JP5194585B2 - 半導体装置の試験方法 - Google Patents

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Description

本発明は、パワー素子と集積化された制御回路とを備えた半導体装置であって、特にパッケージ化された半導体装置の試験方法に関する。
パワー素子とそのパワー素子を駆動する制御ICとを一体的にパッケージした半導体装置は、種々の分野で使用され、例えば半導体基板上に低電圧系回路部と高電圧系回路部とを一体に有するものが実用化されている(例えば、特許文献1参照)。またパワー素子としては、MOSFETなどの半導体素子の他にIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)なども使用されている。図5はこのようなパッケージ化された従来の半導体装置の構成を示す回路図である。
この半導体装置は、パッケージ100の中にMOSFET101と制御IC102とを有し、制御IC102の出力段にはトランジスタTr101,Tr102の直列回路が設けられ、その接続点(中点)がMOSFET101のゲート電極に接続されている。制御IC102のOUT電極とGND(接地)電極との間には抵抗R101が接続され、MOSFET101のゲート電極に溜まった電荷はこの抵抗R101を通して放電される。MOSFET101の電流検出用のIS電極からの電流検出信号は誤差増幅器OP101に入力され、電流制御モードのフィードバック制御が行われる。
また、制御IC102には上記の電流検出用のIS電極、駆動信号を出力するOUT電極、GND電極の他に、電源が供給されるVcc電極が設けられている。パッケージ100としては、MOSFET101のドレイン電極と接続された外部端子111、ソース電極と接続された外部端子112、ゲート電極と接続された外部端子113、制御IC102のVcc電極と接続された外部端子114、GND電極と接続された外部端子115、および電流検出用のIS電極と接続された外部端子116が設けられている。
上記の半導体装置は、MOSFET101のゲート電極とそれを制御する制御IC102のOUT電極が接続されており、半導体素子であるMOSFET101の試験を行う場合には、ゲート電極を外部に導出し、その外部端子113に直流電源103の電圧を加えて試験を行っている。
図6および図7は他の従来の半導体装置の構成を示す回路図である。図6に示す半導体装置は、端子数の制約でパッケージ100にMOSFET101のゲート電極と接続された外部端子を設けられない場合を示している。この場合、制御IC102のVcc電極を経由してMOSFET101のゲート電極に直流電源103の電圧を加えて試験を行うようにしている。
図7に示す半導体装置は、パッケージ100にMOSFET101のゲート電極と接続された外部端子113を設けることができるが、MOSFET101のソース電極がIS電極に接続されている場合を示している。この場合、制御IC102のOUT電極からIS電極へ電流が流れる経路が存在するが、制御IC102を動作させてOUT電極からMOSFET101のゲート電極へ電圧を印加することにより試験が可能である。GND電極とIS電極との間にはダイオードD101が接続されている。
特開2000−307068号公報
しかしながら、上記のような従来の半導体装置においては、パワー素子の試験のためにゲート端子を外部に導出する必要があり、端子数に制約があってゲート端子を外部に導出することができない場合には、ゲート端子に電圧を加える試験が不可能である。また、ゲート端子を外部に導出することができても制御ICのIS端子がパワー素子のソースに接続されていて制御ICのOUT端子からIS端子へ電流が流れる経路が存在する場合も、ゲート端子に電圧を加える試験が不可能である。このような半導体装置では、制御ICを動作させてOUT端子からパワー素子のゲートへ電圧を印加する方法をとっているが、制御ICにUVLO(Under Voltage Lock Out)機能がある場合には、例えばOUT電圧が8V以上しか加わらないようなことがあり、パワー素子のゲート閾値電圧などを測定することができない。また、ゲート制御による定電力制御における熱抵抗試験を実施することができない。このため、寄生ダイオードに定電流を流して熱抵抗を測定しており、パワー素子のソース・ドレイン電圧のばらつきにより熱抵抗の試験制度は悪いものとなる。
なお、制御ICに試験用の機能を持たせることは、回路規模が大きくなり、実用的ではない。また、汎用のパワー素子の試験機では試験を行うことができない。
