JPH06281693A

JPH06281693A - 半導体装置の熱抵抗測定方法

Info

Publication number: JPH06281693A
Application number: JP5108627A
Authority: JP
Inventors: Toshio Ueno; 利男植野
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1992-08-28
Filing date: 1993-05-11
Publication date: 1994-10-07

Abstract

(57)【要約】【目的】出力トランジスタが制御回路とともにモジュー
ル内に組み込まれてその制御端子が導出されない場合に
も出力トランジスタのはんだ付けの良否等を示す熱抵抗
を正確に測定できるようにする。【構成】モジュール１の出力端子Toから試験電流Itを出
力トランジスタ２に与えた状態で両端電圧Ｖ_CEを第１測
定値Ｖ_CE１として測定し、出力端子Toに負荷抵抗12を接
続しかつ入力端子Tcからパルス状の制御信号Scを制御回
路３に与えて出力トランジスタ２をオンオフさせながら
加熱電流Ihにより加熱した後、最初と同要領で両端電圧
Ｖ_CEを第２測定値Ｖ_CE２として測定した上で、両端電圧
Ｖ_CEがもつ温度係数と, 第１測定値Ｖ_CE１と第２測定値
Ｖ_CE２の差と, 加熱電力とから出力トランジスタ２の熱
抵抗を計算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は制御用の集積回路ととも
にモジュール内に一体に組み込まれた電力用トランジス
タ等の半導体装置の実装時のはんだ付け状態等を確認な
いしは良否を判定するためその熱抵抗を測定する方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】バイポーラ形や電界効果形の電力用トラ
ンジスタ等の個別半導体装置は周知のようにパッケージ
に収納ないしはモジュールに組み込んだ状態で使用され
るが、この際そのチップをパッケージやモジュールの導
体にはんだ付け等の手段で接合する必要があり、接合が
不充分であるとチップのヒートシンク等への放熱が悪く
なって過熱による劣化のおそれがあるので、チップ状態
でその特性試験が済んでいても実際の使用に供する前に
この接合の状態を確認しておく必要があり、このため本
発明が対象とする半導体装置の熱抵抗が測定される。以
下、この熱抵抗の測定原理をバイポーラトランジスタに
ついて簡単に説明する。

【０００３】熱抵抗測定にはふつうバイポーラトランジ
スタのベース・エミッタ間電圧Ｖ_beがもっている固有な
温度係数を利用する。まず小さな試験電流をそのエミッ
タ・コレクタ間に流した状態でベース・エミッタ間電圧
を測定してＶ_be１とし、次に所定の電力損が発生するよ
うコレクタ・ベース間に電圧Ｖ_cbを掛けかつエミッタ電
流Ｉ_eを流して温度を上昇させ、その直後に前と同条件
でベース・エミッタ間電圧を測定してＶ_be２とする。こ
れから熱抵抗はRt＝ΔＶ_be／ｋＶ_cbＩ_eで与えられる。
ただし、ΔＶ_be＝Ｖ_be１−Ｖ_be２で, 温度係数ｋ＝２mV
／℃（シングルトランジスタ）であって、Ｖ_cbの単位が
ＶでＩ_eの単位がＡのとき熱抵抗Rtは℃／Ｗの単位をも
つ。

【０００４】なお、実際の測定の際にはベース・エミッ
タ間電圧Ｖ_be１やＶ_be２の測定時の試験電流を温度上昇
を極力避けるために必要最低限の例えば数十〜数百mAに
設定するが、加熱中には加熱電流としてのエミッタ電流
Ｉ_eをそれよりずっと大な,例えば定格電流の半分程度
にし、コレクタ・ベース間電圧Ｖ_cbも定格電圧よりは低
いが必要な電力損失を発生させるに充分な電圧値にする
のが通例である。このように、実際の使用状態と若干異
なるが半導体装置に過大な熱負荷を掛けることなく熱抵
抗Rtを測定してはんだ付け等の良否を判定できる。

