JP2015072230A - 半導体装置の発熱解析方法及び発熱解析装置 - Google Patents
半導体装置の発熱解析方法及び発熱解析装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015072230A JP2015072230A JP2013208761A JP2013208761A JP2015072230A JP 2015072230 A JP2015072230 A JP 2015072230A JP 2013208761 A JP2013208761 A JP 2013208761A JP 2013208761 A JP2013208761 A JP 2013208761A JP 2015072230 A JP2015072230 A JP 2015072230A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor device
- heat generation
- insulating liquid
- voltage
- analysis method
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Tests Of Electronic Circuits (AREA)
Abstract
Description
この発熱解析装置を用いた解析方法の手順を説明する。電源装置により半導体装置に電圧を供給し、半導体装置を動作状態にする。つぎに半導体装置からの発熱に応じ輻射される赤外線を赤外線検出器により発熱画像として撮影する。この発熱画像から半導体装置の発熱分布測定及び不良箇所を特定するなどの解析を行う。
なお、電源装置により脈流状態の波形の電圧を印加しながら、半導体装置を動作させることにより、半導体装置を破壊することなく、100V以上かつ3000V以下の電圧を印加して動作状態にある半導体装置の発熱解析を行うことができる(例えば、特許文献2参照)。
すなわち、高電圧を半導体装置に印加し、発熱解析を行う場合、放電現象が度々発生してしまい、安定して発熱解析を行うことができない問題があった。
図1は、この発明の実施の形態1の発熱解析装置を説明する装置概要図である。電源装置2は、解析対象の半導体装置1に、パルス電圧や脈流電圧を印加できる機構を有している。赤外線検出器3は、半導体装置1から輻射された赤外線を捉えて発熱画像として、出力する機能を有している。また、モニター4により赤外線検出器3から得られた発熱画像を表示する。容器5は、半導体装置1を収納し、かつ絶縁性液体7を保持することできる。2つのプローブ針6は、半導体装置1に電源装置2の電圧を印加するため、一方が電源装置2の正極に接続され、他方は負極に接続される。また、負極は接地される場合が多い。半導体装置1は、容器5内に設置され、容器5内を絶縁性液体7により満たすことで、絶縁性液体7に浸漬させる。
第2工程(ステップS2):容器5にパーフルオロアルカンなどの絶縁性液体7を注入し、半導体装置1を絶縁性液体7に浸漬させる。
第3工程(ステップS3):半導体装置1に電源装置2により、ハイレベルが1000〜4000Vのパルス電圧を印加し、半導体装置1を動作させ、半導体装置1を流れる電流による発熱分布を赤外線検出器3により検出し発熱画像を取得する。
第4工程(ステップS4):S3で得られた発熱画像により、発熱箇所を特定する。
発熱を赤外線で検出できる発熱量は1mW以上である場合が多い。したがって、パルス電圧印加時のハイレベル電圧をVボルト、ローレベル電圧を0ボルトとし、ハイレベル電圧印加時の電流値をIアンペア、パルス電圧のデューティー比をDとして、I×V×D≧1mWの関係を満たすハイレベル電圧V、電流値I、パルス電圧の印加デューティー比Dを選択すると良い。ただし、発熱を多くし過ぎると、検出は容易になるが、半導体装置1が破壊されやすくなるので、適度なI×V×Dを選択することが好ましい。
また、絶縁性液体7は、電気的性質では体積抵抗率で1×1010Ωcm以上が望ましく、光学的性質においては、大気が透過できる波長域0.8μm以上、14μm以下の範囲内で赤外線を透過することが望ましい。さらに、絶縁性液体7は、室温から100℃の温度範囲で液体であることが望ましい。
なお、絶縁性液体7により、半導体装置1の発熱箇所が冷却される効果もあるため、ジュール熱による半導体装置1の破壊を防ぐことができる。そのため、従来、印加電圧にパルス電圧や脈流電圧を用いて解析対象の半導体装置1をジュール熱による破壊を抑制していた場合にも直流電圧を適用できる場合がある。この場合、安価な直流電源装置を適用できる利点がある。
さらに、冷却循環装置を備えることにより、絶縁性液体7を循環し、絶縁性液体7を冷却し、ジュール熱による半導体装置1の破壊を防ぐ効果を期待できる。
また、温水循環装置を備えることにより、絶縁性液体7を循環し、絶縁性液体7を徐々に加熱すれば、半導体装置1の破壊に至る温度を評価することができる。
ある構造の半導体装置(以下、半導体装置A)により、従来の半導体装置を絶縁性液体に浸漬させない非液浸法と、この発明の方法を比較した例を示す。評価方法を説明する。
半導体装置Aを用意し、プローブ針を半導体装置Aに押し当てた後に、電源装置により、印加電圧を0ボルトから徐々に上げる。放電が発生した時点で、その電圧を放電発生電圧とした。なお、印加電圧にはパルス電圧を用いたので、パルス電圧のハイレベル電圧を印加電圧とする。ローレベル電圧は0ボルトである。
