JP2019052855A - Thermal resistance measuring apparatus and thermal resistance measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、熱抵抗測定装置及び熱抵抗測定方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a thermal resistance measurement device and a thermal resistance measurement method.
従来、半導体素子の放熱能力を測定するために熱抵抗測定が行われていた。
例えば、半導体素子としてMOSFETの熱抵抗を測定するに際して、当該MOSFETの消費電力が一定となるようにゲート電圧を制御し、ゲート電圧閾値の温度特性を利用して熱抵抗を測定するΔVgs法及びMOSFETのゲート電圧を一定に制御し、MOSFETのオン抵抗の温度特性を利用して熱抵抗を測定するΔVds法が用いられていた。
Conventionally, thermal resistance measurement has been performed to measure the heat dissipation capability of a semiconductor element.
For example, when measuring the thermal resistance of a MOSFET as a semiconductor element, the gate voltage is controlled so that the power consumption of the MOSFET is constant, and the thermal resistance is measured using the temperature characteristic of the gate voltage threshold, and the MOSFET The ΔVds method is used in which the gate voltage is controlled to be constant and the thermal resistance is measured using the temperature characteristics of the on-resistance of the MOSFET.
ところで、上述したΔVgs法及びΔVds法を用いて熱抵抗測定を行う場合、ΔVgs法による素子加熱前後の素子温度計測電流と、ΔVds法による素子加熱のための加熱電流と、はいずれも正極性であり、同一方向に電流が流れるため、素子の加熱直後に電流が発振等により収束しない場合には、いずれの電流であるかの判定が困難となる。
このため収束を待つために加熱してから計測に至るまでの時間を長くとる必要があり、素子の冷却が進んでしまい、測定しようとした素子温度と実際の素子温度とが乖離し、誤差が発生する虞があった。
そこで、本発明は、簡易な構成で熱抵抗測定の高精度化を図ることが可能な熱抵抗測定装置及び熱抵抗測定方法を提供することにある。
By the way, when the thermal resistance measurement is performed using the above-described ΔVgs method and ΔVds method, the element temperature measurement current before and after element heating by the ΔVgs method and the heating current for element heating by the ΔVds method are both positive. In addition, since current flows in the same direction, if the current does not converge due to oscillation or the like immediately after heating the element, it is difficult to determine which current it is.
For this reason, in order to wait for convergence, it is necessary to take a long time from heating to measurement, and the cooling of the element progresses, the temperature of the element to be measured deviates from the actual element temperature, and an error occurs. There was a risk of occurrence.
Then, this invention is providing the thermal resistance measuring apparatus and the thermal resistance measuring method which can aim at high precision of thermal resistance measurement with a simple structure.
本発明の実施形態にかかる熱抵抗測定装置は、制御端子としての第1端子並びに第2端子及び第3端子を備え、前記第2端子と前記第3端子間に前記第1端子の制御状態に応じた電流を双方向に流すことが可能な半導体素子の熱抵抗を測定する熱抵抗測定装置であって、第2端子から第3端子に向けて電流が流れている状態における第2端子−前記第3端子間の電圧と半導体素子のジャンクション温度との関係を予め記憶したテーブルと、第2端子から第3端子に向けて流れる加熱用電流により半導体素子を加熱し、加熱の前後において第3端子から第2端子に向けて計測用電流が流れている状態で第2端子−第3端子間の電圧を測定する電圧測定部と、電圧測定部で測定した加熱前後の電圧差及びテーブルに基づいて半導体素子の熱抵抗値を算出する熱抵抗算出部と、を備える。
上記構成によれば、加熱用電流と計測用電流とを容易に識別できるため、加熱してから計測に至るまでの時間を短くすることができ、熱抵抗測定の高精度化を図ることができる。
A thermal resistance measurement apparatus according to an embodiment of the present invention includes a first terminal, a second terminal, and a third terminal as control terminals, and the control state of the first terminal is between the second terminal and the third terminal. A thermal resistance measuring device for measuring the thermal resistance of a semiconductor element capable of flowing a corresponding current bidirectionally, the second terminal in a state in which a current flows from the second terminal toward the third terminal- A table in which the relationship between the voltage between the third terminals and the junction temperature of the semiconductor element is stored in advance, the semiconductor element is heated by a heating current flowing from the second terminal toward the third terminal, and the third terminal before and after the heating. Based on the voltage measurement unit that measures the voltage between the second terminal and the third terminal in a state where the measurement current flows from the first terminal to the second terminal, the voltage difference before and after heating measured by the voltage measurement unit, and the table Thermal resistance value of semiconductor element Comprising a heat resistance calculating unit that calculates a.
