TWI428617B

TWI428617B - 半導體元件的測試裝置以及測試方法

Info

Publication number: TWI428617B
Application number: TW100124427A
Authority: TW
Inventors: Isao Tokumoto; Kenji Hashimoto
Original assignee: Advantest Corp
Priority date: 2010-08-02
Filing date: 2011-07-11
Publication date: 2014-03-01
Also published as: JP5547579B2; CN102411121A; TW201213820A; JP2012032327A; DE102011108897A1; US20120182031A1

Description

半導體元件的測試裝置以及測試方法

本發明是有關於一種測試裝置以及測試方法。

先前以來，為了確認金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)、絕緣閘雙極型電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)等的半導體元件(device)的安全動作區域，而於半導體製造步驟中實施雪崩擊穿(avalanche breakdown)測試。例如，於專利文獻1中揭示有雪崩擊穿測試用的測試裝置。

專利文獻1：日本專利特開2007-33042號公報

雪崩擊穿測試中，將被測試元件與電感器(inductor)等的電感負載(inductive load)連接，且在將被測試元件設為導通狀態的期間，於該電感負載中蓄積電能(electrical energy)。其後，將被測試元件切換為非導通狀態，對將蓄積於電感負載中的電能施加至被測試元件時的被測試元件的耐性進行測試。

此處，將在被測試元件成為非導通狀態的期間，藉由被施加超過被測試元件的額定值的電壓而流通於被測試元件中的電流稱為雪崩電流(avalanche current)。將雪崩電流所流通的時間稱為雪崩時間。將雪崩時間內施加至被測試元件的電壓稱為雪崩電壓。

若在雪崩期間被測試元件因短路模式(mode)發生故障，則過大電流會流通於被測試元件中。若過大電流流通於被測試元件中，則存在被測試元件的損傷擴大，難以分析被測試元件發生故障的原因的情況。另外，由於該過大電流，亦存在測試裝置受損的情況。因此，為防止被測試元件及測試裝置受損，較佳為於被測試元件發生故障的情況下，藉由開關(switch)等迅速阻斷來自電感負載的電流路徑。

然而，若於過大電流自電感負載供給至被測試元件的狀態下阻斷電流路徑，則電感負載中產生反電動勢(back electromotive force)。於由反電動勢所產生的電壓大於雪崩電壓的情況下，存在開關因反電動勢而受損的情況。另外，若設想反電動勢而設置耐電壓大的開關，則成本變高。

因此，本說明書中所包含的技術革新(innovation)的1個態樣的目的在於提供一種可解決上述課題的測試裝置及測試方法。該目的可藉由申請專利範圍所揭示的特徵的組合而達成。即，於本發明的第1態樣中，提供一種測試裝置，對被測試元件進行測試，且包括：電感負載部，設置於供測試電流流入至被測試元件的路徑上，且具有電感成分；切換部，對是否將來自電感負載部的測試電流供給至被測試元件進行切換；阻斷控制部，根據被測試元件的狀態來對切換部進行切換而阻斷路徑；以及電壓控制部，將電感負載部與切換部之間的路徑的電壓控制為預先規定的箝位電壓(clamp voltage)以下。

切換部例如設置於電感負載部與被測試元件之間、或設置於被測試元件與接地電位之間，且對是否阻斷流通於該路徑中的電流進行切換。阻斷控制部例如根據流通於被測試元件中的電流的大小、或被測試元件的預先規定的端子間的電壓來對切換部進行切換。阻斷控制部亦可根據將預先規定的比較時序(timing)的流通於被測試元件中的電流或端子間的電壓大小、與預先規定的基準值進行比較而得出的比較結果，來對切換部進行切換。

電感負載部例如包括多個電感負載及自多個電感負載中選擇1個以上的電感負載的選擇部。電壓控制部可根據電感負載部所選擇的1個以上的電感負載的合成電感值來控制該箝位電壓。阻斷控制部例如根據電感負載部所選擇的1個以上的電感負載的合成電感值來控制對切換部進行切換的切換時序。阻斷控制部亦可根據電感負載部所選擇的1個以上的電感負載的合成電感值來控制比較時序。阻斷控制部亦可根據電感負載部所選擇的1個以上的電感負載的合成電感值來控制基準值。

另外，測試裝置例如更包括將脈衝信號供給至被測試元件的脈衝信號供給部，該脈衝信號對被測試元件進行控制以使其為流通測試電流的導通狀態、或未流通測試電流的非導通狀態中的任一狀態。阻斷控制部於自脈衝信號被供給至被測試元件後經過預先規定的時間的情況下，可無關於被測試元件的狀態將切換部切換為斷開(OFF)狀態。

