JP2018124195A - 信頼性試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気的ストレスの印加および電気的ストレス印加後における電気的特性の測定を含む信頼性試験を高精度で実行するための試験装置の構成を提供する。【解決手段】信頼性試験装置１００ａは、試験対象であるＩＧＢＴモジュール２００に電気的ストレスを印加するためのストレス印加回路１０と、ＩＧＢＴモジュール２００の電気的特性を測定するための測定回路２０とを備える。開閉機構４０は、ＩＢＴ素子２００およびストレス印加回路１０の間に接続される。開閉機構５０は、ＩＧＢＴモジュール２００および測定回路１０との間に接続される。ストレス印加回路１０は、電気的なストレスを発生するための直流電源Ｂ１およびドローアウトコネクタ４０の間に接続されたリレー１６を含む。開閉機構４０，５０の遮断状態における絶縁抵抗は、リレー１６の開放状態における絶縁抵抗よりも高い。【選択図】図１

Description

この発明は信頼性試験装置に関し、より特定的には、高電圧または大電流の電気的ストレスの印加を伴う信頼性試験装置に関する。

ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のパワーデバイスに代表される半導体素子の電気的特性を評価するための試験装置として、特許第４８６７６３９号公報（特許文献１）には、試験対象となる半導体素子の動特性試験および静特性試験を同一の接触針を用いて連続的に実行する構成が記載されている。

具体的には、半導体素子の電極に対する接触針の接触状態が同一である下で、半導体素子評価装置内に設けたリレーや半導体スイッチ等の切替えによって、半導体素子の動特性試験（たとえば、大電流スイッチング試験）および静特性試験（たとえば、漏れ電流測定試験）を順次実行する半導体評価装置の構成が開示されている。

特許第４８６７６３９号公報

半導体素子の試験の一つとして、高電圧または大電流等の電気的なストレスを印加して、ストレスによる半導体素子の劣化を評価する、信頼性試験が行われている。特に、劣化度を定量的に評価するために、ストレス印加後の半導体素子の電気的特性を試験装置によって測定することが一般的に行われている。

この際に、電気的なストレスの印加装置および半導体素子の電気的特性の測定装置と、試験対象の半導体素子との間の接続を、特許文献１のように、リレーや半導体スイッチ等によって切替ることにより、電気的ストレスの印加を伴う信頼性試験装置を実現することができる。

しかしながら、電気的ストレスの印加時には、数十〜数百［Ａ］程度の大電流が流れる一方で、電気的特性としてリーク電流の測定時には数［μＡ］〜数［ｎＡ］オーダーの微小電流の検出が必要となる。したがって、特許文献１のように、リレーや半導体スイッチ等によって切替える構成では、オフ状態のリレーや半導体スイッチ等を介して、ストレス印加装置がリーク電流等の微小電流の測定に影響を与えることにより、十分な精度で信頼性試験を実行できなくなることが懸念される。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、高電圧または大電流の電気的ストレスの印加および電気的ストレス印加後における電気的特性の測定を含む信頼性試験を高精度で実行するための試験装置の構成を提供することである。

本開示のある局面によれば、信頼性試験装置は、ストレス印加回路と、測定回路と、第１および第２の開閉機構とを含む。ストレス印加回路は、試験対象となる半導体素子に対して電気的なストレスを印加するように構成される。測定回路は、半導体素子の電気的特性を測定するように構成される。第１の開閉機構は、半導体素子とストレス印加回路との間を電気的に接続または遮断する。第２の開閉機構は、半導体素子と測定回路との間を電気的に接続または遮断する。ストレス印加回路は、電気的なストレスを発生するための電源と、電源および第１の開閉機構の間に接続された開閉器とを含む。第１の開閉機構の遮断状態における絶縁抵抗は、開閉器の開放状態における絶縁抵抗よりも高い。

この発明によれば、高電圧および／または大電流の電気的ストレスの印加および電気的ストレス印加後における電気的特性の測定を含む信頼性試験を高精度で実行するための試験装置を実現することができる。

実施の形態１に係る信頼性試験装置の構成を説明する回路図である。 ドローアウトコネクタの構成例を説明する概念図である。 実施の形態１に係る信頼性試験装置による信頼性試験の制御処理の一例を説明するフローチャートである。 実施の形態２に係る信頼性試験装置の構成を説明する回路図である。 実施の形態２に係る信頼性試験装置による信頼性試験の制御処理の一例を説明するフローチャートである。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る信頼性試験装置１００ａの構成を説明するための回路図である。

図１を参照して、信頼性試験装置１００ａは、ストレス印加回路１０と、測定回路２０と、ゲートドライバ３０と、ゲート選択回路３５と、ドローアウトコネクタ４０および５０と、コントローラ６０とを備える。

