JP2023150807A - Method for measuring thermal resistance of semiconductor element and device for measuring thermal resistance of semiconductor element - Google Patents

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了佑 原岡
Ryosuke Haraoka
秀一 伊藤
Shuichi Ito
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Abstract

To provide a method for measuring the thermal resistance of a semiconductor element and a device for measuring the thermal resistance of a semiconductor element with which it is possible to measure the thermal resistance of each of a plurality of semiconductor elements.SOLUTION: The method for measuring the thermal resistance of a semiconductor element comprises a first thermal resistance measurement process (step S11) in which an Si-FET 113 provided to a semiconductor module 11 is controlled to an unsaturated state and a GaN-FET 111 provided to the semiconductor module 11 and connected in series to the Si-FET 113 is controlled to a saturated state, and the thermal resistance of the Si-FET 113 is measured; and a second thermal resistance measurement process (step S15) in which the Si-FET 113 and the GaN-FET 111 are controlled to a saturate state, and the thermal resistance of the GaN-FET 111 is measured.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、半導体素子の熱抵抗測定方法及び半導体素子の熱抵抗測定装置に関する。 The present invention relates to a method for measuring thermal resistance of a semiconductor element and an apparatus for measuring thermal resistance of a semiconductor element.

半導体素子の熱抵抗の測定において、例えば半導体素子自体に電圧を印加し自己発熱させることで熱抵抗を測定することが広く知られている(例えば特許文献1)。 In measuring the thermal resistance of a semiconductor element, it is widely known to measure the thermal resistance by, for example, applying a voltage to the semiconductor element itself to cause it to self-heat (for example, see Patent Document 1).

特開2017-135868号公報JP 2017-135868 Publication

しかし、複数の半導体素子が近接配置され、熱的に結合しているような半導体モジュールは、各々の半導体素子を個々に自己発熱させることでそれぞれの熱抵抗を個別に測定することが困難であるという問題を有している。 However, in semiconductor modules in which multiple semiconductor elements are arranged close together and thermally coupled, it is difficult to measure the thermal resistance of each semiconductor element individually because each semiconductor element generates its own heat. There is a problem.

本発明の目的は、複数の半導体素子のそれぞれの熱抵抗を個別に測定することができる半導体素子の熱抵抗測定方法及び半導体素子の熱抵抗測定装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for measuring thermal resistance of a semiconductor element and a thermal resistance measuring apparatus for a semiconductor element, which are capable of individually measuring the thermal resistance of each of a plurality of semiconductor elements.

上記目的を達成するために、本発明の一態様による半導体素子の熱抵抗測定方法は、半導体モジュールに設けられエンハンスメント型の第一電圧制御型半導体素子を不飽和状態に制御し、かつ前記半導体モジュールに設けられ前記第一電圧制御型半導体素子に直列に接続されたディプレッション型の第二電圧制御型半導体素子を飽和状態に制御して、前記第一電圧制御型半導体素子の熱抵抗を測定する第一熱抵抗測定工程と、前記第一電圧制御型半導体素子及び前記第二電圧制御型半導体素子を飽和状態に制御して前記第二電圧制御型半導体素子の熱抵抗を測定する第二熱抵抗測定工程とを備える。 In order to achieve the above object, a method for measuring thermal resistance of a semiconductor element according to one aspect of the present invention controls a first voltage-controlled semiconductor element of an enhancement type provided in a semiconductor module to an unsaturated state, and A second voltage-controlled semiconductor device of the depletion type, which is provided in the device and connected in series to the first voltage-controlled semiconductor device, is controlled to a saturated state, and the thermal resistance of the first voltage-controlled semiconductor device is measured. a thermal resistance measurement step; and a second thermal resistance measurement of controlling the first voltage-controlled semiconductor element and the second voltage-controlled semiconductor element to a saturated state and measuring the thermal resistance of the second voltage-controlled semiconductor element. and a process.

また、上記目的を達成するために、本発明の一態様による半導体素子の熱抵抗測定装置は、エンハンスメント型の第一電圧制御型半導体素子に設けられた制御端子及びキャリア流入側端子の間に電圧を印加する端子間可変電源と、前記第一電圧制御型半導体素子と前記第一電圧制御型半導体素子に直列に接続されたディプレッション型の第二電圧制御型半導体素子とを有する半導体モジュールの一方の端子及び他方の端子の間に電圧を印加する両端子間可変電源とを備え、前記端子間可変電源は、前記第一電圧制御型半導体素子の熱抵抗を測定する場合に前記第一電圧制御型半導体素子を不飽和状態に制御可能な電圧を前記制御端子及び前記キャリア流入側端子の間に印加し、前記第二電圧制御型半導体素子の熱抵抗を測定する場合に前記第一電圧制御型半導体素子及び前記第二電圧制御型半導体素子を飽和状態に制御可能な電圧を前記制御端子及び前記キャリア流入側端子の間に印加し、前記両端子間可変電源は、前記第二電圧制御型半導体素子の熱抵抗を測定する場合に、前記半導体モジュールの前記一方の端子及び前記他方の端子の間に電圧を印加するとともに前記一方の端子から前記飽和状態に制御された前記第二電圧制御型半導体素子に電流を流す。 Further, in order to achieve the above object, a thermal resistance measuring device for a semiconductor element according to one aspect of the present invention provides a voltage between a control terminal provided in a first voltage-controlled semiconductor element of an enhancement type and a carrier inflow side terminal. one of the semiconductor modules having a terminal-to-terminal variable power source that applies a voltage, and a depletion type second voltage-controlled semiconductor element connected in series to the first voltage-controlled semiconductor element and the first voltage-controlled semiconductor element. and a terminal-to-terminal variable power supply that applies a voltage between the terminal and the other terminal, and the terminal-to-terminal variable power supply is configured to provide the first voltage-controlled semiconductor element with a thermal resistance of the first voltage-controlled semiconductor element. When measuring the thermal resistance of the second voltage-controlled semiconductor device by applying a voltage that can control the semiconductor device to an unsaturated state between the control terminal and the carrier inflow side terminal, the first voltage-controlled semiconductor device A voltage that can control the element and the second voltage-controlled semiconductor element into a saturated state is applied between the control terminal and the carrier inflow side terminal, and the variable power supply between the two terminals is configured to control the second voltage-controlled semiconductor element. When measuring the thermal resistance of the semiconductor module, a voltage is applied between the one terminal and the other terminal of the semiconductor module, and the second voltage-controlled semiconductor element is controlled from the one terminal to the saturated state. A current is passed through.

本発明の一態様によれば、複数の半導体素子のそれぞれの熱抵抗を測定することができる。 According to one aspect of the present invention, the thermal resistance of each of a plurality of semiconductor elements can be measured.

本発明の一実施形態による半導体素子の熱抵抗測定装置の概略構成の一例を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing an example of a schematic configuration of a thermal resistance measuring device for a semiconductor element according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による半導体素子の熱抵抗測定装置に備えられた半導体デバイスの概略構成の一例を模式的に示す平面図である。1 is a plan view schematically showing an example of a schematic configuration of a semiconductor device included in a thermal resistance measuring apparatus for a semiconductor element according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による半導体素子の熱抵抗測定装置に備えられた半導体デバイスの概略構成の一例を模式的に示す断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a schematic configuration of a semiconductor device included in a thermal resistance measuring apparatus for a semiconductor element according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による半導体素子の熱抵抗測定方法の流れの一例を示すフローチャートである。1 is a flowchart illustrating an example of the flow of a method for measuring thermal resistance of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による半導体素子の熱抵抗測定方法における第一熱抵抗測定工程の流れの一例を示すフローチャートである。1 is a flowchart showing an example of the flow of a first thermal resistance measuring step in a method for measuring thermal resistance of a semiconductor element according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による半導体素子の熱抵抗測定方法での第一熱抵抗測定工程において、半導体モジュールに供給される種々の電圧及び電流を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining various voltages and currents supplied to a semiconductor module in a first thermal resistance measuring step in a method for measuring thermal resistance of a semiconductor element according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による半導体素子の熱抵抗測定方法における第二熱抵抗測定工程の流れの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the flow of the second thermal resistance measuring process in the thermal resistance measuring method of a semiconductor element according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による半導体素子の熱抵抗測定方法での第二熱抵抗測定工程において、半導体モジュールに供給される種々の電圧及び電流を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining various voltages and currents supplied to a semiconductor module in a second thermal resistance measuring step in a method for measuring thermal resistance of a semiconductor element according to an embodiment of the present invention.

本発明の一実施形態による半導体素子の熱抵抗測定方法及び半導体素子の熱抵抗測定装置について図1から図8を用いて説明する。 A method for measuring thermal resistance of a semiconductor element and an apparatus for measuring thermal resistance of a semiconductor element according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8.

(半導体素子の熱抵抗測定装置)
本実施形態による半導体素子の熱抵抗測定装置の概略構成について図1から図3を用いて説明する。図1は、本実施形態による半導体素子の熱抵抗測定装置(以下、「熱抵抗測定装置」と略記する場合がある)1の概略構成の一例を示す図である。
(Semiconductor element thermal resistance measuring device)
A schematic configuration of a thermal resistance measuring device for a semiconductor element according to this embodiment will be described using FIGS. 1 to 3. FIG. FIG. 1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a thermal resistance measuring device (hereinafter sometimes abbreviated as "thermal resistance measuring device") 1 for a semiconductor element according to the present embodiment.

図1に示すように、本実施形態による熱抵抗測定装置1は、シリコン(Si)で形成された半導体基板113a(図1では不図示、図3参照)を有する電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor:FET)113に設けられたゲート電極g3(制御端子の一例)及びソース電極s3(キャリア流入側端子の一例)の間に電圧を印加する可変電源13(端子間可変電源の一例)を備えている。以下、シリコンで形成された半導体基板を有する電界効果トランジスタを「Si-FET」と称する。Si-FET113は、例えばN型のFETである。Si-FET113は、エンハンスメント型の第一電圧制御型半導体素子の一例に相当する。 As shown in FIG. 1, the thermal resistance measuring device 1 according to the present embodiment includes a field effect transistor (Field Effect Transistor) having a semiconductor substrate 113a (not shown in FIG. 1, see FIG. 3) made of silicon (Si). A variable power supply 13 (an example of a variable power supply between terminals) that applies a voltage between a gate electrode g3 (an example of a control terminal) and a source electrode s3 (an example of a carrier inflow side terminal) provided in the FET) 113 is provided. . Hereinafter, a field effect transistor having a semiconductor substrate made of silicon will be referred to as a "Si-FET." The Si-FET 113 is, for example, an N-type FET. The Si-FET 113 corresponds to an example of an enhancement-type first voltage-controlled semiconductor element.

また、熱抵抗測定装置1は、Si-FET113とSi-FET113に直列に接続されたGaN-FET111を有する半導体モジュール11のドレイン端子D(一方の端子の一例)及びソース端子S(他方の端子の一例)の間に電圧を印加する可変電源15(両端子間可変電源の一例)を備えている。GaN-FET111は、窒化ガリウム(GaN)で形成された半導体基板111a(図1では不図示、図3参照)を有する電界効果トランジスタである。以下、窒化ガリウムで形成された半導体基板を有する電界効果トランジスタを「GaN-FET」と称する。GaN-FET111は、例えばN型のFETである。GaN-FET111は、ディプレッション型の第二電圧制御型半導体素子の一例に相当する。 The thermal resistance measuring device 1 also measures a drain terminal D (an example of one terminal) and a source terminal S (an example of the other terminal) of a semiconductor module 11 having a Si-FET 113 and a GaN-FET 111 connected in series with the Si-FET 113. A variable power supply 15 (an example of a variable power supply between both terminals) that applies a voltage between the two terminals is provided. The GaN-FET 111 is a field effect transistor having a semiconductor substrate 111a (not shown in FIG. 1, see FIG. 3) made of gallium nitride (GaN). Hereinafter, a field effect transistor having a semiconductor substrate made of gallium nitride will be referred to as a "GaN-FET." The GaN-FET 111 is, for example, an N-type FET. The GaN-FET 111 corresponds to an example of a depletion type second voltage controlled semiconductor element.

可変電源13の正極側は、半導体モジュール11のゲート端子Gに接続されている。半導体モジュールのゲート端子Gは、Si-FET113のゲート電極g3に接続されている。このため、可変電源13の正極側は、半導体モジュール11のゲート端子Gを介してSi-FET113のゲート電極g3に接続される。可変電源13の負極側は、半導体モジュール11のソース端子Sに接続されている。半導体モジュール11のソース端子Sは、Si-FET113のソース電極s3に接続されている。このため、可変電源13の負極側は、半導体モジュール11のソース端子Sを介してSi-FET113のソース電極s3に接続される。 The positive electrode side of the variable power supply 13 is connected to the gate terminal G of the semiconductor module 11. The gate terminal G of the semiconductor module is connected to the gate electrode g3 of the Si-FET 113. Therefore, the positive electrode side of the variable power supply 13 is connected to the gate electrode g3 of the Si-FET 113 via the gate terminal G of the semiconductor module 11. The negative electrode side of the variable power supply 13 is connected to the source terminal S of the semiconductor module 11. The source terminal S of the semiconductor module 11 is connected to the source electrode s3 of the Si-FET 113. Therefore, the negative electrode side of the variable power supply 13 is connected to the source electrode s3 of the Si-FET 113 via the source terminal S of the semiconductor module 11.