電壓控制部例如根據將脈衝信號供給至被測試元件的時間的長度來控制箝位電壓。另外，電壓控制部例如包括：基準電壓產生部，產生與箝位電壓相對應的基準電壓；及二極體(diode)，其陰極(cathode)連接於基準電壓產生部，陽極(anode)連接於電感負載部與切換部之間。電壓控制部亦可包括：基準電壓產生部，產生與箝位電壓相對應的基準電壓；及開關，根據切換部的狀態，來對是否將基準電壓產生部連接於電感負載部及切換部進行切換。

阻斷控制部包括：計測部，對開始向被測試元件供給脈衝信號後的第1經過時間、及停止向被測試元件供給脈衝信號後的第2經過時間中的一個經過時間進行計測；記憶部，與經過時間建立對應關係，來記憶作為流通於被測試元件中的電流的大小而被容許的最小值及最大值中的至少一個；及比較部，將記憶部所記憶的最小值及最大值中的至少一個、與流通於被測試元件中的電流的大小進行比較；且比較部於預先規定的比較時序，當流通於被測試元件中的電流的大小是小於最小值中的與比較時序所對應的經過時間建立對應關係的值時、或大於最大值中的與比較時序所對應的經過時間建立對應關係的值時，可對切換部進行切換而阻斷測試電流自電感負載部向被測試元件的供給。

阻斷控制部包括：計測部，對開始向被測試元件供給脈衝信號後的第1經過時間、及停止向被測試元件供給脈衝信號後的第2經過時間中的一個經過時間進行計測；記憶部，與經過時間建立對應關係，來記憶作為被測試元件的預先規定的端子間的電壓而被容許的最小值及最大值中的至少一個；及比較部，將記憶部所記憶的最小值及最大值中的至少一個、與被測試元件的預先規定的端子間的電壓進行比較，且比較部於預先規定的比較時序，當被測試元件的預先規定的端子間的電壓小於最小值中的與比較時序所對應的經過時間建立對應關係的值時、或大於最大值中的與比較時序所對應的經過時間建立對應關係的值時，可對切換部進行切換而阻斷測試電流自電感負載部向被測試元件的供給。

阻斷控制部亦可更包括類比數位轉換部，該類比數位轉換部將流通於被測試元件中的電流值、或被測試元件的預先規定的端子間的電壓值轉換為數位信號。

記憶部例如是與電感負載部的電感值建立對應關係來記憶經過時間所對應的最小值及最大值中的至少一個，阻斷控制部根據電感負載部的電感值，且基於自記憶部讀出的與電感負載部的電感值相對應的最小值及最大值中的至少一個來對切換部進行切換。

被測試元件為如下的半導體元件，該半導體元件包含接收測試電流的第1端子、輸出測試電流的第2端子、及根據所輸入的電壓或電流而控制流通於第1端子與第2端子之間的測試電流的大小的第3端子，阻斷控制部可根據第1端子與第2端子之間的電壓、或第2端子與第3端子之間的電壓來對切換部進行切換。測試裝置可更包括供給輸入至電感負載部的電流的電源部。

於本發明的第2態樣中，提供一種測試方法，對被測試元件進行測試，且包括如下兩個階段：對是否將來自電感負載部的測試電流供給至被測試元件進行切換的切換部進行控制，並根據被測試元件的狀態來阻斷路徑，該電感負載部設置於供測試電流流入至被測試元件的路徑上且具有電感成分；及將電感負載部與切換部之間的路徑的電壓控制為預先規定的箝位電壓以下。

此外，上述發明的概要並未列舉本發明的所有必要特徵，該些特徵群的次組合(sub combination)亦可成為發明。

以下，透過發明的實施形態來說明本發明，但以下的實施形態並不限定申請專利範圍所述的發明，而且，實施形態中所說明的特徵的所有組合不限於發明的解決手段所必需者。

圖1表示本實施形態中的測試裝置100的構成。測試裝置100對被測試元件200進行測試。測試裝置100包括電感負載部110、切換部120、阻斷控制部130及電壓控制部140。

電感負載部110設置於供測試電流流入至被測試元件200的路徑上，且具有電感成分。具體而言，電感負載部110是具有電感的電感器等的被動元件。作為一例，電感負載部110自與測試裝置100連接的電源部300接收電流的輸入。

脈衝信號供給部400將脈衝信號供給至被測試元件200，該脈衝信號對被測試元件200進行控制以使其為流通著測試電流的導通狀態、或未流通該測試電流的非導通狀態中的任一狀態。此處，於本說明書中，所謂「供給脈衝信號」，是將具有使被測試元件200成為導通狀態的臨界(threshold)電壓以上的電壓的信號輸入至被測試元件200。另外，所謂「停止供給脈衝信號」，是將小於使被測試元件200成為非導通狀態的臨界電壓的信號輸入至被測試元件200。

