JP2021032651A

JP2021032651A - 電力用半導体検査装置

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Publication number: JP2021032651A
Application number: JP2019151871A
Authority: JP
Inventors: 靖広坂井; Yasuhiro Sakai
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-08-22
Filing date: 2019-08-22
Publication date: 2021-03-01
Anticipated expiration: 2039-08-22
Also published as: JP7154198B2

Abstract

【課題】本発明は、健全性確認を容易に行うことのできる電力用半導体検査装置の提供を目的とする。【解決手段】本発明の電力用半導体検査装置は、接続対象の電力用半導体の静特性を測定する測定回路６１と、電力用半導体の被測定サンプル８と接触する検出プローブ３と、電力用半導体の校正用サンプル１と、測定回路６１と検出プローブ３の接続または非接続、および測定回路６１と校正用サンプル１の接続または非接続を切り替えるスイッチＳＷ１，ＳＷ２と、測定回路６１、校正用サンプル１、およびスイッチＳＷ１，ＳＷ２を収容する筐体１５と、を備える。スイッチＳＷ１，ＳＷ２の動作状況に応じて被測定サンプル８と校正用サンプル１のいずれかが測定回路に接続され、その静特性が測定回路に測定される。【選択図】図１

Description

この発明は、電力用半導体の検査に関する。

従来の電力用半導体検査装置（以下、単に「検査装置」とも称する）は、電力用半導体の出荷検査を開始する前の健全性確認を以下のように実施する。一般的には、校正用サンプルを下治具の上に固定し、検出プローブを備えた上治具をプレスすることにより、校正用サンプルと測定機を接続し、主回路電源より検出プローブに電源を供給して検査を行う。特許文献１には、検査治具をプレスして校正用サンプルの電気特性を測定することが記載されている。

特開２００７−１９８７５０号公報

検査装置の健全性確認は、電力用半導体の検査を実施する前に、校正用サンプルを用いて実施される。しかし、作業者が校正用サンプルのセットを手動で行うため検査を開始するまでに時間を要していた。本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、健全性確認を容易に行うことのできる電力用半導体検査装置の提供を目的とする。

本発明の電力用半導体検査装置は、接続対象の電力用半導体の静特性を測定する測定回路と、電力用半導体の被測定サンプルと接触する検出プローブと、電力用半導体の校正用サンプルと、前記測定回路と前記検出プローブの接続または非接続、および前記測定回路と前記校正用サンプルの接続または非接続を切り替えるスイッチと、前記測定回路、前記校正用サンプル、および前記スイッチを収容する筐体と、を備え、前記スイッチの動作状況に応じて前記被測定サンプルと前記校正用サンプルのいずれかが前記測定回路に接続され、その静特性が前記測定回路に測定される。

本発明の電力用半導体検査装置は、筐体に校正用サンプルを内蔵し、スイッチの制御により測定回路の測定対象を校正用サンプルと被測定サンプルの間で切り替える。従って、電力用半導体検査装置の健全性確認を容易に行うことができる。

実施の形態１の電力用半導体検査装置の構成を示す図である。実施の形態１の電力用半導体検査装置の回路図である。ディスクリート型の半導体スイッチング素子でスイッチを構成した実施の形態１の電力用半導体検査装置の回路図である。実施の形態２の電力用半導体検査装置の構成を示す図である。実施の形態３の電力用半導体検査装置の構成を示す図である。実施の形態３の電力用半導体検査装置の回路図である。実施の形態３の電力用半導体検査装置による健全性確認処理を示すフローチャートである。実施の形態４の電力用半導体検査装置の構成を示す図である。実施の形態５の電力用半導体検査装置の構成を示す図である。前提技術の電力用半導体検査装置の構成を示す図である。

＜Ａ．前提技術＞
図１０は、前提技術の電力用半導体検査装置１００の構成を示している。電力用半導体検査装置１００は、測定機５、下治具２、検出プローブ３、および上治具４を備えている。検出プローブ３は上治具４に固定されると共に、配線で測定機５と接続されている。測定機５は、主回路・制御電源６と、主回路・制御電源６を収納する筐体１５とを備えている。