非液浸法による評価では、半導体装置Aを絶縁性液体で浸漬させず、電圧を印加した。一方、この発明の方法による評価では、絶縁性液体には、フロリナート(登録商標)を用いて半導体装置Aを浸漬させた後に電圧を印加した。半導体装置A複数個に関して、同様な方法で放電発生電圧を求め、印加電圧範囲における放電発生頻度を調べた。
図3は、この発明の方法による放電発生頻度と非液浸法による放電発生頻度を比較して示し、横軸に放電が発生した印加電圧範囲を、縦軸は放電発生頻度を、それぞれ示している。なお、グラフ中の単色の棒は非液浸法による評価結果を、ハッチングの棒はこの発明の方法による評価結果を、それぞれ示す。
非液浸法による評価では、印加電圧範囲2500V超〜3000V以下で、放電発生が極大値となり、印加電圧4000V以下で、評価を行った全てのケースで、放電が発生している。一方、この発明の方法による評価では、印加電圧4000V以下での放電の発生は見られず、印加電圧4000V超まで放電が発生していない。
非液浸法とこの発明の方法を比較すると、この発明の方法により、放電が発生する印加電圧範囲が向上し、印加電圧4000V以下で、放電の発生がなくなることから、印加電圧4000V以下では安定した半導体装置の発熱解析が遂行できることがわかる。
さらに、半導体装置Aと異なる構造の半導体装置(以下、半導体装置B)についても、実施例1と同様な評価を行った。図4は、この発明の方法による放電発生頻度と非液浸法による放電発生頻度を比較して示し、横軸に放電が発生した印加電圧範囲を、縦軸は放電発生頻度を、それぞれ示している。なお、グラフ中の単色の棒は非液浸法による評価結果を、ハッチングの棒はこの発明の方法による評価結果を、それぞれ示す。
非液浸法による評価では、印加電圧範囲3000V超〜3500V以下で、放電発生が極大値となり、印加電圧4000V以下で、全てのケースで放電が発生している。一方、この発明の方法による評価では、印加電圧4000V以下での放電の発生は見られず、印加電圧4000V超まで放電が発生していない。
非液浸法とこの発明の方法を比較すると、この発明の方法により、放電が発生する印加電圧範囲が向上し、印加電圧4000V以下で、放電の発生がなくなることから、印加電圧4000V以下では安定した半導体装置の発熱解析が遂行できることがわかる。
さらに、半導体装置Aとも半導体装置Bとも異なる構造の半導体装置(以下、半導体装置C)についても、実施例1と同様な評価を行った。図5は、この発明の方法による放電発生頻度と非液浸法による放電発生頻度を比較して示し、横軸に放電が発生した印加電圧範囲を、縦軸は放電発生頻度を、それぞれ示している。なお、グラフ中の単色の棒は非液浸法による評価結果を、ハッチングの棒はこの発明の方法による評価結果を、それぞれ示す。
非液浸法による評価では、印加電圧範囲3000V以下で、全てのケースで放電が発生している。一方、この発明の方法による評価では、印加電圧4000V以下での放電の発生は見られず、印加電圧4000V超まで放電が発生していない。
非液浸法とこの発明の方法を比較すると、この発明の方法により、放電が発生する印加電圧範囲が向上し、印加電圧4000V以下で、放電の発生がないことから、印加電圧4000V以下では安定した半導体装置の発熱解析が遂行できることがわかる。
実施の形態1の発熱解析方法および発熱解析装置においては、測定環境における振動や大気の流れ等により絶縁性液体7の表面が揺れることにより、半導体装置1から輻射された赤外線が絶縁性液体7表面で散乱され、発熱画像が不鮮明になる場合があった。
本実施の形態2は、そのような発熱画像が不鮮明になる場合を解消するための発熱解析方法および発熱解析装置を提供するためのものである。
図6は、本実施の形態2の発熱解析装置を説明する装置概要図である。図中において、同一番号および同一符号は、実施の形態1と同様あるいは同等品であるので、詳細な説明は省略する。なお、図示してない電源装置2、モニター4に関しても実施の形態1と同様あるいは同等品であるので、詳細な説明は省略する。
この構成によれば、絶縁性液体7の液表面が揺れても、赤外線検出器3のレンズ部3aが絶縁性液体7に接触あるいは没しているために、半導体装置1から輻射された赤外線が液表面で散乱されることはなく、鮮明な発熱画像を得ることができる。レンズ部3aは、0.8μm以上、14μm以下の範囲の赤外線を透過する材料で構成される。
なお、通常赤外線検出器3のレンズは媒体が空気であることを前提に光学設計されていることが多い。本実施の形態では、媒体が絶縁性液体7となるので、媒体が空気であることを前提に光学設計されたレンズを使用すると、屈折率差から球面収差が発生し、発熱画像が不鮮明になる場合がある。したがって、赤外線検出器3のレンズの屈折率を絶縁性液体7の屈折率に合わせればよい。
例えば、絶縁性液体7にフッ化炭化水素を用いる場合、フッ化炭化水素の屈折率は2.25〜2.3であるので、赤外線検出器3のレンズの屈折率をこれに合わせたものにすればよい。
本実施の形態3は、実施の形態2と同様に、絶縁性液体7の液表面の揺れによる影響を低減するための発熱解析方法および発熱解析装置を提供する。
図7は、本実施の形態3の発熱解析装置を説明する装置概要図である。図中において、同一番号および同一符号は、実施の形態1と同様あるいは同等品であるので、詳細な説明は省略する。なお、図示してない電源装置2、モニター4に関しても実施の形態1と同様あるいは同等品であるので、詳細な説明は省略する。
図7において、窓材8の主面の一方は、絶縁性液体7に接触あるいは没しており、窓材8の主面のもう一方は、大気と接触している構成を有している。窓材8により、絶縁性液体7の液表面が、保護されているので、液表面が揺れることがない。そのため、半導体装置1から輻射された赤外線が液表面で散乱されることはなく、鮮明な発熱画像を得ることができる。