図１の例では、信頼性試験装置１００ａは、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）モジュール２００に含まれるＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６を試験対象とする。ＩＧＢＴモジュール２００では、ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６は、三相インバータを構成するように、電力線２０１〜２０５と接続されている。

具体的には、ＩＧＢＴ素子Ｓ１は、電力線２０１および２０３の間に接続されることでＵ相上アーム素子を構成し、ＩＧＢＴ素子Ｓ２は、電力線２０２および２０３の間に接続されることでＵ相下アーム素子を構成する。同様に、ＩＧＢＴ素子Ｓ３は、電力線２０１および２０４の間に接続されることでＶ相上アーム素子を構成し、ＩＧＢＴ素子Ｓ４は、電力線２０２および２０４の間に接続されることでＶ相下アーム素子を構成する。同様に、ＩＧＢＴ素子Ｓ５は、電力線２０１および電力線２０１および２０５の間に接続されることでＷ相上アーム素子を構成し、電力線２０２および２０５の間に接続されることでＷ相下アーム素子を構成する。このように、ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６（ＩＧＢＴモジュール２００）は、試験対象となる半導体素子の一実施例に対応する。

ストレス印加回路１０は、大電流および／または高電圧を供給するための直流電源Ｂ１と、電力線１１，１２と、開閉器１６と、負荷回路１７とを有する。信頼性試験で印加されるストレスレベルは様々であり、たとえば、電圧は数［Ｖ］〜数千［Ｖ］、電流も数［Ａ］から数千［Ａ］の範囲となることがあるが、直流電源Ｂ１は要求されるストレスレベルを印加するための定格（電圧、電力）を有するように構成される。

直流電源Ｂ１の正極端子および負極端子は、開閉器１６を経由して電力線１１および１２と電気的に接続される。開閉器１６の開放／閉成は、コントローラ６０からの電気信号ＳＧ０によって制御することができる。たとえば、開閉器１６は、電気信号ＳＧ０に応じて開放状態または閉成状態に制御される、半導体リレー、電磁リレー、または、コンタクタによって構成することができる。

さらに、ストレス印加回路１０では、スナバコンデンサ７０が電力線１１および１２の間に接続される。負荷回路１７は、三相ＬＲ回路を構成するための、電力線１３〜１５の各々に接続された負荷インダクタ１８および負荷抵抗１９によって構成される。

ドローアウトコネクタ４０は、ストレス印加回路１０の電力線１１〜１５と、ＩＧＢＴモジュール２００と接続された電力線２０１〜２０５との間に配置される。ドローアウトコネクタ４０は、コントローラ６０からの電気信号ＳＧ１に従って、電力線１１〜１５および電力線２０１〜２０５の間を電気的に接続する接続状態と、電力線１１〜１５および電力線２０１〜２０５の間を電気的に切り離す遮断状態とのいずれかに制御される。

測定回路２０は、電力線２１ａ，２１ｂ，２２と、電力線２３〜２５と、リーク電流測定用の直流電源Ｂ２と、測定対象選択回路２６と、測定項目切替回路２７と、リーク電流の測定に対応可能な微小電流計２８とを有する。微小電流計２８による測定値はコントローラ６０に対して送出される。

電力線２１ａおよび２１ｂは、測定項目切替回路２７を経由して、直流電源Ｂ２の正極端子と電気的に接続される。測定項目切替回路２７は、コントローラ６０からの図示しない電気信号に応じて、電力線２１ａおよび２１ｂの一方を、直流電源Ｂ２の正極端子と選択的に接続する。

測定対象選択回路２６は、コントローラ６０からの図示しない電気信号に応じて、電力線２３〜２５のうちの１本を選択して、電力線２１ａまたは２２と接続するための複数のリレーを有する。電力線２２は、直流電源Ｂ２の負極端子と接続される。

ゲートドライバ３０は、試験対象となるＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６のオンオフを制御するためのゲート電圧信号を発生するように構成される。ゲート選択回路３５は、コントローラ６０からの図示しない電気信号に応じて、試験対象となるＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６の各ゲートと、ゲートドライバ３０および電力線２１ｂとの間の電気的な接続の有無を制御することができる。たとえば、ゲート選択回路３５は、ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６のそれぞれのゲートをゲートドライバ３０と接続することによって、ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６のオンオフをゲートドライバ３０によって制御することができる。あるいは、ゲート選択回路３５は、ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６のゲートを順次選択して、電力線２１ｂと接続することができる。または、ゲート選択回路３５は、ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６の各ゲートについて、ゲートドライバ３０および電力線２１ｂの両方から切り離すことも可能である。