According to the above configuration, since the heating current and the measurement current can be easily identified, the time from heating to measurement can be shortened, and the accuracy of the thermal resistance measurement can be improved. .
また実施形態に係る熱抵抗測定装置において、計測用電流を流すための第1定電流回路と、加熱用電流を流すための第2定電流回路と、温度計測電流及び前記加熱用電流が流れている状態で第1端子−第3端子間の電圧を測定する第2の電圧測定回路と、第2の電圧測定回路により測定された電圧、計測用電流の電流値及び加熱用電流の電流値に基づいて、半導体素子の消費電力を算出する消費電力算出部と、を備え、熱抵抗算出部は、消費電力に基づいて半導体素子の熱抵抗値を算出するようにしてもよい。
上記構成によれば、簡易な構成で熱抵抗測定の高精度化を図ることができる。
In the thermal resistance measurement apparatus according to the embodiment, a first constant current circuit for flowing a measurement current, a second constant current circuit for flowing a heating current, a temperature measurement current, and the heating current flow. The second voltage measuring circuit for measuring the voltage between the first terminal and the third terminal in the state of being, the voltage measured by the second voltage measuring circuit, the current value of the measuring current, and the current value of the heating current And a power consumption calculation unit that calculates power consumption of the semiconductor element, and the thermal resistance calculation unit may calculate the thermal resistance value of the semiconductor element based on the power consumption.
According to the above configuration, it is possible to increase the accuracy of the thermal resistance measurement with a simple configuration.
また、実施形態に係る熱抵抗測定装置において、第1端子にカソードが接続され、第3端子にアノードが接続されて、第1端子の印加電圧が所定電圧を超えないようにする端子保護ダイオードを備えるようにしてもよい。
上記構成によれば、熱抵抗測定対象の半導体素子を確実に保護しつつ、熱抵抗測定の高精度化を図ることができる。
また、実施形態に係る熱抵抗測定装置において、半導体素子は、GaN半導体素子であり、第1端子は、ゲート端子、第2端子は、ドレイン端子、第3端子は、ソース端子であるようにしてもよい。
上記構成によれば、ボディダイオード(寄生ダイオード)を有しないGaN半導体素子においても、簡易な構成で熱抵抗測定の高精度化を図ることができる。
Further, in the thermal resistance measurement apparatus according to the embodiment, a terminal protection diode is provided in which a cathode is connected to the first terminal and an anode is connected to the third terminal so that the applied voltage of the first terminal does not exceed a predetermined voltage. You may make it prepare.
According to the above configuration, it is possible to increase the accuracy of the thermal resistance measurement while reliably protecting the semiconductor element to be measured for thermal resistance.
In the thermal resistance measurement apparatus according to the embodiment, the semiconductor element is a GaN semiconductor element, the first terminal is a gate terminal, the second terminal is a drain terminal, and the third terminal is a source terminal. Also good.
According to the above configuration, even in a GaN semiconductor element that does not have a body diode (parasitic diode), it is possible to improve the accuracy of thermal resistance measurement with a simple configuration.
本発明の実施形態にかかる熱抵抗測定方法は、制御端子としての第1端子並びに第2端子及び第3端子を備え、第2端子と第3端子間に第1端子の制御状態に応じた電流を双方向に流すことが可能な半導体素子の熱抵抗を測定する熱抵抗測定装置で実行される熱抵抗測定方法あって、熱抵抗測定装置は、前記第2端子から前記第3端子に向けて電流が流れている状態における前記第2端子−前記第3端子間の電圧と前記半導体素子のジャンクション温度との関係を予め記憶したテーブルを備え、第2端子から第3端子に向けて流れる加熱用電流により半導体素子を加熱し、加熱の前後において第3端子から第2端子に向けて計測用電流のみが流れている状態で第2端子−第3端子間の電圧を測定する電圧測定過程と、電圧測定過程において測定した加熱前後の電圧差を算出する電圧差算出過程と、電圧差及びテーブルに基づいて半導体素子の熱抵抗値を算出する熱抵抗算出過程と、を備える。
上記構成によれば、加熱用電流と計測用電流とを容易に識別できるため、加熱してから計測に至るまでの時間を短くすることができ、熱抵抗測定の高精度化を図ることができる。
A thermal resistance measurement method according to an embodiment of the present invention includes a first terminal, a second terminal, and a third terminal as control terminals, and a current corresponding to a control state of the first terminal between the second terminal and the third terminal. There is a thermal resistance measurement method executed by a thermal resistance measurement device that measures the thermal resistance of a semiconductor element that can flow in both directions, the thermal resistance measurement device being directed from the second terminal toward the third terminal. A table for storing in advance the relationship between the voltage between the second terminal and the third terminal and the junction temperature of the semiconductor element in a state where current is flowing, and for heating that flows from the second terminal toward the third terminal A voltage measurement process in which the semiconductor element is heated by a current, and a voltage between the second terminal and the third terminal is measured in a state where only a measurement current flows from the third terminal to the second terminal before and after the heating; Measured during the voltage measurement process Comprising the voltage difference calculating step of calculating the voltage difference before and after heating, and the heat resistance calculation step of calculating the thermal resistance of the semiconductor element based on the voltage difference and the table, the.
