JPH11304873A - トランジスタ・ユニットの特性測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体パッケージ１０内のＴｒ１及びＴｒ２
それぞれのスイッチング特性及びＤ２及びＤ１の転流特
性を実測できるようにする。 【解決手段】 第１測定モードでは、スイッチ２７によ
りＬＵ２４の第２端子２６を第２電力供給端子２０と電
気的に接続したときは、Ｔｒ２をオフ状態に保ちつつＴ
ｒ１をオンからオフに切り換えることによって、Ｔｒ１
及びＤ２の特性を測定する。第２測定モードでは、スイ
ッチ２７によりＬＵ２４の第２端子２６を第１電力供給
端子１８と電気的に接続した状態でＴｒ１をオフ状態に
保ちつつＴｒ２をオンからオフに切り換えることによっ
て、Ｔｒ２及びＤ１の特性を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パワー・トランジ
スタ等の特性測定に関し、特に複数のパワー・トランジ
スタやダイオードを含むトランジスタ・ユニットが形成
された半導体パッケージの特性測定に適したトランジス
タ・ユニットの特性測定に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体チップは、多くの場合、複数個が
目的・用途に応じて結線され、プラスチックなどでモー
ルドされて１つのパッケージとして販売されていること
が多い。図５は、こうした半導体パッケージ１０の１例
であり、２個（２石）のＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポ
ーラ・トランジスタ）を１つのパッケージとしたものの
回路図である。この半導体パッケージは、例えば、３相
モータの３相のうちの１相と接続して利用され、ハーフ
ブリッジ回路と呼ばれることがある。以下では図５等に
示す２つのＩＧＢＴうち、上側の第１パワー・トランジ
スタをＴｒ１、下側の第２パワー・トランジスタをＴｒ
２として説明する。

【０００３】ＩＧＢＴは、大型モータのような誘導性負
荷に供給する電流の制御（スイッチングなど）に使用さ
れることが多い。誘導性負荷に電力が供給されると、そ
のインダクタンスに電流エネルギーが蓄積される。この
ため、電力供給がオフにされると、電力供給時と逆方向
に電流が流れるので、Ｔｒ１及びＴｒ２のエミッタ・コ
レクタ間には、転流（Flee wheeling）ダイオードＤ１
及びＤ２がそれぞれ接続され、Ｔｒ１、Ｔｒ２がターン
・オフ時のこうした電流を循環させることができるよう
にしている。

【０００４】図３は、こうした半導体パッケージ１０の
特性を測定する従来の方法を示す回路図である。Ｔｒ１
（第１ＩＧＢＴ）及びＴｒ２（第２ＩＧＢＴ）それぞれ
のゲート（信号端子）１２及び１４には、ドライブ回路
１６がそれぞれ駆動信号を供給する。Ｔｒ１のコレクタ
（Ｔｒ１の第１主端子）は、第１電力供給端子１８に接
続される。また、Ｔｒ２のエミッタ（Ｔｒ２の第２端
子）は、第２電力供給端子２０に接続される。第１及び
第２電力供給端子１８及び２０間には、電源３０が設け
られる。

【０００５】ロード・ユニット（ＬＵ）２４は、その一
方の一端子２２がＴｒ１のエミッタ及びＴｒ２のコレク
タに接続され、他端子２６が第１電力供給端子１８側の
端子に接続される。ＬＵ２４の特性は、半導体パッケー
ジ１０を実際に使用する際の負荷の特性に合わせて設定
される。図ではＬＵを１つとしているが、複数のＬＵを
組み合わせて、所望特性の負荷をぶら下げた場合と同じ
条件をシミュレートできるようにしても良い。被測定半
導体パッケージがＩＧＢＴの場合では、負荷がモータな
どの誘導性負荷の場合が多いので、ＬＵ２４もこれに合
わせて誘導性負荷を使用する。また、必要に応じてレジ
スタ成分、キャパシタ成分も組み合わせて使用する。

【０００６】この半導体パッケージ１０のスイッチング
特性の測定過程では、まず、ドライブ回路１６がＴｒ１
をオフとし、Ｔｒ２をオンとする駆動信号をゲート１２
及び１４それぞれに供給する。この状態において、電源
３０は制御手段（図示せず）の制御に従って第１及び第
２電力供給端子１８及び２０間に電力を供給する。この
ときの電流は、ＬＵ２４及びＴｒ２を含む経路４０（破
線で示す）を流れる。経路４０を流れた電流は、電流検
出抵抗器Ｒｓで電圧に変換され、この電圧を差動増幅器
で構成されるメイン電流測定回路３６で検出することに
より、Ｔｒ２の特性が測定される。また、このとき同時
にＬＵ２４に電流エネルギーが蓄積される。なお、後述
するようにＴｒ２はオン・オフが切り換えられ、これに
よりメイン電流測定回路３６はＴｒ２のスイッチング特
性を測定する。

