明に係るパワー半導体用試験装置の他の実施例に係る回路図である。(実施例2) 図6は本発明に係るパワー半導体用試験装置の他の実施例に係る回路の構造を示す概念図である。(実施例2) 図7は本発明に係るパワー半導体用試験装置の他の実施例に係る回路図である。(実施例3) 図8は本発明に係るパワー半導体用試験装置の他の実施例に係る回路の構造を示す概念図である。(実施例3) 図9は本発明に係るパワー半導体用試験装置の他の実施例に係る回路図である。(実施例4) 図10は本発明に係るパワー半導体用試験装置の他の実施例に係る回路の構造を示す概念図である。(実施例4)
本発明は、高機能且つ機能及び測定対象・測定範囲に柔軟性があり、一装置でパワー半導体の応答特性及びアバランシェ耐量を測定可能なパワー半導体試験装置を提供するため、電流経路を可変することができる構造とし、インダクタンスを調整出来るようにした。なお、本発明にかかる被検物であるパワー半導体は、シングルモジュールに限定されるものではなく、マルチモジュールの形態であっても問題なく、またチップやウェハであっても問題ない。
図1は本発明に係るパワー半導体用試験装置の一実施例に係る回路図である。本実施例に於いては、少なくとも数百ボルトから数千ボルトを発生する高圧電源1と、前記高圧電源1に接続され試験対象であるパワー半導体4,5への試験電流を放出するコンデンサ2と、パワー半導体4,5の負荷となる誘導負荷3と、前記誘導負荷3をポジティブ側に接続する半導体または機械式のP側接続リレー14と、ネガティブ側に接続する半導体または機械式のN側接続リレー15と、前記各部品を接続するバスバーと、パワー半導体4,5のドライバ回路6,7を有するパワー半導体用試験装置において、P側接続リレー14とパワー半導体5の間の接続用バスバーをバスバー23、バスバー24、バスバー25に3分割し、バスバー24の位置をスライドして可変できる構造とし、電流経路を可変することが出来、N側接続リレー15とパワー半導体4の間の接続用バスバーをバスバー20、バスバー21、バスバー22に3分割し、バスバー21の位置をスライドして可変できる構造とした。
本実施例の方法を用いることにより、簡便な方法で試験回路のインダクタンスを調整出来るようになり、一装置でパワー半導体の応答特性及びアバランシェ耐量を測定可能になるとともに、試験対象の変更や素子特性のバラツキにも柔軟に対応出来、高速且つ低コストでパワー半導体の試験が可能となった。なお、図1においては被検物であるパワー半導体4,5をそれぞれ単一のトランジスタとして図示しているが、これは模式的に示したものであって、本発明にかかる被検物であるパワー半導体は、シングルモジュールに限定されるものではなく、マルチモジュールの形態であっても問題なく、またチップやウェハであっても問題ないことは前記の通りであり、これは他の実施例や図に関しても同様である。
ここで、本実施例の方法を従来例と比較しながら説明する。パワー半導体のアバランシェ耐量を測定するためには、通常は単一アームの試験装置が用いられる。(特許文献1参照)この場合の測定原理は本発明に係る測定装置と同様であるが、単一構成であるが故に、コイルエネルギーは全て被測定素子に印加されるためアバランシェ状態にすることが可能となるが、対アーム試験となるス イッチング特性試験との装置共用が難しく別装置となりコストアップ要因となっていた。これは対アームを遮断する遮断スイッチが誘導負荷エネルギー に耐えるように大型化することが一つの妨げ要因になっている。
前記の欠点に対応するため、被測定パワー半導体を上下の2アームとする形態が用いられる。以下、他の従来例を説明する。図3は、かかる構成によってなる従来のパワー半導体用試験装置の例に係る回路図である。従来例に於いては、一般にスイッチング特性を測定することが目的となっている。
ここで、従来例の回路図である図3を用いて測定動作について説明する。なお、本発明に係るパワー半導体用試験装置に於いても、その動作は同様である。まず、少なくとも数百ボルトから数千ボルトを発生する高圧電源1でコンデンサ2を所定の電圧に設定する。パワー半導体5をオフにした状態でパワー半導体4をダブルパルス駆動することにより、スイッチング特性評価を行う。コンデンサ2が充電された状態で接続リレー14をオンにすると、バスバー10、11、12及び誘導負荷3を介してパワー半導体4に電圧が印加され、測定が行われる。この際、印加電圧は回路の寄生インダクタンスの総和Lsにより定まる応答速度により変化する。Lsが小さい場合はdi/dtが小さくなり、応答速度が速くなって、パワー半導体のスイッチング特性の確認が可能となる。