窓材8の材料としては、赤外線検出器3の検出波長域における透過率が高いものが望ましい。レンズ部3aは、0.8μm以上、14μm以下の範囲の赤外線を透過する材料で構成される。
赤外線検出器3にInSbセンサを搭載したものを用いる場合は、検出波長域は3μm以上、5μm以下であるので、窓材8は、波長域3μm以上、5μm以下において高い透過率材料を有する材料で構成されることが望ましい。その材料としては、例えば、サファイアガラスやシリコン、硫化亜鉛、硫化セレンなどが挙げられる。
本実施の形態4は、より鮮明な発熱画像を得るための形態である。図8は、この発明の実施の形態4の発熱解析装置を説明する装置概要図である。図中において、同一番号および同一符号は、実施の形態1と同様あるいは同等品であるので、詳細な説明は省略する。
なお、図示してない電源装置2、モニター4に関しても実施の形態1と同様あるいは同等品であるので、詳細な説明は省略する。
画像同期装置9は、電源装置2から印加電圧波形と同期した参照信号を受信し、赤外線検出器3の発熱画像信号から特定の周波数の信号を検出して増幅させて、モニター4に表示する機能を有している。
例えば、電源装置2により半導体装置1にパルス電圧を印加する場合、パルス電圧がローレベル電圧からハイレベル電圧への立ち上がりに同期し、半導体装置1に電流が多く流れる瞬間の発熱画像のみを、重ね合わせることにより鮮明な発熱画像を得ることができる。
Claims (13)
- 半導体装置を容器に設置する工程と、
絶縁性液体を前記容器に注入し前記半導体装置を浸漬させる工程と、
前記絶縁性液体に浸漬させた前記半導体装置に電圧を印加し前記半導体装置を動作させた状態で、前記半導体装置の発熱分布を赤外線検出器より検出し発熱画像を取得する工程と、
前記発熱画像より前記半導体装置の発熱箇所を特定する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の発熱解析方法。 - 絶縁性液体は、体積抵抗率1010Ωcm以上を有し、かつ波長域0.8μm以上、14μm以下の赤外線領域に透過する性質を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の発熱解析方法。
- 絶縁性液体は、炭化水素系物質の水素基をフッ素、塩素、臭素などのハロゲン原子で置換した構造を有する物質であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置の発熱解析方法。
- 絶縁性液体は、フッ化炭化水素であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置の発熱解析方法。
- 絶縁性液体は、パーフルオロアルカン、トリパーフルオロアルキルアミン、若しくは、ジパーフルオロアルキルエーテルのいずれか、または、これらの混合物であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置の発熱解析方法。
- 赤外線検出器のレンズ部が、絶縁性液体の液面に接する、または、没するように配置されたことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の半導体装置の発熱解析方法。
- 窓材の一主面が、絶縁性液体に接する、または、没するように、前記窓材を配したことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の半導体装置の発熱解析方法。
- 窓材は、波長域0.8μm以上、14μm以下の赤外線を透過する性質を有することを特徴とした請求項7に記載の半導体装置の発熱解析方法。
- 窓材は、サファイアガラス、シリコン、硫化亜鉛、硫化セレンのいずれかの材料で構成されることを特徴とした請求項7に記載の半導体装置の発熱解析方法。
- 赤外線検出器のレンズ部は、波長域0.8μm以上、14μm以下の赤外線を透過する性質を有することを特徴とした請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の半導体装置の発熱解析方法。
- 半導体装置を収納し、絶縁性液体に浸漬させるための容器と、前記半導体装置に電圧を印加するための電源装置と、前記半導体装置から輻射される赤外線を受光し、前記半導体装置の発熱分布を映像化するための赤外線検出器とを有する半導体装置の発熱解析装置。
- 電源装置の印加電圧信号と同期し、赤外線検出器の特定周期の発熱画像信号を増幅する機能を有する画像同期装置を備えたことを特徴とする請求項11に記載の半導体装置の発熱解析装置。
- 容器は、少なくとも底部に電気導電性を有する材質を配したことを特徴とした請求項11又は請求項12に記載の半導体装置の発熱解析装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013208761A JP2015072230A (ja) | 2013-10-04 | 2013-10-04 | 半導体装置の発熱解析方法及び発熱解析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013208761A JP2015072230A (ja) | 2013-10-04 | 2013-10-04 | 半導体装置の発熱解析方法及び発熱解析装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015072230A true JP2015072230A (ja) | 2015-04-16 |
Family
ID=53014690
