JP6119125B2

JP6119125B2 - 半導体試験装置および半導体試験方法

Info

Publication number: JP6119125B2
Application number: JP2012138467A
Authority: JP
Inventors: 裕章市川
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2032-06-20
Also published as: JP2014002092A

Description

本発明は半導体試験装置および半導体試験方法に関し、特に半導体チップが構成部材と接合されるはんだ接合部の中にボイドを有するような半導体装置を精度よく検出することができる半導体試験装置および半導体試験方法に関する。

半導体装置では、放熱性を保証する項目として熱抵抗がある。熱抵抗の高い半導体装置は、放熱性が悪いので、特に発熱の大きなパワー半導体装置では、半導体チップのジャンクション温度を許容温度以下に抑えることが困難になってくる。この熱抵抗は、半導体チップとヒートシンクのような構成部材とを接合するはんだ接合部の中にボイド（気泡）が生じてしまうと、そこで放熱性が阻害されることにより、高くなってしまう。そこで、ボイド検出が必要な半導体装置については、一般に、熱抵抗試験、Ｘ線検査などによるボイドの検出が全数で実施されている。

熱抵抗試験は、半導体チップを通電により発熱する前と発熱後における電流電圧特性の変化を検出して比較することにより、ボイドの有無を判断している（たとえば、特許文献１参照）。

Ｘ線検査は、はんだ接合部にＸ線を照射して、ボイドの有無を判断している。これは、ボイドのある部分がない部分に比較してＸ線の透過率が大きく、透過映像に濃淡が生じることを利用している。

ただ、Ｘ線による検査は、明らかにはんだが欠落している場合は検出可能であるが、たとえば数十μｍの薄いボイドがある場合は厚さ方向で大部分にはんだが存在するために、Ｘ線を透過させても濃淡差が出難く、ボイドの有無の判断が難しい。しかも、はんだ材料は、有鉛はんだから無鉛はんだに切り換わっているが、その無鉛はんだは、鉛を含有しない分、Ｘ線透過性が高く（透過し易い）、ボイドの検出をさらに困難にしている。

このため、量産用としては、測定時間の短い熱抵抗試験が適している。特許文献１では、発熱前後の半導体チップの順方向電圧を検出する方法と、しきい値電圧を検出する方法とを開示している。

半導体チップの順方向電圧を検出する方法は、発熱前後の半導体チップの順方向電圧をそれぞれ検出してそれらに対応するジャンクション温度を推定し、そのジャンクション温度の大きさによりボイドの有無を判断している。この方法では、半導体チップは、その温度が上がるほど、その順方向電圧が低下するという温度依存特性を有していることを利用し、温度換算で規格以上の温度に達している場合には、不良であると判断している。

一方、半導体チップのしきい値電圧を検出する方法は、発熱前後で半導体チップを電流が流れるようになるしきい値電圧をそれぞれ検出してそれらに対応するジャンクション温度を推定し、そのジャンクション温度の変化の大きさによりボイドの有無を判断している。この方法では、半導体チップは、その温度が上がるほど、そのしきい値電圧が低下するという温度依存特性を有していることを利用し、温度換算で規格以上の温度に達している場合には、不良であると判断している。

特開２００７−２７８９１０号公報

しかしながら、半導体チップを発熱させるために所定時間電流を流すことになるが、その間、ボイド部分の発熱が周囲に拡散され、半導体チップの平均温度でのしきい値電圧の検出となるため、検出精度が低下するという問題点があった。たとえば、サイズ換算で直径が３ｍｍ以下のボイドは、検出が非常に困難になっている。また、はんだ接合部の中で、半導体チップとの界面近傍または銅パターンとの界面近傍にできる薄いボイドについても、検出が困難になっている。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、半導体チップ下のはんだ接合部の中にできる微小または薄いボイドを電気的に高精度で検出できる半導体試験装置および半導体試験方法を提供することを目的とする。