ドローアウトコネクタ５０は、測定回路２０の電力線２１〜２５と、ＩＧＢＴモジュール２００と接続された電力線２０１〜２０５との間に配置される。ドローアウトコネクタ５０は、コントローラ６０からの電気信号ＳＧ２に従って、電力線２１〜２５および電力線２０１〜２０５の間を電気的に接続する接続状態と、電力線２１〜２５および電力線２０１〜２０５の間を電気的に切り離す遮断状態とのいずれかに制御される。

図２は、ドローアウトコネクタ４０の構成例を説明する概念図である。
図２を参照して、ドローアウトコネクタ４０は、接点ＣＰ１を有するコネクタ６１と、接点ＣＰ２を有するレセプタクル６２と、コネクタ６１を移動させるためのマニピュレータ６３とを含む。

接点ＣＰ１は、コネクタ６１に対して凸形状を有するように設けることができる。一方で、レセプタクル６２では、接点ＣＰ２は、接点ＣＰ１と嵌合する凹形状を形成するように設けることができる。図１の構成例では、接点ＣＰ１およびＣＰ２は、５個ずつ設けられる。

各接点ＣＰ１は、電力線２０１〜２０５のうちの１つと電気的に接続される。各接点ＣＰ２は、電力線１１〜１５（ストレス印加回路１０）のうちの１つと電気的に接続される。

マニピュレータ６３は、電気信号ＳＧ１に応じて、接点ＣＰ１およびコネクタ６１を図中の点線矢印方向に沿って移動するように構成される。これにより、ドローアウトコネクタ４０は、電気信号ＳＧ１に応じて、接点ＣＰ１およびＣＰ２が嵌合する接続状態と、接点ＣＰ１およびＣＰ２が離間する遮断状態との一方を選択的に形成することができる。

ドローアウトコネクタ４０は「第１の開閉機構」の一実施例に対応する。ドローアウトコネクタ４０の絶縁抵抗は、遮断状態における接点ＣＰ１およびＣＰ２の離間距離Ｌに依存する。ドローアウトコネクタ４０，５０のように機械的な着脱機構を伴って接点間の接続状態および遮断状態を切替える構成を有する開閉機構は、離間距離Ｌの確保が比較的容易であるので、遮断状態において１０の１２乗（１０¹²）［Ω］以上の絶縁抵抗を有することが可能である。

一方で、開閉器１６等に用いられる半導体リレー、電磁リレーやコンタクタは、上記機械的な機構と比較すると大電流の開閉が容易である一方で、開放状態における接点間の離間距離をドローアウトコネクタ等のように確保することが困難である。このため、開放状態での絶縁抵抗は、１０の８〜９乗（１０⁸〜１０⁹）［Ω］程度のオーダである。すなわち、本実施の形態に係る信頼性試験装置１００ａでは、第１および第２の開閉機構は、ドローアウトコネクタ等を用いて、電気的なストレス印加のための大電流を確実に通電できるとともに、開閉器１６よりも高い絶縁抵抗を有するように構成される。

ドローアウトコネクタ４０は、ストレス印加回路１０よって電気的なストレスを印加する際に必要な大電流（たとえば、１０²［Ａ］オーダー）を確実に通電するための定格を有する。

ドローアウトコネクタ５０は「第２の開閉機構」の一実施例に対応する。ドローアウトコネクタ５０は、ドローアウトコネクタ４０と同様に構成することが可能である。ただし、ドローアウトコネクタ５０については、大電流の通過に対応する定格は不要である。

再び図１を参照して、信頼性試験装置１００ａでは、ストレス印加モードおよび測定モードを交互に実行することができる。ストレス印加モードでは、電気信号ＳＧ１によってドローアウトコネクタ４０が接続状態に制御される一方で、電気信号ＳＧ２によってドローアウトコネクタ５０が遮断状態に制御される。

これにより、ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６は、電力線２０１〜２０５を経由して、ストレス印加回路１０と接続される。この状態で、電気信号ＳＧ０によって開閉器１６を閉成することにより、直流電源Ｂ１から高電圧および／または大電流による電気的ストレスが印加された下で、ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６を動作させることができる。

ストレス印加モードでは、ゲート選択回路３５は、ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６の各ゲートをゲートドライバ３０と接続する。これにより、ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６を、ゲートドライバ３０からのゲート電圧信号に従ってオンオフすることができる。たとえば、ゲートドライバ３０は、ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６が三相インバータによる直流／交流電力変換を実行するようにオンオフさせるようにゲート電圧信号を生成する。

たとえば、直流電源Ｂ１の電圧を３００［Ｖ］とし、負荷回路１７の合成抵抗を３［Ω］程度とすると、三相インバータの各相電流は１００［Ａ］程度となるので、ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６の各々に対して、１００［Ａ］程度の大電流をスイッチングする電気的ストレスを印加することができる。