作為一例，於被測試元件200為包含汲極(drain)端子、源極(source)端子及閘極(gate)端子的MOSFET、或包含集極(collector)端子、射極(emitter)端子及閘極端子的IGBT等的半導體元件的情況下，汲極端子與源極端子之間的導通狀態、或集極端子與射極端子之間的導通狀態根據輸入至閘極端子的脈衝信號的電壓而發生變化。例如，於被測試元件200為n通道MOSFET的情況下，當閘極電壓為臨界(threshold)電壓以上時汲極端子與源極端子之間成為導通狀態，來自電感負載部110的測試電流流通於被測試元件200中。同樣，於被測試元件200為IGBT的情況下，當閘極電壓為臨界電壓以上時集極端子與射極端子之間成為導通狀態，測試電流自電感負載部110流通於被測試元件200中。

切換部120對是否將來自電感負載部110的測試電流供給至被測試元件200進行切換。切換部120設置於電感負載部110與被測試元件200之間，或設置於被測試元件200與接地電位之間，且對是否阻斷流通於電感負載部110與切換部120之間的路徑中的電流進行切換。

切換部120例如為開關或繼電器(relay)，該開關或繼電器接收由阻斷控制部130所輸出的控制信號，而且還對電感負載部110與被測試元件200之間導通的導通(ON)狀態、與使電感負載部110與被測試元件200之間不導通的斷開狀態進行切換。切換部120可為機械地產生導通狀態及斷開狀態的機械式繼電器。切換部120亦可為雙極電晶體或場效電晶體等的半導體開關。

阻斷控制部130根據被測試元件200的狀態來對切換部120進行切換。具體而言，阻斷控制部130基於流通於被測試元件200中的電流的大小、或被測試元件200的預先規定的端子間的電壓而對切換部120進行切換。

作為一例，當在測試中流通了比可於被測試元件200中流通的電流的設計值更大的電流時，阻斷控制部130將切換部120切換為斷開狀態。當流通了比在電流的設計值上加上考慮溫度變動或電壓變動等而規定的界限(margin)後所得的電流值更大的電流時，阻斷控制部130亦可將切換部120切換為斷開狀態。

另外，阻斷控制部130可基於流通於被測試元件中的電流的大小、或被測試元件的預先規定的端子間的電壓來對切換部進行切換。例如，阻斷控制部130基於將預先規定的比較時序的流通於被測試元件200中的電流或端子間的電壓的大小與預先規定的基準值進行比較而得出的比較結果來對切換部120進行切換。比較時序例如表示自脈衝信號供給部400所輸出的脈衝信號的邊緣(edge)算起的經過時間。

於被測試元件200為包含汲極端子、源極端子及閘極端子的MOSFET的情況下，阻斷控制部130例如於汲極端子與源極端子之間的電壓小於設計值時，使切換部120成為斷開狀態。阻斷控制部130於汲極端子與源極端子之間成為短路狀態的情況下，亦可使切換部120成為斷開狀態。同樣，於被測試元件200為IGBT的情況下，阻斷控制部130於集極端子與射極端子之間成為短路狀態時，可使切換部120為斷開狀態。

阻斷控制部130於脈衝信號供給至被測試元件200後經過預先規定的時間後，可無關於被測試元件200的狀態來對切換部120進行切換。例如，阻斷控制部130於自脈衝信號的上升邊緣(rising edge)或下降邊緣(falling edge)算起經過預先規定的時間後，對切換部120進行切換。

阻斷控制部130於脈衝信號供給至被測試元件200後，經過將脈衝信號供給至被測試元件200的時間與自電感負載部110供給的測試電流所流通的雪崩時間的設計值相加的時間後，可將切換部120切換為斷開狀態。阻斷控制部130亦可根據停止向被測試元件200供給脈衝信號後的經過時間而將切換部120切換為斷開狀態。藉由在預先規定的經過時間內將切換部120切換為斷開狀態，可防止於被測試元件200發生故障的狀態下測試電流繼續流通。

電壓控制部140以使電感負載部110與切換部120之間的路徑中的電壓成為預先規定的箝位電壓以下的方式進行控制。具體而言，若電感負載部110與切換部120之間的路徑的電壓成為箝位電壓，則電壓控制部140接收電感負載部110所輸出的電流，並開始流向電源部300的接地端子中。例如，電壓控制部140是若被施加了預先規定的電壓以上則流通著電流的變阻器(varistor)等的突波(surge)吸收元件、或基準電壓源與二極體組合而成的電路。

電壓控制部140藉由將電感負載部110與切換部120之間的路徑中的電壓保持為箝位電壓以下，這樣可防止：因將切換部120切換為斷開狀態時所產生的突波電壓造成被測試元件200的損傷擴大，並且可防止切換部120受損。

圖2表示測試正常的被測試元件200時的被測試元件200及測試裝置100中的電壓及電流。該圖表示將包含集極端子、射極端子及閘極端子的IGBT用於被測試元件200時的波形。Vge表示因供給至被測試元件200的閘極端子的脈衝信號而產生的閘極端子與射極端子之間的電壓。