【０００５】熱抵抗の測定対象がバイポーラトランジス
タでなく、電界効果トランジスタや絶縁ゲートバイポー
ラトランジスタの場合は、上述のベース・エミッタ間電
圧にかわる固有な温度係数をもつ量としてそれらのゲー
トのソースないしエミッタに対する動作しきい値Ｖ_thを
利用するのが従来からの通例である。かかるゲートのし
きい値Ｖ_thがもつ温度係数ｋはＶ_beの場合とは異なり５
〜10mV／℃の範囲内にあるのがふつうであるが、２回の
測定と中間の加熱の要領は上述と同様であり、熱抵抗Rt
はしきい値Ｖ_thの２個の測定値の差をΔＶ_thとし加熱中
に与えた電力をＷとすると、Rt＝ΔＶ_th／ｋＷの算式に
より計算できる。なお、測定対象がダイオードの場合は
そのpn接合がもつ温度係数を利用してバイポーラトラン
ジスタの場合と同様に熱抵抗を測定できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述のように従来から
測定対象の種類に応じた固有な温度係数をもつ量として
ベース・エミッタ間電圧Ｖ_beやゲートしきい値Ｖ_th等の
主としてその制御端子であるベースやゲートに関連する
電気量を利用し、前後２回の測定と中間の加熱の３ステ
ップを踏んで熱抵抗を測定して来た。しかし、最近では
半導体装置の使い勝手向上の要求が非常に強く、これに
応じ測定対象の半導体チップをその制御用集積回路のチ
ップとともに共通のモジュールに組み込むことが多く、
この場合はモジュールから出力トランジスタのベースや
ゲートの端子が導出されないので、熱抵抗の測定が非常
に困難になって来た。

【０００７】これは、モジュールがふつうは樹脂モール
ド形で出力トランジスタのベースやゲートの端子が樹脂
内に埋め込まれてしまうので、試験回路をそれらに接続
して前述のＶ_beやＶ_thを測定できなくなるからである
が、もう一つ厄介な問題は制御回路を含めたモジュール
内の回路の全体的なゲインが高くなるので、ごく僅かな
擾乱等の予測不能な原因によっても出力トランジスタの
動作点がずれて測定値に狂いが発生しやすく、極端な場
合には発振等の異常現象が発生してモジュールが損傷を
蒙るおそれがあることである。

【０００８】かかる実情に鑑みて、本発明の目的は熱抵
抗を測定すべき出力トランジスタとその制御回路がモジ
ュール内に一体化された場合でも、熱抵抗を確実かつ正
確に測定できる方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明方法によれば、上
述のように出力トランジスタをその制御回路とともに組
み込んだモジュール内の測定対象の熱抵抗を測定するに
際して、モジュールの出力端子を介して試験電流を測定
対象に流した状態でその両端電圧を第１測定値として測
定する第１測定ステップと, モジュールの入力端子から
制御信号を制御回路に与えて出力トランジスタを制御し
ながら出力端子を介して測定対象に加熱電流を流す加熱
ステップと, 第１測定ステップと同条件で測定対象の両
端電圧を第２測定値として測定する第２測定ステップを
経由した後に、第１測定値と第２測定値との差，加熱ス
テップ中に賦与した電力，および両端電圧がもつ温度係
数から測定対象の熱抵抗を計算することにより上述の目
的が達成される。

【００１０】この本発明方法による測定対象はモジュー
ル内にチップ実装された出力トランジスタやダイオード
であり、いずれの場合も上記の制御信号によって出力ト
ランジスタを制御しながらその完全オン状態または完全
オフ状態で熱抵抗を測定するのがよい。測定対象が出力
トランジスタの場合はその両端電圧としてバイポーラト
ランジスタないし絶縁ゲートバイポーラトランジスタで
はコレクタ・エミッタ間電圧, 電界効果トランジスタで
はソース・ドレイン間電圧をそれぞれ測定するのがよ
い。測定対象がダイオード，とくに出力トランジスタの
両端に並列に接続されたダイオードである場合は、その
熱抵抗測定時に制御信号により出力トランジスタを完全
オフ状態にしておくのがよい。

【００１１】モジュール内回路の全体ゲインが高い場
合、第１および第２測定ステップでの第１および第２測
定値として出力トランジスタの飽和電圧を測定するのが
有害な回路の発振を防止しかつ出力トランジスタの動作
点の狂いを少なくして熱抵抗の測定精度を高める上でと
くに有利である。また、モジュールがいわゆるインテリ
ジェントモジュールであって、出力トランジスタの過熱
検知手段が組み込まれている場合、加熱ステップにおい
てこの手段により過熱状態が検知されるまで過熱電流を
流すようにするのが測定の流れを簡単化しかつ温度上昇
を合理的に大きくして測定精度を高める上で有利であ
る。また、この過熱検知手段により過熱時の温度を測定
するようにすれば出力トランジスタの両端電圧がもつ温
度係数の値も実測した測定精度を一層高めることができ
る。

【００１２】本発明方法では加熱ステップ中の加熱時間
を適宜に設定することによって測定対象の熱的な定常状
態および過熱状態のいずれでも熱抵抗を測定できる。ま
た、測定対象が出力トランジスタの場合は加熱ステップ
中に入力端子を介し繰り返しパルス状の制御信号を制御
回路に与えて出力トランジスタに対し加熱電流として高
周波の断続電流を流すようにすれば、その実際の使用状
態に非常に近い条件で熱抵抗を測定することができる。

