JP2014173999A - 測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、インダクタンスを十分に低減できる測定装置を提供することを目的とする。
【解決手段】第１筒状電極１０ａと、該第１筒状電極の側面を非接触で囲むように形成された第２筒状電極１０ｂと、該第１筒状電極と該第２筒状電極の間を埋め、該第１筒状電極と該第２筒状電極を一体化させる絶縁体１０ｃと、一端で該第１筒状電極の上端に接続され、他端で電源１８に接続された第１上部配線１２ａと、一端で該第２筒状電極の上端に接続され、他端で該電源に接続された第２上部配線１２ｂと、該第１筒状電極の下端に接続された第１下部配線２０ａと、該第２筒状電極の下端に接続された第２下部配線２０ｂと、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の電気的特性を測定するために用いられる測定装置に関する。

測定装置を用いて半導体装置の電気的特性を測定する場合、半導体装置の端子にプローブピン等をあてて半導体装置に電流を流すことがある。その際、プローブピンと電源は配線で接続される。この配線としては様々なタイプのものがある。例えば、特許文献１には、両端にコネクタを設けたフレキシブルプリント配線板が開示されている。

特開２００７−１９４３４１号公報

インダクタンスが高い測定装置を用いて半導体装置に大電流を流しその電気的特性を測定すると、半導体装置ターンオフ時に大きなサージ電圧が発生するなどして測定結果に影響が出る問題があった。そこで、電源から半導体装置の端子までの配線の長さをできる限り短くすることが考えられるが、測定装置の構造上限界がある。また、当該配線をツイストしたり、当該配線として２枚の平板を用いたりすることが考えられるが、インダクタンス低減効果が十分ではない。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、インダクタンスを十分に低減できる測定装置を提供することを目的とする。

本願の発明に係る測定装置は、第１筒状電極と、該第１筒状電極の側面を非接触で囲むように形成された第２筒状電極と、該第１筒状電極と該第２筒状電極の間を埋め、該第１筒状電極と該第２筒状電極を一体化させる絶縁体と、一端で該第１筒状電極の上端に接続され、他端で電源に接続された第１上部配線と、一端で該第２筒状電極の上端に接続され、他端で該電源に接続された第２上部配線と、該第１筒状電極の下端に接続された第１下部配線と、該第２筒状電極の下端に接続された第２下部配線と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、第１筒状電極を流れる電流により生じる磁束と第２筒状電極を流れる電流により生じる磁束が効率的に打ち消しあうので、測定装置のインダクタンスを十分に低減できる。

本発明の実施の形態１に係る測定装置の図である。 第１筒状電極と第２筒状電極の斜視図である。 半導体装置の電気的特性の測定時に用いるガイド部材等を示す図である。 ガイド部材を含む測定装置を図３の矢印方向からみた図である。 半導体装置をガイド部材に押し付けたことを示す図である。 測定装置等を図５の矢印方向から見た図である。 比較例に係る測定装置の図である。 比較例の低インダクタンス配線の発生磁束を示す平面図である。 第１筒状電極と第２筒状電極の電流の向きを示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る低インダクタンス配線及びその周辺の磁束を示す平面図である。 本発明の実施の形態２に係る測定装置の図である。

本発明の実施の形態に係る測定装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る測定装置の図である。測定装置は、低インダクタンス配線１０を備えている。低インダクタンス配線１０は、第１筒状電極１０ａと、第１筒状電極１０ａの側面を非接触で囲むように形成された第２筒状電極１０ｂを備えている。第１筒状電極１０ａと第２筒状電極１０ｂは、同心になるように配置されている。なお、第１筒状電極１０ａと第２筒状電極１０ｂは例えば銅で形成する。

第１筒状電極１０ａと第２筒状電極１０ｂの間は絶縁体１０ｃで埋められている。絶縁体１０ｃは、第１筒状電極１０ａの中、及び第２筒状電極１０ｂの側面にも形成されている。こうして、絶縁体１０ｃは第１筒状電極１０ａと第２筒状電極１０ｂを一体化させている。なお、絶縁体１０ｃは例えばポリイミドシートで形成する。