可変電源15の正極側は、半導体モジュール11のドレイン端子Dに接続されている。半導体モジュール11のドレイン端子Dは、GaN-FET111のドレイン電極d1に接続されている。このため、可変電源15の正極側は、半導体モジュール11のドレイン端子Dを介してGaN-FET111のドレイン電極d1に接続される。
可変電源15の負極側は、半導体モジュール11のソース端子S及び可変電源13の負極側に接続されている。半導体モジュール11のソース端子Sは、Si-FET113のソース電極s3に接続されている。このため、可変電源15の負極側は、半導体モジュール11のソース端子Sを介してSi-FET113のソース電極s3に接続される。
The positive electrode side of the variable power supply 15 is connected to the drain terminal D of the semiconductor module 11. A drain terminal D of the semiconductor module 11 is connected to a drain electrode d1 of the GaN-FET 111. Therefore, the positive electrode side of the variable power supply 15 is connected to the drain electrode d1 of the GaN-FET 111 via the drain terminal D of the semiconductor module 11.
The negative electrode side of the variable power source 15 is connected to the source terminal S of the semiconductor module 11 and the negative electrode side of the variable power source 13. The source terminal S of the semiconductor module 11 is connected to the source electrode s3 of the Si-FET 113. Therefore, the negative electrode side of the variable power supply 15 is connected to the source electrode s3 of the Si-FET 113 via the source terminal S of the semiconductor module 11.

図1に示すように、半導体モジュール11は、可変電源13の正極側と負極側の間に直列に接続されたGaN-FET111及びSi-FET113を有している。GaN-FET111のソース電極s1は、Si-FET113のドレイン電極d3に接続されている。GaN-FET111のゲート電極g1は、Si-FET113のソース電極s3に接続されている。このため、GaN-FET111のゲート電極g1は、Si-FET113のソース電極s3を介して半導体モジュール11のソース端子S、可変電源13の負極側及び可変電源15の負極側に接続される。 As shown in FIG. 1, the semiconductor module 11 includes a GaN-FET 111 and a Si-FET 113 connected in series between the positive and negative sides of the variable power supply 13. A source electrode s1 of the GaN-FET 111 is connected to a drain electrode d3 of the Si-FET 113. The gate electrode g1 of the GaN-FET 111 is connected to the source electrode s3 of the Si-FET 113. Therefore, the gate electrode g1 of the GaN-FET 111 is connected to the source terminal S of the semiconductor module 11, the negative electrode side of the variable power source 13, and the negative electrode side of the variable power source 15 via the source electrode s3 of the Si-FET 113.

ここで、半導体モジュール11の構成について図1を参照しつつ図2及び図3を用いて説明する。図2は、半導体モジュール11の概略構成の一例を示す平面模式図である。図3は、図2中に示すA-A線で切断した半導体モジュール11のGaN-FET111及びSi-FET113の部分の概略構成の一例を示す断面模式図である。 Here, the configuration of the semiconductor module 11 will be explained with reference to FIG. 1 and FIGS. 2 and 3. FIG. 2 is a schematic plan view showing an example of a schematic configuration of the semiconductor module 11. As shown in FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of the schematic configuration of the GaN-FET 111 and Si-FET 113 portion of the semiconductor module 11 taken along the line AA shown in FIG.

図2に示すように、Si-FET113及びGaN-FET111は、重なって配置されている。Si-FET113は、GaN-FET111の上に配置されている。半導体モジュール11のゲート端子G、ドレイン端子D及びソース端子Sは所定形状の配線パターンを有し、GaN-FET111の周囲を囲んで配置されている。 As shown in FIG. 2, the Si-FET 113 and the GaN-FET 111 are arranged in an overlapping manner. Si-FET 113 is placed above GaN-FET 111. The gate terminal G, drain terminal D, and source terminal S of the semiconductor module 11 have a wiring pattern of a predetermined shape, and are arranged surrounding the GaN-FET 111.

図3に示すように、GaN-FET111は、半導体モジュール11に設けられたケース115の上に配置されている。GaN-FET111は、熱伝導性を有する伝熱性接合剤117によってケース115と熱的かつ機械的に接合されている。GaN-FET111は、半導体基板111aを有している。半導体基板111aのケース115側の表面が伝熱性接合剤117を介してケース115に接合されている。 As shown in FIG. 3, the GaN-FET 111 is placed on a case 115 provided in the semiconductor module 11. The GaN-FET 111 is thermally and mechanically bonded to the case 115 by a thermally conductive bonding agent 117. GaN-FET 111 has a semiconductor substrate 111a. The surface of the semiconductor substrate 111a on the case 115 side is bonded to the case 115 via a heat conductive bonding agent 117.

GaN-FET111は、伝熱性接合剤117と接している半導体基板111aの表面の裏面側に形成された2個のゲート電極g1、ソース電極s1及びドレイン電極d1(図3では不図示、図2参照)を有している。このように、GaN-FET111は、半導体基板111aの1つの表面上にゲート電極g1、ソース電極s1及びドレイン電極d1が形成された横型構造を有している。 The GaN-FET 111 has two gate electrodes g1, a source electrode s1, and a drain electrode d1 (not shown in FIG. 3, see FIG. )have. In this way, the GaN-FET 111 has a horizontal structure in which the gate electrode g1, the source electrode s1, and the drain electrode d1 are formed on one surface of the semiconductor substrate 111a.

図2に示すように、半導体基板111aは、ゲート電極g1、ソース電極s1及びドレイン電極d1が形成された表面に直交する軸方向から見て(以下、「平面視」と称する)、長方形状を有している。ドレイン電極d1は、半導体基板111aの一方の長辺の近傍で当該長辺に沿って延在して配置されている。ドレイン電極d1は、正方形状を有する複数(本実施形態では6個)の電極パッドを有し、隣接する当該電極パッド同士が配線パターンによって接続された形状を有している。2個のゲート電極g1は、半導体基板111aの他方の長辺寄りに配置されている。2個のゲート電極g1の一方は、半導体基板111aの一方の短辺の近傍に配置され、2個のゲート電極g1の他方は、半導体基板111aの他方の短辺の近傍に配置されている。ソース電極s1は、半導体基板111aのほぼ中央であって、2個のゲート電極g1に挟まれ、かつドレイン電極d1に隣り合って配置されている。 As shown in FIG. 2, the semiconductor substrate 111a has a rectangular shape when viewed from the axial direction perpendicular to the surface on which the gate electrode g1, source electrode s1, and drain electrode d1 are formed (hereinafter referred to as "planar view"). have. The drain electrode d1 is disposed near one long side of the semiconductor substrate 111a and extends along the long side. The drain electrode d1 has a plurality of square electrode pads (six in this embodiment), and has a shape in which adjacent electrode pads are connected to each other by a wiring pattern. The two gate electrodes g1 are arranged near the other long side of the semiconductor substrate 111a. One of the two gate electrodes g1 is arranged near one short side of the semiconductor substrate 111a, and the other of the two gate electrodes g1 is arranged near the other short side of the semiconductor substrate 111a. The source electrode s1 is located approximately at the center of the semiconductor substrate 111a, sandwiched between the two gate electrodes g1, and placed adjacent to the drain electrode d1.

図2に示すように、Si-FET113は、GaN-FET111のソース電極s1の上に配置されている。図3に戻って、Si-FET113は、ソース電極s1の上に形成された導電性接合剤119によってGaN-FET111と電気的かつ物理的(熱的)に接合されている。Si-FET113は、Siで形成された半導体基板113aと、半導体基板111aのGaN-FET111側の表面に形成されたドレイン電極d3と、当該表面の裏面側に形成されたソース電極s3及びゲート電極g3を有している。このように、Si-FET113は、半導体基板111aの2つの表面上にソース電極s3及びドレイン電極d3が形成された構造を有している。 As shown in FIG. 2, the Si-FET 113 is placed on the source electrode s1 of the GaN-FET 111. Returning to FIG. 3, the Si-FET 113 is electrically and physically (thermally) bonded to the GaN-FET 111 by a conductive bonding agent 119 formed on the source electrode s1. The Si-FET 113 includes a semiconductor substrate 113a made of Si, a drain electrode d3 formed on the surface of the semiconductor substrate 111a on the GaN-FET 111 side, and a source electrode s3 and a gate electrode g3 formed on the back side of the surface. have. In this way, the Si-FET 113 has a structure in which the source electrode s3 and the drain electrode d3 are formed on the two surfaces of the semiconductor substrate 111a.

Si-FET113のドレイン電極d3と、GaN-FET111のソース電極s1とは、導電性接合剤119によって電気的に接続されている。これにより、Si-FET113及びGaN-FET111は、直列に接続される。 The drain electrode d3 of the Si-FET 113 and the source electrode s1 of the GaN-FET 111 are electrically connected by a conductive bonding agent 119. Thereby, the Si-FET 113 and the GaN-FET 111 are connected in series.

図2に戻って、Si-FET113のゲート電極g3は、ボンディングワイヤBW1によって半導体モジュール11のゲート端子Gに接続されている。Si-FET113のソース電極s3は、複数(本実施形態では4本)のボンディングワイヤBW2によって半導体モジュール11のソース端子Sに接続されている。GaN-FET111の2個のゲート電極g1のそれぞれは、ボンディングワイヤBW3によって半導体モジュール11のソース端子Sに接続されている。これにより、GaN-FET111の2個のゲート電極g1は、ボンディングワイヤBW3、ソース端子S及びボンディングワイヤBW2を介してSi-FET113のソース電極s3と接続される。GaN-FET111のドレイン電極d1は、複数(本実施形態では6本)のボンディングワイヤBW4によって半導体モジュール11のドレイン端子Dに接続されている。ボンディングワイヤBW4は、正方形状に形成されたドレイン電極d1の電極パッドに接合されている。 Returning to FIG. 2, the gate electrode g3 of the Si-FET 113 is connected to the gate terminal G of the semiconductor module 11 by a bonding wire BW1. The source electrode s3 of the Si-FET 113 is connected to the source terminal S of the semiconductor module 11 by a plurality of (four in this embodiment) bonding wires BW2. Each of the two gate electrodes g1 of the GaN-FET 111 is connected to the source terminal S of the semiconductor module 11 by a bonding wire BW3. Thereby, the two gate electrodes g1 of the GaN-FET 111 are connected to the source electrode s3 of the Si-FET 113 via the bonding wire BW3, the source terminal S, and the bonding wire BW2. The drain electrode d1 of the GaN-FET 111 is connected to the drain terminal D of the semiconductor module 11 by a plurality of (six in this embodiment) bonding wires BW4. The bonding wire BW4 is bonded to the electrode pad of the drain electrode d1 formed in a square shape.

このように、半導体モジュール11は、Si-FET113がGaN-FET111の上に配置されたチップオンチップ構造を有している。よって熱的に結合している。また、半導体モジュール11は、GaN-FET111とSi-FET113とが直列に接続(カスケード接続)された構成を有している。このため、この直列接続の回路に単純に電流を流すだけでは、GaN-FET111及びSi-FET113のそれぞれが発熱し、かつ上に記載の通り、熱的にも結合しているため、その発熱が、それぞれのFETの発熱を個別に検出することができない。よって、それぞれのFETの熱抵抗を個別に算出することができない。 In this way, the semiconductor module 11 has a chip-on-chip structure in which the Si-FET 113 is placed on the GaN-FET 111. Therefore, they are thermally coupled. Further, the semiconductor module 11 has a configuration in which a GaN-FET 111 and a Si-FET 113 are connected in series (cascade connection). Therefore, if current is simply passed through this series-connected circuit, each of the GaN-FET 111 and Si-FET 113 will generate heat, and as described above, they are also thermally coupled, so the heat generation will be reduced. , the heat generation of each FET cannot be detected individually. Therefore, the thermal resistance of each FET cannot be calculated individually.