Vce表示被測試元件200的集極端子與射極端子之間的電壓。Ic表示流通於被測試元件200的集極端子與射極端子之間的集極電流。SW表示切換部120的導通狀態。於圖2中，由於切換部120持續為導通狀態，因此未變化為SW的波形。Vsw表示切換部120與電感負載部110之間的路徑中的電壓。Tp表示脈衝信號的長度。Tav表示正常的被測試元件200中流通雪崩電流的期間。

於脈衝信號未被供給至被測試元件200的閘極端子的第1期間，被測試元件200為非導通狀態，因此電感負載部110未將測試電流供給至被測試元件200。於未流通電流的狀態下，電感負載部110的兩端間不存在電位差，因此被測試元件200的集極端子的電壓與電源部300所輸出的電壓Vcc相等。因此，第1期間的Vce等於Vcc。

於將脈衝信號供給至被測試元件200的閘極端子的第2期間，被測試元件200的集極端子與射極端子之間流通集極電流Ic。Ic經由具有電感的電感負載部110而被供給，因此電流值以與電感負載部110的電感值相對應的變化速度上升，並且電能蓄積於電感負載部110。

於停止向被測試元件200的閘極端子供給脈衝信號後的第3期間，被測試元件200成為非導通狀態，Vce急速上升。另外，電感負載部110開始釋放所蓄積的電能。被測試元件200吸收電感負載部110所釋放的電能並轉換為熱能。第3期間持續至電感負載部110釋放出所蓄積的全部電能為止。圖2中的第3期間與雪崩期間相等。

於圖2所示的例中，被測試元件200不發生故障地吸收電感負載部110所釋放的電能，雪崩期間結束，並轉移至被測試元件200中不流通電流的第4期間。於第4期間，Vce與電源部300的輸出電壓Vcc相等。

圖3表示測試非正常的被測試元件200時的被測試元件200及測試裝置100中的電壓及電流。該圖表示將包含集極端子、射極端子及閘極端子的IGBT用於被測試元件200時的與圖2所示的波形相同部位的電壓或電流波形。

圖3表示第1期間及第2期間內與圖2相同的波形。然而，於第3期間的中途，Vce下降至和集極端子與射極端子之間成為導通狀態的第2期間相同的位準(level)(0 V)。該情況表示藉由施加過電壓，被測試元件200發生故障，集極端子與射極端子之間短路。其結果，轉移至第3期間後減少的Ic再次變為增加。

若Ic持續增加，則存在被測試元件200的損傷擴大，而難以分析被測試元件200的情況。因此，阻斷控制部130於第3期間Ic表示異常的值時，為了迅速停止自電感負載部110向被測試元件200供給測試電流而較佳為對切換部120進行控制。作為一例，阻斷控制部130於Ic並非為預先規定的範圍的大小的情況下，將切換部120切換為斷開狀態。阻斷控制部130於第3期間Ic自減少狀態變化為增加狀態的情況下，亦可將切換部120切換為斷開狀態。

若切換部120切換為斷開狀態，則被測試元件200中不流通集極電流。然而，成為開放狀態的電感負載部110中產生反電動勢，電感負載部110與切換部120之間的路徑中的電壓急速上升。因此，電壓控制部140藉由以該電壓成為預先規定的箝位電壓以下的方式來進行控制，而使Vsw不大於箝位電壓。

圖4表示本實施形態中測試的裝置100的其他構成例。該圖中的測試裝置100相對於圖1所示的測試裝置100，切換部120設置在不同的位置。具體而言，切換部120連接於被測試元件200之用來輸出電流的端子。於被測試元件200為場效電晶體的情況下，切換部120配置於被測試元件200的射極端子與電源部300的接地端子之間。

若阻斷控制部130使切換部120成為斷開狀態，則電感負載部110與被測試元件200之間的路徑中的電壓急速上升。電壓控制部140藉由以該電壓成為箝位電壓以下的方式進行控制而可防止被測試元件200的損傷的擴大。

圖5A、圖5B及圖5C表示電感負載部110的構成例。作為一例，電感負載部110包含多個電感負載及自多個電感負載中選擇1個以上的電感負載的選擇部。於圖5A中，電感負載部110包含具有不同電感值的電感器111、電感器112及電感器113、以及開關114及開關115。開關114選擇電感器111、電感器112及電感器113中的任一個而連接於切換部120。開關115選擇電感器111、電感器112及電感器113中的任一個而連接於電源部300。電感負載部110藉由切換開關114及開關115而可切換電感值。

於圖5B中，電感負載部110包含開關116及開關117以代替圖5A中的開關114及開關115。開關116選擇並聯連接的電感器111及電感器112、以及電感器113中的任一個而連接於切換部120。開關117選擇並聯連接的電感器111及電感器112、以及電感器113中的任一個而連接於電源部300。電感負載部110藉由切換開關116及開關117而可切換電感值。