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013208761A Pending JP2015072230A (ja) | 2013-10-04 | 2013-10-04 | 半導体装置の発熱解析方法及び発熱解析装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2015072230A (ja) |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS56111235A (en) * | 1980-01-23 | 1981-09-02 | Chiyou Lsi Gijutsu Kenkyu Kumiai | Defect detecting apparatus for semiconductor device |
JPS6233433A (ja) * | 1985-08-07 | 1987-02-13 | Toshiba Corp | 高耐圧半導体素子の製造方法 |
JPS62121417A (ja) * | 1985-11-22 | 1987-06-02 | Hitachi Ltd | 液浸対物レンズ装置 |
JPH03210409A (ja) * | 1990-01-12 | 1991-09-13 | Toshiba Mach Co Ltd | 光ファイバの形状測定装置 |
JPH03253053A (ja) * | 1990-03-02 | 1991-11-12 | Nec Corp | 電子部品試験時の冷却方法 |
JPH06100474A (ja) * | 1990-04-10 | 1994-04-12 | Nippon Mektron Ltd | 枝分れしたパーフルオロアルカンの製造法 |
JPH11260597A (ja) * | 1997-12-03 | 1999-09-24 | Matsushita Electric Works Ltd | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
JP2003130889A (ja) * | 2001-10-29 | 2003-05-08 | Vector Semicon Kk | 半導体装置検査装置及び検査方法 |
JP2005268446A (ja) * | 2004-03-17 | 2005-09-29 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体レーザ装置 |
JP2009192260A (ja) * | 2008-02-12 | 2009-08-27 | Institute Of Physical & Chemical Research | 電圧プローブ |
JP2009288090A (ja) * | 2008-05-29 | 2009-12-10 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体素子の発熱解析方法 |
-
2013
- 2013-10-04 JP JP2013208761A patent/JP2015072230A/ja active Pending
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS56111235A (en) * | 1980-01-23 | 1981-09-02 | Chiyou Lsi Gijutsu Kenkyu Kumiai | Defect detecting apparatus for semiconductor device |
JPS6233433A (ja) * | 1985-08-07 | 1987-02-13 | Toshiba Corp | 高耐圧半導体素子の製造方法 |
JPS62121417A (ja) * | 1985-11-22 | 1987-06-02 | Hitachi Ltd | 液浸対物レンズ装置 |
JPH03210409A (ja) * | 1990-01-12 | 1991-09-13 | Toshiba Mach Co Ltd | 光ファイバの形状測定装置 |
JPH03253053A (ja) * | 1990-03-02 | 1991-11-12 | Nec Corp | 電子部品試験時の冷却方法 |
JPH06100474A (ja) * | 1990-04-10 | 1994-04-12 | Nippon Mektron Ltd | 枝分れしたパーフルオロアルカンの製造法 |
JPH11260597A (ja) * | 1997-12-03 | 1999-09-24 | Matsushita Electric Works Ltd | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
JP2003130889A (ja) * | 2001-10-29 | 2003-05-08 | Vector Semicon Kk | 半導体装置検査装置及び検査方法 |
JP2005268446A (ja) * | 2004-03-17 | 2005-09-29 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体レーザ装置 |
JP2009192260A (ja) * | 2008-02-12 | 2009-08-27 | Institute Of Physical & Chemical Research | 電圧プローブ |