そこで、本実施形態による熱抵抗測定装置1では、可変電源13は、Si-FET113の熱抵抗を測定する場合にSi-FET113を不飽和状態に制御可能な電圧をゲート電極g3及びソース電極s3の間に印加し、GaN-FET111の熱抵抗を測定する場合にSi-FET113及びGaN-FET111を飽和状態に制御可能な電圧をゲート電極g3及びソース電極s3の間に印加する。さらに、本実施形態による熱抵抗測定装置1では、可変電源15は、GaN-FET111の熱抵抗を測定する場合に、半導体モジュール11のドレイン端子D及びソース端子Sの間に電圧を印加するとともにドレイン端子Dから飽和状態に制御されたGaN-FET111に電流を流す。 Therefore, in the thermal resistance measuring device 1 according to the present embodiment, the variable power supply 13 applies a voltage that can control the Si-FET 113 to an unsaturated state to the gate electrode g3 and the source electrode s3 when measuring the thermal resistance of the Si-FET 113. When measuring the thermal resistance of the GaN-FET 111, a voltage that can control the Si-FET 113 and the GaN-FET 111 into a saturated state is applied between the gate electrode g3 and the source electrode s3. Furthermore, in the thermal resistance measuring device 1 according to the present embodiment, the variable power supply 15 applies a voltage between the drain terminal D and the source terminal S of the semiconductor module 11, and also applies a voltage between the drain terminal D and the source terminal S when measuring the thermal resistance of the GaN-FET 111. A current is passed from the terminal D to the GaN-FET 111 which is controlled to be in a saturated state.

このように、熱抵抗測定装置1は、可変電源13,15から半導体モジュール11に印加する電圧を適宜変化させ、Si-FET113の熱抵抗を測定する場合と、GaN-FET111の熱抵抗を測定する場合とでSi-FET113及びGaN-FET111の動作状態を適宜異ならせることによって、Si-FET113の熱抵抗及びGaN-FET111の熱抵抗を個別に測定するようになっている。 In this way, the thermal resistance measuring device 1 changes the voltage applied to the semiconductor module 11 from the variable power supplies 13 and 15 as appropriate, and measures the thermal resistance of the Si-FET 113 and the thermal resistance of the GaN-FET 111. The thermal resistance of the Si-FET 113 and the thermal resistance of the GaN-FET 111 are individually measured by appropriately changing the operating states of the Si-FET 113 and the GaN-FET 111 depending on the case.

本実施形態では、「不飽和状態」は、FETのIV特性(ドレイン・ソース間電圧に対するドレイン・ソース間電流の特性)における線形領域でFETが動作する状態を意味する。すなわち、「不飽和状態」は、ドレイン・ソース間電流がドレイン・ソース間電圧に依存して変化する領域でFETが動作する状態を意味する。また、本実施形態では、「飽和状態」は、FETのIV特性における飽和領域でFETが動作する状態を意味する。すなわち、「飽和状態」は、ドレイン・ソース間電流がドレイン・ソース間電圧に依存せずゲート・ソース間電圧に依存して変化する領域でFETが動作する状態を意味する。「不飽和状態」及び「飽和状態」のいずれもFETは、オン状態である。しかしながら、ゲート-ソース間電圧が同一の場合には、「飽和状態」の方が「非飽和状態」よりも大きいドレイン-ソース間電流が流れる。 In this embodiment, the "unsaturated state" means a state in which the FET operates in a linear region in the IV characteristics (characteristics of drain-source current with respect to drain-source voltage) of the FET. That is, "unsaturated state" means a state in which the FET operates in a region where the drain-source current changes depending on the drain-source voltage. Furthermore, in the present embodiment, "saturated state" means a state in which the FET operates in a saturated region in the IV characteristics of the FET. That is, the "saturated state" means a state in which the FET operates in a region where the drain-source current does not depend on the drain-source voltage but changes depending on the gate-source voltage. In both the "unsaturated state" and the "saturated state", the FET is in the on state. However, when the gate-source voltages are the same, a larger drain-source current flows in the "saturated state" than in the "unsaturated state."

熱抵抗測定装置1は、制御部17を備えている。制御部17は、可変電源13,15を制御してゲート電極g3とソース電極s3の間の電圧を測定したり、GaN-FET111及びSi-FET113のそれぞれの発熱量に基づいてGaN-FET111及びSi-FET113のそれぞれの熱抵抗を算出したりする。 The thermal resistance measuring device 1 includes a control section 17. The control unit 17 controls the variable power supplies 13 and 15 to measure the voltage between the gate electrode g3 and the source electrode s3, and measures the voltage between the GaN-FET 111 and the Si-FET 113 based on the amount of heat generated by each of the GaN-FET 111 and the Si-FET 113. - Calculate the thermal resistance of each FET 113.

(半導体素子の熱抵抗測定方法)
本実施形態による半導体素子の熱抵抗測定方法について図4から図8を用いて説明する。図4は、本実施形態による半導体素子の熱抵抗測定方法(以下、「熱抵抗測定方法」と略記する場合がある)の流れの一例を示すフロントゲートである。
(Method for measuring thermal resistance of semiconductor elements)
A method for measuring thermal resistance of a semiconductor element according to this embodiment will be explained using FIGS. 4 to 8. FIG. 4 is a front gate showing an example of the flow of a method for measuring thermal resistance of a semiconductor element (hereinafter sometimes abbreviated as "thermal resistance measuring method") according to this embodiment.

図4に示すように、本実施形態による熱抵抗測定方法では、まず、ステップS11において、第一熱抵抗測定工程が実行され、ステップS13の処理に移行する。ステップS11の第一熱抵抗測定工程では、半導体モジュール11(図6参照)に設けられたSi-FET113(エンハンスメント型の第一電圧制御型半導体素子の一例、図6参照)を不飽和状態に制御し、かつ半導体モジュール11に設けられSi-FET113に直列に接続されたGaN-FET111(ディプレッション型の第二電圧制御型半導体素子の一例、図6参照)を飽和状態に制御して、Si-FET113の熱抵抗を測定する。 As shown in FIG. 4, in the thermal resistance measuring method according to this embodiment, first, in step S11, a first thermal resistance measuring step is executed, and the process moves to step S13. In the first thermal resistance measurement step of step S11, the Si-FET 113 (an example of an enhancement type first voltage-controlled semiconductor element, see FIG. 6) provided in the semiconductor module 11 (see FIG. 6) is controlled to an unsaturated state. Then, the GaN-FET 111 (an example of a depletion-type second voltage-controlled semiconductor element, see FIG. 6) provided in the semiconductor module 11 and connected in series to the Si-FET 113 is controlled to a saturated state, and the Si-FET 113 Measure the thermal resistance of

ここで、第一熱抵抗測定工程(ステップS11)の具体的な処理について図5及び図6を用いて説明する。図5は、第一熱抵抗測定工程の流れの一例を示すフローチャートである。図6は、第一熱抵抗測定工程において、可変電源13,15によって半導体モジュール11に供給される種々の電圧及び電流を説明するための図である。図6(a)は、第一熱抵抗測定工程における第一発熱前電圧測定工程及び第一発熱中電圧測定工程(いずれも詳細は後述)を説明するための図であり、図6(b)は、第一発熱工程(詳細は後述)を説明するための図である。 Here, specific processing of the first thermal resistance measurement step (step S11) will be explained using FIGS. 5 and 6. FIG. 5 is a flowchart showing an example of the flow of the first thermal resistance measurement step. FIG. 6 is a diagram for explaining various voltages and currents supplied to the semiconductor module 11 by the variable power supplies 13 and 15 in the first thermal resistance measurement step. FIG. 6(a) is a diagram for explaining the first voltage measurement step before heat generation and the first voltage measurement step during heat generation (both details will be described later) in the first thermal resistance measurement step, and FIG. 6(b) FIG. 2 is a diagram for explaining a first heat generation step (details will be described later).

図5に示すように、第一熱抵抗測定工程では、まず、ステップS111において、第一発熱前電圧測定工程が実行され、ステップS113の処理に移行する。ステップS111の第一発熱前電圧測定工程では、第一発熱工程(詳細は後述)でSi-FET113を発熱させる前に、Si-FET113に設けられたゲート電極g3(制御端子の一例)とソース電極s3(キャリア流入側端子の一例)の間の端子間電圧Vgsm1を、Si-FET113を不飽和状態に制御した状態で測定する。つまり、第一発熱前電圧測定工程では、IV特性における線形領域で動作するようにSi-FET113が制御された状態で端子間電圧Vgsm1が測定される。より具体的には、第一発熱前電圧測定工程において、GaN-FET111を飽和状態に制御し、かつSi-FET113を不飽和状態に制御することが可能な電圧値の第一測定用電圧Vmp1を半導体モジュール11に設けられたドレイン端子D及びソース端子Sの間に印加する。つまり、第一測定用電圧Vmp1は、GaN-FET111が飽和状態となる電圧がドレイン端子d1及びソース端子s1に印加され、Si-FET113が不飽和状態となる電圧がドレイン端子d3及びソース端子s3に印加される電圧値に設定される。さらに、第一発熱前電圧測定工程において、飽和状態に制御されたGaN-FET111及び不飽和状態に制御されたSi-FET113の両方が流すことが可能な電流量に設定された第一測定用電流Imp1をドレイン端子Dから半導体モジュール11に流して、Si-FET113のゲート電極g3及びソース電極s3の間の端子間電圧Vgsp1を測定する。第一発熱前電圧測定工程では、GaN-FET111及びSi-FET113に許容値以上の電流が流れることにより、GaN-FET111及びSi-FET113の少なくとも一方に、電圧や電流などが定格範囲内で動作している場合には生じない発熱(以下、「異常な発熱」と称する)が発生することが防止される。 As shown in FIG. 5, in the first thermal resistance measurement process, first, in step S111, a first pre-heat generation voltage measurement process is executed, and the process moves to step S113. In the first pre-heat generation voltage measurement step of step S111, before the Si-FET 113 is made to generate heat in the first heat generation step (details will be described later), the gate electrode g3 (an example of a control terminal) provided on the Si-FET 113 and the source electrode The inter-terminal voltage Vgsm1 between s3 (an example of carrier inflow side terminals) is measured with the Si-FET 113 controlled to be in an unsaturated state. That is, in the first pre-heat generation voltage measurement step, the inter-terminal voltage Vgsm1 is measured while the Si-FET 113 is controlled to operate in the linear region of the IV characteristic. More specifically, in the first pre-heat generation voltage measurement step, the first measurement voltage Vmp1 is set at a voltage value that can control the GaN-FET 111 to a saturated state and the Si-FET 113 to an unsaturated state. The voltage is applied between a drain terminal D and a source terminal S provided in the semiconductor module 11. In other words, the first measurement voltage Vmp1 is such that the voltage at which the GaN-FET 111 is saturated is applied to the drain terminal d1 and the source terminal s1, and the voltage at which the Si-FET 113 is unsaturated is applied to the drain terminal d3 and the source terminal s3. Set to the applied voltage value. Furthermore, in the first pre-heat generation voltage measurement step, a first measurement current is set to an amount of current that can flow through both the GaN-FET 111 controlled to be saturated and the Si-FET 113 controlled to be unsaturated. Imp1 is caused to flow from the drain terminal D to the semiconductor module 11, and the inter-terminal voltage Vgsp1 between the gate electrode g3 and source electrode s3 of the Si-FET 113 is measured. In the first pre-heating voltage measurement process, a current exceeding the allowable value flows through the GaN-FET 111 and the Si-FET 113, so that at least one of the GaN-FET 111 and the Si-FET 113 operates within the rated range. The generation of heat that would not otherwise occur (hereinafter referred to as "abnormal heat generation") is prevented from occurring.

図6(a)に示すように、ステップS111の第一発熱前電圧測定工程において、熱抵抗測定装置1に備えられた制御部17は、可変電源15を制御して、第一測定用電圧Vmp1を半導体モジュール11のドレイン端子D及びソース端子Sの間に印加するとともに、第一測定用電流Imp1をドレイン端子Dから半導体モジュール11に供給する。第一測定用電流Imp1は、Si-FET113が不飽和状態でも流すことができる電流値(換言すると飽和状態での電流値よりも小さい値)に設定される。これにより、第一測定用電流Imp1は、Si-FET113に異常な発熱が発生しない電流量となる。第一測定用電圧Vmp1及び第一測定用電流Imp1は、例えばSi-FET113のデータシートに記載された電気的特性(電流-電圧特性など)に基づいて決定されてもよいし、実測値に基づいて決定されてもよい。 As shown in FIG. 6(a), in the first pre-heat generation voltage measurement step of step S111, the control unit 17 included in the thermal resistance measuring device 1 controls the variable power supply 15 to control the first measurement voltage Vmp1. is applied between the drain terminal D and source terminal S of the semiconductor module 11, and the first measuring current Imp1 is supplied from the drain terminal D to the semiconductor module 11. The first measurement current Imp1 is set to a current value that can be passed even when the Si-FET 113 is in an unsaturated state (in other words, a value smaller than the current value in a saturated state). As a result, the first measurement current Imp1 becomes a current amount that does not cause abnormal heat generation in the Si-FET 113. The first measurement voltage Vmp1 and the first measurement current Imp1 may be determined, for example, based on the electrical characteristics (current-voltage characteristics, etc.) described in the data sheet of the Si-FET 113, or may be determined based on actual measured values. may also be determined.