於圖5C中，電感負載部110包含串聯連接的電感器111、電感器112及電感器113、以及開關118。開關118選擇於切換部120與電源部300之間連接著電感器113的情況、連接著電感器112及電感器113的情況、以及連接著電感器111、電感器112及電感器113的情況中的任一情況。電感負載部110藉由切換開關118而可切換電感值。

如上所述，電感負載部110可根據被測試元件200的特性，或所要求的測試規格等而切換為不同值的電感值。因此，阻斷控制部130可根據電感負載部110的電感值來控制對切換部120進行切換的時序。例如，電感負載部110的電感值越大，則蓄積於電感負載部110的電能越大。因此，為防止被測試元件200的損傷，阻斷控制部130較佳為於電感負載部110的電感值越大則以越早的時序使切換部120成為斷開狀態。

另外，電壓控制部140可根據電感負載部110的合成電感值來控制箝位電壓。若電感負載部110的電感值不同，則圖2中的第2期間內蓄積於電感負載部110的電能不同。其結果，停止向被測試元件200供給脈衝信號後的第3期間的Vce的最大值亦不同。

若箝位電壓小於正常的被測試元件200中的Vce的最大值，則於正常的被測試元件200的測試中施加至被測試元件200的電壓被箝位，故而欠佳。因此，電壓控制部140於根據電感負載部110的合成電感值並使用該電感值來對正常的被測試元件200進行測試的情況下，較佳為以成為比施加至被測試元件200的最大電壓更大的電壓的方式來對箝位電壓進行控制。

電壓控制部140亦可根據被測試元件200的電氣特性而控制箝位電壓。耐壓等的設計值根據被測試元件200的種類而不同。因此，測試裝置100藉由根據被測試元件200的電氣特性來對供給脈衝信號的時間進行切換、或切換電感負載部110的電感值，而以適合於被測試元件200的條件進行測試。即，停止向被測試元件200供給脈衝信號後的第3期間內的Vce的最大值根據被測試元件200的種類而不同。因此，電壓控制部140較佳為在根據被測試元件200的電氣特性來對被測試元件200進行測試的情況下，以成為比施加至被測試元件200的最大電壓更大的電壓的方式來控制該箝位電壓。

此外，電壓控制部140亦可根據將脈衝信號供給至被測試元件200的時間的長度來控制箝位電壓。於將脈衝信號供給至被測試元件200而流通於被測試元件200中的測試電流增加的期間，電能連續蓄積於電感負載部110。因此，該阻斷控制部130使切換部120成為斷開狀態後所產生的Vce的最大值變大。因此，電壓控制部140較佳為於將脈衝信號供給至被測試元件200的時間更長的情況下，使箝位電壓進一步變大。

圖6表示本實施形態中的測試裝置100的其他構成例。該圖中的電壓控制部140包含基準電壓產生部142及二極體144以代替圖1中的電壓控制部140。基準電壓產生部142產生與箝位電壓相對應的基準電壓。二極體144的陰極連接於基準電壓產生部142，陽極連接於電感負載部110與切換部120之間。

於電感負載部110與切換部120之間的路徑中的電壓低於基準電壓產生部142與二極體144的連接點中的電壓的情況下，二極體144中不流通電流。與此相對，若電感負載部110與切換部120之間的路徑中的電壓大於基準電壓產生部142與二極體144的連接點中的電壓，則二極體144中流通著順方向電流，因此電感負載部110與切換部120之間的路徑中的電壓與基準電壓產生部142和二極體144的連接點中的電壓相等。其結果，電壓控制部140可使電感負載部110與切換部120之間的路徑中的電壓成為基準電壓產生部142所產生的基準電壓以下。

圖7表示本實施形態中的測試裝置100的其他構成例。該圖中的電壓控制部140包含開關146以代替圖6中的二極體144。開關146根據切換部120的狀態來對是否將基準電壓產生部142連接於電感負載部110及切換部120進行切換。開關146例如為場效電晶體等的半導體開關。開關146亦可為機械式繼電器。

作為一例，阻斷控制部130對切換部120及開關146同步進行切換。具體而言，阻斷控制部130於使切換部120成為導通狀態的期間，使開關146成為斷開狀態。阻斷控制部130藉由與使切換部120成為斷開狀態大致同時使開關146成為導通狀態，從而使切換部120成為斷開狀態後立即產生的突波電流由電壓控制部140所吸收，並將電感負載部110與切換部120之間的路徑中的電壓維持成與基準電壓產生部142所輸出的基準電壓相等的電壓。

根據該構成，該阻斷控制部130可對使切換部120成為斷開狀態的時序與使開關146成為導通狀態的時序進行控制。因此，電壓控制部140可於比圖6所示的二極體144的應答時間更早的時序來控制電感負載部110與切換部120之間的路徑中的電壓。