According to the above configuration, since the heating current and the measurement current can be easily identified, the time from heating to measurement can be shortened, and the accuracy of the thermal resistance measurement can be improved. .
以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用、結果、および効果は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能であるとともに、基本的な構成に基づく種々の効果や、派生的な効果のうちの少なくとも一つを得ることが可能である。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention are disclosed. The configuration of the embodiment shown below and the operations, results, and effects brought about by the configuration are examples. The present invention can be realized by configurations other than those disclosed in the following embodiments, and at least one of various effects based on the basic configuration and derivative effects can be obtained. .
まず実施形態の説明に先立ち、実施形態の原理について説明する。
窒化ガリウム(GaN)を用いた半導体素子としてのGaNトランジスタの熱抵抗を測定するに際し、出願人らは、GaNトランジスタのドレイン端子とソース端子間に負バイアスを印加したソース−ドレイン間電圧Vsdとソース端子からドレイン端子に向かって流れるソース−ドレイン間電流Isdとの関係に温度依存性があることを見いだした。
First, prior to the description of the embodiment, the principle of the embodiment will be described.
In measuring the thermal resistance of a GaN transistor as a semiconductor device using gallium nitride (GaN), the applicants applied a negative bias between the drain terminal and the source terminal of the GaN transistor and the source-drain voltage Vsd and the source. It has been found that the relationship between the source-drain current Isd flowing from the terminal toward the drain terminal is temperature dependent.
そこで、実施形態においては、GaNトランジスタの加熱用の電流は、正バイアスを印加することによりドレイン端子側からソース端子側に流すとともに、熱抵抗測定時の測定用電流を流す際には負バイアスを印加することによりソース端子側からドレイン端子側に流すことで、加熱用電流と測定用電流とを容易に識別でき、測定精度を向上することができるようにしている。 Therefore, in the embodiment, the current for heating the GaN transistor is caused to flow from the drain terminal side to the source terminal side by applying a positive bias, and when a current for measurement at the time of measuring the thermal resistance is passed, a negative bias is applied. By applying the current to the drain terminal side from the source terminal side, the heating current and the measurement current can be easily identified, and the measurement accuracy can be improved.
[1]第1実施形態
図1は、第1実施形態の熱抵抗測定装置の概要構成説明図である。
図1においては、熱抵抗測定対象の半導体素子としてGaNトランジスタTRの場合を一例として説明する。
図1において、熱抵抗測定対象の半導体素子としてGaNトランジスタTRは、第1端子T1(=ゲート端子g)と、第2端子T2(=ドレイン端子d)と、第3端子T3(=ソース端子s)とを備えている。
[1] First Embodiment FIG. 1 is an explanatory diagram of a schematic configuration of a thermal resistance measuring apparatus according to a first embodiment.
In FIG. 1, a case of a GaN transistor TR as an example of a semiconductor element to be measured for thermal resistance will be described.
In FIG. 1, a GaN transistor TR as a semiconductor element to be measured for thermal resistance includes a first terminal T1 (= gate terminal g), a second terminal T2 (= drain terminal d), and a third terminal T3 (= source terminal s). ).