第一発熱前電圧測定工程では、GaN-FET111は飽和状態に制御される。したがって、半導体モジュール11のドレイン端子Dから供給される第一測定用電流Imp1は、GaN-FET111を通ってSi-FET113のドレイン電極d3に入力される。制御部17は、飽和状態にあるGaN-FET111及び不飽和状態にあるSi-FET113を有する半導体モジュール11のソース端子Sから出力される電流を測定し、当該電流が第一測定用電流Imp1となるように可変電源13を調整する。制御部17は、第一発熱前電圧測定工程において、半導体モジュール11のソース端子Sから出力される電流が第一測定用電流Imp1と同じ電流値になる可変電源13の出力電圧、すなわちSi-FET113のゲート電極g3とソース電極s3との間の端子間電圧Vgsp1を測定して記憶する。 In the first pre-heat generation voltage measurement step, the GaN-FET 111 is controlled to be in a saturated state. Therefore, the first measuring current Imp1 supplied from the drain terminal D of the semiconductor module 11 is input to the drain electrode d3 of the Si-FET 113 through the GaN-FET 111. The control unit 17 measures the current output from the source terminal S of the semiconductor module 11 having the GaN-FET 111 in the saturated state and the Si-FET 113 in the unsaturated state, and this current becomes the first measurement current Imp1. Adjust the variable power supply 13 as follows. In the first pre-heat generation voltage measurement step, the control unit 17 controls the output voltage of the variable power supply 13 such that the current output from the source terminal S of the semiconductor module 11 has the same current value as the first measurement current Imp1, that is, the output voltage of the Si-FET 113. The inter-terminal voltage Vgsp1 between the gate electrode g3 and the source electrode s3 is measured and stored.

図5に戻って、ステップS113において、第一発熱工程が実行され、ステップS115の処理に移行する。ステップS113の第一発熱工程では、不飽和状態に制御したSi-FET113を発熱させる。一般的に、FETでは、線形領域で制御された状態である不飽和状態の抵抗は、飽和状態のオン抵抗と比較して大きい。このため、第一発熱工程では、飽和領域で動作するGaN-FET111の発熱は無視できる程に、不飽和状態で動作するSi-FET113の発熱が支配的になる。ステップS113の第一発熱工程において、Si-FET113のゲート電極g3及びソース電極s3の間に第一発熱前電圧測定工程(ステップS111)において測定された端子間電圧Vgsp1と同じ電圧値の電圧を印加する。また、ステップS113の第一発熱工程において、GaN-FET111を飽和状態に制御した状態で不飽和状態に制御したSi-FET113を発熱させることが可能な第一発熱用電圧Vph1を半導体モジュール11のドレイン端子D及びソース端子Sの間に印加する。さらに、ステップS113の第一発熱工程において、第一測定用電流Imp1よりも電流量が大きい第一発熱用電流Iph1をドレイン端子Dから半導体モジュール11に流してSi-FET113を発熱させる。第一発熱用電流Iph1は、例えば飽和状態に制御されたGaN-FET111では許容範囲内であり、かつ不飽和状態に制御されたSi-FET113では許容範囲を超えた電流量に設定される。このため、Si-FET113は、GaN-FET111よりも発熱量が大きくなる。 Returning to FIG. 5, in step S113, a first heat generation process is executed, and the process moves to step S115. In the first heat generation step of step S113, the Si-FET 113 controlled to be in an unsaturated state is caused to generate heat. Generally, in a FET, the resistance in an unsaturated state, which is controlled in a linear region, is larger than the on-resistance in a saturated state. Therefore, in the first heat generation step, heat generation from the Si-FET 113 operating in an unsaturated state becomes dominant to the extent that heat generation from the GaN-FET 111 operating in a saturated region can be ignored. In the first heat generation step of step S113, a voltage having the same voltage value as the inter-terminal voltage Vgsp1 measured in the first pre-heat generation voltage measurement step (step S111) is applied between the gate electrode g3 and source electrode s3 of the Si-FET 113. do. In addition, in the first heat generation step of step S113, the first heat generation voltage Vph1 that can generate heat in the Si-FET 113 controlled in the unsaturated state with the GaN-FET 111 controlled in the saturated state is applied to the drain of the semiconductor module 11. It is applied between terminal D and source terminal S. Furthermore, in the first heat generation step of step S113, a first heat generation current Iph1 having a larger current amount than the first measurement current Imp1 is passed from the drain terminal D to the semiconductor module 11 to cause the Si-FET 113 to generate heat. The first heating current Iph1 is set to, for example, a current amount that is within the allowable range for the GaN-FET 111 that is controlled to be in a saturated state, and is beyond the allowable range for the Si-FET 113 that is controlled to be in an unsaturated state. Therefore, the Si-FET 113 generates a larger amount of heat than the GaN-FET 111.

図6(b)に示すように、ステップS113の第一発熱工程において、制御部17は、ステップS111において測定された端子間電圧Vgsp1をSi-FET113のゲート電極g3及びソース電極s3に印加した状態で、半導体モジュール11を破損させない程度に発熱させることが可能な第一発熱用電圧Vph1及び第一発熱用電流Iph1が流れるように可変電源15を制御する。第一発熱用電圧Vph1(すなわち半導体モジュール11のドレイン-ソース間電圧)、第一発熱用電流Iph1(すなわち半導体モジュール11のドレイン電流)、GaN-FET111の完全なオン状態(飽和状態)におけるオン抵抗Rongを用いると、ステップS113の第一発熱工程における、GaN-FET111の消費電力TG1は、以下の式(1)で表すことができ、Si-FET113の消費電力TS1は、以下の式(2)で表すことができる。
TG1=Iph1×Rong ・・・(1)
TS1=Iph1×Vph1-TG1 ・・・(2)
As shown in FIG. 6(b), in the first heat generation step of step S113, the control unit 17 applies the inter-terminal voltage Vgsp1 measured in step S111 to the gate electrode g3 and source electrode s3 of the Si-FET 113. Then, the variable power supply 15 is controlled so that the first heat generation voltage Vph1 and the first heat generation current Iph1 that can generate heat to an extent that does not damage the semiconductor module 11 flow. The first heat generation voltage Vph1 (that is, the drain-source voltage of the semiconductor module 11), the first heat generation current Iph1 (that is, the drain current of the semiconductor module 11), and the on-resistance of the GaN-FET 111 in a completely on state (saturated state) Using Rong, the power consumption TG1 of the GaN-FET 111 in the first heat generation step of step S113 can be expressed by the following formula (1), and the power consumption TS1 of the Si-FET 113 can be expressed by the following formula (2). It can be expressed as
TG1=Iph1 2 ×Rong...(1)
TS1=Iph1×Vph1-TG1...(2)

例えば、第一発熱用電圧Vph1を20[V]とし、第一発熱用電流Iph1を2[A]とし、オン抵抗Rongを35[mΩ]とすると、GaN-FET111の発熱TG1は、0.14[W](=2×35×10-3)となり、Si-FET113の発熱TS1は、39.86[W](=2×20-0.14)となる。このため、Si-FET113の消費電力TS1は、GaN-FET111の発熱TG1の約280倍となる。半導体モジュール11の発熱は、GaN-FET111の発熱TG1及びSi-FET113の発熱TS1を合算して得られるため、ステップS113の第一発熱工程における半導体モジュール11の発熱は、Si-FET113により消費される電力に起因する発熱が支配的となり、半導体モジュール11の発熱をSi-FET113の電力消費による発熱と見なすことができる。 For example, if the first heat generation voltage Vph1 is 20 [V], the first heat generation current Iph1 is 2 [A], and the on-resistance Rong is 35 [mΩ], the heat generation TG1 of the GaN-FET 111 is 0.14 [W] (=2 2 × 35 × 10 −3 ), and the heat generation TS1 of the Si-FET 113 is 39.86 [W] (=2 × 20−0.14). Therefore, the power consumption TS1 of the Si-FET 113 is approximately 280 times the heat generation TG1 of the GaN-FET 111. Since the heat generated by the semiconductor module 11 is obtained by adding up the heat generated TG1 of the GaN-FET 111 and the generated heat TS1 of the Si-FET 113, the generated heat generated by the semiconductor module 11 in the first heat generation step of step S113 is consumed by the Si-FET 113. The heat generated by the electric power becomes dominant, and the heat generated by the semiconductor module 11 can be regarded as the heat generated by the power consumption of the Si-FET 113.

図5に戻って、ステップS115において、第一発熱中電圧測定工程が実行され、第一熱抵抗測定工程が終了し、ステップS13(図4参照)の処理に移行する。ステップS115の第一発熱中電圧測定工程では、第一発熱工程(ステップS113)の後に、不飽和状態で発熱を継続しているSi-FET113の端子間電圧Vgsm1(Si-FET113のゲート電極g3及びソース電極s3の間の電圧)を測定する。より具体的には、ステップS115の第一発熱中電圧測定工程において、第一測定用電圧Vmp1を半導体モジュール11のドレイン端子D及びソース端子Sの間に印加する。さらに、ステップS115の第一発熱中電圧測定工程において、第一測定用電流Imp1をドレイン端子Dから半導体モジュール11に流して端子間電圧Vgsm1を測定する。第一発熱中電圧測定工程では、Si-FET113の発熱による温度上昇が安定した後に端子間電圧Vgsm1が測定される。 Returning to FIG. 5, in step S115, the first heating voltage measurement step is executed, the first thermal resistance measurement step is completed, and the process moves to step S13 (see FIG. 4). In the first heating voltage measurement step of step S115, after the first heating step (step S113), the terminal voltage Vgsm1 of the Si-FET 113 that continues to generate heat in an unsaturated state (the voltage between the gate electrode g3 and The voltage between the source electrodes s3) is measured. More specifically, in the first heating voltage measurement step of step S115, the first measurement voltage Vmp1 is applied between the drain terminal D and the source terminal S of the semiconductor module 11. Furthermore, in the first heating voltage measurement step of step S115, the first measurement current Imp1 is caused to flow from the drain terminal D to the semiconductor module 11 to measure the inter-terminal voltage Vgsm1. In the first voltage measurement step during heat generation, the inter-terminal voltage Vgsm1 is measured after the temperature rise due to heat generation of the Si-FET 113 is stabilized.

図6(a)に示すように、ステップS115の第一発熱中電圧測定工程において、制御部17は、ステップS111の第一発熱前電圧測定工程と同一の第一測定用電圧Vmp1及び第一測定用電流Imp1となるように可変電源15を制御する。これにより、可変電源15は、半導体モジュール11のドレイン端子D及びソース端子Sの間に第一測定用電圧Vmp1を印加するとともに、第一測定用電流Imp1をドレイン端子Dから半導体モジュール11に供給する。制御部17は、第一発熱中電圧測定工程において、半導体モジュール11のソース端子Sから出力される電流が第一測定用電流Imp1と同じ電流値になる可変電源13の出力電圧、すなわちSi-FET113のゲート電極g3とソース電極s3との間の端子間電圧Vgsm1を測定して記憶する。なお、図6(a)では、第一発熱中電圧測定工程における端子間電圧Vgsm1には丸かっこが付されている。 As shown in FIG. 6A, in the first voltage measurement step during heat generation in step S115, the control unit 17 uses the same first measurement voltage Vmp1 and first measurement voltage as in the first pre-heat generation voltage measurement step in step S111. The variable power supply 15 is controlled so that the current Imp1 is used. Thereby, the variable power supply 15 applies the first measurement voltage Vmp1 between the drain terminal D and the source terminal S of the semiconductor module 11, and supplies the first measurement current Imp1 from the drain terminal D to the semiconductor module 11. . In the first heating voltage measurement process, the control unit 17 controls the output voltage of the variable power supply 13 such that the current output from the source terminal S of the semiconductor module 11 has the same current value as the first measurement current Imp1, that is, the output voltage of the Si-FET 113. The inter-terminal voltage Vgsm1 between the gate electrode g3 and the source electrode s3 is measured and stored. Note that in FIG. 6A, the inter-terminal voltage Vgsm1 in the first heating voltage measurement step is shown in parentheses.

図4に戻って、ステップS13において、第一熱抵抗算出工程が実行され、ステップS15の処理に移行する。ステップS15の第一熱抵抗算出工程では、第一発熱前電圧測定工程(ステップS111)において測定された端子間電圧Vgsp1、第一発熱中電圧測定工程(ステップS115)において測定された端子間電圧Vgsm1及びSi-FET113が有する温度特性係数Ks[mV/℃]に基づいて、Si-FET113の熱抵抗を算出する。Si-FET113が有する温度特性係数は、例えば恒温槽などを用いて実測された、Si-FET113と同様に形成されたSi-FETのドレイン-ソース間電圧の温度特性より算出され、制御部17に記憶されている。 Returning to FIG. 4, in step S13, a first thermal resistance calculation step is executed, and the process moves to step S15. In the first thermal resistance calculation step of step S15, the terminal-to-terminal voltage Vgsp1 measured in the first pre-heat generation voltage measurement step (step S111), and the terminal-to-terminal voltage Vgsm1 measured in the first heat generation voltage measurement step (step S115). The thermal resistance of the Si-FET 113 is calculated based on the temperature characteristic coefficient Ks [mV/° C.] of the Si-FET 113. The temperature characteristic coefficient of the Si-FET 113 is calculated from the temperature characteristic of the drain-source voltage of a Si-FET formed in the same manner as the Si-FET 113, which is actually measured using, for example, a constant temperature bath, and is calculated by the control unit 17. remembered.