【００１３】

【作用】前述のように測定対象が出力トランジスタの場
合、従来からその熱抵抗測定に際して内部温度を電気的
に検出するため一定の温度係数をもつベース・エミッタ
間電圧やゲートの動作しきい値を利用していたが、本発
明はその内部温度の尺度として出力トランジスタのベー
スやゲートに関連したかかる電気量を利用しなくても、
その１対の主端子間に存在する npn形や pnp形の複合接
合でも充分に導通した状態，とくに飽和電流が流れる完
全導通状態ではその両端電圧の温度係数が実用的には高
い再現性をもつ点に着目し、これを内部温度検出の尺度
として利用することにより、モジュール内に組み込まれ
てベースやゲートの端子が導出されない場合でも熱抵抗
の測定を可能にするものである。かかる複合接合がもつ
温度係数は単一のpn接合であるベース・エミッタ間電圧
等と異なり測定対象の種類や定格に応じて変動し得る
が、同じ機種では熱抵抗を充分正確に測定できる程度に
良好な再現性を呈する。

【００１４】すなわち本発明では前項の構成にいうよう
に、第１測定ステップで測定対象の１対の主端子から導
出されたモジュールの出力端子を介して試験電流を外部
からそれに流した状態でその両端電圧，例えばバイポー
ラトランジスタの場合はそのコレクタ・エミッタ間の電
圧を第１測定値として測定し、次の加熱ステップではモ
ジュールの入力端子から制御信号を制御回路に与えて出
力トランジスタのオンオフ状態を制御しながら出力端子
を介して加熱電流を流し、その直後の第２測定ステップ
で第１測定ステップと同条件で測定対象の両端電圧を第
２測定値として測定した上で、従来と同様に第１および
第２測定値の差と，加熱電力値と，測定対象の両端電圧
がもつ温度係数，ただし出力トランジスタでは機種ごと
に固有な温度係数の値とから測定対象の熱抵抗を計算す
る。

【００１５】なお、出力トランジスタ等のほかその制御
回路が組み込まれたモジュールにはその動作の発停等の
ため制御用の入力端子が必ず設けられていて、それを介
して出力トランジスタの制御が可能なので、本発明では
制御信号をこの入力端子から制御回路に与えて出力トラ
ンジスタのオンオフ状態を制御しながら、測定対象に対
し第１および第２測定ステップでは試験電流を，過熱ス
テップでは加熱電流をそれぞれ供給するようにする。

【００１６】

【実施例】以下、図を参照して本発明の実施例を説明す
る。図１〜図４はモジュール内に組み込まれた測定対象
の熱抵抗を本発明により測定するそれぞれ異なる実施例
を示し、いずれの実施例でも測定対象として出力トラン
ジスタを必ず含むが、図２以降に示す実施例ではダイオ
ードも測定対象に含められる。これらの図には出力トラ
ンジスタ２とその制御回路３が組み込まれたモジュール
１とともに、熱抵抗測定用の試験回路および測定装置の
例が示されている。

【００１７】図１に一点鎖線で囲んで示すモジュール１
は、この実施例では絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
である１対の出力トランジスタ２とそのゲートの制御用
等の集積回路である制御回路３の半導体チップを樹脂ケ
ース等の中に組み込んだ上で樹脂注形等の手段で一体に
モールドしてなり、図の例では出力トランジスタ２の過
熱状態を検知するサーミスタ４がこれに組み込まれてい
る。２個の出力トランジスタ２は電源端子TpとTnの間に
直列接続されて交互にオンオフ動作し、両者の相互接続
点から図示しない負荷の駆動用に出力端子Toが導出され
る。図の例では各出力トランジスタ２はその電流検出用
に補助エミッタを備え、それに接続した小抵抗2aの電圧
降下が電流検出信号として制御回路３に与えられる。電
源端子Tpには接地側の電源端子Tnに対し数百Ｖの電圧Ｖ
が与えられるが、制御回路３側は低圧で動作するので５
〜15Ｖの電圧Vdがこれに給電される。

【００１８】制御回路３は１対の出力トランジスタ２を
交互にオンオフさせるためそれらのゲートを制御するほ
か、抵抗2aやサーミスタ４から検出信号を受けて出力ト
ランジスタ２の負荷状態や過熱状態を検出して警報を発
する等の動作を行なう。このためモジュール１には制御
回路３に制御信号Scを与える入力端子Tcと制御回路３に
よる警報Sa用の端子Taとが設けられている。なお、入力
端子Tcは必要に応じて複数個設けられる場合もあるが、
この実施例では出力トランジスタ２のオンオフ指定用に
１個だけが設けられ、かつ制御信号Scのハイの状態によ
って下側の方の出力トランジスタ２のオン動作が指定さ
れるものとする。