第1実施形態の熱抵抗測定装置10は、一端に熱抵抗測定対象の半導体素子であるGaNトランジスタTRの第2端子T2が接続され、他端が接地された計測電流用定電流源11と、GaNトランジスタTRに加熱用電力を供給する加熱用電源12と、一端が第2端子T2に接続され、他端が加熱用電源12に接続され加熱用電源12をGaNトランジスタTRに接続する加熱用スイッチ13と、アノードがGaNトランジスタTRの第2端子T2に接続され、カソードがGaNトランジスタTRの第1端子T1に接続された逆流防止用ダイオード14と、一端が逆流防止用ダイオード14のアノードに接続され、他端が接地されたバイアス電圧印加用のバイアス抵抗15と、一端が第3端子T3に接続され、他端が接地された加熱電流用定電流源16と、第1端子T1と第3端子T3との間の電圧であるゲート−ソース間電圧Vgsを測定するゲート−ソース間電圧測定器17と、第2端子T2と第3端子T3との間の電圧であるドレイン−ソース間電圧Vdsを測定するドレイン−ソース間電圧測定器18と、を備えている。
The thermal
次に第1実施形態における熱抵抗測定動作について説明する。
図2は、実施形態の熱抵抗測定動作処理フローチャートである。
図3は、実施形態の熱抵抗測定動作の説明図である。
Next, the thermal resistance measurement operation in the first embodiment will be described.
FIG. 2 is a flowchart of thermal resistance measurement operation processing according to the embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram of the thermal resistance measurement operation of the embodiment.
熱抵抗測定を行うに際しては、まず、熱抵抗測定装置10は、第1フェーズPH1(=時刻t0〜時時刻t1)において計測スタンバイ状態となる(ステップS11)。
具体的には、図3における時刻t0〜時刻t1の期間である第1フェーズPH1においては、加熱用電源12を起動し、一定の加熱用電圧を印加できるように調整を行う。
When performing the thermal resistance measurement, first, the thermal
Specifically, in the first phase PH1, which is the period from time t0 to time t1 in FIG. 3, adjustment is performed so that the
この場合において、GaNトランジスタTRの熱抵抗測定時に第3端子T3から第2端子へ流れる電流に対する第3端子T3−第2端子間電圧の温度特性及び温度係数、すなわち、ソース−ドレイン間電流Isdに対するソース−ドレイン間電圧Vsdの温度特性及びその温度係数K(Kファクタ)は予め取得されているものとする。 In this case, the temperature characteristic and temperature coefficient of the voltage between the third terminal T3 and the second terminal with respect to the current flowing from the third terminal T3 to the second terminal when measuring the thermal resistance of the GaN transistor TR, that is, with respect to the source-drain current Isd. It is assumed that the temperature characteristic of the source-drain voltage Vsd and its temperature coefficient K (K factor) are acquired in advance.
続いて熱抵抗測定装置10は、第2フェーズPH2(=時刻t1〜時時刻t2)においては、計測電流用定電流源11を用いて、GaNトランジスタTRの第3端子T3から第2端子T2方向へ、すなわち、GaNトランジスタTRのソース端子sからドレイン端子d方向へ計測用電流Imを流す。
Subsequently, in the second phase PH2 (= time t1 to time t2), the thermal
そして計測用電流Imを流し始めてから計測用電流Iの電流量が安定な状態となる所定の時間Δt1が経過すると、ドレイン−ソース間電圧Vdsをドレイン−ソース間電圧測定器18により測定する(ステップS12)。 When a predetermined time Δt1 when the current amount of the measurement current I becomes stable after the measurement current Im starts to flow, the drain-source voltage Vds is measured by the drain-source voltage measuring instrument 18 (step S1). S12).
図4は、規格化したドレイン−ソース間電圧とジャンクション温度との関係説明図である。
測定したドレイン−ソース間電圧Vdsを電圧Vm1とする。
この時のドレイン−ソース間電圧Vdsとジャンクション温度との関係は図4に示すようになっている。
そしてドレイン−ソース間電圧Vdsを計測した後も、計測用電流Imを流し続けておく。
FIG. 4 is an explanatory diagram of the relationship between the normalized drain-source voltage and the junction temperature.
The measured drain-source voltage Vds is defined as a voltage Vm1.
The relationship between the drain-source voltage Vds and the junction temperature at this time is as shown in FIG.
Then, after measuring the drain-source voltage Vds, the measurement current Im is kept flowing.
