JP4321539B2 - デバイス評価装置およびデバイス評価方法 - Google Patents

Description

この発明は、デバイス評価装置およびデバイス評価方法に関し、より特定的には、従来より高温領域におけるデバイスの評価が可能なデバイス評価装置およびデバイス評価方法に関する。

従来、半導体デバイスの用途の１つとして、高耐圧、高電力用途のパワーデバイスが知られている。このようなパワーデバイスとして、現在は主にシリコン（Ｓｉ）を用いたデバイスが用いられているが、より高性能なものとしてＳｉＣなどのワイドバンドギャップ（ＷＢＧ）を用いたデバイスも提案されている（たとえば、非特許文献１参照）。このＷＢＧパワーデバイスは、Ｓｉに比べてより高温環境下での動作が可能であり、当該デバイスの信頼性を確保する上で、実装材料間の熱膨張係数の差に起因する応力に対する耐久試験（サーマルサイクル試験）が重要となる。
河合 寿、「ＳｉＣデバイスへの期待 自動車エレクトロニクスの立場から」、ＦＥＤレビュー、財団法人 新機能素子研究開発協会、Ｖｏｌ.２ Ｎｏ．１ ２００２

上述したサーマルサイクル試験については、ＪＩＳ Ｃ７０２１に規定されている。しかし、現在行なわれているサーマルサイクル試験は、Ｓｉを用いたデバイスを前提としたものであり、Ｓｉを用いたデバイスの動作保証温度域（−４０〜１５０℃）を保証するためのものである。

一方、上述したＳｉＣを用いたデバイスをパワーデバイスとして用いる場合には、より高温域（たとえば２００℃以上の温度域）での動作が想定される。しかし、従来のサーマルサイクル試験を行なうための評価装置や評価方法では、このような高温域での試験を想定していないため、Ｓｉを用いたデバイスより高温域で用いられるデバイス（たとえばＳｉＣを用いたデバイス）について、その耐久性を検証するためのサーマルサイクル試験を十分に行なうことは困難であった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、従来より高温域で用いられるデバイスの耐久性を検証することが可能なデバイス評価装置およびデバイス評価方法を提供することである。

この発明に従ったデバイス評価装置は、電子冷却素子と発熱部材と放熱部材と制御部とを備える。電子冷却素子は、半導体デバイスを含む被測定体と熱的に接続される。発熱部材は、被測定体と熱的に接続される。放熱部材は、電子冷却素子と熱的に接続される。制御部は、発熱部材と電子冷却素子へ入力する電力を制御する。また、電子冷却素子は、被測定体と熱的に接続された被測定体側電子冷却素子と、放熱部材と熱的に接続された放熱側電子冷却素子とを含む。そして、発熱部材は、被測定体側電子冷却素子と放熱側電子冷却素子とを熱的に接続する接続経路上に位置する。

このようにすれば、発熱部材に電力を入力することにより発熱部材を発熱させて、当該発熱部材から発生した熱を被測定体に伝えることにより、半導体デバイスを含む被測定体の温度を上昇させることができる。そのため、被測定体の動作状態とは独立して被測定体の温度条件を制御した状態でサーマルサイクル試験を実施することができる。したがって、被測定体の半導体デバイスがＳｉＣを用いたデバイスのように従来のシリコンを用いたデバイスよりより高温域で動作する場合であっても、そのような高温域の温度条件を簡単に実現できるので、被測定体の動作温度域（従来より高温域）における試験を簡単に実施することができる。

なお、ここで半導体デバイスとは、シリコン（Ｓｉ）や炭化シリコン（ＳｉＣ）などの半導体を基板として用いたデバイスを意味する。また、被測定体は、上述した半導体デバイス単体、当該半導体デバイスを内部に組込んだ半導体パッケージ、あるいは当該半導体デバイスを部品の一部として用い、所定の機能を実現するために複数の部品を組合せて構成されたモジュールであってもよい。また、上述した電子冷却素子および被測定体、または発熱部材および被測定体、または電子冷却素子および放熱部材を「熱的に接続」するとは、電子冷却素子および被測定体などの上述した部材の間で熱の伝達が可能なように、上述した部材の間を直接接続することを含む。また、上記「熱的に接続」するとは、熱を伝えることが可能な部材を介して上述した部材の間を間接的に接続することを含み、上述した部材の間で熱の伝達が可能であれば、どのような接続方法を用いてもよい。

また、ここで電子冷却素子とは、電力を投入することにより、素子の異なる面（両面）における温度に差をつけることができる素子、あるいは素子の異なる面の１つで吸熱、他の面で発熱が起こり結果的にヒートポンプとして作用することが可能な素子を意味し、具体的にはペルチェ素子が挙げられる。

この発明に従ったデバイス評価方法は、上記デバイス評価装置を用いたデバイス評価方法であって、電子冷却素子および発熱部材に被測定体を熱的に接続する工程と、テスト工程とを備える。テスト工程では、発熱部材に電力を入力することにより、発熱部材から発生した熱を被測定体に伝えることで被測定体の温度を上昇させる加熱工程と、電子冷却素子に電力を入力することにより被測定体の熱を放熱部材へ伝達し、被測定体を冷却する冷却工程とを、１回以上繰返すように、電力を制御部により制御する。

このようにすれば、発熱部材からの発熱を利用して被測定体の温度を昇温する一方、電子冷却素子によって被測定体の熱を放熱部材へ伝達することによって、被測定体に対するサーマルサイクル試験を簡便に行なうことができる。

このように、本発明によれば、発熱部材、電子冷却素子および放熱部材を用いて被測定体の温度条件を比較的自由に設定できるので、被測定体の半導体デバイスがＳｉＣを用いたデバイスのように従来のシリコンを用いたデバイスよりより高温域で動作する場合であっても、被測定体の動作温度域における試験を簡単に実施することができる。

以下図面に基づいて、本発明の実施の形態および実施例について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、本発明に従った評価装置の実施の形態１の模式図である。図１を参照して、本発明に従った評価装置の実施の形態１を説明する。

図１に示すように、本発明に従ったデバイス評価装置としての評価装置３０は、半導体デバイスを含む被測定体１と熱的に接続される電子冷却素子としての第１ペルチェ素子９および第２ペルチェ素子３１と、被測定体１とペルチェ素子９を介して熱的に接続された発熱部材としてのヒータ８と、第２ペルチェ素子３１と熱的に接続された放熱部材としての放熱器１１と、ヒータ８と第１および第２ペルチェ素子９、３１とへ入力する電力を制御する制御部としての制御装置２９とを備える。より具体的には、被測定体１は、グリスを介してベースプレート５と接続される。ベースプレート５の表面において被測定体１の下に位置する領域には溝が形成され、当該溝の内部には被測定体１の温度を測定するための熱電対７が配置されている。ベースプレート５の平面形状のサイズは被測定体１の平面形状のサイズより大きくなっている。また、ベースプレート５を構成する材料としては、熱伝達を効率的に行なえる材料であればどのような材料を用いてもよい。たとえば、ベースプレート５をアルミニウムや銅、あるいはこれらを含む合金などの金属により構成してもよい。

なお、被測定体１の温度を測定する方法としては、熱電対７に変えて、非接触型の温度計（たとえば赤外線温度計）を用いる方法や、被測定体１に含まれるダイオードのＶｆ（順方向電圧）を測定する方法を用いてもよい。この場合、たとえば非接触の温度計であれば被測定体１と対向する任意の位置に配置することができる。

ベースプレート５の下面はグリス３を介して第１ペルチェ素子９の上面と接続されている。第１ペルチェ素子９の下面はグリス３を介して中間ベースプレート６と接続されている。また、第１ペルチェ素子９にはその外周部に外側へ突出したフランジ部１０が形成されている。当該フランジ部１０にはネジ孔が形成されている。ネジ孔には固定用ネジ１２が挿入されている。その固定用ネジ１２の先端部は中間ベースプレート６の上部表面に形成された固定用孔に挿入固定されている。つまり、固定用ネジ１２は第１ペルチェ素子９のフランジ部１０のネジ孔と中間ベースプレート６の上部表面の固定用孔とに挿入固定されることにより、第１ペルチェ素子９と中間ベースプレート６とを接続、固定している。

中間ベースプレート６の平面形状は、第１ペルチェ素子９の平面形状より大きくなっている。つまり、第１ペルチェ素子９の端面より外側に中間ベースプレート６の端面は位置する。そして、中間ベースプレート６の端部には、複数の（図１では２つの）ヒータ８が設置されている。ヒータ８は中間ベースプレート６を挟むような位置に配置されている。なお、ヒータ８は中間ベースプレート６上の任意の位置に配置できるが、図１に示すように第１ペルチェ素子９を挟むような位置に配置してもよい。また、ヒータ８の数は１つでも、３つ以上の複数であってもよい。また、複数のヒータ８は第１ペルチェ素子９を囲むように中間ベースプレート６上に配置されていてもよい。

ヒータ８は中間ベースプレート６の表面に直接固着するように接続されていてもよいが、接着剤、あるいはグリスなどを介して中間ベースプレート６に接続してもよい。また、ヒータ８を第１ペルチェ素子９と同様に固定用ねじなどを用いて固定部材により中間ベースプレート６に接続固定してもよい。

中間ベースプレート６の下面はグリス３を介して第２ペルチェ素子３１の上面と接続されている。第２ペルチェ素子３１の下面はグリス３を介して放熱器１１と接続されている。また、第１ペルチェ素子９と同様に、第２ペルチェ素子３１にはその外周部に外側へ突出したフランジ部１０が形成されている。当該フランジ部１０にはネジ孔が形成されている。ネジ孔には固定用ネジ１２が挿入されている。その固定用ネジ１２の先端部は放熱器１１の上部表面に形成された固定用孔に挿入固定されている。つまり、固定用ネジ１２は第２ペルチェ素子３１のフランジ部１０のネジ孔と放熱器１１の上部表面の固定用孔とに挿入固定されることにより、第２ペルチェ素子３１と放熱器１１とを接続、固定している。

放熱器１１は、その上部表面が平坦に形成されている一方、その下部には図１に示すように放熱部となる複数の放熱フィンが形成されている。放熱器１１を構成する材料としては、熱伝達を効率的に行なえる材料であればどのような材料を用いてもよい。たとえば、放熱器１１をアルミニウムや銅、あるいはこれらの元素を含む合金などの金属により構成してもよい。また、放熱器１１には上記放熱フィンに接触して熱を放熱器１１から除去するための冷媒１７を供給するため、冷媒流路１３が接続されている。冷媒流路１３は、放熱器１１の一方端部からポンプ１４、熱交換器１５を介して放熱器１１の他方端部を接続する循環路を構成している。

冷媒１７は、ポンプ１４を駆動することによって、たとえば放熱器１１の一方端部から放熱器１１の放熱フィンに接触するように流動する。放熱フィンに冷媒１７が接触することにより、冷媒１７は放熱器１１から熱を奪う。そして、冷媒１７は放熱器１１の他方端部に到達した後、放熱器１１の他方端部から冷媒流路１３を流動して熱交換器１５に到達する。熱交換器１５では冷媒１７と別の媒体（たとえば外気）との間で熱交換が行なわれる結果、冷媒１７が冷却される。熱交換器１５を通過した冷媒１７はポンプ１４に到達した後、再びポンプ１４の駆動により放熱器１１の一方端部へ供給される。図１に示すように、冷媒流路１３において放熱器１１の下流側に位置する部分には冷媒１７の温度を測定するための温度センサ１６が配置されている。