【００１９】この下側の方の出力トランジスタ２の熱抵
抗を測定する場合には、図のように出力端子Toと電源端
子TnとTpに対し試験電流It用の定電流源11と加熱電流Ih
用の負荷抵抗12と両者を切り換えるスイッチ13からなる
試験回路を接続し、かつ測定装置として出力トランジス
タ２のコレクタ・エミッタ間電圧である両端電圧ｖを測
定する電圧測定器21と電流検出用抵抗23の電圧降下を受
ける電流測定器22とを接続する。なお、定電流源11と負
荷抵抗12には可調整のものを用い、測定器21と22にはデ
ィジタル出力形のものを用いるのがよい。また、図に示
されていないが測定器21と22のほかに出力トランジスタ
２の電圧と電流の波形を必要に応じ観測できるように、
オシロスコープないしメモリ機能付きのシンクロスコー
プを接続しておくのが便利である。

【００２０】一方、モジュール１の入力端子Tcには、こ
の実施例では試験回路として高周波パルス状の制御信号
Scを発生するパルス発生器14と入力端子Tcの電位を電圧
Vdのハイに引き上げる抵抗15とそれらを切り換えるスイ
ッチ16を接続する。さらに、図示の例では試験回路や測
定装置の制御用と測定データの蒐集および処理用とを兼
ねてマイクロコンピュータ等の計算機30を用い、キーボ
ードスイッチ31により測定動作を開始させ、測定結果を
プリンタ32に印字させるようにする。

【００２１】測定動作開始後の第１測定ステップでは、
計算機30からスイッチ指令SSを出力してスイッチ13と16
を図の状態に置き、ハイの制御信号Scを制御回路３に与
えて下側の出力トランジスタ２をオン状態にし、同時に
定電流源11から試験電流Itをそれに供給する。この際に
電源電圧Ｖを印加する必要はなく、試験電流Itは出力ト
ランジスタ２を加熱しないよう低く，電流定格が数十Ａ
のとき0.01〜0.5 Ａに設定するのがよい。この第１測定
ステップは数mSの短時間でよいが、出力トランジスタ２
の望ましくは完全な導通状態で両端電圧ｖであるコレク
タ・エミッタ間電圧Ｖ_CEの飽和電圧値を測定するのがよ
い。このため第１測定ステップの終期に計算機30に電圧
検出指令SVを電圧測定器21に送らせ、測定結果の電圧デ
ータDVを読み込んで第１測定値Ｖ_CE１として記憶させ
る。

【００２２】次の加熱ステップでは、スイッチ指令SSに
よりスイッチ13と16を図と反対側に切り換えて入力端子
Tcにパルス発生器14を, 出力端子Toに負荷抵抗12をそれ
ぞれ接続し、かつ今度は電源電圧Ｖを印加した状態でパ
ルス発生器14による繰り返しパルス状の制御信号Scを制
御回路３に与えて出力トランジスタ２をオンオフさせな
がら、負荷抵抗12により設定した加熱電流Ihを出力トラ
ンジスタ２に断続的に流して加熱する。パルス発生器14
に発生させるパルスの周波数は実際の使用時の出力トラ
ンジスタ２の動作周波数とおなじ例えば10〜20ｋHz程度
に設定するのが望ましく、そのデューティ比はふつうの
50％程度とすることでよい。出力トランジスタ２に流す
加熱電流Ihをかかる断続電流とすることにより実際の使
用状態に非常に近い条件で熱抵抗を測定できる。

【００２３】この加熱ステップでは、加熱電流Ihを例え
ば定格電流値近くに設定しかつ加熱時間をふつうの0.01
〜10秒程度に設定するようにしてもよいが、この実施例
ではモジュール１がサーミスタ４による加熱検知機能を
備えているので、これを利用して加熱電流Ihを定格電流
以上に設定しかつ警報Saの発生時点でこのステップの終
期を決めることにより、加熱電力を増加させる熱抵抗の
測定精度を上げ、かつ加熱時間が合理的に自動設定され
るようにする。計算機30は警報Saによってこの終期を知
り、例えばその直後に電圧測定指令SVと電流測定指令SA
をそれぞれ電圧測定器21と電流測定器22に送り、それら
による電圧データDVを加熱ステップ中の両端電圧Ｖ_CE,
電流データDAを加熱電流Ihとしてそれぞれ記憶する。

【００２４】これに続く第２測定ステップでは、スイッ
チ指令SSをスイッチ13と16に与えて試験回路の接続を第
１測定ステップと同じ状態に戻し、かつ第１測定ステッ
プと同じ測定要領で再び出力トランジスタ２の両端電
圧，この例ではそのコレクタ・エミッタ間電圧Ｖ_CEを測
定して第２測定値Ｖ_CE２として計算機30に記憶させる。
もちろん、この測定は加熱ステップの後に温度が低下し
ない内にできるだけ早く行なう必要があるので、第２測
定ステップに入った直後の例えば50〜500 μＳの短時間
内に測定を終わらせるようにする。