JP2009288090A (ja) * | 2008-05-29 | 2009-12-10 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体素子の発熱解析方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8618810B2 (en) | Identifying fuel cell defects | |
Mendioroz et al. | Characterization of vertical buried defects using lock-in vibrothermography: I. Direct problem | |
CN108594048A (zh) | 一种基于激光照射的复合绝缘子老化程度评估方法 | |
JP2013156036A (ja) | 液面レベル検知装置及び方法 | |
JP2005069938A (ja) | 電子部品の試験装置 | |
Hahn et al. | Infrared Microscopy Enhanced Ångström's Method for Thermal Diffusivity of Polymer Monofilaments and Films | |
Surtaev et al. | Application of high-speed IR thermography to study boiling of liquids | |
JP2013104675A (ja) | 使用済み燃料貯蔵プールの水位検出装置、方法及びプログラム | |
JP2015072230A (ja) | 半導体装置の発熱解析方法及び発熱解析装置 | |
JP2011164007A (ja) | 検査装置及び検査方法 | |
EP4070081A1 (en) | Solution electrode glow discharge apparatus | |
KR20140075757A (ko) | 발열점 검출 방법 및 발열점 검출 장치 | |
JP5426115B2 (ja) | 熱物性測定方法 | |
Mousnier et al. | Lock-in thermography for defect localization and thermal characterization for space application | |
Muslu et al. | An investigation into the optothermal behavior of a high power red light emitting diode: impact of an optical path | |
Geisemeyer et al. | Fast hot spot evaluation | |
Zhu et al. | An imaging-based photometric and colorimetric measurement method for characterizing OLED panels for lighting applications | |
TW201508268A (zh) | 耐電弧性能評估方法及耐電弧性能評估裝置 | |
El Matarawy et al. | New adiabatic calorimeter for realization the triple point of water in metallic-sealed cell at NIS-Egypt | |
JP2014167487A (ja) | 冷却液管理方法 | |
Johnson et al. | Thermally induced atmospheric pressure gas discharges using pyroelectric crystals | |
Chelly et al. | Spatial-dependence cross-examination method of the Seebeck effect applied to Ge surface | |
JP2013205097A (ja) | 水素濃度計測器および制御システム | |
Aoyagi et al. | Detection of the boundary between oil and water in a container by dynamic heat conduction | |
Stewart et al. | Spatial characterization of piezoelectric materials using the scanning laser intensity modulation method (LIMM) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150930 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160720 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160802 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160929 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20161101 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20161227 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20170606 |