なお、信頼性試験装置１００ａでは、装置の構成上、直流電源Ｂ１と、試験対象のＩＧＢＴモジュール２００（ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６）との間の配線長を短くすることが困難である。このため、ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６のスイッチングオフ時に大きなリカバリサージが発生することが懸念される。したがって、リカバリサージによって試験対象の半導体素子（ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６）が破壊されることを回避するために、サージを吸収するためのスナバコンデンサ７０が、電力線１１および１２の間に接続されている。

信頼性試験装置１００ａは、測定モードでは、電気信号ＳＧ１によってドローアウトコネクタ４０が遮断状態に制御される一方で、電気信号ＳＧ２によってドローアウトコネクタ５０が接続状態に制御される。測定モードでは、ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６の各々について、コレクタ−エミッタ間のリーク電流と、ゲート−エミッタ間のリーク電流とが測定される。これにより、ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６の各々について、ストレス印加による劣化度を評価することができる。これらのリーク電流は、概ね数［ｎＡ］〜数［μＡ］レベルである。

したがって、リーク電流を正確に測定するためには、ストレス印加回路１０の直流電源Ｂ１が、ドローアウトコネクタ４０によって、電力線２０１，２０２から十分な絶縁抵抗を介して切り離される必要がある。たとえば、直流電源Ｂ１の電圧が１０²［Ｖ］オーダであるのに対して、絶縁抵抗がリレーやコンタクタのように１０⁸〜１０⁹［Ω］程度であると、１０^-6〜１０^-7［Ａ］、すなわち、μＡ（マイクロアンペア）オーダの電流がリーク電流の測定経路に供給される虞がある。

これに対して、本実施の形態による信頼性試験装置では、ドローアウトコネクタによって１０の１２乗（１０¹²）［Ω］以上の絶縁抵抗を確保することによって、ストレス印加回路１０（直流電源Ｂ１）からの電流を１０^-10［Ａ］オーダに抑制することで、リーク電流を正確に測定することが可能となっている。

コレクタ−エミッタ間のリーク電流測定では、測定項目切替回路２７は、電力線２１ａを直流電源Ｂ２と接続する。また、ゲート選択回路３５は、ゲートドライバ３０からのＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６の各々をオフ状態に維持するためのゲート電圧信号を、ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６の各ゲートへ伝達するように制御される。この状態で、測定対象選択回路２６は、ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６のうちの１個が電力線２１ａおよび２２の間に順に接続されるように、電力線２３〜２５と、電力線２１ａ，２２との間の接続を切替える。

一例として、ＩＧＢＴ素子Ｓ１（Ｕ相上アーム）のコレクタ−エミッタ間のリーク電流を測定するときには、測定対象選択回路２６が電力線２３を電力線２２と接続することによって、ＩＧＢＴ素子Ｓ１は、リーク電流測定用の直流電源Ｂ２からの電圧がコレクタ−エミッタ間に印可された状態となる。この状態での微小電流計２８による測定値Ｉｔｓｔに基づいて、コントローラ６０は、コレクタ−エミッタ間のリーク電流を測定することができる。

また、ＩＧＢＴ素子Ｓ４（Ｖ相下アーム）のコレクタ−エミッタ間のリーク電流測定時には、測定対象選択回路２６は、電力線２４を電力線２１ａと接続するように制御される。同様に、ＩＧＢＴ素子Ｓ５（Ｗ相上アーム）のコレクタ−エミッタ間のリーク電流測定時には、測定対象選択回路２６は、電力線２５を電力線２２と接続するように制御される。

これに対して、ゲート−エミッタ間のリーク電流測定では、測定項目切替回路２７は、電力線２１ｂを直流電源Ｂ２と接続する。さらに、測定対象選択回路２６は、ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６の各々のコレクタ−エミッタ間を短絡するために全リレーがオンするように制御される。この状態で、ゲート選択回路３５は、ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６のうちの測定対象の１個を順次選択して、選択したＩＧＢＴ素子のゲートを電力線２１ｂと接続する。

これにより、選択されたＩＧＢＴ素子は、リーク電流測定用の直流電源Ｂ２からの電圧がゲート−エミッタ間に印可された状態となる。この状態での微小電流計２８による測定値Ｉｔｓｔに基づいて、コントローラ６０は、ゲート−エミッタ間のリーク電流を測定することができる。

このように、測定回路２０によって、試験対象のＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６の電気的特性として、コレクタ−エミッタ間およびゲート−エミッタ間のリーク電流を測定することができる。ストレス印加回路１０による強制的な電気的ストレスの印加後に、測定回路２０により電気的特性を測定することによって、試験対象の半導体素子（ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６）の信頼性確認試験を実行することができる。