該阻斷控制部130亦可根據電感負載部110的合成電感值來控制對切換部120與開關146進行切換的時間。該阻斷控制部130藉由進行該控制而可在適於根據電感負載部110的電感值而不同的各突波波形的時序，對電感負載部110與切換部120之間的路徑中的電壓進行控制。

圖8表示本實施形態中的測試裝置100的其他構成例。被測試元件200是如下的半導體元件，即，包含接收測試電流的第1端子、輸出測試電流的第2端子、及根據所輸入的電壓或電流而控制流通於第1端子與第2端子之間的測試電流的大小的第3端子。如圖8所示，於被測試元件200例如為IGBT的情況下，第1端子與集極端子202相對應，第2端子與射極端子204相對應，第3端子與閘極端子206相對應。

測試裝置100相對於圖1所示的測試裝置100更包括電壓檢測電路152、電壓檢測電路154及電流檢測器156。電壓檢測電路152將被測試元件200的集極端子202與射極端子204之間的電壓輸入至阻斷控制部130。電壓檢測電路154將射極端子204與閘極端子206之間的電壓輸入至阻斷控制部130。作為一例，阻斷控制部130根據集極端子202與射極端子204之間的電壓、或射極端子204與閘極端子206之間的電壓來對切換部120進行切換。具體而言，阻斷控制部130於原先被測試元件200為非導通狀態的期間，自電壓檢測電路152輸入的電壓成為預先規定的電壓以下的情況下，判斷被測試元件200成為短路狀態，並將切換部120切換為斷開狀態。

電流檢測器156檢測被測試元件200的集極電流。電流檢測器156例如為插入至切換部120與被測試元件200之間的路徑中的電流檢測用線圈。作為一例，電流檢測器156將與集極電流的大小相對應的電壓輸入至阻斷控制部130。

阻斷控制部130亦可基於電壓檢測電路152、電壓檢測電路154及電流檢測器156的至少一個所輸出的電壓來控制切換部120。電壓檢測電路154所輸出的電壓與供給至被測試元件200的閘極端子206中的脈衝信號的電壓相等。因此，阻斷控制部130可基於電壓檢測電路154所輸出的電壓而識別脈衝信號供給至被測試元件200的時序。因此，阻斷控制部130亦可根據電壓檢測電路152所輸出的電壓是否為基於電壓檢測電路154所輸出的電壓而識別的時序中所容許的範圍內的電壓，來控制切換部120。

例如，於被測試元件200為n通道IGBT的情況下，在供給至被測試元件200的閘極端子206中的脈衝信號小於被測試元件200的臨界電壓的雪崩期間，被測試元件200成為斷開狀態。因此，於雪崩期間，當被測試元件200為正常時，電壓檢測電路152輸出電源部300所輸出的電壓以上的電壓。

然而，於電壓檢測電路154所輸出的電壓雖為臨界電壓以下，但小於電壓檢測電路152所輸出的電壓、電源部300所輸出的電壓的情況下，認為被測試元件200發生故障而成為短路狀態。因此，阻斷控制部130於電壓檢測電路152所輸出的電壓小於電源部300所輸出的電壓等的預先規定的電壓的情況下，較佳為將切換部120切換為斷開狀態。

圖9A表示該阻斷控制部130的構成例。該阻斷控制部130包含位準轉換部131、位準轉換部132、計測部133、記憶部134、DA轉換部(Digital to Analog Converter，數位至類比轉換部)135及比較部136。位準轉換部131對電流檢測器156所輸出的電壓的位準進行轉換，並將轉換後的類比信號輸入至比較部136。位準轉換部132對被測試元件200的集極端子202與射極端子204之間的電壓的位準進行轉換，並將轉換後的類比信號輸入至比較部136。

計測部133基於電壓檢測電路154所輸出的信號而生成如下的信號，該信號表示脈衝信號供給至被測試元件200後的第1經過時間、及停止向被測試元件200供給脈衝信號後的第2經過時間中的一個經過時間。例如，計測部133藉由對內部所產生的特定頻率的時脈進行計數而生成表示該經過時間的信號。計測部133將所生成的信號輸入至比較部136。

記憶部134與開始向被測試元件200供給脈衝信號後的第1經過時間、及停止向被測試元件200供給脈衝信號後的第2經過時間中的一個經過時間建立對應關係，來記憶流通於被測試元件200中的電流的大小、或被測試元件200的預先規定的端子間的電壓的容許值範圍。例如，記憶部134儲存與集極端子202和射極端子204之間成為導通狀態後的經過時間即第1經過時間建立對應關係、且作為被測試元件200的集極電流而被容許的最大值及最小值。記憶部134亦可儲存與集極端子202和射極端子204之間成為非導通狀態後的經過時間即第2經過時間建立對應關係、且作為被測試元件200的集極電流而被容許的最大值及最小值。