本発明では上記の課題を解決するために、半導体チップがはんだ接合部によって構成部材に接合された半導体装置を試験する半導体試験装置において、前記半導体チップのしきい値電圧を測定するときに前記半導体チップに電流を流す第１の電流源と、前記半導体チップに電流を流して前記半導体チップを発熱させる第２の電流源と、前記第２の電流源から前記半導体チップに供給される電流をデューティ比が制御された連続したパルス電流にするスイッチと、前記半導体チップに前記第２の電流源の電流を流すときに前記半導体チップに飽和電圧を印加する第１の電圧源と、前記半導体チップの前記しきい値電圧を測定するときに前記半導体チップに可変の電圧を印加する第２の電圧源と、前記第２の電圧源の電圧を可変して前記半導体チップが前記第１の電流源の電流を流すようにするときの前記半導体チップの前記しきい値電圧を測定する電圧計と、前記半導体チップの発熱前後に測定した前記半導体チップの前記しきい値電圧から前記はんだ接合部内のボイドの有無を判断する制御部と、を備えたことを特徴とする半導体試験装置が提供される。

また、本発明では、半導体チップがはんだ接合部によって構成部材に接合された半導体装置を試験する半導体試験方法において、前記半導体チップに測定用の第１の電流源および駆動電圧源を接続し、前記第１の電流源の電流を流すようにするときの前記駆動電圧源の駆動電圧を発熱前の第１のしきい値電圧として測定し、前記半導体チップに加熱用の第２の電流源をスイッチを介して接続するとともに前記半導体チップを飽和させる発熱用駆動電圧源を接続し、前記スイッチをオン・オフ制御することにより前記半導体チップに供給される前記第２の電流源の電流をデューティ比が制御された連続したパルス電流にして前記半導体チップを発熱させ、前記半導体チップに前記第１の電流源および前記駆動電圧源を接続し、前記第１の電流源の電流を流すようにするときの前記駆動電圧源の駆動電圧を発熱後の第２のしきい値電圧として測定し、前記第１および第２のしきい値電圧に対応する前記半導体チップのジャンクション温度の差から前記はんだ接合部内のボイドの有無を判断する、ことを特徴とする半導体試験方法が提供される。

上記構成の半導体試験装置および半導体試験方法は、半導体チップを発熱させるときに、半導体チップに供給する電流をパルス電流にしたため、発熱した熱の横方向の拡散が抑制され、発熱後のしきい値電圧の測定が精度よくできるという利点がある。

試験対象の半導体装置の構成例を示す断面図であって、（Ａ）は正常な状態を示し、（Ｂ）ははんだ接合部の中にボイドを有する状態を示している。半導体チップの電流電圧特性を示す図である。実施の形態に係る半導体試験装置の概要を示す図である。熱抵抗試験のタイミングチャートである。半導体チップのしきい値電圧とジャンクション温度との関係を例示した図である。はんだ内に薄いボイドがある半導体装置を示した断面図であって、（Ａ）は半導体チップとの界面近傍のはんだにボイドがある場合を示し、（Ｂ）は銅パターンとの界面近傍のはんだにボイドがある場合を示している。

以下、本発明の実施の形態について、半導体素子としてＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を搭載した半導体装置の試験の場合を例に図面を参照して詳細に説明する。もちろん、半導体素子は、ＩＧＢＴに限らず、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）とすることができる。

図１は試験対象の半導体装置の構成例を示す断面図であって、（Ａ）は正常な状態を示し、（Ｂ）ははんだ接合部の中にボイドを有する状態を示している。図２は半導体チップの電流電圧特性を示す図である。

試験対象の半導体装置は、図１の（Ａ）に示したように、放熱用の金属ベースプレート１１を有し、絶縁基板１２が載置される。絶縁基板１２は、その両面に銅パターン１３，１４ａ，１４ｂ，１４ｃが形成され、図の下面側の銅パターン１３がはんだ１５によって金属ベースプレート１１に接合されている。図の上面側の銅パターン１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、回路パターンとして使用され、銅パターン１４ａには、半導体チップ１６がはんだ１７によって接合されている。銅パターン１４ｂ，１４ｃは、半導体チップ１６の電極とアルミワイヤ１８ａ，１８ｂによって接続され、さらに、端子ケース１９に設けられた外部端子２０ａ，２０ｂとアルミワイヤ１８ｃ，１８ｄによって接続されている。半導体チップ１６は、また、端子ケース１９に充填されたシリコーン樹脂２１によって封止されている。

