JPH09162255A - 半導体素子の試験装置 - Google Patents

半導体素子の試験装置

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JPH09162255A
JPH09162255A JP31766195A JP31766195A JPH09162255A JP H09162255 A JPH09162255 A JP H09162255A JP 31766195 A JP31766195 A JP 31766195A JP 31766195 A JP31766195 A JP 31766195A JP H09162255 A JPH09162255 A JP H09162255A
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JP
Japan
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current
power supply
igbt
capacitor
surge current
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JP31766195A
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English (en)
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Tadashi Asakawa
唯志 浅川
Hidenori Matsushima
秀則 松島
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】サージ電流定格試験において、試験時間の短縮
化、パワーデバイス破壊による樹脂封止部の破損防止、
装置の小型化および長寿命化を図る。 【解決手段】第1の可変電源1に第1の電源用のコンデ
ンサ3が並列に接続され、第1の電源用のコンデンサ3
の正電極端子3aが第1の補助IGBT5のコレクタ5
aと接続され、エミッタ5bが第1の電流検出器7を介
してモジュール20の正極端子21と接続され、モジュ
ール20の中性点端子22が第1の電源用のコンデンサ
3の負電極端子3bおよび第2の電源用のコンデンサ4
の正電極端子4aと接続点と接続されている。第1の補
助IGBT5をオンしIGBTチップ30に電圧を印加
し、1個のIGBTチップ30をオンさせサージ電流定
格値の電流を流し、サージ電流定格を評価する。IGB
Tチップ30が破壊した場合は第1の補助IGBT5を
オフし、サージ電流を遮断し、樹脂封止部の破損を防止
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、パワーデバイス
のサージ電流定格を決定するための試験を行う半導体素
子の試験装置。
【0002】
【従来の技術】IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトラ
ンジスタ)モジュールやIPM(インテリジェントパワ
ーモジュール)などのパワーデバイスのサージ電流定格
(ここでは負荷短絡耐量の電流定格のことをいう)はパ
ワーデバイスを各種応用装置に適用する上で、重要な素
子定格である。
【0003】図4は従来のサージ電流定格を評価する回
路図である。図4において、可変電源60に電源用のコ
ンデンサ70が接続され、電源用のコンデンサ70とI
GBTモジュール20(以下モジュールという)の間に
有接点51からなる切換器50とヒューズ80が挿入さ
れている。モジュール20は例えば6個のIGBTチッ
プ30が3相ブリッジ配線されている。モジュール20
の正極端子、負極端子および3相アームの各中性点が有
接点51と接続される。モジュール20内の各IGBT
チップ30を個別に試験するために、被試験のIGBT
チップ30のみが電源用のコンデンサ70と接続される
ように、有接点51をオンさせ、残りの有接点51をオ
フする。電源用のコンデンサ70に接続されたIGBT
チップ30のみに電源用のコンデンサ70の充電電圧が
印加され、その状態でIGBTチップ30のゲートに図
示されていないゲート駆動回路から数十μs程度のオン
信号を供給する。IGBTチップ30は電源用のコンデ
ンサ70から供給される電圧(電源電圧に相当する)を
維持しながら矩形波電流(所謂、負荷短絡電流という)
を流す。IGBTチップ30が破壊するとIGBTチッ
プ30はこの電圧を維持できず短絡状態となり、電源用
のコンデンサ70から極めて大きな過電流がIGBTチ
ップ30に流れる。この電流でヒューズ80は溶断し、
IGBTチップ30は電源用のコンデンサ70から切り
離される。
【0004】図5は従来装置の配線斜視図である。電源
用のコンデンサとモジュールとの配線は導板で行われ、
各1枚の導板でできた正電極板81と負電極板82とが
対向するように配置され、インダクタンスを小さくして
いる。図6は従来の試験装置の試験する場合の電流ステ
ップ図である。横軸にステップ回数、縦軸に供給電流を
示す。ここではIGBTチップのサージ電流定格値(負
荷短絡耐量の電流定格値のこと)は100Aの場合を示