ここで、計測用電流Imの電流量は、半導体素子であるGaNトランジスタTRが加熱されることがない、すなわち、GaNトランジスタTRの温度が変化することはないような微小電流に設定されている。 Here, the amount of current Im for measurement is set to a minute current that does not heat the GaN transistor TR, which is a semiconductor element, that is, does not change the temperature of the GaN transistor TR.
さらに熱抵抗測定装置10は、第3フェーズPH3(=時刻t2〜時時刻t3)においては、加熱用スイッチ13がオン状態(閉状態)とされる。
これにより、GaNトランジスタTRの第2端子T2、すなわち、ドレイン端子dに所定電圧VHが印加される。
Further, in the thermal
As a result, the predetermined voltage VH is applied to the second terminal T2 of the GaN transistor TR, that is, the drain terminal d.
この結果、逆流防止用ダイオード14を介して、GaNトランジスタTRの第1端子T1、すなわち、ゲート端子gに電圧VHから逆流防止用ダイオードの順方向電圧Vfを差し引いた電圧VH−Vfが印加される。
そして、GaNトランジスタTRの第1端子T1に印加される電圧が、GaNトランジスタTRの閾値電圧以上となると、GaNトランジスタTRがオン状態(閉状態)となる。
As a result, the voltage VH−Vf obtained by subtracting the forward voltage Vf of the backflow prevention diode from the voltage VH is applied to the first terminal T1 of the GaN transistor TR, that is, the gate terminal g, via the
When the voltage applied to the first terminal T1 of the GaN transistor TR becomes equal to or higher than the threshold voltage of the GaN transistor TR, the GaN transistor TR is turned on (closed state).
このとき、GaNトランジスタTRの第1端子T1と第3端子T3との間の電圧、すなわち、ゲート−ソース間電圧Vgsをゲート−ソース間電圧測定器17により測定する(ステップS13)。 At this time, the voltage between the first terminal T1 and the third terminal T3 of the GaN transistor TR, that is, the gate-source voltage Vgs is measured by the gate-source voltage measuring instrument 17 (step S13).
このゲート−ソース間電圧Vgsの測定時には、加熱用電流IHがドレイン端子dからソース端子s側に向かって流れており、かつ、ソース端子sからドレイン端子d側に向かって計測用電流Imが流れているため、実効的には、第2端子T2であるドレイン端子dから第3端子T3であるソース端子sに流れる最大電流は、それらの電流の差分であるIH−Imとなる。 At the time of measuring the gate-source voltage Vgs, the heating current IH flows from the drain terminal d toward the source terminal s, and the measurement current Im flows from the source terminal s toward the drain terminal d. Therefore, effectively, the maximum current flowing from the drain terminal d, which is the second terminal T2, to the source terminal s, which is the third terminal T3, is IH−Im which is the difference between these currents.
したがって、GaNトランジスタTRにおける消費電力PWは、次式により求める(ステップS14)。
PW=VH・(IH−Im)
Therefore, the power consumption PW in the GaN transistor TR is obtained by the following equation (step S14).
PW = VH · (IH-Im)
さらに熱抵抗測定装置10は、第4フェーズPH4(=時刻t3〜時時刻t4)においては、加熱用スイッチ13がオフ状態(開状態)とされる。
この結果、GaNトランジスタTRへの加熱用電源12による電圧印加は遮断されるので第1端子T1、すなわち、ゲート端子gの電位は、バイアス抵抗15を介して接地レベルとなり、GaNトランジスタTRの第1端子T1に印加される電圧が、GaNトランジスタTRの閾値電圧未満となると、GaNトランジスタTRがオフ状態(開状態)となる。
Further, in the thermal
As a result, voltage application by the
そして、第2端子T2から第3端子T3に流れる電流は、計測用電流Imに収束してゆくこととなる。
その後、加熱を停止することによる温度低下が無視できる(所定範囲内)とともに、計測用電流Imの電流量が安定な状態とみなせる所定の時間Δt2が経過すると、ドレイン−ソース間電圧Vdsをドレイン−ソース間電圧測定器18により測定する。測定したドレイン−ソース間電圧Vdsを電圧Vm2とする(ステップS15)。
Then, the current flowing from the second terminal T2 to the third terminal T3 converges to the measurement current Im.