Lsが大きくなると応答速度が遅くなり、コレクタ−エミッタ間電圧はアバランシェとなって頭打ちになり、スイッチング特性の測定が出来なくなる。一般に、パワー半導体用試験装置のLsはコイル3によって設定されるが、相対的に配線等の有する寄生インダクタンスは大きく、これらを極小化するために様々な工夫がなされている。
図4は、従来のパワー半導体用試験装置の例に係る回路の構造を示す概念図である。Lsを極小化するために夫々のバスバーは金属板により形成され、これらを積層した上で必要な電流パスを形成して試験回路を構成している。
しかし、パワー半導体用試験装置に求められる測定対象は多様であって、試験電圧にも数百ボルトから数千ボルトの範囲で差異がある。また、パワー半導体が組み込まれるインバータ装置などの最終状態での寄生インダクタンスはインバータ装置に固有で異なる値であり、試験時の寄生インダクタンスLsは、最終状態の値に調整する場合もある。また、発想を転換すれば、ある程度以上のLs以上に設定することで、パワー半導体のアバランシェ耐量を検出することが出来る。ここで筆者らは試験回路中にインダクタンス調整を可能とする機構を組み込むことにより、、簡素な構成でもって試験対象のパワー半導体のスイッチング特性試験及びスクリーニング試験を同一装置で並行して行うことが出来、また試験対象の変更や素子特性のバラツキにも柔軟に対応出来、高速且つ低コストでパワー半導体の試験が可能となることを見出して、本発明を完成したものである。
実施例1に於いては、かかるインダクタンスの調整機構をバスバー20及び22の経路中に設置した21、バスバー23及び25の経路中に設置した24、によって実現した。図2は実施例1に係るパワー半導体用試験装置の回路の構造を示す概念図である。図に示すように通常は一体的に形成されるバスバー20及び22、或いはバスバー23及び25の領域を分割し、手動によるスライドでインダクタンスの調整を行うためのサブバスバー21及び24を設置した。これにより、簡素な構成でもって試験回路のLsを調整することが可能となり、試験対象のパワー半導体のスイッチング特性試験及びスクリーニング試験を同一装置で並行して行うことが出来、また試験対象の変更や素子特性のバラツキにも柔軟に対応出来、高速且つ低コストでパワー半導体の試験が可能となった。また、図示していないが、コンデンサ電流が過大な電流となる場合にコンデンサ電流を遮断する保護回路を有することが一般的である。
次に、本発明に係る他の実施例について説明する。図5は本発明に係るパワー半導体用試験装置の他の実施例に係る回路図である。本実施例に於いては、少なくとも数百ボルトから数千ボルトを発生する高圧電源1と、前記高圧電源1に接続され試験対象であるパワー半導体4,5への試験電流を放出するコンデンサ2と、パワー半導体4,5の負荷となる誘導負荷3と、前記誘導負荷3をポジティブ側に接続する半導体または機械式のP側接続リレー14と、ネガティブ側に接続する半導体または機械式のN側接続リレー15と、前記各部品を接続するバスバーと、パワー半導体4,5のドライバ回路6,7を有するパワー半導体用試験装置において、P側接続リレー14とパワー半導体5の間の接続用バスバーをバスバー23、バスバー25に2分割し、バスバー23とバスバー25の間に複数の半導体または機械式リレーを有し、前記半導体または機械式リレーのON/OFFにより電流経路を可変することが出来、N側接続リレー15とパワー半導体4の間の接続用バスバーをバスバー20、バスバー22に2分割し、バスバー20とバスバー22の間に少なくとも2つ以上の半導体または機械式リレーを有し、前記半導体または機械式リレーのON/OFFにより、電流経路を可変できる構造とした。
実施例2に於いては、かかるインダクタンスの調整機構をバスバー20及び22の経路中に設置した複数の半導体または機械式リレー、及びバスバー23及び25の経路中に設置した複数の半導体または機械式リレー、によって実現した。図6は実施例2に係るパワー半導体用試験装置の回路の構造を示す概念図である。実施例1と異なり、同様の位置に複数の半導体または機械式リレー設置を設置することにより、手動のみならずLsの調整を自動化することを可能とした。これにより、簡素な構成でもって試験回路のLsを自動調整することが可能となり、試験対象のパワー半導体のスイッチング特性試験及びスクリーニング試験を同一装置で並行して行うことが出来、また試験対象の変更や素子特性のバラツキにもさらに柔軟に対応出来、高速且つ低コストでパワー半導体の試験が可能となった。