放熱器１１、第１および第２ペルチェ素子９、３１、ベースプレート５および中間ベースプレート６の位置を固定するため、複数の固定部材２０が配置されている。固定部材２０は、押え部材１８ａ、１８ｂと支持部材１９とからなる。押え部材１８ａはベースプレート５の上部表面の延びる方向と同じ方向に延びるように配置される板状または棒状の形状を有している。押え部材１８ａの一方端部がベースプレート５の上部表面の端部と接触するように、押え部材１８ａは配置されている。また、押え部材１８ｂは、放熱器１１の上部表面の延びる方向と同じ方向に延びるように配置される板状または棒状の形状を有している。押え部材１８ｂの一方端部が放熱器１１の下部において冷媒流路１３の外壁面に接触するように、押え部材１８ｂは配置されている。

押え部材１８ａ、１８ｂの他方端部には、押え部材１８ａ、１８ｂを連結固定するための支持部材１９が接続されている。支持部材１９は、押え部材１８ａ、１８ｂを連結するとともに、押え部材１８ａ、１８ｂを互いに近づく方向へ押圧可能になっている。たとえば、押え部材１８ａ、１８ｂの他方端部に支持部材１９を挿通するための穴を形成しておき、その穴に支持部材１９の端部を挿入する。そして、支持部材１９の端部にネジ溝を形成するとともに、当該端部側からナットなどの固定具をねじ込むことによって、押え部材１８ａ、１８ｂを互いに近づく方向へ押圧する。このようにして、固定部材２０によって放熱器１１、第１および第２ペルチェ素子９、３１、ベースプレート５および中間ベースプレート６の位置を固定できる。

また、被測定体１、ベースプレート５、中間ベースプレート６、第１および第２ペルチェ素子９、３１、ヒータ８、放熱器１１、固定部材２０を内部に保持するように、密閉ケース２８が配置されている。密閉ケース２８はその内部を外部から隔離できるように構成されている。密閉ケース２８を構成する材料としては、その内部を外部から隔離でき、また内部に配置される雰囲気ガスに対する耐性を有する材料であればどのような材料を用いてもよい。

密閉ケース２８には、図示しないがその内部の圧力を調整するための圧力調整部材としての排気ポンプが配管を介して接続されていてもよい。また、密閉ケース２８には、その内部に所定の雰囲気ガス（たとえばアルゴンガス、窒素ガスなどの不活性ガス、あるいは結露を防止するための乾燥空気など）を供給するための雰囲気ガス供給部材としてのマスフローコントローラが配管を介して接続されていてもよい。マスフローコントローラは、別の配管を介して上記雰囲気ガスの供給源（たとえば雰囲気ガスを蓄積するタンクなど）に接続されていてもよい。

評価装置３０は、上述したヒータ８、ペルチェ素子９や被測定体１、ポンプ１４や熱交換器１５などに対して供給される電力を制御するための制御装置２９を備えている。制御装置２９は、被測定体用電源２１、ヒータ用電源２７、第１ペルチェ素子用電源２２、第２ペルチェ素子用電源２３、冷却系電源２４、これらの電源を制御するためのコントローラ２６を含む。なお、制御装置２９は、コントローラ２６として動作するマイクロコンピュータ、各種電源、各種スイッチなどを搭載した専用の制御ボードにより構成してもよいし、一般的なパーソナルコンピュータにおいて制御プログラムと、当該パーソナルコンピュータに接続され各種電源、各種スイッチなどを搭載した装置とにより構成してもよい。被測定体用電源２１は、被測定体１に電流センサ２５を介して接続線により接続されている。ヒータ用電源２７は、ヒータ８に電流センサ２５を介して接続線により接続されている。また、第１ペルチェ素子用電源２２および第２ペルチェ素子用電源２３は、それぞれ第１ペルチェ素子９および第２ペルチェ素子３１に電流センサ２５を介して接続線により接続されている。冷却系電源２４は、ポンプ１４および熱交換器１５のそれぞれに電流センサ２５を介して接続されている。なお、熱交換器１５が電流による駆動を必要としないような構成の場合には、冷却系電源２４はポンプ１４のみに接続されていればよい。また、上述した、被測定体用電源２１、ヒータ用電源２７、第１ペルチェ素子用電源２２、第２ペルチェ素子用電源２３、および冷却系電源２４は、それぞれ後述するＰＷＭ制御や電圧制御などを行なうための制御回路を含むものである。

なお、ここでＰＷＭ制御（Pulse Width Modulation control）とは、パルス幅変調制御を意味し、ここでは被測定体１へ入力する電流の電圧をＯＮとＯＦＦとを繰返すパルス波状にし、当該パルス波のＯＮとＯＦＦとの比率（パルス幅）を変化させることによって被測定体へ入力する電力を制御している。また、ここで電圧変更制御とは、被測定体１へ入力する電流の電圧の値を時間とともに変更する制御を意味する。

上述した、被測定体用電源２１、ヒータ用電源２７、第１ペルチェ素子用電源２２、第２ペルチェ素子用電源２３、および冷却系電源２４のそれぞれは、コントローラ２６と接続されており、当該コントローラ２６により制御される。また、コントローラ２６には、冷媒１７の温度を測定する温度センサ１６および被測定体１の温度を測定する熱電対７と接続されている。コントローラ２６には、これらの温度センサ１６や熱電対７からそれぞれ温度の測定データが入力される。コントローラ２６は、これらの測定データを評価装置３０の制御に用いている。

次に、図１に示した評価装置３０を用いた被測定体１のデバイス評価方法（サーマルサイクル試験）を例にして、評価装置３０の動作を説明する。図２は、図１に示した評価装置を用いたデバイス評価方法を示すフローチャートである。図３は、図２に示したフローチャートにおけるテスト工程の内容を示すフローチャートである。図２および図３を参照して、図１に示した評価装置を用いたデバイス評価方法を説明する。

図２に示すように、図１に示した評価装置３０を用いたデバイス評価方法は、被測定体準備工程（Ｓ１００）、テスト工程（Ｓ２００）、および後処理工程（Ｓ３００）を備える。被測定体準備工程（Ｓ１００）では、図１に示したベースプレート５上の所定の位置に、グリス３を介して、半導体デバイスを含むモジュールなどの被測定体１を配置する。また、密閉ケース２８を密閉することにより、密閉ケース２８の外部と、被測定体１が配置された密閉ケース２８の内部とを隔離するとともに、密閉ケース２８の内部の雰囲気ガスの組成や圧力を所定の条件に調整する。

次に、テスト工程（Ｓ２００）を実施する。このテスト工程（Ｓ２００）の具体的な内容は後述する。そして、テスト工程（Ｓ２００）が終了した後、後処理工程（Ｓ３００）を実施する。具体的には、テストが終了した被測定体１をベースプレート５上から取出す。

次に、上記テスト工程（Ｓ２００）の具体的な内容を、図３を参照しながら説明する。図３に示すように、テスト工程（Ｓ２００）（図２参照）では、まず被測定体１の温度を所定の温度まで上昇させた後、その温度（高温側の維持温度）において所定時間維持する昇温工程（Ｓ２１０）を実施する。この昇温工程（Ｓ２１０）では、具体的にはヒータ用電源２７（図１参照）からそれぞれヒータ８へ電力を供給することによりヒータ８から発熱させる。

また、同時に第１ペルチェ素子９に対しては第１ペルチェ素子用電源２２から、第１ペルチェ素子９において中間ベースプレート６側からベースプレート５側へ熱を伝えるように電力を供給する（第１ペルチェ素子用電源２２について発熱側の電源をＯＮにする）。この結果、ヒータ８から発生した熱が、中間ベースプレート６、第１ペルチェ素子９およびベースプレート５を介して被測定体１に伝えられるため、被測定体１の温度を上昇させることができる。また、被測定体１の温度を高温側の維持温度で一定に保つ場合には、後述するように第１ペルチェ素子用電源２２またはヒータ用電源２７から出力される電力を制御することにより、被測定体１の温度を上記維持温度で一定に保つことが可能になる。

次に、冷却工程（Ｓ２２０）を実施する。冷却工程（Ｓ２２０）では、上述した高温側の維持温度で一定時間保たれた被測定体１の温度を低下させ、所定の温度（低温側の維持温度）で所定時間維持する。具体的には、後述するように、ヒータ用電源２７からの電力の出力をＯＦＦにし、また第１ペルチェ素子用電源２２からの電力の出力をベースプレート５側から中間ベースプレート６側へ熱を伝えるように変更する。一方、第２ペルチェ素子用電源２３から出力される電力を制御することにより、中間ベースプレート６側から放熱器１１側へ熱が伝えられるようにする。この結果、被測定体１の温度を上記低温側の維持温度で維持することができる。

次に、昇温、冷却を所定回数繰返したかどうかを判別する工程（Ｓ２３０）を実施する。この工程（Ｓ２３０）では、上述した昇温工程（Ｓ２１０）および冷却工程（Ｓ２２０）を所定回数繰返したかどうかを判別し、所定回数繰返されていないと判断された場合（ＮＯと判断された場合）には再度昇温工程（Ｓ２１０）、冷却工程（Ｓ２２０）を実施する。また、当該工程（Ｓ２３０）において上記工程が所定回数繰返されたと判断された場合（ＹＥＳと判断された場合）には、第１ペルチェ素子用電源２２や第２ペルチェ素子用電源２３、ヒータ用電源２７などをＯＦＦにするといった後処理を行なう工程（Ｓ２４０）を実施する。このようにして、テスト工程（Ｓ２００）を実施できる。

上述した昇温工程（Ｓ２１０）および冷却工程（Ｓ２２０）においては、被測定体１の温度、より具体的には被測定体１に含まれる半導体デバイスの半導体接合温度Ｔｊを高温側または低温側の維持温度で維持するため、第１ペルチェ素子用電源２２やヒータ用電源２７の出力についてたとえばＰＷＭ制御や電圧変更制御を適用できる。以下、テスト工程（Ｓ２００）においてＰＷＭ制御や電圧変更制御を適用した場合について説明する。

なお、図１に示した評価装置３０では、後述するように高温サーマルサイクル試験を実施するため、半導体接合温度Ｔｊが高温側の維持温度Ｔｊｍａｘとなっている状態において、第１ペルチェ素子９、第２ペルチェ素子３１の電源がＯＦＦになっているときの評価装置３０の系として冷却能力（輻射伝熱、自然対流伝熱、伝導熱伝達などにより決定される、第１ペルチェ素子９、第２ペルチェ素子３１の電源がＯＦＦになっているときの評価装置３０からの放散熱量）よりヒータ８の発熱量（Ｑｇｅｎ）が大きくなるように、評価装置３０は設計されている。また、高温サーマルサイクル試験において時間的に早い応答を実現するためには、上記ヒータ８の発熱量（Ｑｇｅｎ）をより大きくすることが有効である。なお、このようにヒータ８の発熱量（Ｑｇｅｎ）を大きくすることは、ヒータ８へ供給されるヒータ用電源２７からの電源電圧を高くすることで容易に実現できる。