FETでは、ドレイン-ソース間電流が同じであっても温度が変わることによってゲート-ソース間電圧が変化する。また、FETは、ゲート-ソース間電圧と温度変化との関係を表す固有の温度特性係数を有している。このため、制御部17は、第一発熱前電圧測定工程(ステップS111)において測定された端子間電圧Vgsp1と、第一発熱中電圧測定工程(ステップS115)において測定された端子間電圧Vgsm1との差分である端子間電圧差ΔVgsを温度特性係数Ksで除算することにより、Si-FET113の発熱前後の温度差ΔT1を算出する。さらに、制御部17は、Si-FET113を発熱させるために半導体モジュール11に印加した負荷の大きさ(第一発熱用電圧Vph1と第一発熱用電流Iph1を乗算して得られる電力)によって温度差ΔT1を除算することにより、Si-FET113の熱抵抗値Rth_S[℃/W]を算出する。このように、本実施形態による半導体素子の熱抵抗測定方法では、ステップS11及びステップS15の処理を実行することによって、直列接続されたGaN-FET111及びSi-FET113のうちのSi-FET113の熱抵抗値Rth_Sを測定することができる。 In a FET, even if the current between the drain and the source is the same, the voltage between the gate and the source changes as the temperature changes. Furthermore, the FET has a unique temperature characteristic coefficient that represents the relationship between the gate-source voltage and temperature change. For this reason, the control unit 17 controls the inter-terminal voltage Vgsp1 measured in the first pre-heat generation voltage measurement step (step S111) and the inter-terminal voltage Vgsm1 measured in the first heat generation voltage measurement step (step S115). By dividing the terminal voltage difference ΔVgs, which is the difference, by the temperature characteristic coefficient Ks, the temperature difference ΔT1 before and after heat generation of the Si-FET 113 is calculated. Furthermore, the control unit 17 controls the temperature difference depending on the magnitude of the load applied to the semiconductor module 11 (power obtained by multiplying the first heat generation voltage Vph1 and the first heat generation current Iph1) to generate heat in the Si-FET 113. By dividing ΔT1, the thermal resistance value Rth_S [° C./W] of the Si-FET 113 is calculated. As described above, in the method for measuring thermal resistance of a semiconductor device according to the present embodiment, the thermal resistance of the Si-FET 113 of the GaN-FET 111 and the Si-FET 113 connected in series is determined by executing the processes of step S11 and step S15. The value Rth_S can be measured.

図4に示すように、ステップS15において、第二熱抵抗測定工程が実行され、ステップS17の処理に移行する。ステップS15の第二熱抵抗測定工程では、Si-FET113及びGaN-FET111を飽和状態に制御してGaN-FET111の熱抵抗を測定する。 As shown in FIG. 4, in step S15, a second thermal resistance measurement process is performed, and the process moves to step S17. In the second thermal resistance measurement step of step S15, the Si-FET 113 and the GaN-FET 111 are controlled to be in a saturated state, and the thermal resistance of the GaN-FET 111 is measured.

ここで、第二熱抵抗測定工程(ステップS15)の具体的な処理について図7及び図8を用いて説明する。図7は、第二熱抵抗測定工程の流れの一例を示すフローチャートである。図8は、第二熱抵抗測定工程において、可変電源13,15によって半導体モジュール11に供給される種々の電圧及び電流を説明するための図である。図8(a)は、第二熱抵抗測定工程における第二発熱前電圧測定工程及び第二発熱中電圧測定工程(いずれも詳細は後述)での状態を示し、図8(b)は、第二発熱工程(詳細は後述)での状態を示している。 Here, specific processing of the second thermal resistance measurement step (step S15) will be explained using FIGS. 7 and 8. FIG. 7 is a flowchart showing an example of the flow of the second thermal resistance measurement step. FIG. 8 is a diagram for explaining various voltages and currents supplied to the semiconductor module 11 by the variable power supplies 13 and 15 in the second thermal resistance measurement step. FIG. 8(a) shows the state in the second pre-heating voltage measuring step and the second heating voltage measuring step (both details will be described later) in the second thermal resistance measuring step, and FIG. The state at the second exothermic step (details will be described later) is shown.

図5に示すように、第二熱抵抗測定工程では、まず、ステップS151において、第二発熱前電圧測定工程が実行され、ステップS153の処理に移行する。ステップS151の第二発熱前電圧測定工程では、第二発熱工程(詳細は後述)でGaN-FET111を発熱させる前に、Si-FET113及びGaN-FET111を飽和状態に制御した状態で半導体モジュール11のドレイン端子D及びソース端子Sの間の両端子間電圧Vdsm2を測定する。より具体的には、ステップS151の第二発熱前電圧測定工程において、Si-FET113及びGaN-FET111を飽和状態に制御する。さらに、ステップS151の第二発熱前電圧測定工程において、Si-FET113及びGaN-FET111に異常な発熱が発生しない電流量の第二測定用電流Imp2をドレイン端子Dから半導体モジュール11に流して両端子間電圧Vdsp2(すなわち半導体モジュール11のゲート-ソース間電圧)を測定する。 As shown in FIG. 5, in the second thermal resistance measurement step, first, in step S151, a second pre-heat generation voltage measurement step is executed, and the process moves to step S153. In the second pre-heat generation voltage measurement step of step S151, before the GaN-FET 111 is made to generate heat in the second heat generation step (details will be described later), the semiconductor module 11 is controlled to have the Si-FET 113 and the GaN-FET 111 saturated. A voltage Vdsm2 between the drain terminal D and the source terminal S is measured. More specifically, in the second pre-heat generation voltage measurement step of step S151, the Si-FET 113 and the GaN-FET 111 are controlled to be in a saturated state. Furthermore, in the second pre-heat generation voltage measurement step of step S151, a second measurement current Imp2 of a current amount that does not cause abnormal heat generation in the Si-FET 113 and the GaN-FET 111 is passed from the drain terminal D to the semiconductor module 11 to both terminals. The voltage Vdsp2 (ie, the voltage between the gate and source of the semiconductor module 11) is measured.

図8(a)に示すように、ステップS151の第二発熱前電圧測定工程において、熱抵抗測定装置1に備えられた制御部17は、可変電源13を制御して、Si-FET113が飽和状態となる端子間電圧Vgsp2をSi-FET113のゲート電極g3及びソース電極s3の間に印加する。Si-FET113のソース電極s3は例えば0[V]であるため、ディプレッション型のGaN-FET111もオン状態にある。制御部17は、Si-FET113及びGaN-FET111がオン状態に制御した後に、可変電源15を制御して第二測定用電流Imp2をドレイン端子Dから半導体モジュール11に供給する。第二測定用電流Imp2は、Si-FET113及びGaN-FET111に異常な発熱が発生しない電流量となる。第二測定用電流Imp2は、例えばSi-FET113及びGaN-FET111の電気的特性(オン抵抗など)の設計値などに基づいて決定される。制御部17は、第二発熱前電圧測定工程において、可変電源15の電圧を上昇させるとともに第二測定用電流Imp2を増大させ、半導体モジュール11のソース端子Sから、設定された電流量の第二測定用電流Imp2が供給されるようになった時の両端子間電圧Vdsp2(すなわち半導体モジュール11のドレイン-ソース間電圧)を測定して記憶する。 As shown in FIG. 8(a), in the second pre-heat generation voltage measurement step of step S151, the control unit 17 included in the thermal resistance measuring device 1 controls the variable power supply 13 to bring the Si-FET 113 into the saturated state. An inter-terminal voltage Vgsp2 is applied between the gate electrode g3 and the source electrode s3 of the Si-FET 113. Since the source electrode s3 of the Si-FET 113 is, for example, 0 [V], the depletion type GaN-FET 111 is also in the on state. After controlling the Si-FET 113 and the GaN-FET 111 to turn on, the control unit 17 controls the variable power supply 15 to supply the second measurement current Imp2 from the drain terminal D to the semiconductor module 11. The second measurement current Imp2 is a current amount that does not cause abnormal heat generation in the Si-FET 113 and the GaN-FET 111. The second measurement current Imp2 is determined based on, for example, the designed values of the electrical characteristics (on resistance, etc.) of the Si-FET 113 and the GaN-FET 111. In the second pre-heat generation voltage measurement step, the control unit 17 increases the voltage of the variable power supply 15 and increases the second measurement current Imp2, so that a second current of the set amount is supplied from the source terminal S of the semiconductor module 11. The voltage Vdsp2 between both terminals (that is, the voltage between the drain and source of the semiconductor module 11) when the measurement current Imp2 is supplied is measured and stored.

図7に戻って、ステップS153において、第二発熱工程が実行され、ステップS155の処理に移行する。ステップS153の第二発熱工程では、Si-FET113及びGaN-FET111を飽和状態に制御した状態でGaN-FET111を発熱させる。より具体的には、ステップS153の第二発熱工程において、半導体モジュール11のドレイン端子D及びソース端子Sの間に第二発熱前電圧測定工程(ステップS151)において測定された両端子間電圧Vdsp2と同じ電圧値の電圧を印加する。また、ステップS153の第二発熱工程において、Si-FET113及びGaN-FET111を飽和状態に制御した状態でGaN-FET111を発熱させることが可能であり、かつ第二測定用電流Imp2よりも電流量が大きい第二発熱用電流Iph2をドレイン端子Dから半導体モジュール11に流してGaN-FET111を発熱させる。 Returning to FIG. 7, in step S153, a second heat generation process is performed, and the process moves to step S155. In the second heat generation step of step S153, the GaN-FET 111 is caused to generate heat while the Si-FET 113 and the GaN-FET 111 are controlled to be in a saturated state. More specifically, in the second heat generation step of step S153, the voltage Vdsp2 between the drain terminal D and source terminal S of the semiconductor module 11 measured in the second pre-heat generation voltage measurement step (step S151) is Apply the same voltage value. Furthermore, in the second heat generation step of step S153, it is possible to heat the GaN-FET 111 while controlling the Si-FET 113 and the GaN-FET 111 to a saturated state, and the current amount is lower than the second measurement current Imp2. A large second heating current Iph2 is passed from the drain terminal D to the semiconductor module 11 to cause the GaN-FET 111 to generate heat.

図8(b)に示すように、ステップS153の第二発熱工程において、制御部17は、ステップS151において測定された両端子間電圧Vdsp2を半導体モジュール11のドレイン端子D及びソース端子Sの間に印加するとともに、半導体モジュール11を破損させない程度に発熱させることが可能な第二発熱用電流Iph2が流れるように可変電源15を制御する。両端子間電圧Vdsp2(すなわち半導体モジュール11のドレイン-ソース間電圧)、第二発熱用電流Iph2(すなわち半導体モジュール11のドレイン-ソース間電流)、GaN-FET111の飽和状態におけるオン抵抗Rong及びSi-FET113の飽和状態におけるオン抵抗Ronsを用いると、ステップS153の第二発熱工程における、GaN-FET111の発熱TG2は、以下の式(3)で表すことができ、Si-FET113の発熱TS2は、以下の式(4)で表すことができる。
TG2=Iph2×Rong ・・・(3)
TS2=Iph2×Rons ・・・(4)
As shown in FIG. 8(b), in the second heat generation process of step S153, the control unit 17 applies the voltage Vdsp2 between both terminals measured in step S151 between the drain terminal D and the source terminal S of the semiconductor module 11. At the same time, the variable power source 15 is controlled so that the second heating current Iph2 that can generate heat to an extent that does not damage the semiconductor module 11 flows. The voltage between both terminals Vdsp2 (that is, the drain-source voltage of the semiconductor module 11), the second heating current Iph2 (that is, the drain-source current of the semiconductor module 11), the on-resistance Rong and Si- of the GaN-FET 111 in the saturated state Using the on-resistance Rons of the FET 113 in the saturated state, the heat generation TG2 of the GaN-FET 111 in the second heat generation step of step S153 can be expressed by the following equation (3), and the heat generation TS2 of the Si-FET 113 can be expressed as follows. It can be expressed by equation (4).
TG2=Iph2 2 ×Rong...(3)
TS2= Iph22 ×Rons...(4)

例えば、第二発熱用電流Iph2を50[A]とし、GaN-FET111のオン抵抗Rongを35[mΩ]とし、Si-FET113のオン抵抗Ronsを3[mΩ]とすると、GaN-FET111の発熱TG2は、87.5[W](=50×35×10-3)となり、Si-FET113の発熱TS2は、7.5[W](=50×3×10-3)となる。このため、GaN-FET111の発熱TG2は、Si-FET113の発熱TS2の約12倍となる。半導体モジュール11の発熱は、GaN-FET111の発熱TG2及びSi-FET113の発熱TS2を合算して得られるため、ステップS153の第二発熱工程における半導体モジュール11の発熱は、GaN-FET111の発熱が支配的となり、半導体モジュール11の発熱をGaN-FET111の発熱と見なすことができる。 For example, if the second heating current Iph2 is 50 [A], the on-resistance Rong of the GaN-FET 111 is 35 [mΩ], and the on-resistance Rons of the Si-FET 113 is 3 [mΩ], then the heat generation TG2 of the GaN-FET 111 is is 87.5 [W] (=50 2 ×35 × 10 −3 ), and the heat generation TS2 of the Si-FET 113 is 7.5 [W] (=50 2 ×3 × 10 −3 ). Therefore, the heat generation TG2 of the GaN-FET 111 is approximately 12 times the heat generation TS2 of the Si-FET 113. Since the heat generation of the semiconductor module 11 is obtained by adding up the heat generation TG2 of the GaN-FET 111 and the heat generation TS2 of the Si-FET 113, the heat generation of the semiconductor module 11 in the second heat generation process of step S153 is dominated by the heat generation of the GaN-FET 111. Therefore, the heat generated by the semiconductor module 11 can be regarded as the heat generated by the GaN-FET 111.