【００２５】以上でこの実施例における測定動作がすべ
て終了し、それまでに計算機30内に記憶されている測定
値から図１の例では下側の出力トランジスタ２の熱抵抗
Rtが次式によって直ちに計算できる。 Rt＝ΔＶ_CE／ｋ・Ｗ・Ｄ (1) ただし、ΔＶ_CEは第１および第２測定値の差でΔＶ_CE＝
Ｖ_CE１−Ｖ_CE２であり、ｋは両端電圧としてのコレクタ
・エミッタ間Ｖ_CEがもつ固有の温度係数であり、Ｗは加
熱ステップ中の加熱電力でＷ＝Ｖ_CE・Ihであり、Ｄは加
熱ステップで繰り返しパルス状の制御信号Scにより指定
した出力トランジスタ２のオンオフ動作のデューティ比
であって例えば前述の50％つまり 0.5である。

【００２６】なお、以上はモジュール１内の下側の出力
トランジスタ２の熱抵抗を測定する場合であるが、上側
の出力トランジスタ２の熱抵抗を測定するには定電流源
11と負荷抵抗12と電圧測定器21の接続を上下方向に逆に
入れ換え、かつスイッチ16に一端が接続されている抵抗
15の他端を接地すればよい。さらに、この実施例ではモ
ジュール１内にサーミスタ４が組み込まれているので、
警報Saが発生した時のその検出信号を読み取ってその時
の温度Ｔを測定するようにすれば、出力トランジスタ２
のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖ_CEがもつ温度係数ｋもｋ
＝ΔＶ_CE／Ｔの計算式によって簡単に実測できる。

【００２７】次の図２の実施例では、同図(a) に回路図
で示すようにモジュール１の構成は前実施例とほぼ同じ
であるが、各出力トランジスタ２のコレクタ・エミッタ
間にダイオード５が接続されている点が異なり、出力ト
ランジスタ２とダイオード５の熱抵抗が測定される。ダ
イオード５は例えば出力トランジスタ２の図示しない誘
導性の負荷に対するフリーホイーリング用であって、出
力トランジスタ２とは逆方向に電流を流す極性で並列に
接続される。

【００２８】図２(a) には下側の出力トランジスタ２と
ダイオード５の熱抵抗測定用の試験回路と測定回路が示
されている。電圧測定器21と電流測定器22を含む測定回
路は図１と同じであるが、この実施例の試験回路には試
験電流It用の定電流源41と,加熱電流Ih用の定電流源42
と, 加熱電圧Vh用の電圧源43と, それらによる電流や電
圧を出力端子Toに与える極性を切り換える切換スイッチ
44とを用い、定電流源41と42に対してそれぞれ逆流防止
用のダイオード41ａと42ａを直列に接続する。定電流源
41と42や電圧源43は図のように可調整とするのがよい。
モジュール１の入力側にはこの実施例では図１のパルス
発生器14は用いないが、制御信号Sc用の電位引き上げ抵
抗15とスイッチ16を接続する。

【００２９】図示されていないがこの図２の実施例でも
図１と同様な計算機30によって試験回路と測定回路を制
御しながら測定を進めるのが便利である。図２(b) 〜
(e) に出力トランジスタ２の熱抵抗を測定する際のそれ
ぞれ制御信号Scと試験電流Itと加熱電流Ihと出力トラン
ジスタ２の両端電圧ｖの経過を示す。この測定の開始に
際してはまず切換スイッチ44を図示の位置に置いた上
で、スイッチ16を操作して制御信号Scを図２(b) のよう
にハイにすることにより制御回路３を介して下側の方の
出力トランジスタ２をオン動作させてその状態に保つ。

【００３０】第１測定ステップでは、定電流源42と電圧
源43を停止させた状態で前実施例と同様に定電流源41か
ら図２(c) に示す小さな試験電流Itを出力トランジスタ
２に数mSの短時間だけ供給し、その終期の図２(e) に示
す時刻t1にその両端電圧ｖの望ましくは飽和電圧値を電
圧測定器21に測定させた上で、前実施例と同じく第１測
定値Ｖ_CE１として記憶する。