また、第１ペルチェ素子９、中間ベースプレート６、第２ペルチェ素子３１および放熱器１１を介して被測定体１から除去される熱量（Ｑｒ）の大きさも大きくすることが好ましい。特に、評価装置３０の熱回路を考えると、半導体接合温度Ｔｊの低温側の維持温度Ｔｊｍｉｎは冷媒１７の温度に大きく左右される。つまり、この低温側の維持温度Ｔｊｍｉｎは冷媒の温度以下にはできない。

（ケース１）
ヒータ８からの発熱量（Ｑｇｅｎ）を制御するためヒータ用電源２２に対してＰＷＭ制御を適用し、また、第１ペルチェ素子用電源２３に対してＰＷＭ制御を適用することによって、ベースプレート５、第１ペルチェ素子９、中間ベースプレート６、第２ペルチェ素子３１および放熱器１１を介して被測定体１から除去される熱量（Ｑｒ）を制御する場合である。具体的な制御フローは図４に示され、また、電源のＯＮ／ＯＦＦや温度条件の推移を示すタイミングチャートが図５に示されている。

図４は、本発明によるデバイス評価方法の一例におけるテスト工程を示すフローチャートである。また、図５は、図４に示したフローチャートに従ったテスト工程における電源のＯＮ／ＯＦＦや温度条件の推移を示すタイミングチャートである。図５では、横軸が時間を示し、縦軸においては５つの特性値について記載されている。つまり、図５の縦軸には、上から半導体デバイスにおける半導体接合温度Ｔｊの変化、図１の熱電対７により測定される被測定体１の温度（モニター温度Ｔｍｏｎ）の変化、第１ペルチェ素子用電源２２（ペルチェ１駆動電源）のＯＮ／ＯＦＦ、第２ペルチェ素子用電源２３（ペルチェ２駆動電源）のＯＮ／ＯＦＦ、ヒータ用電源２７（ヒータ電源）のＯＮ／ＯＦＦが示されている。図４および図５を参照して、本発明によるデバイス評価方法の一例（ケース１）におけるテスト工程を説明する。

図４および図５を参照して、テスト工程では、まず昇温工程（Ｓ２１０）（図３参照）の一部としてヒータ電源をＯＮにし、かつ、ペルチェ１駆動電源を発熱側にＯＮにする工程（Ｓ２１１）を実施する。なお、ここでペルチェ１駆動電源を発熱側にＯＮにするとは、図１に示す第１ペルチェ素子９においてヒータ８に接続された中間ベースプレート６側からベースプレート５側に向けて（つまりヒータ８側から被測定体１側に向けて）熱を移動させるように第１ペルチェ素子９を駆動するため、第１ペルチェ素子用電源２２から第１ペルチェ素子９へ電力を供給することを意味する。また、このときペルチェ２駆動電源はＯＦＦになっている。つまり、図１に示した第２ペルチェ素子用電源２３から第２ペルチェ素子３１に電力が供給されない状態になっている。この工程（Ｓ２１１）は、図５のタイミングチャートでは時点Ｔ１において実施される。この時点Ｔ１から、図５に示すようにモニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊは上昇を始める。なお、当該テスト工程（Ｓ２００）の間、被測定体用電源２１（図１参照）から被測定体１には通常動作に必要な電源が供給される。

そして、図４の工程（Ｓ２１２）において、半導体接合温度Ｔｊが高温側の維持温度であるＴｊｍａｘに到達したかどうかを判断する。この工程（Ｓ２１２）においては、図５の時点Ｔ１から時点Ｔ２までの間ＮＯと判断されるので、当該工程（Ｓ２１２）は図５の時点Ｔ２まで繰返される。

そして、図５の時点Ｔ２において、半導体接合温度Ｔｊは高温側の維持温度であるＴｊｍａｘに到達し、また、モニター温度Ｔｍｏｎは高温側の維持温度であるＴｍａｘに到達する。なお、半導体接合温度Ｔｊはモニター温度Ｔｍｏｎから演算により求められる。図５から分かるように、モニター温度Ｔｍｏｎの高温側の維持温度Ｔｍａｘは半導体接合温度Ｔｊの高温側の維持温度Ｔｊｍａｘより低くなっている。これは、半導体デバイスが被測定体１の内部に配置されているため、半導体デバイスにおける半導体接合温度Ｔｊより、被測定体１の外部での測定温度であるモニター温度Ｔｍｏｎの方が低くなるためである。

このように時点Ｔ２において半導体接合温度ＴｊがＴｊｍａｘに到達すると、工程（Ｓ２１２）においてＹＥＳと判断され、次の工程（Ｓ２１３）が実施される。当該工程（Ｓ２１３）では、ヒータ電源のＰＷＭ制御が開示される。具体的には、図５に示すように、ヒータ電源のＯＮ／ＯＦＦが所定の間隔で繰返されることにより、ヒータ電源の出力がパルス波状になっている。そして、当該パルス波の幅や間隔（ＯＮの時間とＯＦＦの時間）が適宜制御されることにより、ヒータ８における発熱量Ｑｇｅｎが抑制される。この結果、ヒータ８からの発熱量Ｑｇｅｎと、被測定体１からベースプレート５、第１ペルチェ素子９、中間ベースプレート６、第２ペルチェ素子３１を介して放熱器１１に伝えられ、冷媒１７により除去されたり、輻射伝熱などにより被試験体１から除去される熱量Ｑｒとが所定のバランスとなる。そのため、図５に示すようにモニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊを、それぞれ高温側の維持温度Ｔｍａｘ、Ｔｊｍａｘに維持することができる。

そして、上記のようなモニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊを一定に維持した状態は図５の時点Ｔ２から始まり、所定時間継続される。このとき、図４に示した制御フローでは、工程（Ｓ２１４）において半導体接合温度ＴｊがＴｊｍａｘになってから所定時間が経過したか（時点Ｔ２から時点Ｔ３までの間の時間が経過したか）が判断される。図５の時点Ｔ３になるまで、工程（Ｓ２１４）ではＮＯと判断されるため、工程（Ｓ２１４）が時点Ｔ３まで繰返されることになる。このため、時点Ｔ３までヒータ電源のＰＷＭ制御が継続されることにより、モニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊが、それぞれ高温側の維持温度Ｔｍａｘ、Ｔｊｍａｘに維持される。

そして、時点Ｔ３に到達すると、工程（Ｓ２１４）においてＹＥＳと判断されるため、図３の冷却工程（Ｓ２２０）が開始される。具体的には、図５の時点Ｔ３において、ヒータ電源をＯＦＦにし、かつ、ペルチェ１駆動電源を吸熱側にＯＮにする工程（Ｓ２２１）が実施される。なお、ここでペルチェ１駆動電源を吸熱側にＯＮにするとは、図１に示す第１ペルチェ素子９においてベースプレート５側から中間ベースプレート６側に向けて（つまり被測定体１側から放熱器１１側に向けて）熱を移動させるように第１ペルチェ素子９を駆動するため、第１ペルチェ素子用電源２２から第１ペルチェ素子９へ電力を供給することを意味する。また、このときペルチェ２駆動電源はＯＮになる。つまり、図１に示した第２ペルチェ素子用電源２３から第２ペルチェ素子３１に駆動用の電力が供給される。このようにすれば、被測定体１側から放熱器１１に向けて熱の伝達が促進される。この結果、図５に示すように時点Ｔ３からモニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊが低下し始める。

その後、図４に示したフローチャートでは、工程（Ｓ２２２）において半導体接合温度Ｔｊが低温側の維持温度Ｔｊｍｉｎになったかどうかが判断される。そして、図５に示すように半導体接合温度Ｔｊが低温側の維持温度Ｔｊｍｉｎになる（つまりモニター温度Ｔｍｏｎが低温側の維持温度Ｔｍｉｎになる）時点Ｔ４まで、上記工程（Ｓ２２２）ではＮＯと判断される。そのため、時点Ｔ４に到達するまで、工程（Ｓ２２２）は繰返される。

そして、図５に示した時点Ｔ４になり、半導体接合温度Ｔｊが低温側の維持温度Ｔｊｍｉｎになると、上記工程（Ｓ２２２）においてＹＥＳと判断される。この結果、ペルチェ１駆動電源のＰＷＭ制御を開始する工程（Ｓ２２３）が実施される。この工程（Ｓ２２３）が実施されると、図５に示すように、ペルチェ１駆動電源が所定の間隔でＯＮ／ＯＦＦを繰返す。具体的には、図５に示すように、ペルチェ１駆動電源のＯＮ／ＯＦＦが所定の間隔で繰返されることにより、ペルチェ１駆動電源の出力がパルス波状になっている。そして、当該パルス波の幅や間隔（ＯＮの時間とＯＦＦの時間）が適宜制御されることにより、第１ペルチェ素子９においてベースプレート５側から中間ベースプレート６側（つまり放熱器１１側）へ伝達される熱量Ｑｒが制御される。この結果、ヒータ８からの発熱量Ｑｇｅｎと、被測定体１からベースプレート５、第１ペルチェ素子９、中間ベースプレート６、第２ペルチェ素子３１を介して放熱器１１に伝えられ、冷媒１７により除去される熱量Ｑｒとが所定のバランスとなる。そのため、図５に示すようにモニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊを、それぞれ低温側の維持温度Ｔｍｉｎ、Ｔｊｍｉｎに維持することができる。

そして、上記のようなモニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊを一定に維持した状態は図５の時点Ｔ４から始まり、所定時間継続される。このとき、図４に示した制御フローでは、工程（Ｓ２２４）において半導体接合温度ＴｊがＴｊｍｉｎになってから所定時間が経過したか（時点Ｔ４から時点Ｔ５までの間の時間が経過したか）が判断される。図５の時点Ｔ５になるまで、工程（Ｓ２２４）ではＮＯと判断されるため、工程（Ｓ２２４）が時点Ｔ５まで繰返されることになる。このため、時点Ｔ５までペルチェ１駆動電源のＰＷＭ制御が継続されることにより、モニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊが、それぞれ低温側の維持温度Ｔｍｉｎ、Ｔｊｍｉｎに維持される。

そして、時点Ｔ５になると、工程（Ｓ２２４）においてＹＥＳと判断される。この結果、図４に示した工程（Ｓ２３０）が実施される。工程（Ｓ２３０）では、昇温工程（工程（Ｓ２１１）〜工程（Ｓ２１４））および冷却工程（工程（Ｓ２２１）〜工程（Ｓ２２４））までを所定回数繰返したかを判断する。工程（Ｓ２３０）においてＮＯと判断された場合、再び工程（Ｓ２１１）以下の工程が順次繰返される。