図7に戻って、ステップS155において、第二発熱中電圧測定工程が実行され、第二熱抵抗測定工程が終了し、ステップS17(図4参照)の処理に移行する。ステップS155の第二発熱中電圧測定工程では、第二発熱工程(ステップS153)の後に飽和状態でGaN-FET111が発熱を継続している状態で半導体モジュール11の両端子間電圧Vdsm2を測定する。より具体的には、ステップS155の第二発熱中電圧測定工程において、Si-FET113及びGaN-FET111を飽和状態に制御した状態で、第二測定用電流Imp2をドレイン端子Dから半導体モジュール11に流して両端子間電圧Vdsm2を測定する。 Returning to FIG. 7, in step S155, the second heating voltage measurement step is executed, the second thermal resistance measurement step is completed, and the process moves to step S17 (see FIG. 4). In the second heating voltage measurement step of step S155, the voltage Vdsm2 between both terminals of the semiconductor module 11 is measured while the GaN-FET 111 continues to generate heat in a saturated state after the second heating step (step S153). More specifically, in the second heating voltage measurement step of step S155, the second measurement current Imp2 is caused to flow from the drain terminal D to the semiconductor module 11 while the Si-FET 113 and the GaN-FET 111 are controlled to be in a saturated state. and measure the voltage Vdsm2 between both terminals.

図8(a)に示すように、ステップS155の第二発熱中電圧測定工程において、制御部17は、ステップS151の第二発熱前電圧測定工程での両端子間電圧Vdsp2と同じ電圧をSi-FET113のゲート電極g3及びソース電極s3の間に印加するように可変電源13を制御し、かつステップS151の第二発熱前電圧測定工程と同一の第二測定用電流Imp2となるように可変電源15を制御する。これにより、Si-FET113及びGaN-FET111が飽和状態に制御され、かつGaN-FET111が発熱した状態で、第二測定用電流Imp2がドレイン端子Dから半導体モジュール11に供給される。制御部17は、第二発熱中電圧測定工程において、半導体モジュール11のドレイン端子D及びソース端子Sの間の両端子間電圧Vdsm2を測定して記憶する。なお、図8(a)では、第二発熱中電圧測定工程における両端子間電圧Vdsm2には丸かっこが付されている。 As shown in FIG. 8(a), in the second voltage measurement step during heat generation in step S155, the control unit 17 sets the same voltage between the two terminals Vdsp2 in the second voltage measurement step before heat generation in step S151 to The variable power source 13 is controlled to be applied between the gate electrode g3 and the source electrode s3 of the FET 113, and the variable power source 15 is controlled so that the second measurement current Imp2 is the same as that in the second pre-heating voltage measurement step of step S151. control. As a result, the second measurement current Imp2 is supplied from the drain terminal D to the semiconductor module 11 while the Si-FET 113 and the GaN-FET 111 are controlled to a saturated state and the GaN-FET 111 generates heat. The control unit 17 measures and stores the inter-terminal voltage Vdsm2 between the drain terminal D and the source terminal S of the semiconductor module 11 in the second heating voltage measuring step. In addition, in FIG. 8(a), the voltage Vdsm2 between both terminals in the second heating voltage measurement step is shown in parentheses.

図7に戻って、ステップS17において、第二熱抵抗算出工程が実行され、熱抵抗測定方法の処理が終了する。ステップS17の第二熱抵抗算出工程では、第二発熱前電圧測定工程(ステップS151)において測定された両端子間電圧Vdsp2、第二発熱中電圧測定工程(ステップS155)において測定された両端子間電圧Vdsm2及びGaN-FET111が有する温度特性係数Kg[mV/℃]に基づいて、GaN-FET111の熱抵抗を算出する。GaN-FET111が有する温度特性係数は、例えば恒温槽などを用いて実測された、GaN-FET111と同様に形成されたGaN-FETのドレイン-ソース間電圧の温度特性より算出され、制御部17に記憶されている。 Returning to FIG. 7, in step S17, a second thermal resistance calculation step is executed, and the processing of the thermal resistance measuring method is completed. In the second thermal resistance calculation step of step S17, the voltage between both terminals Vdsp2 measured in the second voltage measurement step before heating (step S151), and the voltage Vdsp2 between both terminals measured in the second voltage measurement step during heating (step S155). The thermal resistance of the GaN-FET 111 is calculated based on the voltage Vdsm2 and the temperature characteristic coefficient Kg [mV/° C.] of the GaN-FET 111. The temperature characteristic coefficient of the GaN-FET 111 is calculated from the temperature characteristic of the drain-source voltage of a GaN-FET formed in the same way as the GaN-FET 111, which is actually measured using, for example, a constant temperature bath, and is calculated by the control unit 17. remembered.

制御部17は、第二発熱前電圧測定工程(ステップS151)において測定された両端子間電圧Vdsp2と、第二発熱中電圧測定工程(ステップS155)において測定された両端子間電圧Vdsm2との差分である両端子間電圧差ΔVdsを温度特性係数Kgで除算することにより、GaN-FET111の発熱前後の温度差ΔT2を算出する。さらに、制御部17は、GaN-FET111を発熱させるために半導体モジュール11に印加した負荷の大きさ(両端子間電圧Vdsp2及び第二発熱用電流Iph2を乗算した得られる電力)によって温度差ΔT2を除算することにより、GaN-FET111の熱抵抗値Rth_G[℃/W]を算出する。このように、本実施形態による半導体素子の熱抵抗測定方法では、ステップS15及びステップS17の処理を実行することによって、直列接続されたGaN-FET111及びSi-FET113のうちのGaN-FET111の熱抵抗値Rth_Gを測定することができる。 The control unit 17 calculates the difference between the terminal-to-terminal voltage Vdsp2 measured in the second pre-heat generation voltage measurement step (step S151) and the terminal-to-terminal voltage Vdsm2 measured in the second heat generation voltage measurement step (step S155). By dividing the voltage difference ΔVds between both terminals by the temperature characteristic coefficient Kg, the temperature difference ΔT2 before and after heat generation of the GaN-FET 111 is calculated. Furthermore, the control unit 17 adjusts the temperature difference ΔT2 based on the magnitude of the load applied to the semiconductor module 11 to cause the GaN-FET 111 to generate heat (the power obtained by multiplying the voltage between both terminals Vdsp2 and the second heating current Iph2). By dividing, the thermal resistance value Rth_G [° C./W] of the GaN-FET 111 is calculated. As described above, in the method for measuring thermal resistance of a semiconductor device according to the present embodiment, the thermal resistance of GaN-FET 111 of GaN-FET 111 and Si-FET 113 connected in series is determined by executing the processes of step S15 and step S17. The value Rth_G can be measured.

このように、本実施形態による半導体素子の熱抵抗測定方法では、直列に接続されたSi-FET113及びGaN-FET111のそれぞれの熱抵抗を、ステップS11及びステップS13の処理と、ステップS15及びステップS17の処理というように熱抵抗測定工程を2段階に分けて実行するようになっている。 As described above, in the method for measuring thermal resistance of a semiconductor device according to the present embodiment, the thermal resistance of each of the Si-FET 113 and the GaN-FET 111 connected in series is measured in steps S11 and S13, and in steps S15 and S17. The thermal resistance measurement process is carried out in two stages.

(半導体素子の熱抵抗測定方法及び熱抵抗測定装置の効果)
一般的に、単体のFETは、飽和状態に制御された状態で測定された発熱前後のドレイン-ソース間電圧に基づいて熱抵抗が測定される。しかしながら、チップオンチップ構造(2種のチップを組み合わせた構造)を有する半導体モジュールの熱抵抗は、この方法では測定できない。例えばSiより優れたスイッチング性能を持つGaNを用いたGaN-FETは、ノーマリーオン型デバイスである。ノーマリーオン型デバイスは、ゲート-ソース間に電圧をかけなくてもオン状態になっているデバイスである。ノーマリーオン型デバイスは、ゲート-ソース間に負の電圧をかけることによってオフ状態になるが、パワーデバイスの安全性を保つために、ゲートに電圧が印加されていないゼロバイアス時に電流を遮断する必要がある。このため、GaN-FETは、ゼロバイアス時に電流が遮断されるノーマリーオフ型デバイスであるSi-FETとカスケード接続されることにより、ノーマリーオフが実現される。このようなカスケード型GaN-FETは、上述の単体のFETに適用される一般的な熱抵抗の測定方法では、カスケード接続されている2種のチップの正確な熱抵抗を測定することはできない。
(Method for measuring thermal resistance of semiconductor elements and effects of thermal resistance measuring device)
Generally, the thermal resistance of a single FET is measured based on the drain-source voltage before and after heat generation, which is measured while the FET is controlled to a saturated state. However, the thermal resistance of a semiconductor module having a chip-on-chip structure (a structure in which two types of chips are combined) cannot be measured using this method. For example, a GaN-FET using GaN, which has better switching performance than Si, is a normally-on device. A normally-on device is a device that is turned on without applying a voltage between its gate and source. Normally-on devices are turned off by applying a negative voltage between the gate and source, but to maintain the safety of the power device, the current is cut off at zero bias when no voltage is applied to the gate. There is a need. Therefore, the GaN-FET is normally-off by being cascade-connected with the Si-FET, which is a normally-off type device in which current is cut off at zero bias. In such a cascade type GaN-FET, the accurate thermal resistance of two types of chips connected in cascade cannot be measured by the general thermal resistance measurement method applied to the above-mentioned single FET.

カスケード型GaN-FETのように、ノーマリーオンデバイスとノーマリーオフデバイスがカスケード接続されているデバイス(以下、「カスケード型デバイス」と称する)では、上述の単体のFETに適用される一般的な熱抵抗の測定方法では、2つのチップの熱抵抗を測定することができない。2つのチップの熱抵抗をそれぞれ測定するためには、ノーマリーオンデバイス及びノーマリーオフデバイスのうちの測定対象のデバイスのみを発熱させた状態でカスケード型デバイスに測定電流を流してカスケード型デバイスの端子間電圧(例えばドレイン-ソース間電圧)を測定する必要がある。カスケード型GaN-FETに上述の単体のFETに適用される一般的な熱抵抗の測定方法を適用すると、GaN-FETに必ず測定電流が流れてしまうので、オン抵抗が高いGaN-FETの発熱が支配的となる。このため、GaN-FETの熱抵抗を測定することができても、Si-FETの熱抵抗を測定することができない。 For devices such as cascade-type GaN-FETs in which normally-on devices and normally-off devices are cascade-connected (hereinafter referred to as "cascade-type devices"), the general method applied to the above-mentioned single FET is used. The thermal resistance measurement method cannot measure the thermal resistance of two chips. In order to measure the thermal resistance of two chips, a measurement current is applied to the cascade type device with only the device to be measured out of the normally on device and the normally off device generating heat. It is necessary to measure the voltage between terminals (for example, the voltage between drain and source). If the above-mentioned general thermal resistance measurement method applied to a single FET is applied to a cascade type GaN-FET, the measurement current will always flow through the GaN-FET, which will cause heat generation in the GaN-FET with high on-resistance. Become dominant. Therefore, even if it is possible to measure the thermal resistance of a GaN-FET, it is not possible to measure the thermal resistance of a Si-FET.

そこで、本実施形態による半導体素子の熱抵抗測定方法及び熱抵抗測定装置では、カスケード型デバイスに設けられるノーマリーオンデバイス及びノーマリーオフデバイスのそれぞれのオン抵抗が異なる特性を利用して、カスケード型デバイスの熱抵抗を正確に測定することができる。 Therefore, in the thermal resistance measuring method and thermal resistance measuring apparatus of a semiconductor element according to the present embodiment, the on-resistance of the normally-on device and the normally-off device provided in the cascade type device are different. The thermal resistance of a device can be accurately measured.