【０００７】上述の制御手段はＣＰＵなどで構成され、
ドライブ回路１６及び電源３０の出力を測定方法に応じ
て制御する。また、制御手段は、メイン電流測定回路３
６が検出する電流のデータを記憶し、分析等に利用でき
るようにする。

【０００８】続いてドライブ回路１６は、Ｔｒ２をオン
からオフに切り換える（ターン・オフする）駆動信号を
ゲート１４に供給する。これによりＴｒ２は、経路４０
を流れていた電流をカットする。そして、ＬＵ２４のイ
ンダクタンスに蓄えられたエネルギーにより、ＬＵ２４
及び第１転流ダイオードＤ１を含む経路４２に電流が流
れる。経路４２上にはＣＴ（Current Transformer、変
流器又は電流センサ）５０が設けられ、経路４２に流れ
る電流を検出する。このＣＴ５０はコイルを有し、その
インダクタンスで電流の変化をとらえることで、経路４
２上の電流を検出するものである。ただし、ＣＴで検出
できる電流値には上限がある（飽和する）ため、ＩＧＢ
Ｔのコレクタ・エミッタ間を流れる電流のような大電流
の測定には使用せず、電流検出抵抗器Ｒｓと役割を分担
している。なお、ＣＴで検出した電流値のデータも制御
手段が記録する。

【０００９】次にドライブ回路１６は、Ｔｒ２を再度オ
ンに（ターン・オン）する駆動信号をゲート１４に供給
する。転流ダイオードＤ１には、それまで順方向に電流
が流れていたことによる電荷が残留しているため、極短
い時間だけ逆方向に電流が流れる（ダイオード・リカバ
リ特性）。このため転流ダイオードＤ１を含む経路４３
に電流が流れる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように図３に示す
例では、下側のＴｒ２のスイッチング特性と、上側のＴ
ｒ１の主端子間に設けた転流ダイオードＤ１を中心とす
る転流特性を測定することができる。しかし、上側のＴ
ｒ１のスイッチング特性と、下側のＴｒ２の主端子間に
設けた転流ダイオードＤ２を中心とする転流特性を測定
することはできなかった。

【００１１】図４は、この問題を解決するために、２つ
の半導体パッケージ１０ａ及び１０ｂを接続して測定を
行う一例を示している。これによれば、半導体パッケー
ジ１０ｂの上側のＴｒ１ｂのスイッチング特性と、半導
体パッケージ１０ａの下側のＴｒ２ａの主端子間に設け
た転流ダイオードＤ２ａを中心とする転流特性を測定で
きる。

【００１２】半導体パッケージ１０内の２つのＴｒ１及
びＴｒ２並びにＤ１及びＤ２は、通常同じ特性となるよ
うに製造される。また、異なる半導体パッケージも通常
同じ特性となるように製造される。よって、図３の例で
はＴｒ２及びＤ１の特性だけ実測し、図４のようにして
Ｔｒ１ｂ及びＤ２ａの特性を測定すれば良いようにも思
える。しかし、実際にはパッケージ１０内の配線インダ
クタンスなどにより、同じパッケージ内のトランジスタ
（ここではＩＧＢＴ）でも必ずしも同じ特性になるとは
限らない。また、図４に示す異なる半導体パッケージ間
については、パッケージ間の配線のインダクタンスも含
めた測定になってしまうなど正確な測定にはならない。
結局のところ、実測によって確認しなければ本当の特性
を知ることはできない。そこで、パッケージされた状態
のパワー・トランジスタそれぞれの特性を実測できるよ
うにすることが重要である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、主電流路が順
方向に直列に接続された第１及び第２パワー・トランジ
スタと、第１及び第２パワー・トランジスタにそれぞれ
逆方向に並列接続された第１及び第２転流ダイオードに
より構成されたトランジスタ・ユニットの特性を測定す
る方法に関する。このとき、本発明による方法は、第１
及び第２測定モードで構成される。この第１測定モード
では、第１パワー・トランジスタをオンにするとともに
第２パワー・トランジスタをオフにする第１ステップ
と、第１パワー・トランジスタをターン・オフする第２
ステップとを有し、第１パワー・トランジスタの特性を
測定する。第２測定モードでは、第２パワー・トランジ
スタをオンにするとともに第１パワー・トランジスタを
オフにする第１ステップと、第２パワー・トランジスタ
をターン・オフする第２ステップとを有し、第２パワー
・トランジスタの特性を測定する。