つまり、図５の時点Ｔ５から、再び昇温工程が開始される。時点Ｔ５から開始される制御は、丁度時点Ｔ１から開始された制御と同様である。つまり、時点Ｔ５において、ヒータ電源をＯＮにし、かつ、ペルチェ１駆動電源を発熱側にＯＮにし、かつ、ペルチェ２駆動電源をＯＦＦにする工程（Ｓ２１１）が実施される。この時点Ｔ５から、図５に示すようにモニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊは上昇を始める。そして、時点Ｔ６になるまで工程（Ｓ２１２）が繰返される。さらに、時点Ｔ６において、時点Ｔ２の場合と同様に、半導体接合温度Ｔｊは高温側の維持温度であるＴｊｍａｘに到達し、また、モニター温度Ｔｍｏｎは高温側の維持温度であるＴｍａｘに到達する。すると、時点Ｔ６において時点Ｔ２の場合と同様に工程（Ｓ２１２）においてＹＥＳと判断され、工程（Ｓ２１３）が実施される。

また、工程（Ｓ２３０）において、ＹＥＳと判断された場合、つまり昇温工程および冷却工程が所定回数繰返されたと判断された場合、サーマルサイクル試験は終了することになるので、後処理としてのペルチェ１駆動電源、ペルチェ２駆動電源およびヒータ電源をそれぞれＯＦＦにする工程（Ｓ２４１）が実施される。このようにして、ケース１におけるテスト工程（Ｓ２００）は実施される。

（ケース２）
ヒータ８からの発熱量（Ｑｇｅｎ）を制御するためヒータ用電源２７についてはＯＮ／ＯＦＦ制御を行なう一方、第１ペルチェ素子用電源２２に対してＰＷＭ制御を適用し、また、ベースプレート５、第１ペルチェ素子９、中間ベースプレート６、第２ペルチェ素子３１および放熱器１１を介して被測定体１から除去される熱量（Ｑｒ）を制御するためにも第１ペルチェ素子用電源２２に対してＰＷＭ制御を適用した場合である。具体的な制御フローは図６に示され、また、電源のＯＮ／ＯＦＦや温度条件の推移を示すタイミングチャートが図７に示されている。

図６は、本発明によるデバイス評価方法の一例におけるテスト工程を示すフローチャートである。また、図７は、図６に示したフローチャートに従ったテスト工程における電源のＯＮ／ＯＦＦや温度条件の推移を示すタイミングチャートである。図７は基本的に図５と同様の様式で示されており、横軸が時間を示し、縦軸においては５つの特性値について記載されている。つまり、図５の縦軸には、上から半導体デバイスにおける半導体接合温度Ｔｊの変化、図１の熱電対７により測定される被測定体１の温度（モニター温度Ｔｍｏｎ）の変化、第１ペルチェ素子用電源２２（ペルチェ１駆動電源）のＯＮ／ＯＦＦ、第２ペルチェ素子用電源２３（ペルチェ２駆動電源）のＯＮ／ＯＦＦ、ヒータ用電源２７（ヒータ電源）のＯＮ／ＯＦＦが示されている。図６および図７を参照して、本発明によるデバイス評価方法の一例（ケース２）におけるテスト工程を説明する。

図６および図７を参照して、テスト工程では、まず昇温工程（Ｓ２１０）（図３参照）の一部として、図５に示したフローチャートと同様に、ヒータ電源をＯＮにし、かつ、ペルチェ１駆動電源を発熱側にＯＮにし、かつ、ペルチェ２駆動電源をＯＦＦにする工程（Ｓ２１１）を実施する。この工程（Ｓ２１１）は、図７のタイミングチャートでは時点Ｔ１において実施される。この時点Ｔ１から、図７に示すようにモニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊは上昇を始める。なお、このケース２においても、上述したケース１の場合と同様に、当該テスト工程（Ｓ２００）の間、被測定体用電源２１（図１参照）から被測定体１には通常動作に必要な電源が供給される。

そして、図６の工程（Ｓ２１２）において、半導体接合温度Ｔｊが高温側の維持温度であるＴｊｍａｘに到達したかどうかを判断する。この工程（Ｓ２１２）においては、図７の時点Ｔ１から時点Ｔ２までの間ＮＯと判断されるので、当該工程（Ｓ２１２）は図７の時点Ｔ２まで繰返される。

そして、図７の時点Ｔ２において、半導体接合温度Ｔｊは高温側の維持温度であるＴｊｍａｘに到達し、また、モニター温度Ｔｍｏｎは高温側の維持温度であるＴｍａｘに到達する。このように時点Ｔ２において半導体接合温度ＴｊがＴｊｍａｘに到達すると、工程（Ｓ２１２）においてＹＥＳと判断され、次の工程（Ｓ２１５）が実施される。当該工程（Ｓ２１５）では、ペルチェ１駆動電源のＰＷＭ制御が開示される。具体的には、図７に示すように、ペルチェ１駆動電源のＯＮ／ＯＦＦが所定の間隔で繰返されることにより、ペルチェ１駆動電源の出力がパルス波状になっている。そして、当該パルス波の幅や間隔（ＯＮの時間とＯＦＦの時間）が適宜制御されることにより、ヒータ８から中間ベースプレート６、第１ペルチェ素子９およびベースプレート５を介して被測定体１に伝えられる熱量が制御される（つまり、被測定体１からベースプレート５、第１ペルチェ素子９、中間ベースプレート６、第２ペルチェ素子３１および放熱器１１を介して冷媒１７により除去される熱量Ｑｒが制御される）。なお、ヒータ８からはヒータ電源からの供給電力により所定の発熱量Ｑｇｅｎの発熱が続いている。この結果、ヒータ８からの発熱量Ｑｇｅｎと、被測定体１からベースプレート５、第１ペルチェ素子９、中間ベースプレート６、第２ペルチェ素子３１を介して放熱器１１に伝えられ、冷媒１７により除去される熱量Ｑｒとが所定のバランスとなる。そのため、図７に示すようにモニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊを、それぞれ高温側の維持温度Ｔｍａｘ、Ｔｊｍａｘに維持することができる。

そして、上記のようなモニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊを一定に維持した状態は図７の時点Ｔ２から始まり、所定時間継続される。このとき、図６に示した制御フローでは、工程（Ｓ２１４）において半導体接合温度ＴｊがＴｊｍａｘになってから所定時間が経過したか（時点Ｔ２から時点Ｔ３までの間の時間が経過したか）が判断される。図７の時点Ｔ３になるまで、工程（Ｓ２１４）ではＮＯと判断されるため、工程（Ｓ２１４）が時点Ｔ３まで繰返されることになる。このため、時点Ｔ３までペルチェ１駆動電源のＰＷＭ制御は継続されることにより、モニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊが、それぞれ高温側の維持温度Ｔｍａｘ、Ｔｊｍａｘに維持される。

そして、時点Ｔ３に到達すると、工程（Ｓ２１４）においてＹＥＳと判断されるため、図３の冷却工程（Ｓ２２０）が開始される。具体的には、図７の時点Ｔ３において、ヒータ電源をＯＦＦにし、かつ、ペルチェ１駆動電源のＰＷＭ制御を終了するとともに吸熱側にＯＮにし、かつ、ペルチェ２駆動電源をＯＮにする工程（Ｓ２２５）が実施される。この結果、図７に示すように時点Ｔ３からモニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊが低下し始める。なお、時点Ｔ３にいたるまでペルチェ１駆動電源はＰＷＭ制御されているため、時点Ｔ３の直前までペルチェ１駆動電源がＯＮ状態になっている場合も考えられる。この場合には、時点Ｔ３にペルチェ１駆動電源のＰＷＭ制御が終了するとともに、ペルチェ１駆動電源が発熱側にＯＮの状態から吸熱側にＯＮの状態に切替えられる。また、時点Ｔ３の直前においてペルチェ１駆動電源がＯＦＦになっている場合にも、時点Ｔ３にペルチェ１駆動電源のＰＷＭ制御が終了するとともに、ペルチェ１駆動電源がＯＦＦ状態から吸熱側にＯＮの状態に切替えられる。

その後、図６に示したフローチャートでは、工程（Ｓ２２２）において半導体接合温度Ｔｊが低温側の維持温度Ｔｊｍｉｎになったかどうかが判断される。そして、図７に示すように半導体接合温度Ｔｊが低温側の維持温度Ｔｊｍｉｎになる（つまりモニター温度Ｔｍｏｎが低温側の維持温度Ｔｍｉｎになる）時点Ｔ４まで、上記工程（Ｓ２２２）ではＮＯと判断される。そのため、時点Ｔ４に到達するまで、工程（Ｓ２２２）は繰返される。

そして、図７に示した時点Ｔ４になり、半導体接合温度Ｔｊが低温側の維持温度Ｔｊｍｉｎになると、上記工程（Ｓ２２２）においてＹＥＳと判断される。この結果、ペルチェ１駆動電源のＰＷＭ制御を開始する工程（Ｓ２２３）が実施される。この工程（Ｓ２２３）が実施されると、図７に示すように、再びペルチェ１駆動電源が所定の間隔でＯＮ／ＯＦＦを繰返す。具体的には、図７に示すように、ペルチェ１駆動電源の吸熱側のＯＮ／ＯＦＦが所定の間隔で繰返されることにより、ペルチェ１駆動電源の出力がパルス波状になっている。そして、当該パルス波の幅や間隔が適宜制御されることにより、第１ペルチェ素子９においてベースプレート５側から中間ベースプレート６側（つまり放熱器１１側）へ伝達される熱量Ｑｒが制御される。この結果、ヒータ８からの発熱量Ｑｇｅｎと、被測定体１からベースプレート５、第１ペルチェ素子９、中間ベースプレート６、第２ペルチェ素子３１を介して放熱器１１に伝えられ、冷媒１７により除去される熱量Ｑｒとが所定のバランスとなる。そのため、図７に示すようにモニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊを、それぞれ低温側の維持温度Ｔｍｉｎ、Ｔｊｍｉｎに維持することができる。

そして、上記のようなモニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊを一定に維持した状態は図７の時点Ｔ４から始まり、所定時間継続される。このとき、図６に示した制御フローでは、工程（Ｓ２２４）において半導体接合温度ＴｊがＴｊｍｉｎになってから所定時間が経過したか（時点Ｔ４から時点Ｔ５までの間の時間が経過したか）が判断される。図７の時点Ｔ５になるまで、工程（Ｓ２２４）ではＮＯと判断されるため、工程（Ｓ２２４）が時点Ｔ５まで繰返されることになる。このため、時点Ｔ５までペルチェ１駆動電源のＰＷＭ制御が継続されることにより、モニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊが、それぞれ低温側の維持温度Ｔｍｉｎ、Ｔｊｍｉｎに維持される。

そして、時点Ｔ５になると、工程（Ｓ２２４）においてＹＥＳと判断される。この結果、図６に示した工程（Ｓ２３０）が実施される。工程（Ｓ２３０）では、昇温工程（工程（Ｓ２１１）〜工程（Ｓ２１４））および冷却工程（工程（Ｓ２２１）〜工程（Ｓ２２４））までを所定回数繰返したかを判断する。