上述のように、本実施形態による半導体素子の熱抵抗測定装置1は、カスケード型デバイスである半導体モジュール11に設けられたSi-FET113及びGaN-FET111に対し、Si-FET113を不飽和状態かつGaN-FET111を飽和状態に制御できる。熱抵抗測定装置1は、このように制御した半導体モジュール11の発熱前後(すなわち発熱前及び発熱中)のSi-FET113の端子間電圧(すなわちゲート電極g3及びソース電極s3の間の電圧)を測定し、この測定結果に基づいてSi-FET113の熱抵抗を算出できる(ステップS11及びステップS13)。さらに、熱抵抗測定装置1は、Si-FET113及びGaN-FET111に対し、Si-FET113及びGaN-FET111を飽和状態に制御できる。熱抵抗測定装置1は、このように制御した半導体モジュール11の発熱前後の半導体モジュール11の両端子間電圧(すなわちドレイン端子D及びソース端子Sの間のドレイン-ソース間電圧)を測定し、この測定結果に基づいてGaN-FET111の熱抵抗を算出できる(ステップS15及びステップS17)。 As described above, the thermal resistance measuring device 1 of a semiconductor element according to the present embodiment is configured to set the Si-FET 113 in an unsaturated state and the GaN-FET 111 provided in the semiconductor module 11 which is a cascade type device. -FET 111 can be controlled to saturation. The thermal resistance measuring device 1 measures the voltage between the terminals of the Si-FET 113 (that is, the voltage between the gate electrode g3 and the source electrode s3) before and after (that is, before and during heating) the semiconductor module 11 controlled in this way generates heat. Based on this measurement result, the thermal resistance of the Si-FET 113 can be calculated (step S11 and step S13). Further, the thermal resistance measuring device 1 can control the Si-FET 113 and the GaN-FET 111 to a saturated state. The thermal resistance measuring device 1 measures the voltage between both terminals of the semiconductor module 11 (that is, the drain-source voltage between the drain terminal D and the source terminal S) before and after the semiconductor module 11 generates heat, and measures this voltage. The thermal resistance of the GaN-FET 111 can be calculated based on the measurement results (step S15 and step S17).

このように、本実施形態による半導体素子の熱抵抗測定方法及び熱抵抗測定装置1は、カスケード型パワーデバイスの2つの半導体チップ(例えばチップオンチップ構造を有する2つの半導体チップ)のそれぞれの熱抵抗を測定できる。 As described above, the thermal resistance measuring method and thermal resistance measuring apparatus 1 of a semiconductor element according to the present embodiment measure the thermal resistance of each of two semiconductor chips (for example, two semiconductor chips having a chip-on-chip structure) of a cascade type power device. can be measured.

以上説明したように、本実施形態による半導体素子の熱抵抗測定方法は、半導体モジュール11に設けられSi-FET113を不飽和状態に制御し、かつ半導体モジュール11に設けられSi-FET113に直列に接続されたGaN-FET111を飽和状態に制御して、Si-FET113の熱抵抗を測定する第一熱抵抗測定工程(ステップS11)と、Si-FET113及びGaN-FET111を飽和状態に制御してGaN-FET111の熱抵抗を測定する第二熱抵抗測定工程(ステップS15)とを備えている。 As explained above, the method for measuring thermal resistance of a semiconductor element according to the present embodiment controls the Si-FET 113 provided in the semiconductor module 11 to be in an unsaturated state, and connects the Si-FET 113 provided in the semiconductor module 11 in series. A first thermal resistance measurement step (step S11) in which the Si-FET 113 and GaN-FET 111 are controlled to a saturated state and the thermal resistance of the Si-FET 113 is measured; A second thermal resistance measuring step (step S15) is provided to measure the thermal resistance of the FET 111.

また、本実施形態による半導体素子の熱抵抗測定装置1は、Si-FET113に設けられたゲート電極g3及びソース電極s3の間に電圧を印加する可変電源13と、Si-FET113とSi-FET113に直列に接続されたGaN-FET111とを有する半導体モジュール11のドレイン端子D及びソース端子Sの間に電圧を印加する可変電源15とを備え、可変電源13は、Si-FET113の熱抵抗を測定する場合にSi-FET113を不飽和状態に制御可能な電圧をゲート電極g3及びソース電極s3の間に印加し、GaN-FET111の熱抵抗を測定する場合にSi-FET113及びGaN-FET111を飽和状態に制御可能な電圧をゲート電極g3及びソース電極s3の間に印加し、可変電源15は、GaN-FET111の熱抵抗を測定する場合に、半導体モジュール11のドレイン端子D及びソース端子Sの間に電圧を印加するとともにドレイン端子Dから飽和状態に制御されたGaN-FET111に電流を流す。 The thermal resistance measuring device 1 of a semiconductor device according to the present embodiment also includes a variable power supply 13 that applies a voltage between the gate electrode g3 and the source electrode s3 provided in the Si-FET 113, and A variable power source 15 applies a voltage between a drain terminal D and a source terminal S of a semiconductor module 11 having a GaN-FET 111 connected in series, and the variable power source 13 measures the thermal resistance of the Si-FET 113. When measuring the thermal resistance of the GaN-FET 111, a voltage that can control the Si-FET 113 into an unsaturated state is applied between the gate electrode g3 and the source electrode s3, and when the thermal resistance of the GaN-FET 111 is measured, the Si-FET 113 and the GaN-FET 111 are brought into a saturated state. A controllable voltage is applied between the gate electrode g3 and the source electrode s3, and the variable power supply 15 applies a voltage between the drain terminal D and the source terminal S of the semiconductor module 11 when measuring the thermal resistance of the GaN-FET 111. is applied, and a current is caused to flow from the drain terminal D to the GaN-FET 111 which is controlled to be in a saturated state.

これにより、本実施形態による半導体素子の熱抵抗測定方法及び熱抵抗測定装置1は、複数の半導体素子(本実施形態ではSi-FET113及びGaN-FET111)のそれぞれの熱抵抗を測定することができる。 Thereby, the thermal resistance measuring method and thermal resistance measuring device 1 of a semiconductor element according to the present embodiment can measure the thermal resistance of each of a plurality of semiconductor elements (Si-FET 113 and GaN-FET 111 in this embodiment). .

本発明は、上記実施形態に限らず、種々の変形が可能である。
上記実施形態による半導体素子の熱抵抗測定方法は、第一熱抵抗測定工程(ステップS11)と、第一熱抵抗算出工程(ステップS13)とを別の工程として備え、第二熱抵抗測定工程(ステップS15)と、第二熱抵抗算出工程(ステップS17)とを別の工程として備えているが、本発明はこれに限られない。例えば、半導体素子の熱抵抗測定方法は、第一熱抵抗算出工程が第一熱抵抗測定工程に含まれ、第二熱抵抗算出工程が第二熱抵抗測定工程に含まれていてもよい。
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible.
The method for measuring thermal resistance of a semiconductor element according to the above embodiment includes a first thermal resistance measuring step (step S11) and a first thermal resistance calculating step (step S13) as separate steps, and a second thermal resistance measuring step (step S13). Although step S15) and the second thermal resistance calculation step (step S17) are provided as separate steps, the present invention is not limited thereto. For example, in the method for measuring thermal resistance of a semiconductor element, the first thermal resistance calculation step may be included in the first thermal resistance measurement step, and the second thermal resistance calculation step may be included in the second thermal resistance measurement step.

上記実施形態による半導体素子の熱抵抗測定方法では、Si-FET113の熱抵抗を測定した後にGaN-FET111の熱抵抗を測定するようになっているが、本発明はこれに限らない。半導体素子の熱抵抗測定方法では、GaN-FET111の熱抵抗を測定した後にSi-FET113の熱抵抗を測定するようになっていてもよい。 In the method for measuring thermal resistance of a semiconductor element according to the above embodiment, the thermal resistance of the GaN-FET 111 is measured after measuring the thermal resistance of the Si-FET 113, but the present invention is not limited to this. In the method for measuring the thermal resistance of a semiconductor element, the thermal resistance of the Si-FET 113 may be measured after the thermal resistance of the GaN-FET 111 is measured.

上記実施形態では、電圧制御型半導体素子としてSi-FET及びGaN-FETが例示されているが、IGBTなどの他の電圧制御型半導体素子であっても、本実施形態と同様の効果が得られる。また、上記実施形態では、ディプレッション型(ノーマリーオン型)の素子としてGaN-FETが例示され、エンハンスメント型(ノーマリーオフ型)の素子としてSi-FETが例示されているが、他のディプレッション型素子及びエンハンスメント型素子であっても、本実施形態と同様の効果が得られる。 In the above embodiment, Si-FET and GaN-FET are exemplified as voltage-controlled semiconductor elements, but the same effects as in this embodiment can be obtained even with other voltage-controlled semiconductor elements such as IGBT. . Further, in the above embodiment, a GaN-FET is exemplified as a depletion type (normally-on type) element, and a Si-FET is exemplified as an enhancement type (normally-off type) element, but other depletion type The same effects as in this embodiment can be obtained even with elements and enhancement type elements.

1 熱抵抗測定装置
11 半導体モジュール
13,15 可変電源
17 制御部
111 GaN-FET
111a,113a 半導体基板
113 Si-FET
115 ケース
117 伝熱性接合剤
119 導電性接合剤
BW1,BW2,BW3,BW4 ボンディングワイヤ
D ドレイン端子
d1,d3 ドレイン電極
G ゲート端子
g1,g3 ゲート電極
GaN 窒化ガリウム
Im1 第一測定用電流
Imp1 第一測定用電流
Imp2 第二測定用電流
Iph1 第一発熱用電流
Iph2 第二発熱用電流
Kg,Ks 温度特性係数
Rong,Rons オン抵抗
Rth_G,Rth_S 熱抵抗値
S ソース端子
s1,s3 ソース電極
TG1,TG2,TS1,TS2 発熱
Vdsm2,Vdsp2 両端子間電圧
Vgsm1,Vgsp1,Vgsp2 端子間電圧
Vmp1 第一測定用電圧
Vph1 第一発熱用電圧
ΔT1 温度差
ΔT2 温度差
ΔVds 両端子間電圧差
ΔVgs 端子間電圧差
1 Thermal resistance measuring device 11 Semiconductor modules 13, 15 Variable power supply 17 Control unit 111 GaN-FET
111a, 113a Semiconductor substrate 113 Si-FET
115 Case 117 Heat conductive bonding agent 119 Conductive bonding agent BW1, BW2, BW3, BW4 Bonding wire D Drain terminal d1, d3 Drain electrode G Gate terminal g1, g3 Gate electrode GaN Gallium nitride Im1 First measurement current Imp1 First measurement Current Imp2 Second measurement current Iph1 First heating current Iph2 Second heating current Kg, Ks Temperature characteristic coefficient Rong, Rons On-resistance Rth_G, Rth_S Thermal resistance value S Source terminals s1, s3 Source electrodes TG1, TG2, TS1 , TS2 Heat generation Vdsm2, Vdsp2 Voltage between both terminals Vgsm1, Vgsp1, Vgsp2 Voltage between terminals Vmp1 Voltage for first measurement Vph1 Voltage for first heat generation ΔT1 Temperature difference ΔT2 Temperature difference ΔVds Voltage difference between both terminals ΔVgs Voltage difference between terminals

Claims (12)