同樣，記憶部134亦可儲存與第1經過時間或第2經過時間建立對應關係、且作為被測試元件200的集極端子202與射極端子204之間的電壓而被容許的最大值及最小值。記憶部134可與預先規定的每個時間間隔的經過時間建立對應關係來儲存作為被測試元件200的集極電流而被容許的最大值及最小值，或作為被測試元件200的集極-射極間電壓而被容許的最大值及最小值。

DA轉換部135將自記憶部134讀出的作為集極電流而被容許的最大值及最小值、或作為集極-射極間電壓而被容許的最大值及最小值轉換為類比信號。DA轉換部135將轉換後的類比信號輸入至比較部136。

比較部136將儲存於記憶部134中的作為集極電流而被容許的最大值及最小值、與流通於被測試元件200中的電流的大小進行比較。比較部136將儲存於記憶部134中的作為集極-射極間電壓而被容許的最大值及最小值、與集極端子202和射極端子204之間的電壓進行比較。

具體而言，比較部136將自位準轉換部131輸入的類比信號、與自DA轉換部135輸入的與集極電流的最大值及最小值相對應的類比信號中的與自計測部133輸入的表示經過時間的信號建立對應關係的值進行比較。另外，比較部136將自位準轉換部132輸入的類比信號、與自DA轉換部135輸入的集極-射極間電壓的最大值及最小值中的與自計測部133輸入的表示經過時間的信號建立對應關係的值進行比較。比較部136可將開始向被測試元件200供給脈衝信號後經過預先規定的時間的時序、或停止向被測試元件200供給脈衝信號後經過預先規定的時間的時序作為比較時序而進行上述比較。

具體而言，比較部136於預先規定的比較時序，流通於被測試元件200中的電流的大小、或被測試元件200的預先規定的端子間的電壓小於儲存於記憶部134的最小值中的與該比較時序建立對應關係的值時，可輸出對切換部120進行切換的信號。比較部136於大於儲存於記憶部134的最大值中的與該比較時序建立對應關係的值的情況下，亦可輸出對切換部120進行切換的信號。切換部120根據比較部136所輸出的對切換部120進行切換的信號來阻斷測試電流自電感負載部110向被測試元件200的流動。

被測試元件200為正常時所流通的集極電流及集極-射極間電壓根據電感負載部110的電感值而變動。因此，該阻斷控制部130可根據電感負載部110的合成電感值來控制一種比較時序。例如，於電感負載部110的電感值大的情況下，蓄積於電感負載部110的電能大，雪崩期間變長，因此該阻斷控制部130可延遲該比較時序。

該阻斷控制部130亦可根據電感負載部110的合成電感值來控制該比較時序中與被測試元件200中所流通的電流或端子間的電壓的大小進行比較的基準值。例如，記憶部134與電感負載部110的合成電感值建立對應關係來記憶與經過時間相對應的集極電流或集極-射極間電壓的容許值的最小值及最大值中的至少一個。並且，阻斷控制部130亦可根據電感負載部110的合成電感值且基於自記憶部134讀出的與電感負載部110的電感值相對應的最小值及最大值中的至少一個來對切換部120進行切換。阻斷控制部130根據電感負載部110的電感值，並藉由使對切換部120進行切換的條件變化，而能夠以高精度來檢測被測試元件200的損傷，並將切換部120切換為斷開狀態。

圖9B表示該阻斷控制部130的其他構成例。該阻斷控制部130包含AD轉換部(Analog to Digital Converter，類比至數位轉換部)137、AD轉換部138、計測部133、記憶部134及比較部136。AD轉換部137將與被測試元件200的集極電流相對應的電流檢測器156所輸出的電壓轉換為數位信號。AD轉換部138將被測試元件200的集極端子202與射極端子204之間的電壓轉換為數位信號。

比較部136將記憶部134所記憶的作為集極電流而被容許的最大值及最小值、與自AD轉換部137輸入的與流通於被測試元件200中的電流相對應的數位信號的值進行比較。比較部136將記憶部134所記憶的作為集極－射極間電壓而被容許的最大值及最小值、與自AD轉換部138輸入的與集極端子202和射極端子204之間的電壓相對應的數位信號進行比較。

圖10A表示記憶部134所儲存的資料的一例。「經過時間」表示開始向被測試元件200供給脈衝信號後所經過的時間。「最大CE(collector-emitter，集極－射極)間電壓」表示在相對應的經過時間內被測試元件200中所容許的集極－射極間電壓的最大值。「最小CE間電壓」表示在相對應的經過時間內被測試元件200中所容許的集極－射極間電壓的最小值。「最大集極電流」表示在相對應的經過時間內容許流通於被測試元件200中的集極電流的最大值。「最小集極電流」表示在相對應的經過時間內容許流通於被測試元件200中的集極電流的最小值。