本実施の形態に係る半導体試験装置が熱抵抗試験で検出しようとしているのは、図１の（Ｂ）に示したように、半導体チップ１６を銅パターン１４ａに接合しているはんだ１７の中に存在するボイド２２である。半導体チップ１６は、これがＩＧＢＴの場合、多数の単位ＩＧＢＴセルが並列接続されたセル構造を有している。したがって、はんだ１７の中にボイド２２があると、そのボイド２２に対応する位置のセルは、ボイド２２によって放熱が阻害されることにより局部的に発熱する。局部的に発熱したセルは、発熱していない他のセルよりもゲート−エミッタ間のしきい値電圧ＶＧＥ（ｔｈ）が低下する。

すなわち、図２に示す半導体チップ１６の電流電圧特性において、横軸は、ゲート−エミッタ間のしきい値電圧ＶＧＥ（ｔｈ）を表し、縦軸は、しきい値電圧測定時に流す測定電流Ｉｍを表している。ここで、半導体チップ１６の電流電圧特性において、たとえば、半導体チップ１６が発熱する前の特性線ＶＧＥ１は、しきい値電圧ＶＧＥ（ｔｈ）に比例して流すことができる測定電流Ｉｍが増加する特性になっている。

半導体チップ１６を発熱した後の電流電圧特性は、しきい値電圧ＶＧＥ（ｔｈ）が低くなっているので、発熱する前の特性線ＶＧＥ１から平行移動した特性線ＶＧＥ２となる。ただし、この特性線ＶＧＥ２は、はんだ１７にボイド２２が存在しない場合である。はんだ１７にボイド２２が存在する場合は、そのボイド２２に対応する単位ＩＧＢＴセルが他の単位ＩＧＢＴセルよりも放熱が阻害されていることにより、局部的に高温になっており、しきい値電圧ＶＧＥ（ｔｈ）がさらに低くなっている。このため、ボイド２２が存在するときの電流電圧特性は、特性線ＶＧＥ１および特性線ＶＧＥ２よりも傾斜の小さい特性線ＶＧＥ３となる。特性線ＶＧＥ３は、途中で特性線ＶＧＥ２と交差するが、その交点Ｐよりも測定電流Ｉｍが高い領域では、ボイド２２の影響が小さくなり、特性線ＶＧＥ２とほぼ同じ特性になる。

ここで、しきい値電圧ＶＧＥ（ｔｈ）を測定するときのコレクタ電流Ｉｃ１は、しきい値電圧ＶＧＥ（ｔｈ）を測定可能な下限の電流値Ｉｍ０と交点Ｐに相当する上限の電流値Ｉｍ１との間の値に設定されている。具体的には、電流値Ｉｍ０は、たとえば、半導体チップ１６の定格電流の１／１００００００であり、電流値Ｉｍ１は、たとえば、半導体チップ１６の定格電流の１／１００００である。

試験のときには、電流値Ｉｍ０と電流値Ｉｍ１との間の測定電流Ｉｍ（図２では、コレクタ電流Ｉｃ１）を半導体チップ１６に流したときのしきい値電圧ＶＧＥ（ｔｈ）を発熱前後で測定する。ボイド２２の有無によって発熱後のしきい値電圧ＶＧＥ（ｔｈ）が違うので、本実施の形態に係る半導体試験装置では、発熱前後のしきい値電圧の差（｜ΔＶＧＥ０−ΔＶＧＥ１｜）の違いを利用して、ボイド２２の有無を判断している。

図３は実施の形態に係る半導体試験装置の概要を示す図、図４は熱抵抗試験のタイミングチャート、図５は半導体チップのしきい値電圧とジャンクション温度との関係を例示した図である。