工程（Ｓ２３０）においてＮＯと判断された場合、再び工程（Ｓ２１１）以下の工程が順次繰返される。つまり、図７の時点Ｔ５から、再び昇温工程が開始される。時点Ｔ５から開始される制御は、丁度時点Ｔ１から開始された制御と同様である。つまり、時点Ｔ５において、図６の工程（Ｓ２１１）が実施される。この時点Ｔ５から、図７に示すようにモニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊは上昇を始める。そして、時点Ｔ６になるまで工程（Ｓ２１２）が繰返される。さらに、時点Ｔ６において、時点Ｔ２の場合と同様に、半導体接合温度Ｔｊは高温側の維持温度であるＴｊｍａｘに到達し、また、モニター温度Ｔｍｏｎは高温側の維持温度であるＴｍａｘに到達する。すると、時点Ｔ６において時点Ｔ２の場合と同様に工程（Ｓ２１２）においてＹＥＳと判断され、工程（Ｓ２１５）以下の各工程が順次実施される。

また、工程（Ｓ２３０）において、ＹＥＳと判断された場合、つまり昇温工程および冷却工程が所定回数繰返されたと判断された場合、サーマルサイクル試験は終了することになるので、後処理としてのペルチェ１駆動電源、ペルチェ２駆動電源およびヒータ電源をそれぞれＯＦＦにする工程（Ｓ２４１）が実施される。このようにして、ケース２におけるテスト工程（Ｓ２００）は実施される。

（ケース３）
ヒータ８からの発熱量（Ｑｇｅｎ）を制御するためヒータ用電源２２に対して電圧変更制御を適用し、また、第１ペルチェ素子用電源２３に対しても電圧変更制御を適用することによって、ベースプレート５、第１ペルチェ素子９、中間ベースプレート６、第２ペルチェ素子３１および放熱器１１を介して被測定体１から除去される熱量（Ｑｒ）を制御する場合である。具体的な制御フローは図８に示され、また、電源のＯＮ／ＯＦＦや電圧条件の変更の推移、および温度条件の推移を示すタイミングチャートが図９に示されている。図８は、本発明によるデバイス評価方法の一例におけるテスト工程を示すフローチャートである。また、図９は、図８に示したフローチャートに従ったテスト工程における電源のＯＮ／ＯＦＦや電圧条件の変更の推移、および温度条件の推移を示すタイミングチャートである。図９では、横軸が時間を示し、縦軸においては５つの特性値について記載されている。つまり、図９の縦軸には、上から半導体デバイスにおける半導体接合温度Ｔｊの変化、図１の熱電対７により測定される被測定体１の温度（モニター温度Ｔｍｏｎ）の変化、第１ペルチェ素子用電源２２（ペルチェ１駆動電源）のＯＮ／ＯＦＦ、第２ペルチェ素子用電源２３（ペルチェ２駆動電源）のＯＮ／ＯＦＦ、ヒータ用電源２７（ヒータ電源）のＯＮ／ＯＦＦが示されている。図８および図９を参照して、本発明によるデバイス評価方法の一例（ケース３）におけるテスト工程を説明する。

図８および図９を参照して、テスト工程では、まず昇温工程（Ｓ２１０）（図３参照）の一部としてヒータ電源をＯＮにし、かつ、ペルチェ１駆動電源を発熱側にＯＮにする工程（Ｓ２１１）を実施する。また、このときペルチェ２駆動電源はＯＦＦになっている。つまり、図１に示した第２ペルチェ素子用電源２３から第２ペルチェ素子３１に電力が供給されない状態になっている。この工程（Ｓ２１１）は、図９のタイミングチャートでは時点Ｔ１において実施される。なお、このとき、ヒータ電源の電圧設定値は最大値（Ｖｍａｘ）に設定され、また、ペルチェ１駆動電源の電圧設定値は発熱側の最大値（＋Ｖｏｎ）に設定されている。この時点Ｔ１から、図９に示すようにモニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊは上昇を始める。なお、当該テスト工程（Ｓ２００）の間、被測定体用電源２１（図１参照）から被測定体１には通常動作に必要な電源が供給される。

そして、図４の工程（Ｓ２１２）と同様に、半導体接合温度Ｔｊが高温側の維持温度であるＴｊｍａｘに到達したかどうかを判断工程（Ｓ２１２）を実施する。この工程（Ｓ２１２）においては、図９の時点Ｔ２までの間ＮＯと判断されるので、当該工程（Ｓ２１２）は図９の時点Ｔ２まで繰返される。そして、図９の時点Ｔ２において、半導体接合温度Ｔｊは高温側の維持温度であるＴｊｍａｘに到達し、また、モニター温度Ｔｍｏｎは高温側の維持温度であるＴｍａｘに到達する。なお、半導体接合温度Ｔｊはモニター温度Ｔｍｏｎから演算により求められる。

そして、上記工程（Ｓ２１２）においてＹＥＳと判断された場合には、図８のヒータ電源の電圧レベルを所定の値に下げる工程（Ｓ２１６）において、ヒータ電源の電圧設定値をＶｍａｘからＶｍｉｎに変更する。具体的には、上記工程（Ｓ２１２）においてＹＥＳと判断されたとき（時点Ｔ２に到達したとき）、ヒータ電源の電圧設定値をＶｍａｘから低下させる工程を開始する。この工程では、電圧設定値の低下速度(単位時間当りの電圧設定値の変化量）を一定にしておくことが好ましい。この電圧設定値を低下させる工程の結果として図９の時点Ｔ３で設定されたヒータ電源の電圧設定の値が、当該電圧設定の下限値（Ｖｍｉｎ）となる。なお、工程（Ｓ２１６）は、時点Ｔ２に到達する前に開始してもよい。この後、ヒータ電源の電圧設定値はＶｍｉｎに維持される。このように、ヒータ電源の電圧設定値を変更することにより、ヒータ８からの発熱量Ｑｇｅｎと、被測定体１からベースプレート５、第１ペルチェ素子９、中間ベースプレート６、第２ペルチェ素子３１を介して放熱器１１に伝えられ、冷媒１７により除去される熱量Ｑｒとが所定のバランスとなる。そのため、図９に示すようにモニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊを、それぞれ高温側の維持温度Ｔｍａｘ、Ｔｊｍａｘに維持することができる。

そして、上記のようなモニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊを一定に維持した状態は図９の時点Ｔ２から始まり、所定時間継続される。このとき、図８に示した制御フローでは、工程（Ｓ２１４）において半導体接合温度ＴｊがＴｊｍａｘになってから所定時間が経過したか（時点Ｔ２から時点Ｔ４までの間の時間が経過したか）が判断される。図９の時点Ｔ４になるまで、工程（Ｓ２１４）ではＮＯと判断されるため、工程（Ｓ２１４）が時点Ｔ４まで繰返されることになる。このため、時点Ｔ４までヒータ電源のＯＮ状態は継続される。また、ヒータ電源の電圧設定値が時点Ｔ３から最小値（Ｖｍｉｎ）に維持されていることにより、上述のようにヒータ８からの発熱量（Ｑｇｅｎ）と第１ペルチェ素子９などを介した放熱量（Ｑｒ）がバランスするため、モニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊが、それぞれ高温側の維持温度Ｔｍａｘ、Ｔｊｍａｘに維持される。

そして、時点Ｔ４に到達すると、工程（Ｓ２１４）においてＹＥＳと判断されるため、図３の冷却工程（Ｓ２２０）が開始される。具体的には、図９の時点Ｔ４において、ヒータ電源をＯＦＦにし、かつ、ペルチェ１駆動電源を吸熱側にＯＮにし（−Ｖｏｎｍａｘに設定し）、かつ、ペルチェ２駆動電源をＯＮにする工程（Ｓ２２５）が実施される。この結果、図９に示すように時点Ｔ４からモニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊが低下し始める。

その後、図８に示したフローチャートでは、工程（Ｓ２２２）において半導体接合温度Ｔｊが低温側の維持温度Ｔｊｍｉｎになったかどうかが判断される。そして、図９に示すように半導体接合温度Ｔｊが低温側の維持温度Ｔｊｍｉｎになる（つまりモニター温度Ｔｍｏｎが低温側の維持温度Ｔｍｉｎになる）時点Ｔ５まで、上記工程（Ｓ２２２）ではＮＯと判断される。そのため、時点Ｔ５に到達するまで、工程（Ｓ２２２）は繰返される。

そして、図９に示した時点Ｔ５になり、半導体接合温度Ｔｊが低温側の維持温度Ｔｊｍｉｎになると、上記工程（Ｓ２２２）においてＹＥＳと判断される。この結果、第１ペルチェ素子の駆動電源（ペルチェ１駆動電源）の電圧レベルを所定の値に下げる工程（Ｓ２２６）が実施される。工程（Ｓ２２６）では、ペルチェ１駆動電源の電圧設定値を−Ｖｏｎｍａｘから−Ｖｏｎｍｉｎへ変更する。なお、ペルチェ１駆動電源の電圧設定値について、−Ｖｏｎｍａｘから−Ｖｏｎｍｉｎへ変更を開始するタイミングは、時点Ｔ５より前であってもよい。具体的には、時点Ｔ４から所定時間経過したかどうかを判断する工程を実施し、当該工程において所定時間経過したときに、ペルチェ１駆動電源の電圧設定値について−Ｖｏｎｍａｘから−Ｖｏｎｍｉｎへの変更を開始してもよい。そして、ペルチェ１駆動電源の電圧設定値が時点Ｔ６において−Ｖｏｎｍｉｎに変更されることにより、第１ペルチェ素子９においてベースプレート５側から中間ベースプレート６側（つまり放熱器１１側）へ伝達される熱量Ｑｒが制御される。この結果、ヒータ８からの発熱量Ｑｇｅｎと、被測定体１からベースプレート５、第１ペルチェ素子９、中間ベースプレート６、第２ペルチェ素子３１を介して放熱器１１に伝えられ、冷媒１７により除去される熱量Ｑｒとが所定のバランスとなる。そのため、図９に示すようにモニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊを、それぞれ低温側の維持温度Ｔｍｉｎ、Ｔｊｍｉｎに維持することができる。

そして、上記のようなモニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊを一定に維持した状態は図９の時点Ｔ５から始まり、所定時間継続される。このとき、図８に示した制御フローでは、工程（Ｓ２２４）において半導体接合温度ＴｊがＴｊｍｉｎになってから所定時間が経過したか（時点Ｔ５から時点Ｔ７までの間の時間が経過したか）が判断される。図９の時点Ｔ７になるまで、工程（Ｓ２２４）ではＮＯと判断されるため、工程（Ｓ２２４）が時点Ｔ７まで繰返されることになる。このため、時点Ｔ７までペルチェ１駆動電源の電圧設定値を−Ｖｏｎｍｉｎとし、ペルチェ２駆動電源をＯＮとする一方、ヒータ電源をＯＦＦにする制御が継続されることにより、モニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊが、それぞれ低温側の維持温度Ｔｍｉｎ、Ｔｊｍｉｎに維持される。

そして、時点Ｔ７になると、工程（Ｓ２２４）においてＹＥＳと判断される。この結果、図８に示した工程（Ｓ２３０）が実施される。工程（Ｓ２３０）では、昇温工程（図８の工程（Ｓ２１１）〜工程（Ｓ２１４））および冷却工程（図８の工程（Ｓ２２５）〜工程（Ｓ２２４））までを所定回数繰返したかを判断する。工程（Ｓ２３０）においてＮＯと判断された場合、再び工程（Ｓ２１１）以下の工程が順次繰返される。