図３は、実施の形態１に係る信頼性試験装置１００ａによる信頼性試験の制御処理の一例を説明するためのフローチャートである。図３に示される制御処理は、試験開始のトリガ入力に従って、コントローラ６０によって実行することができる。なお、試験開始前の初期状態では、開閉器１６は開放されており、ドローアウトコネクタ４０，５０は遮断状態に制御されている。また、ストレス印可回数を示すカウンタ値は０に初期化されている。

コントローラ６０は、信頼性試験が開始されると、測定モードのためのステップＳ１０〜Ｓ６０の処理を実行する。コントローラ６０は、ステップＳ１０により、ドローアウトコネクタ５０を遮断状態から接続状態に変化させるための電気信号ＳＧ２を発生する。一方で、ドローアウトコネクタ４０は、遮断状態に維持される。これにより、ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６は、測定回路２０と電気的に接続される。一方で、測定回路２０およびＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６は、ストレス印加回路１０の直流電源Ｂ１からは、ドローアウトコネクタ４０の絶縁抵抗を介して切り離されている。

コントローラ６０は、ステップＳ２０では、コレクタ−エミッタ間のリーク電流を測定するための接続切替を行う。具体的には、電力線２１ａを直流電源Ｂ２と接続するように測定項目切替回路２７が制御される。さらに、ゲート選択回路３５は、ゲートドライバ３０からのゲート電圧信号（オフ指令）を、ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６の各ゲートへ伝達するように制御される。

さらに、コントローラ６０は、ステップＳ３０により、ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６のうちの１個が順に選択されて電力線２１ａおよび２２の間に接続されるように、測定対象選択回路２６を制御する。そして、選択が切替えられる毎に、微小電流計２８の測定値Ｉｔｓｔに基づいて、ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６の各々のコレクタ−エミッタ間のリーク電流が順次測定される。ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６の全てについて、コレクタ−エミッタ間のリーク電流測定が終了すると、コントローラ６０は、ステップＳ４０へ処理を進める。

コントローラ６０は、ステップＳ４０では、ゲート−エミッタ間のリーク電流を測定するための接続切替を行う。具体的には、測定項目切替回路２７は、電力線２１ｂを直流電源Ｂ２と接続するように制御される。さらに、測定対象選択回路２６は、ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６の各々のコレクタ−エミッタ間を短絡するように全リレーをオンするように制御される。

コントローラ６０は、ステップＳ５０では、ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６のうちの１個が順に選択されて、選択されたＩＧＢＴ素子のゲートが電力線２１ｂと接続されるように、ゲート選択回路３５を制御する。そして、選択が切替えられる毎に、微小電流計２８の測定値Ｉｔｓｔに基づいて、ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６の各々のゲート−エミッタ間のリーク電流が順次測定される。ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６の全てについて、ゲート−エミッタ間のリーク電流測定が終了すると、コントローラ６０は、ステップＳ６０へ処理を進める。

コントローラ６０は、ステップＳ６０では、ドローアウトコネクタ５０を接続状態から遮断状態に変化させるための電気信号ＳＧ２を発生する。これにより、ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６（ＩＧＢＴモジュール２００）が、ストレス印加回路１０および測定回路２０の両方から切り離された状態で、測定モードが終了される。

コントローラ６０は、測定モードが終了すると、ステップＳ７０により、これまでのストレス印可回数を示すカウンタ値が、予め定められた指定回数を示す判定値に達しているか否かを判定する。

コントローラ６０は、カウンタ値が判定値に達しておらず、ストレス印加回数が指定回数に達していない場合（Ｓ７０のＮＯ判定時）には、ストレス印加モードのためのステップＳ８０〜Ｓ１２０の処理を実行する。コントローラ６０は、ステップＳ８０により、ドローアウトコネクタ４０を遮断状態から接続状態に変化させるための電気信号ＳＧ１を発生する。一方で、ドローアウトコネクタ５０は、遮断状態に維持される。

これにより、ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６は、ストレス印加回路１０と電気的に接続される。一方で、測定回路２０は、ストレス印加回路１０の直流電源Ｂ１からは、ドローアウトコネクタ５０の絶縁抵抗を介して切り離されている。この結果、ストレス印加モードにおいて、微小なリーク電流を測定するための測定回路２０、特に微小電流計２８を、十分な絶縁抵抗を介して、ストレス印加回路１０（直流電源Ｂ１）から切り離すことができる。