半導体試験装置は、図３に示したように、試験対象の半導体チップ１６であるＩＧＢＴ３０の電極の端子に接続して熱抵抗試験を行う。半導体試験装置は、しきい値電圧ＶＧＥ（ｔｈ）を測定するときにＩＧＢＴ３０に測定電流Ｉｍを流す測定用電流源４１と、ＩＧＢＴ３０にパワー電流Ｉｐを流してＩＧＢＴ３０を発熱させる発熱用電流源４２とを備えている。測定用電流源４１は、一方の端子がスイッチＳＷ１を介して電流計４３の一方の端子に接続され、電流計４３の他方の端子は、ＩＧＢＴ３０のコレクタ端子３１に接続されている。発熱用電流源４２は、一方の端子がスイッチＳＷ２を介して電流計４３の一方の端子に接続されている。測定用電流源４１および発熱用電流源４２の他方の端子は、ＩＧＢＴ３０のエミッタ端子３２に接続されている。電流計４３は、ＩＧＢＴ３０のコレクタ電流Ｉｃを測定し、ＩＧＢＴ３０のコレクタ端子３１とエミッタ端子３２とに接続された電圧計４４は、コレクタ−エミッタ間の端子電圧Ｖ１を測定する。

半導体試験装置は、また、ＩＧＢＴ３０にパワー電流Ｉｐを流すときにＩＧＢＴ３０のゲート端子３３に印加する電圧ＶＧ１を出力する発熱用駆動電圧源４５と、ＩＧＢＴ３０に測定電流Ｉｍを流すゲート電圧ＶＧ２を出力する測定用駆動電圧源４６とを備えている。発熱用駆動電圧源４５および測定用駆動電圧源４６の一方の端子は、スイッチＳＷ３，ＳＷ４を介してＩＧＢＴ３０のゲート端子３３に接続され、他方の端子は、ＩＧＢＴ３０のエミッタ補助端子３４に接続されている。ＩＧＢＴ３０のゲート端子３３とエミッタ補助端子３４とには、ＩＧＢＴ３０に測定電流Ｉｍを流すときのゲート−エミッタ間電圧Ｖ２（＝ＶＧＥ）、すなわち、しきい値電圧ＶＧＥ（ｔｈ）を測定する電圧計４７が接続されている。

発熱用駆動電圧源４５が出力する電圧ＶＧ１は、ＩＧＢＴ３０に十分に大きな電流を流すのに必要な飽和電圧である。測定用駆動電圧源４６は、しきい値電圧ＶＧＥ（ｔｈ）を測定するときに、バッファ回路４８を介してフィードバックされたコレクタ−エミッタ間の端子電圧Ｖ１が一定になるように調整された電圧ＶＧ２を出力する。

半導体試験装置は、さらに、制御部５０を備えている。この制御部５０は、スイッチ制御部５１と、ジャンクション温度推定部５２と、ボイド有無判断部５３とを備えている。スイッチ制御部５１は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４をそれぞれオン・オフ制御する機能を有している。ジャンクション温度推定部５２は、測定したゲート−エミッタ間電圧Ｖ２であるしきい値電圧ＶＧＥ（ｔｈ）に基づいてＩＧＢＴ３０のジャンクション温度を推定する。ジャンクション温度は、ＩＧＢＴ３０の熱抵抗を求めるのに必要であるが、直接測定することができないので、ジャンクション温度推定部５２がしきい値電圧ＶＧＥ（ｔｈ）の温度依存性を利用してジャンクション温度を推定している。ボイド有無判断部５３は、ジャンクション温度推定部５２が推定したＩＧＢＴ３０の発熱前後のジャンクション温度に基づいてボイド２２の有無を判断する。

次に、以上の構成の半導体試験装置が試験を行うときの動作について説明する。半導体試験装置による熱抵抗試験は、図４に示したタイミングチャートに見られるように、発熱前ＶＧＥ測定期間Ｔ１、発熱期間Ｔ２および発熱後ＶＧＥ測定期間Ｔ３の順に実施される。