【００１４】このとき、上述の第１測定モードの第２ス
テップにおいて第２転流ダイオードに流れる転流電流の
特性を測定するか、又は第２測定モードの第２ステップ
において第１転流ダイオードに流れる転流電流の特性を
測定するようにすると良い。

【００１５】また、第１測定モードにおいて第１パワー
・トランジスタをターン・オンする第３ステップを更に
設け、この第１測定モードの第３ステップにおいて第２
転流ダイオードのリカバリ特性を測定するか、又は第２
測定モードにおいて第２パワー・トランジスタをターン
・オンする第３ステップを更に有し、この第２測定モー
ドの第３ステップにおいて第１転流ダイオードのリカバ
リ特性を測定するようにしても良い。

【００１６】なお、本発明の方法は、トランジスタ・ユ
ニットが１つの半導体パッケージ内に形成されたものの
場合に特に効果的である。

【００１７】上述した本発明による方法を実施するに
は、次のように構成されるトランジスタ・ユニットの特
性測定装置を用いると良い。即ち、駆動信号供給手段
で、第１及び第２パワー・トランジスタの信号端子に駆
動信号をそれぞれ供給する。第１電力供給端子は、第１
パワー・トランジスタの第１主端子に接続する。第２電
力供給端子は、第２パワー・トランジスタの第２主端子
に接続する。電源を第１及び第２電力供給端子間に接続
する。ロード・ユニットの一端を第１パワー・トランジ
スタの第２主端子及び第２パワー・トランジスタの第１
主端子に接続する。このロード・ユニットの他端子は、
スイッチ手段により第１又は第２電力供給端子に電気的
に選択的に接続される。メイン電流測定手段は、第１又
は第２パワー・トランジスタの第１及び第２主端子間を
流れる電流を測定する。そして、スイッチ手段がロード
・ユニットの他端子を第２電力供給端子に接続すること
によって第１測定モードを実施し、スイッチ手段がロー
ド・ユニットの他端子を第１電力供給端子に接続するこ
とによって第２測定モードを実施する。

【００１８】また、第１又は第２電力供給端子に流れる
電流を測定するサブ電流測定手段を更に具え、サブ電流
測定手段によって第１又は２転流ダイオードの特性を測
定するようにしても良い。

【００１９】なお、ロード・ユニットの特性は、トラン
ジスタ・ユニットの実際の使用時における負荷の特性に
合わせて設定すると良い。このような構成によって、半
導体パッケージ内とパワー・トランジスタ及び転流ダイ
オードの特性を測定する際にも、内部の配線インダクタ
ンス等も含めた状態でスイッチング特性及び転流特性を
測定できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１及び図２は、本発明の実施に
適した測定回路のブロック図である。従来と対応する部
分には、同じ符号を付して説明する。以下では、２つの
第１及び第２パワー・トランジスタＴｒ１及びＴｒ２並
びに２つの第１及び第２転流ダイオードで構成されるト
ランジスタ・ユニットに関して説明する。しかし、３つ
以上のトランジスタ等が直列に接続されている場合で
も、そのうちの隣接する２つのトランジスタ等で構成さ
れるトランジスタ・ユニットを、本発明により測定する
ことができる。また、図では、トランジスタがＩＧＢＴ
の例で説明しているが、ＭＯＳＦＥＴ等でも同様に本発
明により測定することができる。

【００２１】まずは、図３に示す従来例と、図１及び図
２に示す本発明による実施形態とを比較する。回路構成
（ハードウェア面）では、スイッチ２７が設けられた
点、ＣＴ５２がＴｒ２のエミッタと接続される第２電力
供給端子２０側に新たに設けられた点が異なる。次に測
定手順（ソフトウェア面）においてはＴｒ１及びＴｒ２
の信号端子（ゲート）１８及び２０に供給する駆動信号
の供給方法が異なる。

【００２２】スイッチ２７は、ＩＧＢＴ等で扱う大電流
に対応し、かつインダクタンスが低い構造のものを使用
する。インダクタンスを低くするのは、サージ電圧の発
生を低減させるためである。

【００２３】ロード・ユニット（ＬＵ）２４の特性は、
従来例と同様に、半導体パッケージ１０を実際に使用す
る際の負荷の特性に合わせて設定される。つまり、実際
の使用時における負荷がモータであれば、このモータと
同じ電気特性のロード・ユニットを使用する。ここで
は、ＬＵ２４に誘導性負荷を使用すると想定している。
また、必要に応じてレジスタ成分、キャパシタ成分も組
み合わせて使用する。