【００３１】次の加熱ステップでは、定電流源41のかわ
りに定電流源42を動作させることにより加熱電流Ihを出
力トランジスタ２に対しこの実施例では図２(d) に示す
よう連続的に供給し、かつ電圧源43から加熱電圧Vhを印
加した状態でそれを加熱した上で、その終期の図２(e)
の時刻thに電圧測定器21に出力トランジスタ２の両端電
圧ｖを測定させてその値をＶ_CEとして記憶するととも
に、電流測定器22に加熱電流Ihを測定させてその値を記
憶する。なお、加熱電流Ihと加熱電圧VhはこれらＶ_CEと
Ihの積である電力Ｗが出力トランジスタ２の定格負荷時
と同程度ないしは若干低めになるよう設定するのがよ
い。また、加熱時間は出力トランジスタ２の定常的な熱
抵抗の測定には0.01〜10秒程度に, 過渡的な熱抵抗の測
定には例えば10〜50mSにそれぞれ設定するのがよい。

【００３２】第２測定ステップでは第１測定ステップと
同要領で出力トランジスタ２に試験電流Ihを流し、その
供給開始の50〜500 μＳの短時間後に出力トランジスタ
２の両端電圧ｖを電圧測定器21に測定させて第２測定値
Ｖ_CE２として記憶する。これによりこの実施例における
測定動作が終了するので、それまでに記憶されている第
１および第２測定値Ｖ_CE１およびＶ_CE２と, 加熱電流Ih
および加熱電圧Vhと,所定の温度係数ｋとから、前述の
(1)式によりデューティ比Ｄを１と置いて出力トランジ
スタ２の熱抵抗Rtを計算することでよい。

【００３３】この図２の実施例において下側のダイオー
ド５の熱抵抗を測定するには、まず切換スイッチ44を図
とは反対側に入れ、かつスイッチ16も図と反対側に操作
して制御信号Scをローの状態にして下側の出力トランジ
スタ２をオフの状態に保つ。第１測定ステップでダイオ
ード５に試験電流Itを流した時の順方向電圧Vfである両
端電圧ｖを測定してVf１として記憶し、加熱ステップで
加熱電流Ihを流しかつ低い加熱電圧Vhを掛けた状態での
両端電圧を測定してVfとして記憶すくとともに加熱電流
Ihの値を測定して記憶し、第２測定ステップで第１測定
ステップと同じ要領で両端電圧ｖを測定してVf２として
記憶した後、次式によりダイオード５の熱抵抗Rtを計算
することでよい。

【００３４】 Rt＝ΔVf／ｋ・Ｗ (2) ただし、ΔVf＝Vf１−Vf２で, Ｗ＝Vh・Ihであり、ｋは
ダイオード５のpn接合の温度係数で前述のようにｋ＝２
mV／℃である。図３に示す実施例は図２の実施例と実質
的にはほぼ同じであるが、同図(a) の試験回路の構成が
若干異なる。また、モジュール１の方では制御回路３用
の集積回路チップが出力トランジスタ２ごとに分けら
れ、制御信号Sc用の入力端子Tcがそれぞれから導出され
ている点が異なる。試験電流および加熱電流用の定電流
源41および42と, 加熱電圧用の定電圧源43を設けるのは
前実施例と同じであるが、それぞれに逆流防止用のダイ
オード 41a,42a,43aおよびスイッチ 41b,42b,43bが接続
されている。測定対象を出力トランジスタ２とダイオー
ド５とに切り換えるため切換スイッチ44を設けるのは同
じである。モジュール１の入力端子Tcに対し制御信号Sc
を出力トランジスタ２の熱抵抗測定時にハイにする抵抗
15およびダイオード５の熱抵抗測定時にローにするスイ
ッチ17が接続される。

【００３５】図は下側の方の出力トランジスタ２とダイ
オード５の熱抵抗を測定する場合を示す。出力トランジ
スタ２の熱抵抗測定時には、スイッチ17と切換スイッチ
44を図の状態に置き、図３(b) の制御信号Scがハイの状
態でスイッチ 41b,42b,43bを動作させながら図３(c) の
試験電流Itと図３(d) の加熱電流Ihと図３(e) の加熱電
圧Vhを出力トランジスタ２に供給ないしは印加する。こ
の際の測定ステップと加熱ステップの要領は図２の実施
例と同じであって、かつ図３(b) 〜図３(e) は図２(b)
〜図２(e) と同じなので繰り返しを避けるため説明を省
略する。また、ダイオード５の熱抵抗測定時にはスイッ
チ17をオンさせて出力トランジスタ２をオフさせ、切換
スイッチ44を図と反対側に切り換える。この場合の試験
電流Itと加熱電流Ihと加熱電圧Vhの値はもちろん異なる
ものの、測定および加熱の要領は出力トランジスタ２の
熱抵抗測定時と同様である。