コントローラ６０は、さらにステップＳ９０により、開閉器１６を閉成するように電気信号ＳＧ０を生成する。これにより、直流電源Ｂ１がＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６と接続される。そして、ステップＳ１００では、ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６が、直流電源Ｂ１による電気的なストレス（大電流）が印加された下で、三相インバータによるスイッチング動作するようにゲートドライバ３０およびゲート選択回路３５が制御される。

コントローラ６０は、ステップＳ１００によるスイッチング動作が所定時間が所定時間継続されると、ステップＳ１１０により、開閉器１６を閉成するように電気信号ＳＧ０を生成する。これにより、直流電源Ｂ１による電気的ストレスの印加が終了される。

さらに、コントローラ６０は、ステップＳ１２０により、ドローアウトコネクタ４０を接続状態から遮断状態に変化させるための電気信号ＳＧ１を発生する。これにより、ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６（ＩＧＢＴモジュール２００）が、ストレス印加回路１０および測定回路２０の両方から切り離された状態で、ストレス印加モードが終了される。

コントローラ６０は、ストレス印加モードが終了すると、ステップＳ１３０により、ストレス印可回数を示すカウンタ値を増加させる。

そして、コントローラ６０は、ステップＳ１０〜Ｓ６０の処理を実行して、電気的ストレス印加後のＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６の電気的特性（リーク電流）を測定する。ステップＳ１０〜Ｓ６０による測定モードの終了後には、ステップＳ７０によりこれまでのストレス印加回数が所定回数に達しているか否かが、ステップＳ１３０でストレス印加モードの終了毎にカウントアップされるカウンタ値に基づいて判定される。

コントローラ６０は、ストレス印加回数が所定回数に達すると（Ｓ７０のＹＥＳ判定時）、信頼性試験を終了する。一方で、ストレス印加回数が所定回数に達するまでは、ステップＳ８０〜Ｓ１２０によるストレス印加モードおよび、ストレス印加後の測定モード（Ｓ１０〜Ｓ２０）が繰り返し実行される。

このように、図３に示す制御処理によって、試験対象の半導体素子に対して、ユーザによる指定回数に従って電気的なストレスを印加するとともに、ストレス印加後の電気的特性を測定することによって、信頼性試験を実行することができる。

以上説明したように、実施の形態１に係る信頼性試験装置によれば、試験対象の半導体素子（ＩＧＢＴモジュール２００）の電気的特性の測定時において、ドローアウトコネクタに代表される、十分な絶縁抵抗（たとえば、１０¹²［Ω］以上）を有する開閉機構を用いて、ストレス印加回路１０と試験対象の半導体素子との間を電気的に遮断できる。この結果、電気的ストレスを印加するための電源による測定誤差を抑制して、信頼性試験を高精度で実行することができる。

なお、本実施の形態において、試験対象の半導体素子（ＩＧＢＴモジュール２００）および測定回路２０の間には、ドローアウトコネクタ５０に代えて、開閉器１６と同等の絶縁抵抗を有するリレーやコンタクタ等を「第２の開閉機構」として接続することも可能である。このような構成としても、試験対象の半導体素子（ＩＧＢＴモジュール２００）の電気的特性の測定時において、電気的ストレスを印加するための電源による測定誤差を抑制することができる。

ただし、測定回路２０は、ストレス印加モードにおいて、「第２の開閉機構」の絶縁抵抗を介して、ストレス印加回路１０から電気的に切り離される。したがって、ストレス印加時に発生し得るサージならびに異常電流および電圧からの、測定回路２０内の微小電流計２８に代表される低耐圧のデリケートな構成部品の保護性能は、当該絶縁抵抗に依存することが理解される。このため、ドローアウトコネクタ４０と同等の絶縁抵抗を有するドローアウトコネクタ５０を「第２の開閉機構」として用いることで、測定回路２０の構成部品を十分に保護することがさらに可能となる。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２に係る信頼性試験装置１００ｂの構成を説明する回路図である。

図４を図１と比較して、実施の形態２に係る信頼性試験装置１００ｂは、図１に示した信頼性試験装置１００ａと比較して、スナバコンデンサ７０の配置態様が異なる。具体的には、実施の形態２の構成では、スナバコンデンサ７０は、試験対象（ＩＧＢＴモジュール２００）と接続された電力線２０１および２０２の間に、ドローアウトコネクタ８０と直列に接続されている。

ドローアウトコネクタ８０は、コントローラ６０からの電気信号ＳＧ３に従って、スナバコンデンサ７０を、電力線２１および２２を経由してＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６に電気的に接続する接続状態と、スナバコンデンサ７０をＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６から電気的に切り離す遮断状態とのいずれかに制御される。

ドローアウトコネクタ８０は、ドローアウトコネクタ４０と同様に構成することができる。すなわち、スナバコンデンサ７０は「スナバ回路」の一実施例に対応し、ドローアウトコネクタ８０は「第３の開閉機構」の一実施例に対応する。