【００２４】スイッチ２７による切り換えは、次のよう
に行われる。即ち、Ｔｒ１のスイッチング特性及び転流
ダイオードＤ２を中心とするＴｒ２側の転流特性を測定
する場合には、スイッチ２７は端子２６を第２電力供給
端子２０側の端子２９に接続する。Ｔｒ２のスイッチン
グ特性及び転流ダイオードＤ１を中心とするＴｒ１側の
転流特性を測定する場合には、スイッチ２７は端子２６
を第１電力供給端子１８側の端子２８に接続する。

【００２５】以下では、「Ｔｒ１のスイッチング特性及
びＴｒ２側（下側トランジスタ）の転流特性」の測定を
第１測定モードと呼ぶことにする。また、「Ｔｒ２のス
イッチング特性及びＴｒ１側（上側トランジスタ）の転
流特性」の測定を第２測定モードと呼ぶことにする。第
２測定モードの測定手順は、図３に示す従来例とほぼ同
様なので以下では説明を省略する。

【００２６】第１測定モードでは、ドライブ回路１６が
最初Ｔｒ１をオンとし、Ｔｒ２をオフにする駆動信号を
供給する。この状態で電源３０がＣＰＵなどで構成され
る制御手段（図示せず）の制御に従って、半導体パッケ
ージ１０に電力を供給する。電源３０が供給する電流
は、Ｔｒ１及びＬＵ２４を経由する経路４４（破線で示
す）を流れる。このときロード・ユニット２４は誘導性
負荷なので、経路４４に電流が流れることによる電流エ
ネルギーが蓄積される。

【００２７】続いてドライブ回路１６は、制御手段の制
御に従ってＴｒ１をターン・オフする。これにより、Ｔ
ｒ１は経路４４を流れていた電流をカットする。この動
作によってＬＵ２４は蓄積した電流エネルギーを放出
し、Ｄ２及びＬＵ２４を含む経路４６に電流を流す。経
路４６を流れる電流の値は、ＣＴ（変流器又は電流セン
サ）５２を利用して測定される。

【００２８】ドライブ回路１６は、所定期間Ｔｒ１をオ
フに維持した後、再度Ｔｒ１をターン・オンにする。す
ると、転流ダイオードＤ２のリカバリ特性により、Ｔｒ
１及び転流ダイオードＤ２を含む経路４７に瞬間的に電
流が流れる。このときの特性は、ＣＴ５２又はメイン電
流測定回路３６で検出される。

【００２９】ところでＬＵ２４の特性は、上述のように
半導体パッケージ１０を実際に使用する際の負荷（モー
タなど）の特性を模して設定している。よって、Ｔｒ１
のターン・オフ時にＬＵ２４が放出する電流は、実際の
使用時におけるモータなどの負荷が出力する電流と同質
のものであり、このため転流特性の測定に適したものと
なる。よってＣＴ５２により、転流ダイオードＤ２を中
心とし、回路の配線インダクタンス等も含めた半導体パ
ッケージ１０のＴｒ２側の転流特性を測定できる。な
お、上述では、ＣＴによって転流ダイオードの特性を測
定したが、分流（シャント）抵抗器を利用しても良い。

【００３０】このように本発明によれば、半導体パッケ
ージ内の隣接する２石のパワー・トランジスタＴｒ１及
びＴｒ２それぞれのスイッチング特性及び転流ダイオー
ドＤ２及びＤ１を中心とする転流特性を実測することが
できるようになる。さらには、２つのダイオードＤ１及
びＤ２の両方のリカバリ特性をも測定できる。これは、
半導体パッケージ内の配線インダクタンス等も含めた特
性を実測できることを意味する。よって本発明によれ
ば、半導体パッケージのより的確な特性データを作成で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施形態において、第１測定モ
ードのときの回路図である。