Thereafter, the temperature drop due to the stop of heating can be ignored (within a predetermined range), and when a predetermined time Δt2 at which the current amount of the measurement current Im can be regarded as being stable has elapsed, the drain-source voltage Vds is reduced to the drain-source voltage. The voltage is measured by the source-to-source
このときGaNトランジスタTRのジャンクション温度は、加熱用電流IHにより上昇しているため、
Vm1≠Vm2 (∴|Vm1−Vm2|≠0)
となっている。
At this time, since the junction temperature of the GaN transistor TR is increased by the heating current IH,
Vm1 ≠ Vm2 (∴ | Vm1-Vm2 | ≠ 0)
It has become.
そこで、電圧Vm1と電圧Vm2との差である電圧差ΔVmを次式により算出する(ステップS16)。
ΔVm=Vm1−Vm2
Therefore, the voltage difference ΔVm, which is the difference between the voltage Vm1 and the voltage Vm2, is calculated by the following equation (step S16).
ΔVm = Vm1-Vm2
これにより、差電圧ΔVm及び温度係数K(Kファクタ)に基づいて、加熱前のGaNトランジスタTRのジャンクション温度(Tj1)と加熱後のGaNトランジスタTRのジャンクション温度(Tj2)との差であるジャンクション温度差ΔTjを次式により算出する(ステップS17)。
ΔTj=Tj1−Tj2
Thereby, based on the differential voltage ΔVm and the temperature coefficient K (K factor), the junction temperature which is the difference between the junction temperature (Tj1) of the GaN transistor TR before heating and the junction temperature (Tj2) of the GaN transistor TR after heating. The difference ΔTj is calculated by the following equation (step S17).
ΔTj = Tj1-Tj2
そしてジャンクション温度差ΔTj及び消費電力PWに基づいて次式によりGaNトランジスタTRの熱抵抗RTを算出する(ステップS18)。
RT=ΔTj/PW
Based on the junction temperature difference ΔTj and the power consumption PW, the thermal resistance RT of the GaN transistor TR is calculated by the following equation (step S18).
RT = ΔTj / PW
そして熱抵抗測定装置10は、第5フェーズPH5(=時刻t4〜時時刻t5)においては、待機状態となり、GaNトランジスタTRは放熱により徐々に冷却され、第2端子T2から第3端子T3との間の電圧であるドレイン−ソース電圧Vdsは徐々に電圧Vm1へと収束していくこととなる(ステップS19)。
In the fifth phase PH5 (= time t4 to time t5), the thermal
そして熱抵抗測定装置10は、第6フェーズPH6(=時刻t5〜時時刻t6)おいては、加熱用電源12はオフされ(ステップS20)、熱抵抗測定が終了する。
In the thermal
以上の説明のように、本第1実施形態によれば、半導体装置の加熱前後の温度測定(Vds法)に用いる計測用電流Imは、ソース端子sからドレイン端子d側に流れ、加熱用電流IHは、ドレイン端子dからソース端子s側に流れるので、計測用電流Imであるのか加熱用電流IHであるのかを容易に判別することができ、加熱後の半導体装置の温度を所望の温度範囲内でジャンクション温度を測定することができ、熱抵抗測定の高精度化を図ることが可能となる。
また、従来の半導体装置の構成に加えて、定電流源(測定用定電流源及び加熱用定電流源)及び加熱用スイッチを設けるだけの簡易な構成とすることができる。
As described above, according to the first embodiment, the measurement current Im used for the temperature measurement (Vds method) before and after the heating of the semiconductor device flows from the source terminal s to the drain terminal d side, and the heating current Since IH flows from the drain terminal d to the source terminal s side, it can be easily discriminated whether it is the measurement current Im or the heating current IH, and the temperature of the semiconductor device after heating can be determined within a desired temperature range. The junction temperature can be measured in the interior, and the accuracy of the thermal resistance measurement can be improved.
In addition to the configuration of the conventional semiconductor device, a simple configuration in which a constant current source (a constant current source for measurement and a constant current source for heating) and a heating switch are provided can be provided.
[2]第2実施形態
図5は、第2実施形態の熱抵抗測定装置の概要構成説明図である。
図5において、第2実施形態の熱抵抗測定装置10Aが図1の第1実施形態の熱抵抗測定装置10と異なる点は、逆流防止用ダイオード14のアノードとバイアス抵抗15との接続点にカソードが接続され、アノードが接地されたゲート保護ダイオード(ツェナーダイオード)21が接続されている点である。
半導体素子としてのGaNトランジスタTRを、シリコン(Si)をベースとしたMOSFETと比較した場合にゲート端子gの耐圧(ゲート耐圧)が低いことが知られている。
[2] Second Embodiment FIG. 5 is an explanatory diagram of a schematic configuration of a thermal resistance measuring apparatus according to a second embodiment.