半導体モジュールに設けられエンハンスメント型の第一電圧制御型半導体素子を不飽和状態に制御し、かつ前記半導体モジュールに設けられ前記第一電圧制御型半導体素子に直列に接続されたディプレッション型の第二電圧制御型半導体素子を飽和状態に制御して、前記第一電圧制御型半導体素子の熱抵抗を測定する第一熱抵抗測定工程と、
前記第一電圧制御型半導体素子及び前記第二電圧制御型半導体素子を飽和状態に制御して前記第二電圧制御型半導体素子の熱抵抗を測定する第二熱抵抗測定工程と
を備える半導体素子の熱抵抗測定方法。
a depletion type second voltage provided in the semiconductor module and controlling a first enhancement type voltage controlled semiconductor element provided in the semiconductor module to an unsaturated state and connected in series to the first voltage controlled semiconductor element provided in the semiconductor module; a first thermal resistance measurement step of controlling the control type semiconductor element to a saturated state and measuring the thermal resistance of the first voltage control type semiconductor element;
a second thermal resistance measuring step of controlling the first voltage-controlled semiconductor element and the second voltage-controlled semiconductor element to a saturated state and measuring the thermal resistance of the second voltage-controlled semiconductor element. Thermal resistance measurement method.
前記第一熱抵抗測定工程は、
前記不飽和状態に制御した前記第一電圧制御型半導体素子を発熱させる第一発熱工程と、
前記第一発熱工程で前記第一電圧制御型半導体素子を発熱させる前に、前記第一電圧制御型半導体素子に設けられた制御端子及びキャリア流入側端子の間の端子間電圧を、前記不飽和状態に制御した状態で測定する第一発熱前電圧測定工程と、
前記第一発熱工程の後に前記不飽和状態で発熱を継続している前記第一電圧制御型半導体素子の前記端子間電圧を測定する第一発熱中電圧測定工程と
を有する
請求項1に記載の半導体素子の熱抵抗測定方法。
The first thermal resistance measuring step includes:
a first heat generation step of causing the first voltage-controlled semiconductor element controlled to the unsaturated state to generate heat;
Before causing the first voltage-controlled semiconductor element to generate heat in the first heat generation step, the inter-terminal voltage between the control terminal provided on the first voltage-controlled semiconductor element and the carrier inflow side terminal is set to the unsaturated level. a first pre-heat generation voltage measurement step of measuring in a controlled state;
and a first heating voltage measurement step of measuring the voltage between the terminals of the first voltage-controlled semiconductor element that continues to generate heat in the unsaturated state after the first heating step. Method for measuring thermal resistance of semiconductor devices.
前記第一発熱前電圧測定工程において測定された前記端子間電圧、前記第一発熱中電圧測定工程において測定された前記端子間電圧及び前記第一電圧制御型半導体素子が有する温度特性係数に基づいて、前記第一電圧制御型半導体素子の熱抵抗を算出する第一熱抵抗算出工程を備える
請求項2に記載の半導体素子の熱抵抗測定方法。
Based on the terminal-to-terminal voltage measured in the first pre-heat generation voltage measurement step, the terminal-to-terminal voltage measured in the first heat generation voltage measurement step, and the temperature characteristic coefficient of the first voltage-controlled semiconductor element. 3. The method for measuring thermal resistance of a semiconductor device according to claim 2, further comprising a first thermal resistance calculation step of calculating a thermal resistance of the first voltage-controlled semiconductor device.
前記第一発熱前電圧測定工程において、
前記第二電圧制御型半導体素子を前記飽和状態に制御し、かつ前記第一電圧制御型半導体素子を前記不飽和状態に制御することが可能な電圧値の第一測定用電圧を前記半導体モジュールに設けられた一方の端子及び他方の端子の間に印加し、
前記第一電圧制御型半導体素子が発熱しない電流量の第一測定用電流を前記一方の端子から前記半導体モジュールに流して前記端子間電圧を測定する
請求項2又は3に記載の半導体素子の熱抵抗測定方法。
In the first pre-heat generation voltage measurement step,
Applying a first measurement voltage to the semiconductor module with a voltage value capable of controlling the second voltage-controlled semiconductor element to the saturated state and controlling the first voltage-controlled semiconductor element to the unsaturated state. Apply between one terminal and the other terminal provided,
The heat of the semiconductor element according to claim 2 or 3, wherein the voltage between the terminals is measured by flowing a first measuring current of a current amount that does not cause the first voltage-controlled semiconductor element to generate heat from the one terminal to the semiconductor module. How to measure resistance.
前記第一発熱工程において、
前記第一電圧制御型半導体素子の前記制御端子及び前記キャリア流入側端子の間に前記第一発熱前電圧測定工程において測定された前記端子間電圧と同じ電圧値の電圧を印加し、
前記第二電圧制御型半導体素子を前記飽和状態に制御した状態で前記不飽和状態に制御した前記第一電圧制御型半導体素子を発熱させることが可能な第一発熱用電圧を前記半導体モジュールの前記一方の端子及び前記他方の端子の間に印加し、
前記第一測定用電流よりも電流量が大きい第一発熱用電流を前記一方の端子から前記半導体モジュールに流して前記第一電圧制御型半導体素子を発熱させる
請求項4に記載の半導体素子の熱抵抗測定方法。
In the first exothermic step,
Applying a voltage having the same voltage value as the inter-terminal voltage measured in the first pre-heating voltage measurement step between the control terminal and the carrier inflow side terminal of the first voltage-controlled semiconductor element;
A first heat generating voltage that can cause the first voltage controlled semiconductor element controlled to the unsaturated state to generate heat while the second voltage controlled semiconductor element is controlled to the saturated state is applied to the first voltage of the semiconductor module. applying between one terminal and the other terminal,
The heat of the semiconductor element according to claim 4, wherein a first heat generating current having a larger current amount than the first measurement current is passed from the one terminal to the semiconductor module to cause the first voltage controlled semiconductor element to generate heat. How to measure resistance.
前記第一発熱中電圧測定工程において、
前記第一測定用電圧を前記半導体モジュールの前記一方の端子及び前記他方の端子の間に印加し、
前記第一測定用電流を前記一方の端子から前記半導体モジュールに流して前記端子間電圧を測定する
請求項4又は5に記載の半導体素子の熱抵抗測定方法。
In the first heating voltage measurement step,
Applying the first measurement voltage between the one terminal and the other terminal of the semiconductor module,
6. The method for measuring thermal resistance of a semiconductor element according to claim 4, wherein the voltage between the terminals is measured by flowing the first measurement current from the one terminal to the semiconductor module.
前記第二熱抵抗測定工程は、
前記第一電圧制御型半導体素子及び前記第二電圧制御型半導体素子を前記飽和状態に制御した状態で前記第二電圧制御型半導体素子を発熱させる第二発熱工程と、
前記第二発熱工程で前記第二電圧制御型半導体素子を発熱させる前に、前記第一電圧制御型半導体素子及び前記第二電圧制御型半導体素子を前記飽和状態に制御した状態で前記半導体モジュールの一方の端子及び他方の端子の間の両端子間電圧を測定する第二発熱前電圧測定工程と、
前記第二発熱工程の後に前記飽和状態で前記第二電圧制御型半導体素子が発熱を継続している状態で前記半導体モジュールの前記両端子間電圧を測定する第二発熱中電圧測定工程と
を有する
請求項1から6までのいずれか一項に記載の半導体素子の熱抵抗測定方法。
The second thermal resistance measurement step includes:
a second heating step of causing the second voltage-controlled semiconductor element to generate heat while the first voltage-controlled semiconductor element and the second voltage-controlled semiconductor element are controlled to the saturated state;
Before causing the second voltage-controlled semiconductor element to generate heat in the second heat generation step, the semiconductor module is heated while the first voltage-controlled semiconductor element and the second voltage-controlled semiconductor element are controlled to the saturated state. a second pre-heating voltage measurement step of measuring the voltage between one terminal and the other terminal;
and a second heating voltage measuring step of measuring the voltage between both terminals of the semiconductor module while the second voltage-controlled semiconductor element continues to generate heat in the saturated state after the second heating step. The method for measuring thermal resistance of a semiconductor device according to any one of claims 1 to 6.
前記第二発熱前電圧測定工程において測定された前記両端子間電圧、前記第二発熱中電圧測定工程において測定された前記両端子間電圧及び前記第二電圧制御型半導体素子が有する温度特性係数に基づいて、前記第二電圧制御型半導体素子の熱抵抗を算出する第二熱抵抗算出工程を備える
請求項7に記載の半導体素子の熱抵抗測定方法。
The voltage between the terminals measured in the second voltage measurement step before heating, the voltage between the terminals measured in the second voltage measurement step during heating, and the temperature characteristic coefficient of the second voltage-controlled semiconductor element. The method for measuring thermal resistance of a semiconductor device according to claim 7, further comprising a second thermal resistance calculation step of calculating the thermal resistance of the second voltage-controlled semiconductor device based on the second voltage-controlled semiconductor device.
前記第二発熱前電圧測定工程において、
前記第一電圧制御型半導体素子及び前記第二電圧制御型半導体素子を前記飽和状態に制御し、
前記第一電圧制御型半導体素子及び前記第二電圧制御型半導体素子に異常な発熱が発生しない電流量の第二測定用電流を前記一方の端子から前記半導体モジュールに流して前記両端子間電圧を測定する
請求項7又は8に記載の半導体素子の熱抵抗測定方法。
In the second pre-heat generation voltage measurement step,
controlling the first voltage-controlled semiconductor element and the second voltage-controlled semiconductor element to the saturated state;
A second measuring current of an amount that does not cause abnormal heat generation in the first voltage-controlled semiconductor element and the second voltage-controlled semiconductor element is passed from the one terminal to the semiconductor module to measure the voltage between the two terminals. The method for measuring thermal resistance of a semiconductor element according to claim 7 or 8.
前記第二発熱工程において、
前記半導体モジュールの前記一方の端子及び前記他方の端子の間に前記第二発熱前電圧測定工程において測定された前記両端子間電圧と同じ電圧値の電圧を印加し、
前記第一電圧制御型半導体素子及び前記第二電圧制御型半導体素子を前記飽和状態に制御した状態で前記第二電圧制御型半導体素子を発熱させることが可能であり、かつ前記第二測定用電流よりも電流量が大きい第二発熱用電流を前記一方の端子から前記半導体モジュールに流して前記第二電圧制御型半導体素子を発熱させる
請求項9に記載の半導体素子の熱抵抗測定方法。
In the second exothermic step,
Applying a voltage between the one terminal and the other terminal of the semiconductor module with the same voltage value as the voltage between the two terminals measured in the second pre-heating voltage measurement step,
It is possible to cause the second voltage-controlled semiconductor element to generate heat while the first voltage-controlled semiconductor element and the second voltage-controlled semiconductor element are controlled to the saturated state, and the second measurement current 10. The method for measuring thermal resistance of a semiconductor element according to claim 9, wherein a second heating current having a larger current amount than the first terminal is passed through the semiconductor module from the one terminal to cause the second voltage-controlled semiconductor element to generate heat.
前記第二発熱中電圧測定工程において、
前記第一電圧制御型半導体素子及び第二電圧制御型半導体素子を前記飽和状態に制御した状態で、前記第二測定用電流を前記一方の端子から前記半導体モジュールに流して前記両端子間電圧を測定する
請求項9又は10に記載の半導体素子の熱抵抗測定方法。
In the second heating voltage measurement step,
With the first voltage-controlled semiconductor element and the second voltage-controlled semiconductor element controlled to the saturated state, the second measurement current is caused to flow from the one terminal to the semiconductor module to increase the voltage between the two terminals. The method for measuring thermal resistance of a semiconductor element according to claim 9 or 10.
エンハンスメント型の第一電圧制御型半導体素子に設けられた制御端子及びキャリア流入側端子の間に電圧を印加する端子間可変電源と、
前記第一電圧制御型半導体素子と前記第一電圧制御型半導体素子に直列に接続されたディプレッション型の第二電圧制御型半導体素子とを有する半導体モジュールの一方の端子及び他方の端子の間に電圧を印加する両端子間可変電源と
を備え、
前記端子間可変電源は、前記第一電圧制御型半導体素子の熱抵抗を測定する場合に前記第一電圧制御型半導体素子を不飽和状態に制御可能な電圧を前記制御端子及び前記キャリア流入側端子の間に印加し、前記第二電圧制御型半導体素子の熱抵抗を測定する場合に前記第一電圧制御型半導体素子及び前記第二電圧制御型半導体素子を飽和状態に制御可能な電圧を前記制御端子及び前記キャリア流入側端子の間に印加し、
前記両端子間可変電源は、前記第二電圧制御型半導体素子の熱抵抗を測定する場合に、前記半導体モジュールの前記一方の端子及び前記他方の端子の間に電圧を印加するとともに前記一方の端子から前記飽和状態に制御された前記第二電圧制御型半導体素子に電流を流す
半導体素子の熱抵抗測定装置。
a terminal-to-terminal variable power source that applies a voltage between a control terminal and a carrier inflow side terminal provided in an enhancement-type first voltage-controlled semiconductor element;
voltage between one terminal and the other terminal of a semiconductor module having the first voltage-controlled semiconductor element and a second voltage-controlled semiconductor element of a depletion type connected in series to the first voltage-controlled semiconductor element; Equipped with a variable power supply between both terminals that applies
The inter-terminal variable power supply supplies a voltage that can control the first voltage-controlled semiconductor element to an unsaturated state when measuring the thermal resistance of the first voltage-controlled semiconductor element to the control terminal and the carrier inflow side terminal. the voltage that can be applied to the first voltage-controlled semiconductor element and the second voltage-controlled semiconductor element to a saturated state when measuring the thermal resistance of the second voltage-controlled semiconductor element; applying between the terminal and the carrier inflow side terminal;
The terminal-to-terminal variable power supply applies a voltage between the one terminal and the other terminal of the semiconductor module when measuring the thermal resistance of the second voltage-controlled semiconductor element, and also applies voltage between the one terminal and the other terminal of the semiconductor module. A thermal resistance measuring device for a semiconductor device, wherein a current is caused to flow through the second voltage-controlled semiconductor device controlled to the saturated state.
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