第１筒状電極１０ａの上端に第１上部配線１２ａが接続されている。第１上部配線１２ａは、一端で第１筒状電極１０ａの上端に接続され、他端で＋側電源１４ａに接続されている。第２筒状電極１０ｂの上端に第２上部配線１２ｂが接続されている。第２上部配線１２ｂは、一端で第２筒状電極１０ｂの上端に接続され、他端で−側電源１４ｂに接続されている。第１上部配線１２ａと第２上部配線１２ｂの側面は絶縁被膜１３で覆われている。＋側電源１４ａと−側電源１４ｂの間には絶縁体１６が設置されている。＋側電源１４ａ、−側電源１４ｂ、及び絶縁体１６は電源本体１８に固定されている。

第１筒状電極１０ａの下端に第１下部配線２０ａが接続されている。第２筒状電極１０ｂの下端に第２下部配線２０ｂが接続されている。第１下部配線２０ａと第２下部配線２０ｂには、湾曲部２２が形成されている。湾曲部２２は第１下部配線２０ａ及び第２下部配線２０ｂを１つのこぶ形状に湾曲させた部分である。第１下部配線２０ａと第２下部配線２０ｂのうち、湾曲部２２よりも低インダクタンス配線１０側の部分は絶縁被膜２１で覆われている。なお、第１上部配線１２ａ、第２上部配線１２ｂ、第１下部配線２０ａ、及び第２下部配線２０ｂは、例えばはんだを用いて低インダクタンス配線１０に接続する。

図２は、第１筒状電極１０ａと第２筒状電極１０ｂの斜視図である。第１筒状電極１０ａ及び第２筒状電極１０ｂは、それぞれ直径が一定の円筒形状となっている。図３は、半導体装置の電気的特性の測定時に用いるガイド部材等を示す図である。ガイド部材５０については断面が描かれている。ガイド部材５０は絶縁材料で形成され、複数の貫通孔５０ａ、５０ｂを有している。第１下部配線２０ａは貫通孔５０ａを貫通している。

貫通孔５０ｂには、制御信号を伝送する配線６０が通されている。配線６０には制御信号を出力する制御部６２が接続されている。ガイド部材５０の底面は平坦面５０ｃとなっている。ガイド部材５０全体は、支持部５２により支持されることで位置が固定されている。図４は、ガイド部材を含む測定装置を図３の矢印方向からみた図である。第１下部配線２０ａと第２下部配線２０ｂは、ガイド部材５０の別々の貫通孔を貫通している。

本発明の実施の形態１に係る測定装置を用いた半導体装置の測定方法について説明する。図５は、半導体装置をガイド部材に押し付けたことを示す図である。樹脂封止型の半導体装置１００は、半導体素子を樹脂封止した樹脂封止部１０２を備えている。樹脂封止部１０２の中には例えばインバータ回路が形成されている。さらに半導体装置１００は、半導体素子と電気的に接続され樹脂封止部１０２から外部に伸びる端子１０４、１０６を備えている。

半導体装置１００を矢印方向にリフトアップし、樹脂封止部１０２の上面をガイド部材５０の平坦面５０ｃに押し付けこれらを面接触させる。これにより、第１下部配線２０ａと端子１０４を接触させ、配線６０と端子１０６を接触させる。このとき、第１下部配線２０ａが端子１０４から上方向の力を受けて湾曲部２２がたわみ、端子１０４に弾性力を及ぼす。従って、第１下部配線２０ａと端子１０４の接触が安定する。配線６０と第２下部配線２０ｂも同様である。このように、第１下部配線２０ａと第２下部配線２０ｂが半導体装置の端子から力を受けて湾曲部２２が弾性変形することで、電気的な接触を安定させる。