In FIG. 5, the thermal
It is known that the breakdown voltage (gate breakdown voltage) of the gate terminal g is low when the GaN transistor TR as a semiconductor element is compared with a MOSFET based on silicon (Si).
そのため、第1端子T1であるゲート端子gを保護するために保護電圧以上の電圧がゲート端子gに印加された場合には、ゲート保護ダイオード(ツェナーダイオード)21は、GaNトランジスタTRのゲート端子gの電圧を一定に保つ(ツェナー電圧に保つ)ように動作する。 Therefore, when a voltage equal to or higher than the protection voltage is applied to the gate terminal g in order to protect the gate terminal g which is the first terminal T1, the gate protection diode (zener diode) 21 is connected to the gate terminal g of the GaN transistor TR. Operates so as to keep the voltage at a constant (kener voltage).
したがって、本第2実施形態によれば、GaNトランジスタTRの第1端子T1であるゲート端子gを確実に保護することができる。 Therefore, according to the second embodiment, the gate terminal g which is the first terminal T1 of the GaN transistor TR can be reliably protected.
[3]第3実施形態
図6は、第3実施形態の熱抵抗測定装置の概要構成説明図である。
図6において、第3実施形態の熱抵抗測定装置10Bが図1の第1実施形態の熱抵抗測定装置10と異なる点は、計測電流用定電流源11、加熱用電源12、加熱用スイッチ13及び加熱電流用定電流源16を制御するとともに、ゲート−ソース間電圧測定器17及びドレイン−ソース間電圧測定器18からの測定結果を受け取って熱抵抗測定処理を行うコントローラ22を備えた点である。
[3] Third Embodiment FIG. 6 is a schematic configuration explanatory diagram of a thermal resistance measurement apparatus according to a third embodiment.
In FIG. 6, the thermal
本構成によれば、上記第1実施形態と同様の効果を奏するとともに、上記第1実施形態で説明した熱抵抗測定における一連の動作を自動的に行うことができる。
したがって、簡易な構成で高精度に、かつ、自動的に熱抵抗測定を行うことができる。
According to this configuration, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and a series of operations in the thermal resistance measurement described in the first embodiment can be automatically performed.
Therefore, the thermal resistance can be automatically measured with a simple configuration with high accuracy.
本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
例えば、以上の説明においては、半導体素子として、GaNトランジスタについて説明したが、SiCトランジスタ等の他の半導体素子に対しても同様に適用が可能である。
Although the embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples, and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
For example, in the above description, a GaN transistor has been described as a semiconductor element. However, the present invention can be similarly applied to other semiconductor elements such as a SiC transistor.
10、10A、10B…熱抵抗測定装置、11…計測電流用定電流源、12…加熱用電源、13…加熱用スイッチ、14…逆流防止用ダイオード、15…バイアス抵抗、16…加熱電流用定電流源、17…ゲート−ソース間電圧測定器(第2の電圧測定部)、18…ドレイン−ソース間電圧測定器(電圧測定部)、21…ゲート保護ダイオード、22…コントローラ、Vds…ドレイン−ソース間電圧、Vgs…ゲート−ソース間電圧、Im…計測用電流、IH…加熱用電流、PW…消費電力、T1…第1端子(ゲート端子g)、T2…第2端子(ドレイン端子d)、T3…第3端子〜第3端子、TR…GaNトランジスタ(半導体素子)、Vm1…電圧(加熱前ドレイン−ソース間電圧)、Vm2…電圧(加熱後ドレイン−ソース間電圧) ΔTj…ジャンクション温度差、ΔVm…差電圧。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記第2端子から前記第3端子に向けて電流が流れている状態における前記第2端子−前記第3端子間の電圧と前記半導体素子のジャンクション温度との関係を予め記憶したテーブルと、
前記第2端子から前記第3端子に向けて流れる加熱用電流により前記半導体素子を加熱し、前記加熱の前後において前記第3端子から前記第2端子に向けて計測用電流が流れている状態で前記第2端子−前記第3端子間の電圧を測定する電圧測定部と、
前記電圧測定部で測定した前記加熱前後の電圧差及び前記テーブルに基づいて前記半導体素子の熱抵抗値を算出する熱抵抗算出部と、
を備えた熱抵抗測定装置。 A semiconductor device having a first terminal, a second terminal, and a third terminal as control terminals, and capable of flowing a current according to a control state of the first terminal in a bidirectional manner between the second terminal and the third terminal. A thermal resistance measuring device for measuring the thermal resistance of an element,
A table that stores in advance a relationship between a voltage between the second terminal and the third terminal and a junction temperature of the semiconductor element in a state in which a current flows from the second terminal toward the third terminal;
The semiconductor element is heated by a heating current flowing from the second terminal toward the third terminal, and a measurement current flows from the third terminal toward the second terminal before and after the heating. A voltage measuring unit for measuring a voltage between the second terminal and the third terminal;