実施の形態１に係る信頼性試験装置１００ａ（図１）では、スナバコンデンサ７０は、ドローアウトコネクタ４０よりも直流電源Ｂ１側に設置されている。これにより、ドローアウトコネクタ４０を用いて、測定モードにおいて、スナバコンデンサ７０をリーク電流測定経路から切り離すことが可能である。

しかしながら、リカバリサージの発生を抑制する観点からは、スナバコンデンサ７０は、ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６に近い場所に設置することが好ましい。一方で、図１の構成例では、スナバコンデンサ７０およびＩＧＢＴモジュール２００（ＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６）の間の配線長を短くすることには限界がある。

このため、スナバコンデンサ７０を、電力線２０１および２０２の間、すなわち、ドローアウトコネクタ４０，５０よりも試験対象側に接続すると、リカバリサージの抑制には効果がある一方で、スナバコンデンサ７０が、測定モードにおけるＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６に係る電流測定経路に接続されることになるため、リーク電流等の微小電流の測定結果に影響を与えることが懸念される。

したがって、実施の形態２に係る信頼性試験装置１００ｂでは、スナバコンデンサ７０と直列に接続されたドローアウトコネクタ８０を遮断状態に制御することにより、測定モードにおけるＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６に係る電流測定経路から、スナバコンデンサ７０を十分な絶縁抵抗を介して切り離すことが可能となる。この結果、測定モードでのリーク電流等の微小電流の測定結果への影響を抑制することが可能である。

図５は、実施の形態２に係る信頼性試験装置１００ｂにおける信頼性確認試験の制御処理を説明するフローチャートである。

図５を図３と比較して、実施の形態２に係る信頼性試験では、図３のステップＳ８０およびＳ１２０に代えて、ステップＳ８０♯およびＳ１２０♯が実行される点で異なる。図５のその他の各ステップの処理は、図３と同様であるので詳細な説明は繰返さない。

ステップＳ８０♯では、コントローラ６０は、ドローアウトコネクタ４０と連動してドローアウトコネクタ８０を接続状態から遮断状態に変化させるように、電気信号ＳＧ１およびＳＧ３を生成する。同様に、コントローラ６０は、ステップＳ１２０♯では、ドローアウトコネクタ４０と連動してドローアウトコネクタ８０を接続状態から遮断状態に変化させるように、電気信号ＳＧ１およびＳＧ３を生成する。

これにより、実施の形態２に係る信頼性試験装置１００ｂでは、ストレス印加モードでは、スナバコンデンサ７０をＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６に対して短い配線長で接続することで、サージ抑制効果を高めることができる。さらに、測定モードでは、ドローアウトコネクタ８０によってスナバコンデンサ７０をＩＧＢＴ素子Ｓ１〜Ｓ６のリーク電流経路から切り離すことによって、測定モードでの電気的測定の精度を維持することができる。

スナバコンデンサ７０に流れる電流はドローアウトコネクタ４０と比較して小さいため、ドローアウトコネクタ８０は、ドローアウトコネクタ４０よりも低電流定格で構成することができる。この結果、ドローアウトコネクタ８０は小型で作製可能であるため、試験対象であるＩＧＢＴモジュール２００付近への設置も容易である。

あるいは、測定モードにおいて、スナバコンデンサ７０およびＩＧＢＴモジュール２００（試験対象）の間は、ドローアウトコネクタ４０と同等の絶縁抵抗によって遮断しなくても、直流電源Ｂ１の影響による電気的特性（リーク電流）の測定誤差を抑制することができる。したがって、実施の形態２に係る信頼性試験装置１００ｂでは、ドローアウトコネクタ５０（第２の開閉機構）と同様に、ドローアウトコネクタ８０についても、開閉器１６と同等の絶縁抵抗を有するリレーやコンタクタ等を「第３の開閉機構」として配設することが可能である。

なお、本実施の形態では、高絶縁抵抗を有する「開閉機構（第１の開閉機構）」としてドローアウトコネクタを例示したが、同程度の絶縁抵抗および必要な電流定格が確保される限り、任意の開閉機構を適用することが可能である。たとえば、押し当て型のコンタクト（バットコンタクト）機構、ナイフ式のスイッチ機構等によっても、機械的な着脱機構を伴って接点間の接続状態および遮断状態を切替える構成を有することで、同等の高絶縁抵抗を確保可能な「開閉機構」を実現することができる。