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、パワー素子の制御端子を外部に導出することなく、また制御回路を動作させることなく、パワー素子の制御端子に駆動電圧を印加することができ、汎用の試験機でパワー素子の試験を行うことができる半導体装置の試験方法を提供することを目的とする。
本発明では上記課題を解決するために、パワー素子と、前記パワー素子を制御する集積化された制御回路とを同一パッケージに備えた半導体装置であって、前記制御回路は、出力段に、直列接続された2つのトランジスタと、前記直列接続されたトランジスタにそれぞれ並列接続されたダイオードと、前記直列接続されたトランジスタの接続点から引き出され前記パワー素子への駆動信号を出力する出力電極と、前記直列接続されたトランジスタの一端である接地電極とを有し、前記パワー素子の制御電極と前記出力電極とが接続され、前記接地電極を前記パッケージの外部に導出する接地端子を備えた半導体装置の試験方法において、前記パワー素子のソース端子と前記制御回路の接地端子との間にあらかじめ定めた電圧を印加し、前記出力段の前記トランジスタに並列に接続された前記ダイオードを介して前記パワー素子の制御端子に電圧を加えることを特徴とする半導体装置の試験方法が提供される。
このような半導体装置の試験方法によれば、制御回路の接地端子に電圧を加えることで、制御回路のトランジスタと並列に接続されたダイオードを通してパワー素子の制御電極に駆動電圧を印加することができ、パワー素子の制御電極を外部に導出することなく、また制御回路を動作させることなく、汎用の試験機でパワー素子の試験を行うことができる。
本発明の半導体装置の試験方法は、制御回路の接地端子に電圧を加えることで、制御回路のトランジスタと並列に接続されたダイオードを通してパワー素子の制御電極に駆動電圧を印加することができ、パワー素子の制御電極を外部に導出することなく、また制御回路を動作させることなく、汎用の試験機でパワー素子の試験を行うことができるという利点がある。
以下、本発明の実施の形態の半導体装置を図面を参照して説明する。
図1は本発明の第1の実施の形態の半導体装置の構成を示す回路図である。この半導体装置は、図5〜図7に示す半導体装置と同様、パッケージ10の中にパワー素子であるMOSFET1と集積化された制御回路である制御IC2とを有している。パワー素子として、ここではMOSFETを例に説明するが、これに限らず、IGBTなどにも適用が可能である。
制御IC2の出力段にはハイサイド側のトランジスタTr1とローサイド側のトランジスタTr2の直列回路が設けられる。トランジスタTr1,Tr2の接続点が制御IC2のOUT端子に接続されている。制御IC2のOUT端子は、パッケージ10の内部において、MOSFET1の制御端子であるゲート電極(ゲート端子)に接続されている。トランジスタTr1,Tr2をCMOSなどのMOS型のトランジスタで構成すると、トランジスタTr1,Tr2には、構造上寄生ダイオードD1,D2が並列接続される。並列にダイオードが接続された構成であってもよい。トランジスタTr1,Tr2をバイポーラトランジスタで構成する場合には、ダイオードを並列接続する。
また、制御IC2の出力段のOUT電極(出力端子)とGND電極(接地端子)との間には抵抗R1が接続され、MOSFET1のゲートに溜まった電荷はこの抵抗R1を通して放電される。MOSFET1に流れる電流を検出するためのIS電極(電流検出用端子)からの電流検出信号は誤差増幅器OP1に入力され、電流制御モードのフィードバック制御が行われる。
また、制御IC2には上記の電流検出用のIS電極、2つのトランジスタTr1,Tr2の接続点から引き出されて駆動信号を出力するOUT電極、GND電極の他に、電源が供給されるVcc電極が設けられている。パッケージ10には、外部に導出された外部端子として、MOSFET1のドレイン電極と接続された外部端子11およびソース電極と接続された外部端子12の他に、制御IC2のVcc電極と接続された外部端子13、GND電極と接続された外部端子14、および電流検出用のIS電極と接続された外部端子15が設けられている。
また、MOSFET1のゲート電極と制御IC2のOUT電極とが接続されている。MOSFET1のゲート電極は外部端子に接続されていない。
次に、上記のように構成された半導体装置の試験方法について説明する。
パッケージ10内のパワー素子の試験としては、パワー素子(MOSFET)の主電極(ドレイン−ソース)間に所定の電圧を印加し、さらにパワー素子のゲートにも駆動電圧を印加してパワー素子の電気的特性を測定する。