A thermal resistance calculation unit that calculates a thermal resistance value of the semiconductor element based on the voltage difference before and after the heating measured by the voltage measurement unit and the table;
Thermal resistance measuring device with
前記加熱用電流を流すための第2定電流回路と、
前記温度計測電流及び前記加熱用電流が流れている状態で前記第1端子−前記第3端子間の電圧を測定する第2の電圧測定回路と、
前記第2の電圧測定回路により測定された電圧、前記計測用電流の電流値及び前記加熱用電流の電流値に基づいて、前記半導体素子の消費電力を算出する消費電力算出部と、を備え、
前記熱抵抗算出部は、前記消費電力に基づいて前記半導体素子の熱抵抗値を算出する、
請求項1記載の熱抵抗測定装置。 A first constant current circuit for flowing the measurement current;
A second constant current circuit for flowing the heating current;
A second voltage measuring circuit for measuring a voltage between the first terminal and the third terminal in a state where the temperature measurement current and the heating current are flowing;
A power consumption calculation unit that calculates power consumption of the semiconductor element based on the voltage measured by the second voltage measurement circuit, the current value of the measurement current, and the current value of the heating current;
The thermal resistance calculator calculates a thermal resistance value of the semiconductor element based on the power consumption;
The thermal resistance measuring device according to claim 1.
請求項1又は請求項2記載の熱抵抗装置。 A cathode is connected to the first terminal, an anode is connected to the third terminal, and a terminal protection diode is provided to prevent an applied voltage of the first terminal from exceeding a predetermined voltage.
The thermal resistance device according to claim 1 or 2.
前記第1端子は、ゲート端子、
前記第2端子は、ドレイン端子、
前記第3端子は、ソース端子である、
請求項1乃至請求項3のいずれか一項記載の熱抵抗測定装置。 The semiconductor element is a GaN semiconductor element,
The first terminal is a gate terminal;
The second terminal is a drain terminal;
The third terminal is a source terminal;
The thermal resistance measuring device according to any one of claims 1 to 3.
前記熱抵抗測定装置は、前記第2端子から前記第3端子に向けて電流が流れている状態における前記第2端子−前記第3端子間の電圧と前記半導体素子のジャンクション温度との関係を予め記憶したテーブルを備え、
前記第2端子から前記第3端子に向けて流れる加熱用電流により前記半導体素子を加熱し、前記加熱の前後において前記第3端子から前記第2端子に向けて計測用電流のみが流れている状態で前記第2端子−前記第3端子間の電圧を測定する電圧測定過程と、
前記電圧測定過程において測定した前記加熱前後の電圧差を算出する電圧差算出過程と、
前記電圧差及び前記テーブルに基づいて前記半導体素子の熱抵抗値を算出する熱抵抗算出過程と、
を備えた熱抵抗測定方法。 A semiconductor device having a first terminal, a second terminal, and a third terminal as control terminals, and capable of flowing a current according to a control state of the first terminal in a bidirectional manner between the second terminal and the third terminal. There is a thermal resistance measurement method executed by a thermal resistance measurement device that measures the thermal resistance of an element,
The thermal resistance measuring apparatus previously determines a relationship between a voltage between the second terminal and the third terminal and a junction temperature of the semiconductor element in a state where a current flows from the second terminal toward the third terminal. With a memorized table,
The semiconductor element is heated by a heating current flowing from the second terminal toward the third terminal, and only a measurement current flows from the third terminal toward the second terminal before and after the heating. A voltage measuring process of measuring a voltage between the second terminal and the third terminal;
A voltage difference calculation process for calculating a voltage difference measured before and after the heating measured in the voltage measurement process;
A thermal resistance calculation step of calculating a thermal resistance value of the semiconductor element based on the voltage difference and the table;
A method for measuring thermal resistance.
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