次に、本発明に係る他の実施例について説明する。図7は本発明に係るパワー半導体用試験装置の他の実施例に係る回路図である。本実施例に於いては、少なくとも数百ボルトから数千ボルトを発生する高圧電源1と、前記高圧電源1に接続され試験対象であるパワー半導体4,5への試験電流を放出するコンデンサ2と、パワー半導体4,5の負荷となる誘導負荷3と、前記誘導負荷3をポジティブ側に接続する半導体または機械式のP側接続リレー14と、ネガティブ側に接続する半導体または機械式のN側接続リレー15と、前記各部品を接続するバスバーと、パワー半導体4,5のドライバ回路6,7を有するパワー半導体用試験装置において、P側接続リレー14とN側接続リレー15とコンデンサ2の電流経路間の接続用バスバーの一部を3分割し、中間バスバー27の位置をスライドして可変できる構造とし、電流経路を可変できる構造とした。
実施例3に於いては、かかるインダクタンスの調整機構を、P側接続リレー14とN側接続リレー15とコンデンサ2の電流経路間の接続用バスバーの一部を3分割し、中間バスバー27の位置をスライドして可変できる構造によって実現した。図8は実施例3に係るパワー半導体用試験装置の回路の構造を示す概念図である。図に示すように通常は一体的に形成されるP側接続リレー14とN側接続リレー15とコンデンサ2の電流経路間の領域を分割し、手動によるスライドでインダクタンスの調整を行うためのサブバスバー27を設置した。これにより、実施例1と同様に簡素な構成でもって試験回路のLsを調整することが可能となり、試験対象のパワー半導体のスイッチング特性試験及びスクリーニング試験を同一装置で並行して行うことが出来、また試験対象の変更や素子特性のバラツキにも柔軟に対応出来、高速且つ低コストでパワー半導体の試験が可能となった。なお、図7ではP側接続リレー14とコンデンサ2の電流経路間の接続バスバーの一部を3分割しているが、この場合N側経路の寄生インダクタンス は変化なく小さな値であるため、各部電圧が対地に対してより安定した電圧となるため、計測装置としてはN側接続リレー15とコンデンサ2の電流経路の接続バスバーを3分割するより安定した波形を観測できることが期待できる。
次に、本発明に係る他の実施例について説明する。図9は本発明に係るパワー半導体用試験装置の他の実施例に係る回路図である。本実施例に於いては、少なくとも数百ボルトから数千ボルトを発生する高圧電源1と、前記高圧電源1に接続され試験対象であるパワー半導体4,5への試験電流を放出するコンデンサ2と、パワー半導体4,5の負荷となる誘導負荷3と、前記誘導負荷3をポジティブ側に接続する半導体または機械式のP側接続リレー14と、ネガティブ側に接続する半導体または機械式のN側接続リレー15と、前記各部品を接続するバスバーと、パワー半導体4,5のドライバ回路6,7を有するパワー半導体用試験装置において、P側接続リレー14とN側接続リレー15とコンデンサ2の電流経路間の接続用バスバーの一部を3分割し、中間バスバー27の位置をスライドして可変できる構造とし、電流経路を可変することが出来、且つ、中間バスバー27と並列にすくなくとも1つ以上の半導体または機械式リレーを有し、前記リレーのON/OFFにより電流経路を可変できる構造とした。
実施例4に於いては、かかるインダクタンスの調整機構を、コンデンサに接続されるバスバー28を含む経路中に設置した複数の半導体または機械式リレーによって実現した。図10は実施例2に係るパワー半導体用試験装置の回路の構造を示す概念図である。実施例3と異なり、同様の位置に複数の半導体または機械式リレーを設置することにより、手動のみならずLsの調整を自動化することを可能とした。これにより、簡素な構成でもって試験回路のLsを自動調整することが可能となり、試験対象のパワー半導体のスイッチング特性試験及びスクリーニング試験を同一装置で並行して行うことが出来、また試験対象の変更や素子特性のバラツキにもさらに柔軟に対応出来、高速且つ低コストでパワー半導体の試験が可能となった。お、図9ではP側接続リレー14とコンデンサ2の電流経路間の接続バスバーの一部を3分割しているが、この場合N側経路の寄生インダクタンス は変化な く小さな値であるため、各部電圧が対地に対してより安定した電圧となるため、計測装置としてはN側接続リレー15とコンデンサ2の電流経路の接続バスバー を3分割するより安定した波形を観測できることが期待できる。
本発明に係るパワー半導体用試験装置は、簡素な構成でもって試験対象のパワー半導体のスイッチング特性試験及びスクリーニング試験を、同一装置で並行して行うことが出来、高速且つ低コストでパワー半導体の試験が可能となるという利点があり、もって産業の発展に寄与するものである。
また本発明に係るパワー半導体用試験装置は、簡素な構成でもって試験対象のパワー半導体に印加する試験電圧の波形を変化させることが出来、試験対象の変更や素子特性のバラツキにも柔軟に対応出来、高速且つ低コストでパワー半導体の試験が可能となるという利点があり、もって産業の発展に寄与するものである。
1 高圧電源
2 試験電流を放出するコンデンサ
3 パワー半導体の負荷となる誘導負荷
4,5 パワー半導体
14 P側接続リレー