まず、熱抵抗試験は、スイッチＳＷ１がオンされることによって開始される。発熱前ＶＧＥ測定期間Ｔ１では、スイッチＳＷ２，ＳＷ３は、オフ状態に制御され、スイッチＳＷ４は、オン状態に制御される。これにより、ＩＧＢＴ３０は、ゲート端子３３に測定用駆動電圧源４６の電圧ＶＧ２が印加されて測定用電流源４１の測定電流Ｉｍが流れ、その後、電圧ＶＧ２が調整されてコレクタ−エミッタ間の端子電圧Ｖ１が所定の一定値に維持される。このときの電圧ＶＧ２がしきい値電圧ＶＧＥ（ｔｈ）として測定される。このしきい値電圧ＶＧＥ（ｔｈ）を測定するときのコレクタ電流Ｉｃ１は、ＩＧＢＴ３０の定格電流の１／１００００００〜１／１００００とし、測定電流Ｉｍによる発熱を最小限にすることで、検出精度を高めている。

しきい値電圧ＶＧＥ（ｔｈ）を測定しているとき、電圧計４４が検出する電圧Ｖ１および電圧計４７がしきい値電圧ＶＧＥ（ｔｈ）として検出する電圧Ｖ２（ＶＧＥ１）は、コレクタ電流Ｉｃと相似形を有している。なお、この発熱前ＶＧＥ測定期間Ｔ１の長さは、しきい値電圧ＶＧＥ（ｔｈ）を測定するときのコレクタ電流Ｉｃ１が微小であって、単位ＩＧＢＴセルが発熱することもないので、適当に設定される。

発熱期間Ｔ２では、スイッチＳＷ２がオン・オフ制御され、スイッチＳＷ３がオン状態に制御される。ＩＧＢＴ３０は、スイッチＳＷ３がオン状態になってゲート端子３３に飽和の電圧ＶＧ１が印加されることで、パワー電流Ｉｐのコレクタ電流Ｉｃ２が流れ、そのコレクタ電流Ｉｃ２は、スイッチＳＷ２によってパルス状になる。このときのパルス電流は、たとえばデューティ比が５０％、パルス数は、発熱期間Ｔ２を５００ミリ秒にしたとき、１０パルス（１００Ｈｚ）としている。

このように、ＩＧＢＴ３０は、パワー電流Ｉｐが流れることによって発熱するが、このパワー電流Ｉｐをパルス通電とし、発熱期間Ｔ２を５００ミリ秒としたことにより、ボイド２２箇所の発熱が周囲に拡散することを抑制することができる。その結果、この熱抵抗試験の検出精度を高めることができる。

この発熱期間Ｔ２においてＩＧＢＴ３０を発熱させているとき、電圧計４４は、コレクタ電流Ｉｃと相似形の電圧Ｖ１を検出し、電圧計４７は、発熱用駆動電圧源４５の電圧ＶＧ１を検出している。

次に、発熱後ＶＧＥ測定期間Ｔ３では、スイッチＳＷ２，ＳＷ３は、オフ状態に制御され、スイッチＳＷ４は、オン状態に制御される。これにより、ＩＧＢＴ３０は、ゲート端子３３に測定用駆動電圧源４６の電圧ＶＧ２が印加されて測定用電流源４１の測定電流Ｉｍが流れ、その後、電圧ＶＧ２が調整されてコレクタ−エミッタ間の端子電圧Ｖ１が所定の一定値に維持される。このときの電圧ＶＧ２がしきい値電圧ＶＧＥ（ｔｈ）として測定される。このしきい値電圧ＶＧＥ（ｔｈ）を測定するときのコレクタ電流Ｉｃ３は、ＩＧＢＴ３０の定格電流の１／１００００００〜１／１００００としている。この発熱後ＶＧＥ測定期間Ｔ３は、ボイド２２箇所の発熱が周囲に拡散する前にしきい値電圧ＶＧＥ（ｔｈ）を測定することが好ましいので、たとえば、１００マイクロ秒〜５００マイクロ秒程度に設定される。

ここで、発熱前ＶＧＥ測定期間Ｔ１で測定したときのしきい値電圧ＶＧＥ（ｔｈ）は、ボイド２２の有無に関係なく、同じ値の電圧ＶＧＥ１が検出されている。これに対し、発熱後ＶＧＥ測定期間Ｔ３で測定したときのしきい値電圧ＶＧＥ（ｔｈ）は、ボイド２２がないとき、電圧ＶＧＥ１より低い電圧ＶＧＥ２が検出され、ΔＶＧＥ０の電位差がある。また、ボイド２２があるときには、それに対応する単位ＩＧＢＴセルのしきい値電圧ＶＧＥ（ｔｈ）がさらに低くなっているので、ボイド２２がないときよりもさらに低い電圧ＶＧＥ２が検出され、ΔＶＧＥ１（＞ΔＶＧＥ０）の電位差となっている。