電力用半導体検査装置１００の健全性確認は、以下のように行われる。まず、校正用サンプル１を下治具２の上に固定する。そして、検出プローブ３を備えた上治具４をプレスすることにより、校正用サンプル１と主回路・制御電源６を電気的に接触する。主回路・制御電源６から検出プローブ３に電源を供給し、校正用サンプル１の電気的特性を測定する。

＜Ｂ．実施の形態１＞
＜Ｂ−１．構成＞
図１は、実施の形態１の電力用半導体検査装置１０１の構成を示している。図１において、図１０に示した前提技術と同一の構成には同一の参照符号を付している。電力用半導体検査装置１０１は、測定機５１、下治具２、検出プローブ３、および上治具４を備えている。

測定機５１は、主回路・制御電源６に加えて、校正用サンプル１と、コネクタ７を筐体１５に内蔵している。校正用サンプル１は、測定機５１の筐体１５内において主回路・制御電源６の近くに設けられ、コネクタ７を介して主回路・制御電源６と配線接続される。主回路・制御電源６は、校正用サンプル１と接続されると、校正用サンプル１に電圧または電流を供給する。校正用サンプル１は、量産の製品サンプルである被測定サンプル８と同一の電気特性を有する。電力用半導体検査装置１０１は、校正用サンプル１の静特性を測定することにより、電力用半導体検査装置１０１が前回測定時と同じ状態であるか見極める。

下治具２の上には被測定サンプル８が固定される。被測定サンプル８とは出荷検査を行う電力用半導体である。検出プローブ３を備えた上治具４と下治具２とで被測定サンプル８を挟み込み、プレスすることで、被測定サンプル８が検出プローブ３と電気的に接触する。

図２は、電力用半導体検査装置１０１の回路図を示している。主回路・制御電源６は、直流電流源Ｉ、内部インピーダンスＺｓ、電圧計Ｖ、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を備えている。直流電流源Ｉ、内部インピーダンスＺｓ、および電圧計Ｖの並列接続によって、測定回路６１が構成されている。測定回路６１は、スイッチＳＷ１を介して校正用サンプル１と接続し、スイッチＳＷ２を介して検出プローブ３と接続する。

通常、スイッチＳＷ１，ＳＷ２にはリレーが用いられるが、ディスクリート型の半導体スイッチング素子が用いられても良い。ディスクリート型の半導体スイッチング素子は、例えばバイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、またはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。図３は、ＩＧＢＴＴｒ１でスイッチＳＷ１を構成し、ＩＧＢＴＴｒ２でスイッチＳＷ２を構成した電力用半導体検査装置１０１の回路図を示している。測定回路６１と校正用サンプル１または被測定サンプル８との導通をディスクリート型の半導体スイッチング素子により制御することで、機械式のリレーよりも高い信頼性が得られる。

＜Ｂ−２．動作＞
主回路・制御電源６は、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２のいずれか一方を導通状態とし、他方を非導通状態とする。電力用半導体検査装置１０１の健全性確認を行う場合、主回路・制御電源６は、スイッチＳＷ１を導通状態とし、スイッチＳＷ２を非導通状態とする。これにより、被測定サンプル８が測定回路６１から電気的に切り離される一方、校正用サンプル１が測定回路６１に接続される。すなわち、測定回路６１の接続対象が校正用サンプル１となる。直流電流源Ｉは校正用サンプル１に直流電流を供給し、電圧計Ｖは校正用サンプル１の両端の電圧を測定する。

出荷検査を行う場合、主回路・制御電源６は、スイッチＳＷ１を非導通状態とし、スイッチＳＷ２を導通状態とする。これにより、校正用サンプル１が測定回路６１から電気的に切り離される一方、被測定サンプル８が測定回路６１に接続される。すなわち、測定回路６１の接続対象が被測定サンプル８となる。直流電流源Ｉは被測定サンプル８に直流電流を供給し、電圧計Ｖは被測定サンプル８の両端の電圧を測定する。