図1のパッケージ10において、MOSFET1のドレイン電極は外部端子11に、ソース電極は外部端子12にそれぞれ導出されているため、外部端子11,12間に電圧を印加することは可能である。MOSFET1のゲート電極を直接外部に導出する端子は設けられていない。そこで、MOSFET1のソース電極と制御IC2のGND電極から導出された外部端子14との間に直流電源3を接続する。すると、直流電源3の電圧は、外部端子14→制御IC2のGND電極→トランジスタTr2の寄生ダイオードD2→制御IC2のOUT電極を介して、MOSFET1のゲート電極に駆動電圧として印加される。
直流電源3を外して外部端子14を接地すると、MOSFET1のゲート電極に印加された電圧がオフとなり、MOSFET1のゲート電極に蓄積した電荷は、制御IC2のOUT電極とGND電極との間に接続された放電用の抵抗R1→制御IC2のGND電極→外部端子14を介して放電され、MOSFET1のゲート電極に電荷が溜まることはない。
このように、制御IC2のGND電極に電圧を加えることで、制御IC2のトランジスタTr2と並列に接続された寄生ダイオードD2を通してMOSFET1のゲート電極に駆動電圧を印加することができる。このため、MOSFET1のゲート電極を外部に導出することなくMOSFET1の試験を行うことができる。その際、制御IC2を駆動させる必要がない。すなわち制御IC2にその電源電圧Vccを印加したり、制御IC2の出力段のトランジスタTr1,Tr2を駆動する必要がない。そのため、汎用の試験機を用いて、MOSFET1の各電極に所定の電圧を印加する試験を行うことができる。
すなわち、制御ICの種類によって試験機のドライブ回路部分を変更する必要がないので、従来から使用されているパワー素子用の試験機を使用することができる。例えば、熱抵抗試験を行うときにはゲート制御による定電力制御の方法を採用することができ、精度のよい測定が可能となる。また、L負荷試験でも汎用のパワー素子の試験機を使用することができ、制御ICを動作させる専用の試験機は不要となる。さらに、パワー素子のゲート閾値電圧なども測定することができ、品質のよい製品を提供することが可能となる。
また、上記の半導体装置の製造に際しては、MOSFET1および制御IC2をリードフレームのダイパッドに搭載し、MOSFET1および制御IC2の相互の接続ならびに、外部端子(上記リードフレームのインナーリード)への接続をそれぞれワイヤボンディングで行うようにすることができる。
図2は本発明の第2の実施の形態の半導体装置の構成を示す回路図である。この半導体装置は、制御IC2のIS電極が外部に導出されていない構成である。制御IC2のIS電極は、パッケージ10内において、パワー素子であるMOSFET1のソース電極に接続される。その他は図1の半導体装置と同様の構成である。このような半導体装置においても、制御IC2のGND電極に電圧を加えることで、制御IC2のトランジスタTr2と並列に接続された寄生ダイオードD2を通してMOSFET1のゲート電極に駆動電圧を印加することができ、MOSFET1のゲート電極を外部に導出することなく、また制御IC2を動作させることなく、汎用の試験機でMOSFET1の試験を行うことができる。
この実施の形態における半導体装置の試験方法について説明する。
図1に示した場合と同様に、パワー素子(MOSFET)の主電極(ドレイン−ソース)間に所定の電圧を印加し、さらにパワー素子のゲートにも駆動電圧を印加してパワー素子の電気的特性を測定する。
図2のパッケージ10において、MOSFET1のドレイン電極は外部端子11に、ソース電極は外部端子12にそれぞれ導出されているため、外部端子11,12間に電圧を印加することは可能である。MOSFET1のソース電極と制御IC2のGND電極から導出された外部端子14との間に直流電源3を接続する。すると、直流電源の電圧は、外部端子14→制御IC2のGND電極→トランジスタTr2の寄生ダイオードD2→制御IC2のOUT電極を介して、MOSFET1のゲート電極に駆動電圧として印加される。
ここで、パッケージ10の内部において、制御IC2のIS電極とパワー素子であるMOSFET1のソース電極とが接続されているが、IS電極からGND電極へのルートがない構造であるため、直流電源3の電圧は、トランジスタTr2の寄生ダイオードD2→制御IC2のOUT電極を介して、MOSFET1のゲート電極に駆動電圧として印加される。
直流電源3を外して外部端子14を接地すると、MOSFET1のゲート電極に印加された電圧がオフとなり、MOSFET1のゲートに蓄積した電荷は、制御IC2のOUT電極とGND電極との間に接続された放電用の抵抗R1→制御IC2のGND電極→外部端子14を介して放電され、MOSFET1のゲート電極に電荷が溜まることはない。