つまり、図９の時点Ｔ７から、再び昇温工程が開始される。時点Ｔ７から開始される制御は、丁度時点Ｔ１から開始された制御と同様である。つまり、時点Ｔ７において、ヒータ電源をＯＮにし、かつ、ペルチェ１駆動電源を発熱側にＯＮにし、かつ、ペルチェ２駆動電源をＯＦＦにする工程（Ｓ２１１）が実施される。なお、このとき、ヒータ電源の電圧設定値は最大値（Ｖｍａｘ）に設定され、また、ペルチェ１駆動電源の電圧設定値は発熱側の最大値（＋Ｖｏｎ）に設定されている。この時点Ｔ７から、図９に示すようにモニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊは上昇を始める。そして、図９の時点Ｔ８において、半導体接合温度Ｔｊは高温側の維持温度であるＴｊｍａｘに到達し、また、モニター温度Ｔｍｏｎは高温側の維持温度であるＴｍａｘに到達する。

また、工程（Ｓ２３０）において、ＹＥＳと判断された場合、つまり昇温工程および冷却工程が所定回数繰返されたと判断された場合、サーマルサイクル試験は終了することになるので、後処理としてのペルチェ１駆動電源、ペルチェ２駆動電源およびヒータ電源をそれぞれＯＦＦにする工程（Ｓ２４１）が実施される。このようにして、ケース３におけるテスト工程（Ｓ２００）は実施される。

（ケース４）
ヒータ８からの発熱量（Ｑｇｅｎ）を制御するためヒータ用電源２７についてはＯＮ／ＯＦＦ制御を行なう一方、第１ペルチェ素子用電源２２に対して電圧変更制御を適用することによって、ベースプレート５、第１ペルチェ素子９、中間ベースプレート６、第２ペルチェ素子３１および放熱器１１を介して被測定体１から除去される熱量（Ｑｒ）を制御する場合である。具体的な制御フローは図１０に示され、また、電源のＯＮ／ＯＦＦや電圧条件の変更の推移、温度条件の推移などを示すタイミングチャートが図１１に示されている。

図１０は、本発明によるデバイス評価方法の一例におけるテスト工程を示すフローチャートである。また、図１１は、図１０に示したフローチャートに従ったテスト工程における電源のＯＮ／ＯＦＦや電圧条件の変更の推移、および温度条件の推移を示すタイミングチャートである。図１１は基本的に図９と同様の様式で示されており、横軸が時間を示し、縦軸においては５つの特性値について記載されている。つまり、図１１の縦軸には、上から半導体デバイスにおける半導体接合温度Ｔｊの変化、図１の熱電対７により測定される被測定体１の温度（モニター温度Ｔｍｏｎ）の変化、第１ペルチェ素子用電源２２（ペルチェ１駆動電源）のＯＮ／ＯＦＦ、第２ペルチェ素子用電源２３（ペルチェ２駆動電源）のＯＮ／ＯＦＦ、ヒータ用電源２７（ヒータ電源）のＯＮ／ＯＦＦが示されている。図１０および図１１を参照して、本発明によるデバイス評価方法の一例（ケース４）におけるテスト工程を説明する。

図１０および図１１を参照して、テスト工程では、まず昇温工程（Ｓ２１０）（図３参照）の一部として、図８に示したフローチャートと同様に、ヒータ電源をＯＮにし、かつ、ペルチェ１駆動電源を発熱側にＯＮにし、かつ、ペルチェ２駆動電源をＯＦＦにする工程（Ｓ２１１）を実施する。この工程（Ｓ２１１）は、図１１のタイミングチャートでは時点Ｔ１において実施される。なお、このとき、ヒータ電源の電圧設定値は最大値（Ｖｏｎ）に設定され、また、ペルチェ１駆動電源の電圧設定値は発熱側の最大値（＋Ｖｏｎｍｉｎ）に設定されている。この時点Ｔ１から、図１１に示すようにモニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊは上昇を始める。なお、このケース４においても、上述したケース１の場合と同様に、当該テスト工程（Ｓ２００）の間、被測定体用電源２１（図１参照）から被測定体１には通常動作に必要な電源が供給される。

そして、図１０の工程（Ｓ２１２）において、半導体接合温度Ｔｊが高温側の維持温度であるＴｊｍａｘに到達したかどうかを判断する。この工程（Ｓ２１２）においては、図１１の時点Ｔ１から時点Ｔ２までの間ＮＯと判断されるので、当該工程（Ｓ２１２）は図１１の時点Ｔ２まで繰返される。

そして、図１１の時点Ｔ２において、半導体接合温度Ｔｊは高温側の維持温度であるＴｊｍａｘに到達し、また、モニター温度Ｔｍｏｎは高温側の維持温度であるＴｍａｘに到達する。このように時点Ｔ２において半導体接合温度ＴｊがＴｊｍａｘに到達すると、工程（Ｓ２１２）においてＹＥＳと判断され、次の工程である第１ペルチェ素子の駆動電源の電圧レベルを所定の値に下げる工程（Ｓ２１７）が実施される。当該工程（Ｓ２１７）では、ペルチェ１駆動電源の電圧設定値を＋Ｖｏｎｍａｘから＋Ｖｏｎｍｉｎに変更する。具体的には、図１１に示すように、上記工程（Ｓ２１２）においてＹＥＳと判断されたとき（時点Ｔ２に到達したとき）、ペルチェ１駆動電源の電圧設定値を＋Ｖｏｎｍａｘから低下させる工程を開始する。この工程では、電圧設定値の低下速度(単位時間当りの電圧設定値の変化量）を一定にしておくことが好ましい。この電圧設定値を低下させる工程の結果として、図１１の時点Ｔ３で設定されたペルチェ１駆動電源の電圧設定値が、発熱側での電圧設定値の下限値（＋Ｖｏｎｍｉｎ）となる。なお、工程（Ｓ２１７）は、時点Ｔ２に到達する前に開始してもよい。この後、ペルチェ１駆動電源の電圧設定値は＋Ｖｏｎｍｉｎに維持される。このため、被測定体１からベースプレート５、第１ペルチェ素子９、中間ベースプレート６、第２ペルチェ素子３１および放熱器１１を介して冷媒１７により所定の熱量Ｑｒが除去される。一方、ヒータ８からはヒータ電源からの供給電力により所定の発熱量Ｑｇｅｎの発熱が続いている。この結果、ヒータ８からの発熱量Ｑｇｅｎと、被測定体１からベースプレート５、第１ペルチェ素子９、中間ベースプレート６、第２ペルチェ素子３１を介して放熱器１１に伝えられ、冷媒１７により除去される熱量Ｑｒとが所定のバランスとなる。そのため、図１１に示すようにモニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊを、それぞれ高温側の維持温度Ｔｍａｘ、Ｔｊｍａｘに維持することができる。

そして、上記のようなモニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊを一定に維持した状態は図１１の時点Ｔ２から始まり、所定時間継続される。このとき、図１０に示した制御フローでは、工程（Ｓ２１４）において半導体接合温度ＴｊがＴｊｍａｘになってから所定時間が経過したか（時点Ｔ２から時点Ｔ４までの間の時間が経過したか）が判断される。図１１の時点Ｔ４になるまで、工程（Ｓ２１４）ではＮＯと判断されるため、工程（Ｓ２１４）が時点Ｔ４まで繰返されることになる。このため、時点Ｔ４まで上述した熱量Ｑｒと熱量Ｑｇｅｎとがバランスした状態が継続するため、モニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊが、それぞれ高温側の維持温度Ｔｍａｘ、Ｔｊｍａｘに維持される。

そして、時点Ｔ４に到達すると、工程（Ｓ２１４）においてＹＥＳと判断されるため、図３の冷却工程（Ｓ２２０）が開始される。具体的には、図１１の時点Ｔ４において、ヒータ電源をＯＦＦにし、かつ、ペルチェ１駆動電源を吸熱側にＯＮにし（−Ｖｏｎｍａｘに設定し）、かつ、ペルチェ２駆動電源をＯＮにする工程（Ｓ２２５）が実施される。この結果、図１１に示すように時点Ｔ４からモニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊが低下し始める。

その後、図１０に示したフローチャートでは、工程（Ｓ２２２）において半導体接合温度Ｔｊが低温側の維持温度Ｔｊｍｉｎになったかどうかが判断される。そして、図１１に示すように半導体接合温度Ｔｊが低温側の維持温度Ｔｊｍｉｎになる（つまりモニター温度Ｔｍｏｎが低温側の維持温度Ｔｍｉｎになる）時点Ｔ５まで、上記工程（Ｓ２２２）ではＮＯと判断される。そのため、時点Ｔ５に到達するまで、工程（Ｓ２２２）は繰返される。

そして、図１１に示した時点Ｔ５になり、半導体接合温度Ｔｊが低温側の維持温度Ｔｊｍｉｎになると、上記工程（Ｓ２２２）においてＹＥＳと判断される。この結果、第１ペルチェ素子の駆動電源の電圧レベルを所定の値に下げる工程（Ｓ２２６）が実施される。工程（Ｓ２２６）では、ペルチェ１駆動電源の電圧設定値を−Ｖｏｎｍａｘから−Ｖｏｎｍｉｎへ変更する。なお、ペルチェ１駆動電源の電圧設定値について、−Ｖｏｎｍａｘから−Ｖｏｎｍｉｎへ変更を開始するタイミングは、時点Ｔ５より前であってもよい。具体的には、時点Ｔ４から所定時間経過したかどうかを判断する工程を実施し、当該工程において所定時間経過したときに、ペルチェ１駆動電源の電圧設定値について−Ｖｏｎｍａｘから−Ｖｏｎｍｉｎへの変更を開始してもよい。そして、ペルチェ１駆動電源の電圧設定値が最終的に時点Ｔ６において−Ｖｏｎｍｉｎに変更されることにより、第１ペルチェ素子９においてベースプレート５側から中間ベースプレート６側（つまり放熱器１１側）へ伝達される熱量Ｑｒが小さくなるように制御される。この結果、ヒータ８からの発熱量Ｑｇｅｎと、被測定体１からベースプレート５、第１ペルチェ素子９、中間ベースプレート６、第２ペルチェ素子３１を介して放熱器１１に伝えられ、冷媒１７により除去される熱量Ｑｒとが所定のバランスとなる。そのため、図１１に示すようにモニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊを、それぞれ低温側の維持温度Ｔｍｉｎ、Ｔｊｍｉｎに維持することができる。