図６は、測定装置等を図５の矢印方向から見た図である。半導体装置１００は端子１０４、１０６だけでなく、端子１１０、１１２、１１４、１１６を備えている。端子１０４、１１０、１１２、１１４、１１６はそれぞれ、Ｐ端子、Ｎ端子、Ｕ端子、Ｖ端子、Ｗ端子である。Ｕ端子、Ｖ端子、及びＷ端子は、半導体装置１００の３相出力となっている。端子１０４は第１下部配線２０ａに接触させ、端子１１０は、第２下部配線２０ｂと接触させる。端子１１２、１１４、１１６も適宜接続する。この状態で、半導体装置１００の電気的特性を測定する。

ここで、本発明の意義を理解するために比較例について説明する。図７は、比較例に係る測定装置の図である。比較例に係る低インダクタンス配線は、平行に配置された２枚の銅板２００ａ、２００ｂ、及び破線で示す絶縁体２００ｃを備えている。第１下部配線２０２ａと第２下部配線２０２ｂは直線的に形成されている。

図８は、比較例の低インダクタンス配線の発生磁束を示す平面図である。低インダクタンス配線により、絶縁体２００ｃ内部にφint(comparative)で表される磁束が発生し、絶縁体２００ｃ外部にφext(comparative)で表される磁束が発生する。φint(comparative)は、銅板２００ａと銅板２００ｂの間の領域Dにおいて発生する磁束である。φint(comparative)は銅板２００ａを流れる電流により発生する磁束と銅板２００ｂを流れる電流により発生する磁束の和である。φext(comparative)は、低インダクタンス配線の外部へ漏れ出る磁束である。比較例の場合、低インダクタンス配線により生じる全磁束はφint(comparative)+ φext(comparative)となる。

本発明の実施の形態１に係る測定装置によれば、低インダクタンス配線１０のインダクタンスを十分に低減できる。図９は、第１筒状電極１０ａと第２筒状電極１０ｂの電流の向きを示す斜視図である。第１筒状電極１０ａを流れる電流Ｉ１と第２筒状電極１０ｂを流れる電流Ｉ２は大きさが同じで向きが逆である。

図１０は、本発明の実施の形態１に係る低インダクタンス配線及びその周辺の磁束を示す平面図である。第２筒状電極１０ｂの外側の領域Ａ１では、第１筒状電極１０ａを流れる電流Ｉ１により発生する磁束φ１の方向と第２筒状電極１０ｂを流れる電流Ｉ２により発生する磁束φ２の方向は逆向きとなるので磁束はキャンセルされる。

第１筒状電極１０ａと第２筒状電極１０ｂの間の領域Ａ２では、第１筒状電極１０ａを流れる電流Ｉ１により発生する磁束φintのみとなる。第１筒状電極１０ａの内側の領域Ａ３には磁束は発生しない。

本発明の実施の形態１に係る低インダクタンス配線１０に電流を流したときに生じる全磁束は、第１筒状電極１０ａと第２筒状電極１０ｂの間の領域Ａ２に生じる磁束φintだけである。このφintは、前述のφint(comparative)とほぼ等しくなる。このことについて説明する。なお、以下では単位長さ当たりのφintとφint(comparative)を考える。

図８においてＷ＞＞Ｄ、すなわちＷが無限大と考えると、磁束Ｂ＝μｊとなる。従って、以下の数式１が成り立つ。

他方、φintは以下の数式２で表される。

ここでｒ＞＞Ｄとすると、ln(1+D/r)はD/rとほぼ等しいため、φintは以下の数式３で表される。

このように、φintとφint(comparative)はほぼ等しい。比較例の低インダクタンス配線で生じる磁束は、φint(comparative)とφext(comparative)であるが、本発明の実施の形態１に係る低インダクタンス配線１０で生じる磁束はφintだけである。従って、φext(comparative)の分だけインダクタンスを低減できる。このように、本発明の実施の形態１に係る測定装置によれば、第１筒状電極１０ａを流れる電流により生じる磁束（磁界）と第２筒状電極１０ｂを流れる電流により生じる磁束（磁界）が効率的に打ち消しあうので、インダクタンスを低減できる。さらには、低インダクタンス配線として筒状の第１筒状電極１０ａと第２筒状電極１０ｂとを採用しているので、大電流の通電に耐えられる。

