JP2014173999A - 測定装置 - Google Patents

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修一 徳久
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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。
Figure 2014173999
他方、φintは以下の数式2で表される。
Figure 2014173999
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。
Figure 2014173999
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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