そして、上記のようなモニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊを一定に維持した状態は図１１の時点Ｔ５から始まり、所定時間継続される。このとき、図１０に示した制御フローでは、工程（Ｓ２２４）において半導体接合温度ＴｊがＴｊｍｉｎになってから所定時間が経過したか（時点Ｔ５から時点Ｔ７までの間の時間が経過したか）が判断される。図１１の時点Ｔ７になるまで、工程（Ｓ２２４）ではＮＯと判断されるため、工程（Ｓ２２４）が時点Ｔ７まで繰返されることになる。このため、時点Ｔ７までペルチェ駆動電源の電圧設定値を−Ｖｏｎｍｉｎとし、ペルチェ２駆動電源をＯＮとする一方、ヒータ電源をＯＦＦにする制御が継続されることにより、モニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊが、それぞれ低温側の維持温度Ｔｍｉｎ、Ｔｊｍｉｎに維持される。

そして、時点Ｔ７になると、工程（Ｓ２２４）においてＹＥＳと判断される。この結果、図１０に示した工程（Ｓ２３０）が実施される。工程（Ｓ２３０）では、昇温工程（工程（Ｓ２１１）〜工程（Ｓ２１４））および冷却工程（工程（Ｓ２２５）〜工程（Ｓ２２４））までを所定回数繰返したかを判断する。

工程（Ｓ２３０）においてＮＯと判断された場合、再び工程（Ｓ２１１）以下の工程が順次繰返される。つまり、図１１の時点Ｔ７から、再び昇温工程が開始される。時点Ｔ７から開始される制御は、丁度時点Ｔ１から開始された制御と同様である。つまり、時点Ｔ７において、図１０の工程（Ｓ２１１）が実施される。この時点Ｔ７から、図１１に示すようにモニター温度Ｔｍｏｎおよび半導体接合温度Ｔｊは上昇を始める。そして、時点Ｔ８になるまで工程（Ｓ２１２）が繰返される。さらに、時点Ｔ８において、時点Ｔ２の場合と同様に、半導体接合温度Ｔｊは高温側の維持温度であるＴｊｍａｘに到達し、また、モニター温度Ｔｍｏｎは高温側の維持温度であるＴｍａｘに到達する。すると、時点Ｔ８において時点Ｔ２の場合と同様に工程（Ｓ２１２）においてＹＥＳと判断され、工程（Ｓ２１７）以下の各工程が順次実施される。

また、工程（Ｓ２３０）において、ＹＥＳと判断された場合、つまり昇温工程および冷却工程が所定回数繰返されたと判断された場合、サーマルサイクル試験は終了することになるので、後処理としてのペルチェ１駆動電源、ペルチェ２駆動電源およびヒータ電源をそれぞれＯＦＦにする工程（Ｓ２４１）が実施される。このようにして、ケース４におけるテスト工程（Ｓ２００）は実施される。

（実施の形態２）
図１２は、本発明に従った評価装置の実施の形態２の模式図である。図１２を参照して、本発明に従った評価装置の実施の形態２を説明する。

図１２に示すように、本発明に従ったデバイス評価装置の実施の形態２としての評価装置３０は、基本的には図１に示した評価装置３０と同様の構成を備えるが、中間ベースプレート６を備えていない点が異なる。

すなわち、図１２に示した評価装置３０では、ヒータ８がグリス３を介して直接第１ペルチェ素子９と第２ペルチェ素子３１との間で、これら第１および第２ペルチェ素子９、３１のそれぞれに接続されている。このような構成であっても、基本的に図１に示した評価装置３０と同様の効果を得ることができる。

また、図１２に示した評価装置３０において、さらにベースプレート５を省略した構成としてもよい。つまり、被測定体１が第１ペルチェ素子９の上面にグリスを介して直接接続されていてもよい。この場合、第１ペルチェ素子９の上面には熱電対７を配置するための凹部を形成する。当該凹部の内部には被測定体１の温度を測定するための熱電対７を配置する。このような構成であっても、基本的に図１に示した評価装置３０と同様の効果を得ることができる。

なお、上述した構成では、ベースプレート５（図１参照）を省略し、第１ペルチェ素子９の上部をいわばベースプレートとして利用している。このような構成は、第１ペルチェ素子９の上面の面積と被測定体１の占有面積（被測定体１において第１ペルチェ素子９の上面とグリス３を介して対向する部分の面積）とに大きな差が無いような場合に、被測定体１から第１ペルチェ素子９への熱伝達の条件をあまり劣化させること無く評価装置３０の構成を簡略化できる。したがって、評価装置３０の構成の簡略化に特に有効である。なお、図１２に示した評価装置３０では、固定部材２０を配置しているが、この固定部材２０を用いない構成としてもよい。

次に、上記の実施の形態と重複するものもあるが本発明の実施例を羅列的に挙げて説明する。

この発明に従ったデバイス評価装置としての評価装置３０は、電子冷却素子（第１ペルチェ素子９および第２ペルチェ素子３１）と発熱部材（ヒータ８）と放熱部材（放熱器１１、冷媒流路１３、熱交換器１５、ポンプ１４、冷媒１７）と制御部（制御装置２９）とを備える。電子冷却素子(第１ペルチェ素子９および第２ペルチェ素子３１)は、半導体デバイスを含む被測定体１と熱的に接続される。発熱部材（ヒータ８）は被測定体１と熱的に接続される。放熱部材（放熱器１１、冷媒流路１３、熱交換器１５、ポンプ１４）は、電子冷却素子（第１ペルチェ素子９および第２ペルチェ素子３１）と熱的に接続される。制御部（制御装置２９）は、発熱部材（ヒータ８）と電子冷却素子（第１ペルチェ素子９および第２ペルチェ素子３１）へ入力する電力を制御する。

このようにすれば、ヒータ８に電力を入力することによりヒータ８を発熱させて、当該ヒータ８から発生した熱を被測定体１に伝えることにより被測定体１の温度を上昇させることができる。そのため、被測定体１の動作状態とは独立して被測定体１の温度条件を制御した状態でサーマルサイクル試験を実施することができる。したがって、被測定体１の半導体デバイスがＳｉＣを用いたデバイスのように従来のシリコンを用いたデバイスより高温域で動作する場合であっても、ヒータ８で発生させる熱量を制御することにより被測定体１の動作温度域（従来より高温域）における試験を簡単に実施することができる。

上記評価装置３０は、図１などに示すように、電子冷却素子（第１ペルチェ素子９および第２ペルチェ素子３１）と熱的に接続される被測定体１を少なくとも外気から隔離することが可能な密閉ケース２８をさらに備えていてもよい。この場合、密閉ケース２８の内部の雰囲気ガスの組成を適宜調整することにより、被測定体１の温度が上昇、下降することにともなって被測定体１の表面に結露が発生することを防止できる。この結果、当該結露により被測定体１に故障などの問題が起きることを防止できる。

また、上記評価装置３０において、密閉ケース２８は被測定体１、電子冷却素子（第１ペルチェ素子９および第２ペルチェ素子３１）、放熱部材の一部（放熱器１１、冷媒流路１３の放熱器１１との接続部）を囲むように形成されていてもよい。この場合、密閉ケース２８の内部の雰囲気ガスの組成を適宜調整することにより、被測定体１や電子冷却素子（第１ペルチェ素子９および第２ペルチェ素子３１）、放熱部材（放熱器１１や冷媒流路１３）などの表面において結露が発生することを防止できる。このため、当該結露によって電子冷却素子や放熱部材などに故障が発生する、あるいは電子冷却素子などを正常に動作させることができないため、結果的に試験を正常に行なえないといった問題の発生を防止できる。

上記評価装置３０は、被測定体１の温度を測定する温度センサ（熱電対７）をさらに備えていてもよい。この場合、被測定体１の温度を当該温度センサ（熱電対７）により測定できるので、被測定体１の温度変化が試験において予定する温度変化と合致しているかどうかを正確にモニターすることができる。また、当該温度センサ（熱電対７）により被測定体１の温度を正確に測定できるので、当該温度データを評価装置３０の制御にフィードバックさせることができる。この結果、評価装置３０において正確な温度制御を行なうことができる。

上記評価装置３０は、発熱部材（ヒータ８）に供給される電流を測定する発熱部材用電流センサ（ヒータ用電源２７に接続された電流センサ２５）をさらに備えていてもよい。この場合、ヒータ８に供給される電流の値を測定することで、当該電流の値に影響を及ぼすような評価装置３０やヒータ８の異常を迅速に検出することができる。

たとえば、電流センサ２５では電流検出センサとしてホール素子やカレントトランスなどを用いることができる。なお、当該電流センサ２５において所定の電流値より高い値の電流値が検出されたとき（過電流が検出されたとき）には、コントローラ２６によりヒータ８への電力の供給を遮断する。また、同時にコントローラ２６により試験が中止され、評価装置３０の異常がユーザに報知される。報知手段としては、たとえば評価装置３０に設置されるＬＣＤやＣＲＴなどの表示装置にヒータ８へ供給される電流の値が過大になったことを表示してもよいし、または／同時にスピーカなどからアラーム音などを発生させてもよい。

また、電流センサ２５において所定の電流値より低い値の電流値が検出されたとき（過小電流が検出されたとき）も、上述の場合と同様に、コントローラ２６によりヒータ８への電力の供給を遮断する。また、同時にコントローラ２６により試験が中止され、評価装置３０の異常がユーザに報知される。報知手段としては、上述したような表示装置やスピーカなどを用いてもよい。

上記評価装置３０は、電子冷却素子（第１ペルチェ素子９および第２ペルチェ素子３１）に供給される電流を測定する電子冷却素子用電流センサ（第１ペルチェ素子用電源２２および第２ペルチェ素子用電源２３にそれぞれ接続された電流センサ２５）をさらに備えていてもよい。この場合、電子冷却素子（第１ペルチェ素子９および第２ペルチェ素子３１）の故障などに伴い、電子冷却素子に供給される電流の値に変化が起きる場合、そのような電子冷却素子の故障に伴う評価装置３０の異常を迅速に検出できる。

なお、この電流センサ２５において用いる電流検出センサとしては、たとえばホール素子やシャント抵抗などを用いることができる。当該電流センサ２５において所定の電流値より高い値の電流値が検出されたとき（過電流が検出されたとき）には、コントローラ２６により第１ペルチェ素子９、第２ペルチェ素子３１およびヒータ８への電力の供給を遮断する。また、同時にコントローラ２６により試験が中止され、評価装置３０の異常がユーザに報知される。

また、電流センサ２５において所定の電流値より低い値の電流値が検出されたとき（過小電流が検出されたとき）も、上述の場合と同様に、コントローラ２６により第１ペルチェ素子９、第２ペルチェ素子３１およびヒータ８への電力の供給を遮断する。また、同時にコントローラ２６により試験が中止され、評価装置３０の異常がユーザに報知される。報知手段としては、上述したような表示装置やスピーカなどを用いてもよい。

上記評価装置３０において、放熱部材は、電子冷却素子（第２ペルチェ素子３１）に接続されたベース部材（放熱器１１）と、ベース部材（放熱器１１）から熱を除去するための冷媒１７とを含んでいてもよい。上記評価装置３０は、冷媒１７の温度を測定するための冷媒用温度センサ（冷媒流路１３に設置された温度センサ１６）をさらに備えていてもよい。この場合、冷媒用の温度センサ１６によって冷媒１７の温度をモニターできるので、放熱部材において発生した異常（たとえば冷媒流路１３などからの冷媒１７の漏洩により冷媒量が減少することにより冷却効率が低下した場合など）を迅速に検出することができる。