＜Ｂ−３．効果＞
実施の形態１の電力用半導体検査装置１０１は、接続対象の電力用半導体の静特性を測定する測定回路６１と、電力用半導体の被測定サンプル８と接触する検出プローブ３と、電力用半導体の校正用サンプル１と、測定回路６１と検出プローブ３の接続または非接続、および測定回路６１と校正用サンプル１の接続または非接続を切り替えるスイッチＳＷ１，ＳＷ２と、測定回路６１、校正用サンプル１、およびスイッチＳＷ１，ＳＷ２を収容する筐体と、を備え、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の動作状況に応じて被測定サンプル８と校正用サンプル１のいずれかが測定回路に接続され、その静特性が測定回路６１に測定される。このような構成によれば、健全性確認を行う際に、校正用サンプル１を治具へ取り付ける手動の作業が不要となるため、容易に自主校正が行うことが可能となる。

＜Ｃ．実施の形態２＞
＜Ｃ−１．構成＞
図４は、実施の形態２の電力用半導体検査装置１０２の構成を示す図である。電力用半導体検査装置１０２は、実施の形態１の電力用半導体検査装置１０１の構成と比較すると、測定機５１に代えて測定機５２を備えている。測定機５２は、校正用サンプル１を格納したカートリッジ９を有する点で測定機５１と異なる。カートリッジ９は、測定機５２の筐体１５に脱着可能である。

このような構成によれば、校正用サンプル１の故障時に、作業者は筐体１５からカートリッジ９を取り出して、カートリッジ９内の校正用サンプル１を交換し、再度カートリッジ９を筐体１５にはめ込むという対応が可能である。なお、カートリッジ９には接続コネクタが搭載されており、校正用サンプル１を格納したカートリッジ９が筐体１５にはめ込まれた状態で、校正用サンプル１はスイッチＳＷ１と接続されている。そのため、作業者は、校正用サンプル１の交換時に配線作業を行う必要がない。

＜Ｃ−２．効果＞
実施の形態２の電力用半導体検査装置１０２において、校正用サンプル１は、筐体１５に脱着可能なカートリッジ９に格納される。そのため、作業者は、カートリッジ９を筐体１５から取り出した後にカートリッジ９内の校正用サンプル１を交換し、再度カートリッジ９を筐体１５にはめ込むことにより、測定機５２に内蔵の校正用サンプル１を容易に交換することができる。そのため、例えば、校正用サンプル１が破壊した場合でも、校正用サンプル１を交換して早期に復旧することが可能となる。

＜Ｄ．実施の形態３＞
＜Ｄ−１．構成＞
図５は、実施の形態３の電力用半導体検査装置１０３の構成を示している。電力用半導体検査装置１０３は、実施の形態２の電力用半導体検査装置１０２の構成において、測定機５２に代えて測定機５３を備えたものである。測定機５３の筐体１５に脱着可能なカートリッジ９は、校正用サンプル１に加えて予備の校正用サンプル１０を格納している。校正用サンプル１をメイン校正用サンプル、校正用サンプル１０をサブ校正用サンプルとも称する。それ以外の測定機５３の構成は測定機５２と同様である。

図６は、電力用半導体検査装置１０３の回路図である。測定機５３は、測定機５１のスイッチＳＷ１に代えてスイッチＳＷ１１を備えている。スイッチＳＷ１は、測定回路６１と校正用サンプル１の接続と非接続を切り替えていた。これに対してスイッチＳＷ１１は、測定回路６１の接続状態を、校正用サンプル１との接続した状態、校正用サンプル１０との接続した状態、いずれとも接続しない状態、という３つの状態間で切り替える。