ところで、電源本体１８に接続された配線の先端にプローブピン等のコンタクト機構を設け、このコンタクト機構を半導体装置の端子に接触させることがある。この場合、コンタクト機構によりインダクタンスが高くなる問題があった。しかしながら、本発明の実施の形態１に係る測定装置では、第１下部配線２０ａと第２下部配線２０ｂを半導体装置の端子に直接接触させるのでコンタクト機構を省略してこの問題を回避できる。しかも、測定時に第１下部配線２０ａと第２下部配線２０ｂの湾曲部２２が弾性変形するので、電気的接続を安定させることができる。

本発明の実施の形態１に係る測定装置は、配線の途中に低インダクタンス配線１０を設けて電源から半導体装置に至る配線のインダクタンスを低減するものである。従って、従来の測定装置に低インダクタンス配線１０を挿入するだけで容易に製造できるので、周辺治具などを変更する必要はない。

半導体装置１００の樹脂封止部１０２の内部構成は特に限定されない。例えばハーフブリッジ、１アーム、２アーム、又は１素子を樹脂封止部１０２内に構成してもよい。本発明の実施の形態１では半導体装置１００を測定装置側へ動かすこととしたが、半導体装置１００を固定して測定装置を動かしてもよい。これらの変形は実施の形態２についても応用できる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る測定装置は、実施の形態１との共通点が多いので実施の形態１との相違点を中心に説明する。図１１は、本発明の実施の形態２に係る測定装置の図である。第１下部配線３００ａと第２下部配線３００ｂには、湾曲部３０２が形成されている。湾曲部３０２は２つのこぶが形成された波型の形状を有している。このように湾曲部３０２を波型に湾曲させ、適宜にこの湾曲部の長さを調節することで、第１下部配線３００ａと第２下部配線３００ｂが半導体装置の端子に及ぼす圧力を調整できる。

１０ 低インダクタンス配線、 １０ａ 第１筒状電極、 １０ｂ 第２筒状電極、 １０ｃ 絶縁体、 １２ａ 第１上部配線、 １２ｂ 第２上部配線、 １３ 絶縁被膜、 １４ａ ＋側電源、 １４ｂ −側電源、 １６ 絶縁体、 １８ 電源本体、 ２０ａ 第１下部配線、 ２０ｂ 第２下部配線、 ２１ 絶縁被膜、 ２２ 湾曲部、 ５０ ガイド部材、 ５０ａ,５０ｂ 貫通孔、 ５０ｃ 平坦面、 ５２ 支持部、 ６０ 制御部、 ６２ 配線、 １００ 半導体装置、 １０２ 樹脂封止部、 １０４,１０６,１１０,１１２,１１４,１１６ 端子、 ２００ａ,２００ｂ 銅板、 ２００ｃ 絶縁体、 ２０２ａ 第１下部配線、 ２０２ｂ 第２下部配線、 ３００ａ 第１下部配線、 ３００ｂ 第２下部配線、 ３０２ 湾曲部

Claims (3)

1. 第１筒状電極と、
   前記第１筒状電極の側面を非接触で囲むように形成された第２筒状電極と、
   前記第１筒状電極と前記第２筒状電極の間を埋め、前記第１筒状電極と前記第２筒状電極を一体化させる絶縁体と、
   一端で前記第１筒状電極の上端に接続され、他端で電源に接続された第１上部配線と、
   一端で前記第２筒状電極の上端に接続され、他端で前記電源に接続された第２上部配線と、
   前記第１筒状電極の下端に接続された第１下部配線と、
   前記第２筒状電極の下端に接続された第２下部配線と、を備えたことを特徴とする測定装置。
2. 複数の貫通孔を有するガイド部材を備え、
   前記第１下部配線と前記第２下部配線は、前記複数の貫通孔の別々の貫通孔を貫通していることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. 前記第１下部配線と前記第２下部配線は、力を受けたときに弾性変形する湾曲部を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の測定装置。

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