電圧計４７が測定した電圧ＶＧＥ１，ＶＧＥ２は、制御部５０のジャンクション温度推定部５２に送られ、電圧ＶＧＥ１，ＶＧＥ２に対応するジャンクション温度が推定される。図５に示したように、ＩＧＢＴ３０のゲート電圧ＶＧＥは、ジャンクション温度Ｔｊの一次関数で表され、Ｋファクタと呼ばれる傾きを有している。このため、ゲート電圧ＶＧＥを知ることによって、直接測定することができないジャンクション温度Ｔｊを推定することができる。

ジャンクション温度推定部５２で推定されたジャンクション温度Ｔｊは、ボイド有無判断部５３に送られ、ボイド有無判断部５３において、半導体チップ１６の下のはんだ１７にボイド２２があるかどうかが判断される。すなわち、ボイド有無判断部５３では、まず、発熱後ＶＧＥ測定期間Ｔ３で測定したしきい値電圧ＶＧＥ（ｔｈ）が温度換算で最大許容温度以下かどうかが判断され、最大許容温度を超えている場合には、測定対象のＩＧＢＴ３０は、不良と判断される。

しきい値電圧ＶＧＥ（ｔｈ）が温度換算で最大許容温度以下の場合、発熱前ＶＧＥ測定期間Ｔ１で測定した電圧ＶＧＥ１に対応するジャンクション温度と発熱後ＶＧＥ測定期間Ｔ３で測定した電圧ＶＧＥ２に対応するジャンクション温度との差ΔＴｊが求められる。その差ΔＴｊが一定値以上あれば、半導体チップ１６の下のはんだ１７にボイド２２があり、放熱が阻害されていると判断して、当該ＩＧＢＴ３０は、不良と判断される。

図６ははんだ内に薄いボイドがある半導体装置を示した断面図であって、（Ａ）は半導体チップとの界面近傍のはんだにボイドがある場合を示し、（Ｂ）は銅パターンとの界面近傍のはんだにボイドがある場合を示している。この図６の（Ａ）および（Ｂ）において、図１に示した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付してある。

半導体チップ１６の下のはんだ１７において、図６の（Ａ）に示したように半導体チップ１６との界面近傍や図６の（Ｂ）に示したように銅パターン１４ａとの界面近傍のいずれかに薄いボイド２２がある場合でも、それらを精度よく検出することができる。

すなわち、まず、発熱期間Ｔ２では、半導体チップ１６に大電流を通電して半導体チップ１６を発熱させるが、そのとき、半導体チップ１６をパルスで通電している。これにより、単位ＩＧＢＴセルで発熱した熱の横方向の拡がりが抑えられるため、ボイド２２の位置に対応するセル１６ａが局部的に発熱しても、その熱の拡散が抑制されるため、発熱期間Ｔ２の後も、局部的に熱が残る。

次の発熱後ＶＧＥ測定期間Ｔ３では、局部的に発熱したセル１６ａは、しきい値電圧ＶＧＥ（ｔｈ）が低くなっている。このとき、しきい値電圧ＶＧＥ（ｔｈ）を測定する測定電流Ｉｍとして、微小のコレクタ電流Ｉｃ３が用いられる。しきい値電圧ＶＧＥ（ｔｈ）の測定に大電流のコレクタ電流を使わないことで、発熱したセル１６ａ以外のセルに電流が流れることはない。したがって、多くの並列セルの内、しきい値電圧ＶＧＥ（ｔｈ）の低い極限定されたセル１６ａのみに電流が流れることで、ボイド２２を精度よく検出することができる。このとき、図６の（Ａ）および（Ｂ）に示したように、ボイド２２が非常に薄い状態ではんだ１７の中に存在している場合ももちろん、大きさが単位ＩＧＢＴセルに近いような微小のボイド２２でも、精度よい検出が可能となっている。