【図２】本発明による一実施形態において、第２測定モ
ードのときの回路図である。

【図３】半導体パッケージの一例を示す回路図である。

【図４】従来の測定における半導体パッケージの接続例
を示す図である。

【図５】従来の測定装置の一例による測定時の回路図で
ある。

【符号の説明】

１０ 半導体パッケージ １２ Ｔｒ１の信号端子 １４ Ｔｒ２の信号端子 １６ ドライブ回路（駆動信号供給手段） １８ 第１電力供給端子 ２０ 第２電力供給端子 ２２ 第３電力供給端子（ロード・ユニットの第１端
子） ２４ ロード・ユニット ２６ ロード・ユニットの第２端子 ２７ スイッチ ２８ スイッチ２７の第１電力供給端子側の端子 ２９ スイッチ２７の第２電力供給端子側の端子 ３０ 電源 ３６ メイン電流測定回路 ４０ 電流経路 ４２ 電流経路 ４３ 電流経路 ４４ 電流経路 ４６ 電流経路 ４７ 電流経路 ５０ ＣＴ（サブ電流測定手段） ５２ ＣＴ（サブ電流測定手段） Ｔｒ１ 第１パワー・トランジスタ Ｔｒ２ 第２パワー・トランジスタ Ｄ１ 第１転流ダイオード Ｄ２ 第２転流ダイオード Ｒｓ 電流検出抵抗器

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主電流路が順方向に直列に接続された第
   １及び第２パワー・トランジスタと、該第１及び第２パ
   ワー・トランジスタにそれぞれ逆方向に並列接続された
   第１及び第２転流ダイオードにより構成されたトランジ
   スタ・ユニットの特性を測定する方法であって、 上記第１パワー・トランジスタをオンにするとともに上
   記第２パワー・トランジスタをオフにする第１ステップ
   と、上記第１パワー・トランジスタをターン・オフする
   第２ステップとを有し、上記第１パワー・トランジスタ
   の特性を測定する第１測定モードと、 上記第２パワー・トランジスタをオンにするとともに上
   記第１パワー・トランジスタをオフにする第１ステップ
   と、上記第２パワー・トランジスタをターン・オフする
   第２ステップとを有し、上記第２パワー・トランジスタ
   の特性を測定する第２測定モードとを具えるトランジス
   タ・ユニットの特性測定方法。
2. 【請求項２】 上記第１測定モードの上記第２ステップ
   において上記第２転流ダイオードの転流特性を測定する
   か、又は上記第２測定モードの上記第２ステップにおい
   て上記第１転流ダイオードの転流特性を測定することを
   特徴とする請求項１記載のトランジスタ・ユニットの特
   性測定方法。
3. 【請求項３】 上記第１測定モードが上記第１パワー・
   トランジスタをターン・オンする第３ステップを更に有
   し、該第３ステップにおいて上記第２転流ダイオードの
   リカバリ特性を測定するか、又は上記第２測定モードが
   上記第２パワー・トランジスタをターン・オンする第３
   ステップを更に有し、該第３ステップにおいて上記第１
   転流ダイオードのリカバリ特性を測定することを特徴と
   する請求項１又は２記載のトランジスタ・ユニットの特
   性測定方法。
4. 【請求項４】 上記トランジスタ・ユニットが１つの半
   導体パッケージ内に形成されることを特徴とする請求項
   １乃至３のいずれかに記載のトランジスタ・ユニットの
   特性測定方法。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれかに記載の方法
   を実施するための装置であって、 上記第１及び第２パワー・トランジスタの信号端子に駆
   動信号をそれぞれ供給する駆動信号供給手段と、 上記第１パワー・トランジスタの第１主端子に接続する
   第１電力供給端子と、 上記第２パワー・トランジスタの第２主端子に接続する
   第２電力供給端子と、 上記第１及び第２電力供給端子間に接続される電源と、 上記第１パワー・トランジスタの第２主端子及び上記第
   ２パワー・トランジスタの第１主端子に一端子が接続さ
   れるロード・ユニットと、 該ロード・ユニットの他端子を電気的に上記第１又は第
   ２電力供給端子に選択的に接続するスイッチ手段と、 上記第１又は第２パワー・トランジスタの上記第１及び
   第２主端子間を流れる電流を測定するメイン電流測定手
   段とを具え、 上記スイッチ手段が上記ロード・ユニットの上記他端子
   を上記第２電力供給端子に接続することによって上記第
   １測定モードを実施し、上記スイッチ手段が上記ロード
   ・ユニットの上記他端子を上記第１電力供給端子に接続
   することによって上記第２測定モードを実施することを
   特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の方法を実
   施するためのトランジスタ・ユニットの特性測定装置。
6. 【請求項６】 上記第１又は第２電力供給端子に流れる
   電流を測定するサブ電流測定手段を更に具え、該サブ電
   流測定手段によって上記第１又は２転流ダイオードの特
   性を測定することを特徴とする請求項５記載のトランジ
   スタ・ユニットの特性測定装置。
7. 【請求項７】 上記ロード・ユニットの特性は、上記ト
   ランジスタ・ユニットの実際の使用時における負荷の特
   性に合わせて設定することを特徴とする請求項５又は６
   に記載のトランジスタ・ユニットの特性測定装置。