す。10Aづつステップアップさせたステップ電流をI
GBTチップに流し、10回のステップで定格電流値に
達する。もし、IGBTチップの耐量の真値が例えば5
5Aの場合は50Aのステップ電流では異常なしで60
Aのステップ電流で破壊する。また100A流せるまで
に電源用のコンデンサを充電し、1回のステップでこの
IGBTチップに電流を流すと、IGBTチップが破壊
した後、過大な後続電流がIGBTチップに流れる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前記のように、有接点
を使用した場合、被試験IGBTチップの切換えに時間
(試験時間と連動する)がかかり、量産時の試験として
適用できず、また有接点が摩耗し試験装置の寿命を短く
する。またヒューズで過電流を遮断するのではIGBT
チップが破壊したときの過大な後続電流を抑制出来ず、
モジュールの樹脂封止部が破損するという不都合を生
じ、場合によっては樹脂封止部が飛散することもあり得
る。電源用のコンデンサとIGBTチップとの配線が切
換器を介在して行なわれるため、配線長が長く正電極板
と負電極板とを対向させても配線インダクタンスは大き
くなる。そのため、立上がりの急峻なサージ電流を得る
ことが困難となり、試験電流波形に制約が出てくる。ま
た正確な破壊電流を測定しようとすれば試験時のステッ
プ電流を小さくし、小刻みにせねばならず、試験時間
(タクトタイムのこと)が増大するという不都合が生ず
る。
【0006】この発明の目的は、前記の課題を解決する
ために、有接点の代わりに半導体スイッチ(例えばIG
BTなど)を使用し、前記の導体を複数枚の導板とし、
導板同志を絶縁膜で絶縁し、正電極板と負電極板とに誘
電体を挿入することで配線インダクタンスを小さく、コ
ンデンサの容量を大きくし、大きな試験電流を得られる
ようにし、さらに大きな単発電流で試験しIGBTチッ
プ破壊に補助IGBTを瞬時にオフすることで、試験時
間の短縮化とサージ電流定格の高精度な評価と有接点除
去による試験装置の長寿命化とを図ることができる半導
体素子の試験装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、被試験半導体素子に電流を流し、サージ電流定格を
確認する試験装置において、可変電源と、電源用のコン
デンサと、被試験半導体素子に電流を供給するためのス
イッチの働きをする補助半導体素子と、電流を検出する
電流検出器と、補助半導体素子に導通信号であるゲート
信号を送り、且つ、電流検出器で定格を超える電流を検
出して補助半導体素子を遮断するためのゲート信号を補
助半導体素子に送るゲート回路とを具備する構成とす
る。前記電源用のコンデンサと被試験半導体素子とを接
続する配線が、複数枚の導板からなり、複数枚の導板間
は絶縁体が挿入され、且つ、正極側の導板と負極側の導
板との間に誘電体が挿設されるとよい。また誘電体を挿
設された導板からなるコンデンサと電源用のコンデンサ
とを併せたコンデンサが、サージ電流定格を超えた電流
を被試験半導体素子に供給できる容量を有すると効果的
である。
【0008】
【発明の実施の形態】図1はこの発明の第1実施例の回
路図である。第1の可変電源1と第2の可変電源2とが
直列に接続され、第1および第2の可変電源1、2に第
1および第2の電源用のコンデンサ3、4が並列に接続
され、第1の電源用のコンデンサ3の正電極3aが第1
の補助IGBT5のコレクタ5aと接続され、エミッタ
5bが第1の電流検出器7を介してモジュール20の正
極端子21と接続され、モジュール20の中性点端子2
2が第1の電源用のコンデンサ3の負電極端子3bおよ
び第2の電源用のコンデンサ4の正電極端子4aの接続
点と接続されている。第2の電源用のコンデンサ4の負
電極端子4bが第2の補助IGBT6のエミッタ6bと
接続され、コレクタ6aが第2の電流検出器8を介して
モジュール20の負極端子23と接続される。第1およ
び第2の補助IGBT5、6が第1および第2のゲート
駆動回路9、10によりそれぞれ駆動され、これらゲー
ト駆動回路9、10がそれぞれ電流検出器7、8と接続
されている。モジュール20内は6個のIGBTチップ
30がブリッジ接続され、第3のゲート駆動回路11で
制御される。
【0009】つぎにこの回路の動作を説明する。第1お
よび第2の電源用のコンデンサ3、4が第1および第2
の可変電源1、2で充電された状態で、第1の補助IG
BT5をオン状態とし、モジュール20の正極端子21
と中性点端子22に接続される上アームの3個のIGB
Tチップ30に電圧を印加する。つぎに、その内の1個
に第3のゲート駆動回路11からオン信号を与えてIG
BTチップ30をオンさせる。第1の電源用のコンデン
サ3から第1の補助IGBT5を通して、IGBTチッ
プ30にサージ電流(短絡電流)を流しIGBTチップ
30のサージ電流定格(短絡耐量定格)を評価する。そ
の後、次の被試験用のIGBTチップ30にオン信号を
与えて同様にサージ電流定格を順次評価する。モジュー
ル20の正極端子21に接続されたIGBTチップ30
の評価を終了した後、第1の補助IGBT5をオフさ
せ、第2の補助IGBT6をオンさせ、負極端子23に