＜Ｄ−２．動作＞
図７は、実施の形態３の電力用半導体検査装置１０３の健全性確認処理を示すフローチャートである。まず、スイッチＳＷ２が非導通となって被測定サンプル８を測定回路６１から切り離すとともに、スイッチＳＷ１１が測定回路６１と校正用サンプル１を接続する。そして、測定回路６１が校正用サンプル１の静特性を測定する(ステップＳ１)。次に、主回路・制御電源６は、校正用サンプル１の測定値を図示しないメモリ内の基準値と比較する（ステップＳ２）。校正用サンプル１の測定値と基準値との差異が予め定められた閾値未満であれば(ステップＳ２でＮｏ)、主回路・制御電源６は健全性確認処理を終了し、そのまま被測定サンプル８の測定に移行する。

一方、ステップＳ２において校正用サンプル１の測定値と基準値との差異が閾値以上であれば（ステップＳ２でＹｅｓ）、スイッチＳＷ１１が測定回路６１と校正用サンプル１０を接続し、測定回路６１が校正用サンプル１０の静特性を測定する（ステップＳ３）。次に、主回路・制御電源６は、校正用サンプル１０の測定値を図示しないメモリ内の基準値と比較する（ステップＳ４）。校正用サンプル１０の測定値と基準値との差異が予め定められた閾値未満であれば(ステップＳ４でＮｏ)、主回路・制御電源６は健全性確認処理を終了し、そのまま被測定サンプル８の測定に移行する。

一方、ステップＳ４において校正用サンプル１０の測定値と基準値との差異が閾値以上であれば（ステップＳ４でＹｅｓ）、主回路・制御電源６は校正用サンプルが２台とも故障したと判断し、作業者によるカートリッジ９の交換を待機する（ステップＳ５）。作業者がカートリッジ９を交換すると（ステップＳ５でＹｅｓ）、主回路・制御電源６の処理はステップＳ１に戻り、再び校正用サンプル１を測定する。

＜Ｄ−３．効果＞
電力用半導体検査装置１０３において、校正用サンプルにはメイン校正用サンプルである校正用サンプル１とサブ校正用サンプルである校正用サンプル１０とがある。そして、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、メイン校正用サンプルを測定回路６１に接続した後、メイン校正用サンプルの測定値と基準値との差異が閾値以上である場合に、サブ校正用サンプルを測定回路６１に接続する。そのため、電力用半導体検査装置１０３は、メイン校正用サンプルが故障しても、サブ校正用サンプルに切り替えて健全性確認処理を続行することができ、校正用サンプルの交換作業による装置の停止が抑制される。

＜Ｅ．実施の形態４＞
＜Ｅ−１．構成＞
図８は、実施の形態４の電力用半導体検査装置１０４の構成を示している。電力用半導体検査装置１０４は、実施の形態２の電力用半導体検査装置１０２の構成において、測定機５２に代えて測定機５４を備えたものである。測定機５４は、リーダー１１を接続可能に構成されている。リーダー１１は、筐体１５から取り外したカートリッジ９の側面に記載されたバーコードを読み取ることにより、カートリッジ９に格納された校正用サンプル１（校正用サンプル１は図８に図示せず。図４参照）の型式を識別する。すなわち、カートリッジ９の側面には、カートリッジ９に格納された校正用サンプル１の型式を表すバーコードが付されている。

ここでは、実施の形態４の電力用半導体検査装置１０４を、実施の形態２の電力用半導体検査装置１０２にリーダー１１を加えた構成として説明している。しかし、実施の形態３の電力用半導体検査装置１０２にリーダー１１を加えることも可能である。

＜Ｅ−２．効果＞
電力用半導体検査装置１０４において、カートリッジ９にはカートリッジ９に格納される校正用サンプル１の型式を表すバーコードが付され、測定機５４に接続されたリーダー１１がバーコードを読み取って校正用サンプル１の型式を識別する。そのため、主回路・制御電源６は、リーダー１１が読み取って識別した校正用サンプル１の型式に応じたプログラムを起動し、健全性確認処理を行うことができる。すなわち、電力用半導体検査装置１０４は、多品種の校正用サンプル１を自動認識することができる。