15 N側接続リレー
6,7 パワー半導体のドライバ回路
20,21,22,23,24,25 バスバー
27 中間バスバー

Claims (5)

  1. 少なくとも数百ボルトから数千ボルトを発生する高圧電源と、
    前記高圧電源に接続され試験対象であるパワー半導体への試験電流を放出するコンデンサと、
    パワー半導体の負荷となる誘導負荷と、
    前記誘導負荷をポジティブ側に接続する半導体または機械式のP側接続リレーと、
    ネガティブ側に接続する半導体または機械式のN側接続リレーと、
    前記各部品を接続するバスバーと、
    パワー半導体のドライバ回路を有するパワー半導体用試験装置において、
    パワー半導体のドライバ回路を有するパワー半導体用試験装置において、
    コンデンサとパワー半導体の間の接続用バスバーを3分割し、
    中間バスバーの位置をスライドして可変できる構造とし、
    電流経路を可変することが出来ることを特徴とする、
    パワー半導体用試験装置。
  2. 少なくとも数百ボルトから数千ボルトを発生する高圧電源と、
    前記高圧電源に接続され試験対象であるパワー半導体への試験電流を放出するコンデンサと、
    パワー半導体の負荷となる誘導負荷と、
    前記誘導負荷をポジティブ側に接続する半導体または機械式のP側接続リレーと、
    ネガティブ側に接続する半導体または機械式のN側接続リレーと、
    前記各部品を接続するバスバーと、
    パワー半導体のドライバ回路を有するパワー半導体用試験装置において、
    コンデンサとパワー半導体の間の接続用バスバーを2分割し、
    該バスバー間に複数の半導体または機械式リレーを有し、
    前記半導体または機械式リレーのON/OFFにより電流経路を可変することが出来ることを特徴とする、
    パワー半導体用試験装置。
  3. 少なくとも数百ボルトから数千ボルトを発生する高圧電源と、
    前記高圧電源に接続され試験対象であるパワー半導体への試験電流を放出するコンデンサと、
    パワー半導体の負荷となる誘導負荷と、
    前記誘導負荷をポジティブ側に接続する半導体または機械式のP側接続リレーと、
    ネガティブ側に接続する半導体または機械式のN側接続リレーと、
    前記各部品を接続するバスバーと、
    パワー半導体のドライバ回路を有するパワー半導体用試験装置において、
    コンデンサとパワー半導体の間の接続用バスバーの一部を3分割し、
    中間バスバーの位置をスライドして可変できる構造とし、電流経路を可変することが出来、
    且つ、中間バスバーと並列に少なくとも1つ以上の半導体または機械式リレーを有し、
    前記リレーのON/OFFにより電流経路を可変できることを特徴とする、
    パワー半導体用試験装置。
  4. 少なくとも数百ボルトから数千ボルトを発生する高圧電源と、
    前記高圧電源に接続され試験対象であるパワー半導体への試験電流を放出するコンデンサと、
    パワー半導体の負荷となる誘導負荷と、
    前記誘導負荷をポジティブ側に接続する半導体または機械式のP側接続リレーと、
    ネガティブ側に接続する半導体または機械式のN側接続リレーと、
    前記各部品を接続するバスバーと、
    パワー半導体のドライバ回路を有するパワー半導体用試験装置において、
    P側接続リレーとコンデンサの電流経路間の接続用バスバーの一部を3分割し、
    中間バスバーの位置をスライドして可変できる構造とし、
    電流経路を可変できることを特徴とする、
    パワー半導体用試験装置。
  5. 少なくとも数百ボルトから数千ボルトを発生する高圧電源と、
    前記高圧電源に接続され試験対象であるパワー半導体への試験電流を放出するコンデンサと、
    パワー半導体の負荷となる誘導負荷と、
    前記誘導負荷をポジティブ側に接続する半導体または機械式のP側接続リレーと、
    ネガティブ側に接続する半導体または機械式のN側接続リレーと、
    前記各部品を接続するバスバーと、
    パワー半導体のドライバ回路を有するパワー半導体用試験装置において、
    P側接続リレーとコンデンサの電流経路間の接続用バスバーの一部を3分割し、
    中間バスバーの位置をスライドして可変できる構造とし、電流経路を可変することが出来、
    且つ、中間バスバーと並列に少なくとも1つ以上の半導体または機械式リレーを有し、
    前記リレーのON/OFFにより電流経路を可変できることを特徴とする、
    パワー半導体用試験装置。
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