【００３６】図４の実施例ではモジュール１の上側およ
び下側の出力トランジスタ２およびダイオード５の熱抵
抗が測定される。この実施例で用いる試験回路の図４の
右側部分は図３の実施例と同じであるが、図の中央部に
示すように図２や図３の切換スイッチ44のかわりに８個
のスイッチ45を用いる。図ではこれらのスイッチ45にＡ
〜Ｄの符号が付けられており、その下側に示された操作
回路46によって順次にオン操作される。図からわかるよ
うに、符号ＡとＣの各２個のスイッチ45をオンさせたと
きにそれぞれ下側と上側の出力トランジスタ２の熱抵抗
を測定し、また符号ＢとＤの各２個のスイッチ45をオン
させたときにそれぞれ下側と上側のダイオード５の熱抵
抗をそれに供給する電流や電圧の極性を逆に切り換えて
測定するようになっている。

【００３７】図４のモジュール１内の制御回路３の集積
回路チップは図１や図２と同じで、それに対する制御信
号Sc用の入力端子Tcには図３と同様に抵抗15とスイッチ
17を接続し、かつスイッチ18を介しパルス発生器14を接
地側に接続する。このように試験回路を構成した図４の
実施例では、上側または下側の出力トランジスタ２の熱
抵抗測定時にはスイッチ17をオフにして出力トランジス
タ２をオンさせ、その加熱ステップではスイッチ18をオ
ンして図１の実施例と同様にパルス発生器14によって出
力トランジスタ２をオンオフさせながら加熱電流を断続
的に流すようにする。上側または下側のダイオード５の
熱抵抗の測定時にはスイッチ17をオンにして、出力トラ
ンジスタ２をオフ状態に保つようにする。図４には回路
図のみを示すが、出力トランジスタ２やダイオード５の
熱抵抗の測定時の測定ステップや加熱ステップの要領は
いままでの実施例と同様である。

【００３８】なお、以上説明したいずれの実施例でも加
熱ステップ中に定電流源42から加熱電流Ihを供給しかつ
定電圧源43から加熱電圧Vhを印加する加熱時間を適宜に
設定することにより、測定対象の定常的な熱抵抗と過渡
的な熱抵抗のいずれも正確に測定することができる。ま
た、以上の図１〜図４の実施例からもわかるように、本
発明はこれらの実施例に限定されることなくその要旨の
範囲内で種々の態様や要領で実施をすることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明では、第１測定ステ
ップでモジュールの出力端子を介して試験電流を測定対
象に供給した状態でその両端電圧を第１測定値として測
定し、加熱ステップではモジュールの入力端子を介し制
御信号を制御回路に与えて出力トランジスタを制御しな
がら出力端子から測定対象に加熱電流を流し、かつ第２
測定ステップで第１測定ステップと同じ状態で両端電圧
を第２測定値として測定した上で、これら測定結果から
出力トランジスタの熱抵抗を計算することにより次の効
果を上げることができる。

【００４０】(a) 半導体装置の熱抵抗測定のためにその
内部温度を知る尺度として、従来のようにその制御端子
に関連したベース・エミッタ間電圧やゲートしきい値を
利用するかわりに、本発明では内部の複合接合を含むそ
の両端電圧を利用するので、出力トランジスタがモジュ
ール内に制御回路とともに一体に組み込まれその制御端
子が外部に導出されない場合でもモジュールの出力端子
を介してその熱抵抗を容易に測定できる。本発明を実験
的に実施した結果から、かかる両端電圧がもつ温度係数
は出力トランジスタの同一機種内で高い再現性を示し、
従って熱抵抗を実用上充分な精度で正確に測定できるこ
とが確かめられている。

【００４１】(b) 第１および第２測定ステップで測定対
象の内部温度を表すその両端電圧の飽和電圧を測定する
態様では測定値の精度を一層高めるとともに、従来のよ
うに活性領域で動作させた状態で測定する場合よりモジ
ュール内回路の全体ゲインを全体的に落とし、出力トラ
ンジスタの増幅率が本来高い場合でも不測の擾乱等に起
因するその動作点のずれによる測定値の狂いをなくし、
かつ発振等の異常現象によってモジュールが損傷を蒙る
おそれを解消できる。

【００４２】(c) 加熱ステップ中にモジュールの入力端
子から制御回路に繰り返しパルス状制御信号を与えて出
力トランジスタをオンオフ動作させながらそれに断続電
流を流す態様では、モジュール内にふつうは複数個組み
込まれる出力トランジスタに加熱電流を制御回路を利用
して供給することができ、かつ従来よりむしろ実際の使
用状態に非常に近い条件で出力トランジスタの熱抵抗を
測定して、測定結果の実用性を高めることができる。さ
らに、モジュール内の過熱検知手段を利用して過熱警報
により加熱時間を決める態様では、加熱時間の設定を合
理化しかつ温度上昇を大きくとって測定精度を一層高め
ることができる。