＜Ｆ．実施の形態５＞
＜Ｆ−１．構成＞
図９は、実施の形態５の電力用半導体検査装置１０５の構成を示している。電力用半導体検査装置１０５は、実施の形態２の電力用半導体検査装置１０２の構成において、測定機５２に代えて測定機５５を備えている。測定機５５は、測定機５２の構成に加えて、カートリッジ１３とヒーター１４を筐体１５内に有している。カートリッジ１３には、カートリッジ９に格納されている校正用サンプル１と同じ型式の校正用サンプル１６が格納されている。カートリッジ１３の下面には温度調整機構であるヒーター１４が設置されている。ヒーター１４によりカートリッジ１３を加熱することで、高温環境下で校正用サンプル１６を測定することができる。ヒーター１４の温度は、最大２００℃程度である。

ヒーター１４はカートリッジ１３内の校正用サンプル１６を温めることが出来ればよいため、カートリッジ１３に隣接して設けられていればよく、カートリッジ１３の下面は配置の一例である。

校正用サンプル１，１６は、実施の形態３の校正用サンプル１，１０のように、スイッチによりいずれか一方が選択されて測定回路６１に接続される。

図９では、カートリッジ１３の下面に温度調整機構を設けたが、カートリッジ１３とカートリッジ９の下面の両方に温度調整機構を設けても良い。

＜Ｆ−２．効果＞
実施の形態５の電力用半導体検査装置１０５は、カートリッジ１３に隣接して設けられ、隣接するカートリッジ１３に格納された校正用サンプル１６の温度を調節する温度調節機構であるヒーター１４を備える。最近、電力用半導体の性能を最大限活用する観点から、その動作温度が高温化しているため、電力用半導体装置の検査を高温下でも精度よく行うことが求められている。実施の形態５の電力用半導体検査装置１０５によれば、ヒーター１４により加熱した状態で測定回路６１が校正用サンプル１６を測定することにより、高温環境での健全性確認を行うことができる。そのため、高温動作するパワー半導体装置の特性検査が容易になる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１，１０，１６校正用サンプル、２下治具、３検出プローブ、４上治具、５測定機、６制御電源、７コネクタ、８被測定サンプル、９カートリッジ、１１リーダー、１３カートリッジ、１４ヒーター、１５筐体、５１−５５測定機、６１測定回路、１００−１０５電力用半導体検査装置。

Claims

接続対象の電力用半導体の静特性を測定する測定回路と、
電力用半導体の被測定サンプルと接触する検出プローブと、
電力用半導体の校正用サンプルと、
前記測定回路と前記検出プローブの接続または非接続、および前記測定回路と前記校正用サンプルの接続または非接続を切り替えるスイッチと、
前記測定回路、前記校正用サンプル、および前記スイッチを収容する筐体と、を備え、
前記スイッチの動作状況に応じて前記被測定サンプルと前記校正用サンプルのいずれかが前記測定回路に接続され、その静特性が前記測定回路に測定される、
電力用半導体検査装置。
前記スイッチは、ディスクリート型の半導体スイッチング素子である、
請求項１に記載の電力用半導体検査装置。
前記校正用サンプルは、前記筐体に脱着可能なカートリッジに格納される、
請求項１または請求項２に記載の電力用半導体検査装置。
前記校正用サンプルにはメイン校正用サンプルとサブ校正用サンプルとがあり、
前記スイッチは、前記メイン校正用サンプルを前記測定回路に接続した後、前記メイン校正用サンプルの測定値と基準値との差異が閾値以上である場合に、前記サブ校正用サンプルを前記測定回路に接続する、
請求項３に記載の電力用半導体検査装置。
前記カートリッジには、前記カートリッジに格納される前記校正用サンプルの型式を表すバーコードが付され、
前記バーコードを読み取るリーダーが接続された、
請求項３または請求項４に記載の電力用半導体検査装置。
前記カートリッジに隣接して設けられ、隣接する前記カートリッジに格納された前記校正用サンプルの温度を調節する温度調節機構をさらに備える、
請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の電力用半導体検査装置。