このように、制御IC2のGND電極に電圧を加えることで、制御IC2のトランジスタTr2と並列に接続された寄生ダイオードD2を通してMOSFET1のゲート電極に駆動電圧を印加することができる。このため、MOSFET1のゲート電極を外部に導出することなくMOSFET1の試験を行うことができる。その際、制御IC2を駆動させる必要がない。すなわち制御IC2にその電源電圧Vccを印加したり、制御IC2の出力段のトランジスタTr1,Tr2を駆動する必要がない。そのため、汎用の試験機を用いて、MOSFET1の各電極に所定の電圧を印加する試験を行うことができる。
すなわち、制御ICの種類によって試験機のドライブ回路部分を変更する必要がないので、従来から使用されているパワー素子用の試験機を使用することができる。例えば、熱抵抗試験を行うときにはゲート制御による定電力制御の方法を採用することができ、精度のよい測定が可能となる。また、L負荷試験でも汎用のパワー素子の試験機を使用することができ、制御ICを動作させる専用の試験機は不要となる。さらに、パワー素子のゲート閾値電圧なども測定することができ、品質のよい製品を提供することが可能となる。
また、上記の半導体装置の製造に際しては、MOSFET1および制御IC2をリードフレームのダイパッドに搭載し、MOSFET1および制御IC2の相互の接続ならびに、外部端子(上記リードフレームのインナーリード)への接続をそれぞれワイヤボンディングで行うようにすることができる。
図3は本発明の第3の実施の形態の半導体装置の構成を示す回路図である。この半導体装置は、制御IC2のIS電極がMOSFET1のソース電極に接続されていて、制御IC2のOUT電極からIS電極へ電流が流れる経路が存在する場合の構成である。制御IC2のIS電極と直列に接続されたスイッチSW1を有しており、このスイッチSW1は、制御IC2のVcc電極に電源供給が行われているときはオン、電源供給が行われていないときはオフとなる。スイッチSW1と制御IC2のGND電極との間にはダイオードD3が接続されている。
この実施の形態における半導体装置の試験方法について説明する。
図1に示した場合と同様に、パワー素子(MOSFET)の主電極(ドレイン−ソース)間に所定の電圧を印加し、さらにパワー素子のゲートにも駆動電圧を印加してパワー素子の電気的特性を測定する。
図2のパッケージ10において、MOSFET1のドレイン電極は外部端子11に、ソース電極は外部端子12にそれぞれ導出されているため、外部端子11,12間に電圧を印加することは可能である。
次に、スイッチSW1をオフとし、MOSFET1のソース電極と制御IC2のGND電極から導出された外部端子14との間に直流電源3を接続する。すると、直流電源の電圧は、外部端子14→制御IC2のGND電極→トランジスタTr2の寄生ダイオードD2→制御IC2のOUT電極を介して、MOSFET1のゲート電極に駆動電圧として印加される。
ここで、パッケージ10の内部において、制御IC2のIS電極とパワー素子であるMOSFET1のソース電極とが接続されているが、IS電極からGND電極へのルートは、スイッチSW1がオフすることにより遮断されているため、直流電源3の電圧は、トランジスタTr2の寄生ダイオードD2→制御IC2のOUT電極を介して、MOSFET1のゲート電極に駆動電圧として印加される。
直流電源3を外して外部端子14を接地すると、MOSFET1のゲート電極に印加された電圧がオフとなり、MOSFET1のゲートに蓄積した電荷は、制御IC2のOUT電極とGND電極との間に接続された放電用の抵抗R1→制御IC2のGND電極→外部端子14を介して放電され、MOSFET1のゲート電極に電荷が溜まることはない。
このように、制御IC2のGND電極に電圧を加えることで、制御IC2のトランジスタTr2と並列に接続された寄生ダイオードD2を通してMOSFET1のゲート電極に駆動電圧を印加することができる。このため、MOSFET1のゲート電極を外部に導出することなくMOSFET1の試験を行うことができる。その際、制御IC2を駆動させる必要がない。すなわち制御IC2にその電源電圧Vccを印加したり、制御IC2の出力段のトランジスタTr1,Tr2を駆動する必要がない。そのため、汎用の試験機を用いて、MOSFET1の各電極に所定の電圧を印加する試験を行うことができる。