【００４３】(d) 過熱ステップ中に定電流源により測定
対象に連続的な加熱電流を供給する態様によれば、必要
に応じて加熱時間を適宜に選定することにより定常熱抵
抗と過渡熱抵抗のいずれも正確に測定することができ、
かつ測定対象に与える電流や電圧の極性を切り換える態
様によれば出力トランジスタに対してダイオードが逆並
列接続されたような場合にも両者の熱抵抗を互いに区別
して測定でき、さらに制御信号により制御回路を介し出
力トランジスタのオンオフ状態を制御することにより熱
抵抗の測定精度を一層高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による熱抵抗測定方法の第１実施例に関
し、測定対象である出力トランジスタが組み込まれたモ
ジュールを試験回路および測定装置とともに示す回路図
である。

【図２】本発明の第２実施例に関し、同図(a) は測定対
象としての出力トランジスタとダイオードとが組み込ま
れたモジュールを試験回路および測定装置とともに示す
回路図であり、同図(b) は制御信号を，同図(c) は試験
電流を，同図(d) は加熱電流を，同図(e) は測定対象の
両端電圧をそれぞれ示す波形図である。

【図３】本発明の第３実施例に関し、同図(a) は測定対
象としての出力トランジスタとダイオードとが組み込ま
れたモジュールを試験回路および測定装置とともに示す
回路図であり、同図(b) は制御信号を，同図(c) は試験
電流を，同図(d) は加熱電流を，同図(e) は測定対象の
両端電圧をそれぞれ示す波形図である。

【図４】本発明の第４実施例に関し、測定対象である出
力トランジスタが組み込まれたモジュールを試験回路お
よび測定装置とともに示す回路図である。

【符号の説明】

１モジュール２測定対象としての出力トランジスタ３制御回路４過熱検知用のサーミスタ５測定対象としてのダイオード 11 試験電流用の定電流源 12 負荷抵抗 14 繰り返しパルス状の制御信号用パルス発生器 16 制御信号用のスイッチ 21 電圧測定器 22 電流測定器 30 計算機 41 試験電流用の定電流源 42 加熱電流用の定電流源 43 加熱電圧用の定電圧源 44 電流，電圧の極性切り換え用の切換スイッチ 45 電流，電圧の極性等の切り換え用のスイッチ Ih 加熱電流 It 試験電流 Sa 過熱警報 Sc 制御回路に対する制御信号 Tc モジュールの入力端子 To モジュールの出力端子Ｖ_CE 出力トランジスタの両端電圧Ｖ_CE１第１測定値Ｖ_CE２第２測定値 Vh 加熱電圧ｖ測定対象の両端電圧

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】出力トランジスタとその制御回路とをモジ
ュールに一体化してなる半導体装置にチップ実装された
測定対象の熱抵抗を測定する方法であって、モジュール
の出力端子を介し試験電流を測定対象に流した状態でそ
の両端電圧を第１測定値として測定する第１測定ステッ
プと、モジュールの入力端子から制御信号を制御回路に
与えて出力トランジスタを制御しながら出力端子を介し
て測定対象に加熱電流を流す加熱ステップと、第１測定
ステップと同条件で測定対象の両端電圧を第２測定値と
して測定する第２測定ステップとを含み、第１測定値と
第２測定値との差，加熱ステップ中に賦与した電力，お
よび両端電圧がもつ温度係数から測定対象の熱抵抗を計
算するようにしたことを特徴とする半導体装置の熱抵抗
測定方法。
【請求項２】請求項１に記載の方法において、測定対象
が出力トランジスタであり、第１および第２測定値とし
てその両端電圧の飽和電圧を測定するようにしたことを
特徴とする半導体装置の熱抵抗測定方法。
【請求項３】請求項２に記載の方法において、出力トラ
ンジスタの過熱検知手段がモジュール内に組み込まれ、
加熱ステップ中に過熱が検知されるまで加熱電流を流す
ようにしたことを特徴とする半導体装置の熱抵抗測定方
法。
【請求項４】請求項２に記載の方法において、加熱ステ
ップ中に入力端子を介し繰り返しパルス状の制御信号を
制御回路に与え、出力トランジスタに対する加熱電流と
して高周波断続電流を流すようにしたことを特徴とする
半導体装置の熱抵抗測定方法。
【請求項５】請求項１に記載の方法において、測定対象
が出力トランジスタの両端に並列接続されたダイオード
であることを特徴とする半導体装置の熱抵抗測定方法
【請求項６】請求項５に記載の方法において、ダイオー
ドの熱抵抗測定時に制御信号により出力トランジスタを
オフ状態におくようにしたことを特徴とする半導体装置
の熱抵抗測定方法。