１１金属ベースプレート
１２絶縁基板
１３，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ銅パターン
１５はんだ
１６半導体チップ
１６ａセル
１７はんだ
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄアルミワイヤ
１９端子ケース
２０ａ，２０ｂ外部端子
２１シリコーン樹脂
２２ボイド
３０ＩＧＢＴ
３１コレクタ端子
３２エミッタ端子
３３ゲート端子
３４エミッタ補助端子
４１測定用電流源
４２発熱用電流源
４３電流計
４４電圧計
４５発熱用駆動電圧源
４６測定用駆動電圧源
４７電圧計
４８バッファ回路
５０制御部
５１スイッチ制御部
５２ジャンクション温度推定部
５３ボイド有無判断部

Claims

半導体チップがはんだ接合部によって構成部材に接合された半導体装置を試験する半導体試験装置において、
前記半導体チップのしきい値電圧を測定するときに前記半導体チップに電流を流す第１の電流源と、
前記半導体チップに電流を流して前記半導体チップを発熱させる第２の電流源と、
前記第２の電流源から前記半導体チップに供給される電流をデューティ比が制御された連続したパルス電流にするスイッチと、
前記半導体チップに前記第２の電流源の電流を流すときに前記半導体チップに飽和電圧を印加する第１の電圧源と、
前記半導体チップの前記しきい値電圧を測定するときに前記半導体チップに可変の電圧を印加する第２の電圧源と、
前記第２の電圧源の電圧を可変して前記半導体チップが前記第１の電流源の電流を流すようにするときの前記半導体チップの前記しきい値電圧を測定する電圧計と、
前記半導体チップの発熱前後に測定した前記半導体チップの前記しきい値電圧から前記はんだ接合部内のボイドの有無を判断する制御部と、
を備えたことを特徴とする半導体試験装置。
前記制御部は、前記半導体チップの発熱前後に測定した前記半導体チップの前記しきい値電圧に対応する前記半導体チップのジャンクション温度を推定し、発熱前後の推定された前記ジャンクション温度の差に基づいて前記はんだ接合部内のボイドの有無を判断することを特徴とする請求項１記載の半導体試験装置。
前記第２の電圧源が前記半導体チップの順方向電圧に基づいて前記半導体チップに流れる前記第１の電流源の電流を一定にするよう前記半導体チップに印加する電圧を調整し、前記電圧計が前記第２の電圧源の調整された電圧を前記しきい値電圧として検出することを特徴とする請求項１記載の半導体試験装置。
前記第１の電流源は、前記はんだ接合部内に前記ボイドがあるときの発熱後における前記半導体チップの電流電圧特性曲線と前記ボイドがないときの発熱後における前記半導体チップの電流電圧特性曲線との交点に相当する上限の電流値と、前記しきい値電圧を測定可能な下限の電流値との間の値に設定されていることを特徴とする請求項１記載の半導体試験装置。
前記上限の電流値は、前記半導体チップの定格電流の１／１００００であり、前記下限の電流値は、前記半導体チップの定格電流の１／１００００００であることを特徴とする請求項４記載の半導体試験装置。
半導体チップがはんだ接合部によって構成部材に接合された半導体装置を試験する半導体試験方法において、
前記半導体チップに測定用の第１の電流源および駆動電圧源を接続し、前記第１の電流源の電流を流すようにするときの前記駆動電圧源の駆動電圧を発熱前の第１のしきい値電圧として測定し、
前記半導体チップに加熱用の第２の電流源をスイッチを介して接続するとともに前記半導体チップを飽和させる発熱用駆動電圧源を接続し、前記スイッチをオン・オフ制御することにより前記半導体チップに供給される前記第２の電流源の電流をデューティ比が制御された連続したパルス電流にして前記半導体チップを発熱させ、
前記半導体チップに前記第１の電流源および前記駆動電圧源を接続し、前記第１の電流源の電流を流すようにするときの前記駆動電圧源の駆動電圧を発熱後の第２のしきい値電圧として測定し、
前記第１および第２のしきい値電圧に対応する前記半導体チップのジャンクション温度の差から前記はんだ接合部内のボイドの有無を判断する、
ことを特徴とする半導体試験方法。