なお、上述した温度センサ１６として熱電対などを用いることができる。そして、温度センサ１６において設定温度以上の高い温度を検出したときには、コントローラ２６によりヒータ８、第１ペルチェ素子９および第２ペルチェ素子３１への電力の供給を遮断する。また、同時にコントローラ２６により試験が中止され、評価装置３０の異常がユーザに報知される。報知手段としては、上述したような表示装置やスピーカなどを用いてもよい。

上記評価装置３０において、被測定体用電源２１、第１ペルチェ素子用電源２２、第２ペルチェ素子用電源２３、冷却系電源２４、ヒータ用電源２７のそれぞれには、これらの電源への過大な負荷から装置を保護するためにヒューズを設定しておくことが好ましい。この結果、評価装置３０が過電流などにより破損することを防止できる。

上記評価装置３０において、制御部（制御装置２９）は、発熱部材（ヒータ８）へ入力する電力をＰＷＭ制御または電圧変更制御により制御可能であってもよい。この場合、ヒータ８から発生する熱量を細かく制御することが可能になる。したがって、ヒータ８から発生した熱によって加熱される被測定体１の温度を相対的に高温状態あるいは相対的に低温状態で温度一定の状態に高い精度で保つことができる。

上記評価装置３０において、制御部（制御装置２９）は、電子冷却素子（第１ペルチェ素子９および第２ペルチェ素子３１）へ入力する電力をＰＷＭ制御または電圧変更制御により制御可能であってもよい。この場合、電子冷却素子（第１ペルチェ素子９および第２ペルチェ素子３１）における冷却能力を細かく制御することができる。したがって、被測定体１の温度制御を高精度に行なうことができる。

上記評価装置３０において、電子冷却素子（第１ペルチェ素子９および第２ペルチェ素子３１）は、被測定体１と熱的に接続された被測定体側電子冷却素子（第１ペルチェ素子９）と、放熱部材（ヒータ８）と熱的に接続された放熱側電子冷却素子（第２ペルチェ素子３１）とを含んでいてもよい。発熱部材（ヒータ８）は、被測定体側電子冷却素子（第１ペルチェ素子９）と前記放熱側電子冷却素子（第２ペルチェ素子３１）とを熱的に接続する接続経路上（第１ペルチェ素子９と第２ペルチェ素子３１との挟まれてこれらの接続された中間ベースプレート６上）に位置する。このように、第１ペルチェ素子９と第２ペルチェ素子３１との間にヒータ８を配置することで、第１ペルチェ素子９を介してヒータ８からの熱を被測定体１に伝えることができる。したがって、第１ペルチェ素子９を用いて、被測定体１に入力される熱量を精密にコントロールすることができる。

上記評価装置３０は、電子冷却素子（第２ペルチェ素子３１）を放熱部材（放熱器１１の上部表面）へ接続固定する固定部材（フランジ部１０および固定用ネジ１２）をさらに備えていてもよい。この場合、固定部材（フランジ部１０および固定用ネジ１２）により電子冷却素子（第２ペルチェ素子３１）を放熱部材（放熱器１１）へ確実に接続固定することができる。

上記評価装置３０では、複数の被測定体１を電子冷却素子（第１ペルチェ素子９）と熱的に接続された状態にしてもよい。この場合、複数の被測定体１に対して同時に評価試験（サーマルサイクル試験）を行なうことができる。たとえば、図１や図１２に示した評価装置３０では、ベースプレート５の上部表面上に複数の被測定体１を並べて配置してもよい。この場合、ベースプレート５の上面においてそれぞれの被測定体１の下面と対向する位置に溝（凹部）を形成し、当該溝の内部にそれぞれ熱電対を配置することが好ましい。また、本発明の実施の形態２において説明したような、ベースプレート５を省略した構成の評価装置３０の場合には、ペルチェ素子９の上部表面上に複数の被測定体１を並べて配置してもよい。この場合、ペルチェ素子９の上面においてそれぞれの被測定体１の下面と対向する位置に溝（凹部）を形成し、当該溝の内部にそれぞれ熱電対を配置することが好ましい。このようにすれば、個々の被測定体１の温度を正確に測定しながら評価試験を行なうことができる。

上記評価装置３０では、図１に示すように被測定体１はベースプレート５を介して電子冷却素子（ペルチェ素子９）と接続されていてもよい。ベースプレート５の平面形状は被測定体１の平面形状より大きくてもよい。この場合、被測定体１から発生した熱をベースプレート５である程度拡散させた上で、電子冷却素子（ペルチェ素子９）へ伝達することができる。そのため、電子冷却素子（ペルチェ素子９）において単位面積当りの冷却能力が余り大きくないような場合、ベースプレート５によって熱を伝える面積を大きくした上で、当該ベースプレート５に接続される電子冷却素子（ペルチェ素子９）の吸熱面の面積を大きくすることで、十分な冷却能力を確保することができる。

この発明に従ったデバイス評価方法は、上記評価装置３０を用いたデバイス評価方法であって、図２に示すように、電子冷却素子（第１ペルチェ素子９および第２ペルチェ素子３１）および前記発熱部材（ヒータ８）に被測定体１を熱的に接続する工程（被測定体準備工程（Ｓ１００））と、テスト工程（Ｓ２００）とを備える。テスト工程（Ｓ２００）では、発熱部材（ヒータ８）に電力を入力することにより、発熱部材（ヒータ８）から発生した熱を被測定体１に伝えることで被測定体１の温度を上昇させる加熱工程（昇温工程（Ｓ２１０））と、電子冷却素子（第１ペルチェ素子９および第２ペルチェ素子３１）に電力を入力することにより被測定体１の熱を放熱部材（放熱器１１および冷媒１７）へ伝達し、被測定体１を冷却する冷却工程（Ｓ２２０）とを、１回以上繰返すように、電力を制御部（制御装置２９）により制御する。

このようにすれば、ヒータ８からの発熱を利用して被測定体１の温度を昇温する一方、電子冷却素子（第１ペルチェ素子９および第２ペルチェ素子３１）によって被測定体１の熱を放熱部材へ伝達することによって、被測定体１に対するサーマルサイクル試験を簡便に行なうことができる。

上記デバイス評価方法において、電力の制御にＰＷＭ制御または電圧制御を用いてもよい。この場合、ＰＷＭ制御または電圧制御によって、ヒータ８からの発熱量および電子冷却素子（第１ペルチェ素子９および第２ペルチェ素子３１）での吸熱量（つまり放熱部材へ伝達される熱量）を正確に制御することができる。したがって、サーマルサイクル試験において高温域および低温域での温度一定の条件を容易に実現できる。

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

本発明に従ったデバイス評価装置およびデバイス評価方法は、特に従来のシリコン基板を用いた半導体デバイスよりも高温域で使用されるようなデバイス（たとえばＳｉＣを用いたデバイス）のサーマルサイクル試験を行なう場合に好適に用いられる。

本発明に従った評価装置の実施の形態１の模式図である。 図１に示した評価装置を用いたデバイス評価方法を示すフローチャートである。 図２に示したフローチャートにおけるテスト工程の内容を示すフローチャートである。 本発明によるデバイス評価方法の一例におけるテスト工程を示すフローチャートである。 図４に示したフローチャートに従ったテスト工程における電源のＯＮ／ＯＦＦや温度条件の推移を示すタイミングチャートである。 本発明によるデバイス評価方法の一例におけるテスト工程を示すフローチャートである。 図６に示したフローチャートに従ったテスト工程における電源のＯＮ／ＯＦＦや温度条件の推移を示すタイミングチャートである。 本発明によるデバイス評価方法の一例におけるテスト工程を示すフローチャートである。 図８に示したフローチャートに従ったテスト工程における電源のＯＮ／ＯＦＦや電圧条件の変更の推移、および温度条件の推移を示すタイミングチャートである。 本発明によるデバイス評価方法の一例におけるテスト工程を示すフローチャートである。 図１０に示したフローチャートに従ったテスト工程における電源のＯＮ／ＯＦＦや電圧条件の変更の推移、および温度条件の推移を示すタイミングチャートである。 本発明に従った評価装置の実施の形態２の模式図である。

符号の説明

１ 被測定体、３ グリス、５ ベースプレート、６ 中間ベースプレート、７ 熱電対、８ ヒータ、９ 第１ペルチェ素子、１０ フランジ部、１１ 放熱器、１２ 固定用ネジ、１３ 冷媒流路、１４ ポンプ、１５ 熱交換器、１６ 温度センサ、１７ 冷媒、１８ａ，１８ｂ 押え部材、１９ 支持部材、２０ 固定部材、２１ 被測定体用電源、２２ 第１ペルチェ素子用電源、２３ 第２ペルチェ素子用電源、２４ 冷却系電源、２５ 電流センサ、２６ コントローラ、２７ ヒータ用電源、２８ 密閉ケース、２９ 制御装置、３０ 評価装置、３１ 第２ペルチェ素子。

Claims (9)

1. 半導体デバイスを含む被測定体と熱的に接続される電子冷却素子と、
   前記被測定体と熱的に接続される発熱部材と、
   前記電子冷却素子と熱的に接続された放熱部材と、
   前記発熱部材と前記電子冷却素子へ入力する電力を制御する制御部とを備え、
   前記電子冷却素子は、前記被測定体と熱的に接続された被測定体側電子冷却素子と、前記放熱部材と熱的に接続された放熱側電子冷却素子とを含み、
   前記発熱部材は、前記被測定体側電子冷却素子と前記放熱側電子冷却素子とを熱的に接続する接続経路上に位置する、デバイス評価装置。
2. 前記被測定体を少なくとも外気から隔離することが可能な密閉ケースをさらに備える、請求項１に記載のデバイス評価装置。
3. 前記被測定体の温度を測定する温度センサをさらに備える、請求項１または２に記載のデバイス評価装置。
4. 前記発熱部材に供給される電流を測定する発熱部材用電流センサをさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載のデバイス評価装置。
5. 前記電子冷却素子に供給される電流を測定する電子冷却素子用電流センサをさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載のデバイス評価装置。
6. 前記放熱部材は、前記電子冷却素子に接続されたベース部材と、前記ベース部材から熱を除去するための冷媒とを含み、
   前記冷媒の温度を測定するための冷媒用温度センサをさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載のデバイス評価装置。
7. 前記制御部は、前記発熱部材および前記電子冷却素子へ入力する電力をＰＷＭ制御または電圧変更制御により制御可能である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のデバイス評価装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のデバイス評価装置を用いたデバイス評価方法であって、
   前記電子冷却素子および前記発熱部材に被測定体を熱的に接続する工程と、
   前記発熱部材に電力を入力することにより、前記発熱部材から発生した熱を前記被測定体に伝えることで前記被測定体の温度を上昇させる加熱工程と、前記電子冷却素子に電力を入力することにより、前記被測定体の熱を放熱部材へ伝達し、前記被測定体を冷却する冷却工程とを、１回以上繰返すように、前記電力を制御部により制御するテスト工程と、を備えるデバイス評価方法。
9. 前記電力の制御にＰＷＭ制御または電圧制御を用いる、請求項８に記載のデバイス評価方法。

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