また、本実施の形態では、電気信号に応じて接続状態および遮断状態が切替えられる自動式の「開閉機構」を用いることにより、図３および図５の制御処理によって、試験開始のトリガ入力後は、自動的に信頼性試験が実行される構成例を説明した。一方で、本実施の形態において、自動的な開閉機構に代えて、ユーザ操作によって接続状態および遮断状態が切替えられる手動式の開閉機構を適用することも可能である。この場合には、ステップＳ１０，Ｓ６０，Ｓ８０，Ｓ１２０（図３）および、ステップＳ１０，Ｓ６０，Ｓ８０♯，Ｓ１２０♯（図５）での処理をコントローラ６０のみによって自動的に完了することはできないが、これらの各ステップでは、ユーザ操作を促すメッセージ出力の後、当該操作完了を示すユーザ入力の確認が、これらの各ステップで実行することにより、半自動の態様で、同様の電気的ストレスの印加モードおよび電気的測定を含む信頼性確認試験を実行することが可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ ストレス印加回路、１１〜１５，２１，２１ａ，２１ｂ，２２〜２５，２０１〜２０５ 電力線、１６ リレー、１７ 負荷回路、１８ 負荷インダクタ、１９ 負荷抵抗、２０ 測定回路、２６ 測定対象選択回路、２７ 測定項目切替回路、２８ 微小電流計、３０ ゲートドライバ、３５ ゲート選択回路、４０，５０，８０ ドローアウトコネクタ、６０ コントローラ、６１ コネクタ、６２ レセプタクル、６３ マニピュレータ、７０ スナバコンデンサ、１００ａ，１００ｂ 信頼性試験装置、２００ モジュール、Ｂ１，Ｂ２ 直流電源、ＣＰ１，ＣＰ２ 接点、Ｉｔｓｔ 測定値、Ｌ 離間距離（接点間）、Ｓ１〜Ｓ６ ＩＧＢＴ素子、ＳＧ０〜ＳＧ３ 電気信号。

Claims (7)

1. 試験対象となる半導体素子に対して電気的なストレスを印加するためのストレス印加回路と、
   前記半導体素子の電気的特性を測定するための測定回路と、
   前記半導体素子と前記ストレス印加回路との間を電気的に接続または遮断するための第１の開閉機構と、
   前記半導体素子と前記測定回路との間を電気的に接続または遮断するための第２の開閉機構とを備え、
   前記ストレス印加回路は、
   前記電気的なストレスを発生するための電源と、
   前記電源および前記第１の開閉機構の間に接続された開閉器とを含み、
   前記第１の開閉機構の遮断状態における絶縁抵抗は、前記開閉器の開放状態における絶縁抵抗よりも高い、信頼性試験装置。
2. 前記開閉器は、半導体リレー、電磁リレーまたは、コンタクタによって構成される、請求項１に記載の信頼性試験装置。
3. 前記第２の開閉機構の遮断状態における絶縁抵抗は、前記開閉器の開放状態における絶縁抵抗よりも高い、請求項１または２に記載の信頼性試験装置。
4. 前記第１および第２の開閉機構は、第１および第２の電気信号にそれぞれ応じて接続状態または前記遮断状態に制御されるように構成され、
   前記信頼性試験装置は、
   前記第１および第２の電気信号を発生する制御装置をさらに備え、
   前記制御装置は、
   前記第１の開閉機構を前記接続状態とする一方で前記第２の開閉機構を前記遮断状態とするように前記第１および第２の電気信号を生成する第１の試験モードと、
   前記第１の開閉機構を前記遮断状態とする一方で前記第２の開閉機構を前記接続状態とするように前記第１および第２の電気信号を生成する第２の試験モードとを交互に実行する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の信頼性試験装置。
5. 前記第１および第２の開閉機構よりも前記半導体素子側において、前記半導体素子に対してスナバ回路を電気的に接続または遮断するための第３の開閉機構をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の信頼性試験装置。
6. 前記第１、第２および第３の開閉機構は、第１、第２および第３の電気信号にそれぞれ応じて接続状態または前記遮断状態に制御されるように構成され、
   前記信頼性試験装置は、
   前記第１、第２および第３の電気信号を発生する制御装置をさらに備え、
   前記制御装置は、
   前記第１および第３の開閉機構を前記接続状態とする一方で前記第２の開閉機構を前記遮断状態とするように前記第１、第２および第３の電気信号を生成する第１の試験モードと、
   前記第１および第３の開閉機構を前記遮断状態とする一方で前記第２の開閉機構を前記接続状態とするように前記第１、第２および第３の電気信号を生成する第２の試験モードとを交互に実行する、請求項５記載の信頼性試験装置。
7. 前記第１の開閉機構は、１０の１２乗オーム以上の絶縁抵抗を有するコネクタまたはスイッチによって構成される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の信頼性試験装置。

Images