すなわち、制御ICの種類によって試験機のドライブ回路部分を変更する必要がないので、従来から使用されているパワー素子用の試験機を使用することができる。例えば、熱抵抗試験を行うときにはゲート制御による定電力制御の方法を採用することができ、精度のよい測定が可能となる。また、L負荷試験でも汎用のパワー素子の試験機を使用することができ、制御ICを動作させる専用の試験機は不要となる。さらに、パワー素子のゲート閾値電圧なども測定することができ、品質のよい製品を提供することが可能となる。
また、上記の半導体装置の製造に際しては、MOSFET1および制御IC2をリードフレームのダイパッドに搭載し、MOSFET1および制御IC2の相互の接続ならびに、外部端子(上記リードフレームのインナーリード)への接続をそれぞれワイヤボンディングで行うようにすることができる。
図4は本発明の第4の実施の形態の半導体装置の構成を示す回路図である。この半導体装置は、図3に示すスイッチSW1に替えて、ダイオードD11と抵抗R11からなるスイッチSW2を設けたものである。このスイッチSW2は、通常動作時はダイオードD11を介してMOSFET1に流れる電流を検出し、抵抗R11を通して放電させる。MOSFET1の試験時は、ダイオードD11でMOSFET1のソース電極に流れる電流をブロックしているので、MOSFET1のゲート電極へ駆動電圧を加えることができる。このような半導体装置においても、制御IC2のGND電極に電圧を加えることで、制御IC2のトランジスタTr2と並列に接続された寄生ダイオードD2を通してMOSFET1のゲート電極に駆動電圧を印加することができる。
本発明の第1の実施の形態の半導体装置の構成を示す回路図である。 本発明の第2の実施の形態の半導体装置の構成を示す回路図である。 本発明の第3の実施の形態の半導体装置の構成を示す回路図である。 本発明の第4の実施の形態の半導体装置の構成を示す回路図である。 パッケージ化された従来の半導体装置の構成を示す回路図である。 他の従来の半導体装置の構成を示す回路図である。 他の従来の半導体装置の構成を示す回路図である。
符号の説明
1 MOSFET
2 制御IC
3 直流電源
10 パッケージ
11〜15 外部端子
D1,D2 寄生ダイオード
D3,D11 ダイオード
OP1 誤差増幅器
R1,R11 抵抗
SW1,SW2 スイッチ
Tr1,Tr2 トランジスタ

Claims (5)

  1. パワー素子と、前記パワー素子を制御する集積化された制御回路とを同一パッケージに備えた半導体装置であって、
    前記制御回路は、出力段に、直列接続された2つのトランジスタと、前記直列接続されたトランジスタにそれぞれ並列接続されたダイオードと、前記直列接続されたトランジスタの接続点から引き出され前記パワー素子への駆動信号を出力する出力電極と、前記直列接続されたトランジスタの一端である接地電極とを有し、
    前記パワー素子の制御電極と前記出力電極とが接続され、前記接地電極を前記パッケージの外部に導出する接地端子を備えた半導体装置の試験方法において、
    前記パワー素子のソース端子と前記制御回路の接地端子との間にあらかじめ定めた電圧を印加し、前記出力段の前記トランジスタに並列に接続された前記ダイオードを介して前記パワー素子の制御端子に電圧を加えることを特徴とする半導体装置の試験方法
  2. 前記制御回路は前記パワー素子に流れる電流を検出するための電流検出用電極を有し、
    前記電流検出用電極と前記パワー素子のソース電極とが前記パッケージ外部にそれぞれ導出されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の試験方法
  3. 前記パワー素子はソースパッドを備え、
    電流検出用端子は前記ソースパッドに前記パッケージ内部にて接続されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の試験方法
  4. 前記制御回路の電流検出用端子と直列に接続されたスイッチを有し、
    前記スイッチは、前記制御回路に電源供給が行われているときはオン、電源供給が行われていないときはオフとなることを特徴とする請求項3記載の半導体装置の試験方法
  5. 半導体装置の試験のときには、
    前記スイッチをオフし、
    前記パワー素子のソース端子と前記制御回路の接地端子との間にあらかじめ定めた電圧を印加し、前記出力段の前記トランジスタに並列に接続された前記ダイオードを介して前記パワー素子の制御端子に電圧を加えることを特徴とする請求項4記載の半導体装置の試験方法。
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