接続された3個のIGBTチップ30を前記と同様に1
個づつ評価する。サージ電流定格試験では電源電圧を維
持して過電流を流す試験であり、IGBTチップ30が
サージ電流で破壊した後は、この電源電圧をIGBTチ
ップ30が維持できず、IGBTチップ30のコレクタ
・エミッタ間は短絡状態となり、電流は急激に増大す
る。この増大した電流を電流検出器7、8で検出し、ゲ
ート駆動回路9、10からオフ信号を補助IGBT5、
6に与え、過電流を遮断し、モジュール20の樹脂封止
部が破損することを防止する。また、有接点を使用しな
いため、試験装置の寿命を長くできる。
【0010】図2はこの発明の第2実施例の要部斜視図
で、同図(a)は導板部分図、同図(b)は電源用のコ
ンデンサと導板とが接続された状態図である。同図
(a)において、各3枚の導板40からなる正電極板4
1、負電極板42は誘電体43を挟んで対向している。
また3枚の導板40間は絶縁膜44で絶縁されている。
勿論導板の枚数は流す電流によって変えてもよい。同図
(b)において、第1の電源用のコンデンサ3は複数個
のコンデンサで構成され、その正電極端子3aと負電極
端子3bを正電極板41と負電極板42に直接接続する
ことで、配線インダクタンスを減少できる。勿論、図1
の第2の電源用のコンデンサ4に対しても同様に導板を
接続する。こうすることで、配線インダクタンスを極め
て小さくでき、また配線容量の分を電源用のコンデンサ
の容量を減少でき、装置の小型化ができる。
【0011】図3はこの発明の試験方法を示した図であ
る。従来方法のように電流をステップ的に上昇させず、
IGBTチップのサージ電流定格に相当する電流値(定
格電流値)のステップ電流を1回のみ流してサージ電流
定格を評価する。IGBTチップが破壊した場合は、前
記の通り、補助IGBTがサージ電流を瞬時に遮断す
る。1回のステップ電流で評価するため試験時間が大幅
に短縮できる。またIGBTチップがサージ電流定格値
以下で破壊した場合にはその破壊電流値を電流検出器で
読み取ることもできる。さらに、IPMにサージ電流を
流し、IPM内のサージ電流検出回路が検出するサージ
電流値を測定し、検出回路の動作確認することもでき
る。
【0012】
【発明の効果】この発明によれば、インダクタンスを極
めて小さく配線し、且つ、配線間にキャパスタンスを持
たせ、有接点の代わりにIGBTなどの半導体スイッチ
を有する試験装置でパワーデバイスのサージ電流定格を
評価することで、試験時間の短縮、破壊時の樹脂封止部
の破損防止、装置の小型化および長寿命化を図ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施例の回路図
【図2】この発明の第2実施例の要部斜視図で、同図
(a)は導板部分図、同図(b)は電源用のコンデンサ
と導板と接続する状態図
【図3】この発明の試験方法を示した図
【図4】従来のサージ電流定格を評価する回路図
【図5】従来装置の配線斜視図
【図6】従来の試験装置の試験する場合の電流ステップ
【符号の説明】
1 第1の可変電源 2 第2の可変電源 3 第1の電源用のコンデンサ 3a 正電極端子 3b 負電極端子 4 第2の電源用のコンデンサ 4a 正電極端子 4b 負電極端子 5 第1の補助IGBT 5a コレクタ 5b エミッタ 6 第2の補助IGBT 6a コレクタ 6b エミッタ 7 第1の電流検出器 8 第2の電流検出器 9 第1のゲート駆動回路 10 第2のゲート駆動回路 11 第3のゲート駆動回路 20 モジュール 21 正極端子 22 中性点端子 23 負極端子 30 IGBTチップ 40 導板 41 正電極板 42 負電極板 43 誘電体 44 絶縁膜 50 切換器 51 有接点 60 可変電源 70 電源用のコンデンサ 80 ヒューズ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被試験半導体素子に電流を流し、サージ電
    流定格を確認する試験装置において、可変電源と、電源
    用のコンデンサと、被試験半導体素子に電流を供給する
    ためのスイッチの働きをする補助半導体素子と、電流を
    検出する電流検出器と、補助半導体素子に導通信号であ
    るゲート信号を送り、且つ、電流検出器で定格を超える
    電流を検出して補助半導体素子を遮断するためのゲート
    信号を補助半導体素子に送るゲート回路とを具備するこ
    とを特徴とする半導体素子の試験装置。
  2. 【請求項2】電源用のコンデンサと被試験半導体素子と
    を接続する配線が、複数枚の導板からなり、複数枚の導
    板間は絶縁体が挿入され、且つ、正極側の導板と負極側
    の導板との間に誘電体が挿設されることを特徴とする請
    求項1記載の半導体素子の試験装置。
  3. 【請求項3】誘電体を挿設された導板からなるコンデン
    サと電源用のコンデンサとを併せたコンデンサが、サー
    ジ電流定格を超えた電流を被試験半導体素子に供給でき
    る容量を有することを特徴とする請求項1記載の半導体
    素子の試験装置。
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