記憶部134可將圖10A所示的數值進行2進數轉換並加以保持。另外，記憶部134亦可將電流檢測器156對應於最大集極電流及最小集極電流的值而輸出的電壓值作為表示最大集極電流及最小集極電流的值而加以保持。

於圖10A所示的例中，假定供給至被測試元件200中的脈衝信號的脈衝寬度為200(μs)，正常的被測試元件200中的雪崩時間為100(μs)。記憶部134可針對電感負載部110的每個電感值而具有相同的資料。

作為一例，比較部136將經由AD轉換部137獲取的集極電流的值和與計測部133所計測的時間建立對應關係而記憶的最大集極電流及最小集極電流的值進行比較。於經過時間成為250(μs)的時序，經由AD轉換部137而獲取的集極電流為8.0(A)的情況下，由於流通於被測試元件200中的集極電流超過最大集極電流，故被測試元件200發生故障的可能性高。因此，比較部136將切換部120切換為斷開狀態。

比較部136將經由AD轉換部138而獲取的集極-射極間電壓的值和與計測部133所計測的時間建立對應關係而記憶的最大集極-射極間電壓及最小集極-射極間電壓的值進行比較。於經過時間成為300(μs)的時序，經由AD轉換部138而獲取的集極-射極間電壓為1.0(V)的情況下，被測試元件200因短路模式而發生故障的可能性高。因此，比較部136將切換部120切換為斷開狀態。

圖10B表示記憶部134所儲存的資料的其他一例。該圖中的資料中包含電感負載部110的電感值。另外，與所記憶的最大集極電流等的資料建立對應關係的經過時間的間隔並不均一。具體而言，與被供給脈衝信號而使被測試元件200的集極端子202-射極端子204間成為導通狀態的0至200(μs)的期間內的經過時間的間隔相比，停止供給脈衝信號而使被測試元件200的集極端子202-射極端子204間成為非導通狀態的200(μs)以後的期間內的經過時間的間隔更小。

被測試元件200於停止供給脈衝信號後的雪崩期間內發生故障的可能性高。因此，藉由使停止供給脈衝信號後的期間內的經過時間的間隔縮小，則可抑制記憶部134應該記憶的資料量的增加，並且可更早檢測被測試元件200的故障。

圖10C表示記憶部134所儲存的資料的其他一例。該圖中的資料相對於圖10B所示的資料，電感值自100(μH)變化為200(μH)。另外，與所記憶的資料建立對應關係的經過時間亦與圖10B中的經過時間不同。

若電感負載部110的電感值變大，則集極電流的增加速度及減少速度變慢，並且電感負載部110可蓄積的電能量增加。因此，測試裝置100藉由變更電感負載部110的電感值並且變更供給脈衝信號的時間，而可於不同條件下對被測試元件200進行測試。

因此，記憶部134可與適合於根據測試裝置100的電感值而脈衝寬度不同的脈衝信號的經過時間建立對應關係，來記憶流通於被測試元件200中的集極電流及被測試元件200的端子間的電壓的至少一個。藉由該構成，測試裝置100可使應該記憶於記憶部134的資料量的增加受到抑制，並且可無關於電感負載部110的電感值及脈衝信號寬度而迅速檢測被測試元件200的損傷。

圖11表示其他實施形態中的測試裝置的構成。該圖中的測試裝置100相對於圖1所示的測試裝置100的不同之處在於，更包括電源部160及脈衝信號供給部170。電源部160具有與圖1中的電源部300相同的功能，並對電感負載部110供給電力。脈衝信號供給部170具有與圖1中的脈衝信號供給部400相同的功能，且對被測試元件200供給脈衝信號。被測試元件200根據自脈衝信號供給部170供給的脈衝信號而使電感負載部110所供給的電流流通。

以上，使用實施形態來說明本發明，但是本發明的技術性範圍並不限定於上述實施形態中所揭示的範圍。熟悉此技藝者當瞭解可於上述實施形態中附加多種變更或改良。根據申請專利範圍的揭示，當瞭解附加此種變更或改良的形態亦可包含於本發明的技術範圍內。

應注意到如下情況：申請專利範圍、說明書以及圖式中所示的裝置、系統、程式以及方法中的動作、順序、步驟、以及階段等的各處理的執行順序，只要未特別明示為「比…更前」、「在…之前」等，而且，只要不是將前一個處理的輸出用於後一個處理，則可以任意的順序而實現。關於申請專利範圍、說明書、以及圖式中的動作流程，即使方便起見而使用「首先，」、「其次，」等進行了說明，但並不意味著必需以此順序來實施。

100．．．測試裝置

110．．．電感負載部

111、112、113．．．電感器

114、115、116、117、118、146．．．開關

120．．．切換部

130．．．阻斷控制部

131、132．．．位準轉換部

133．．．計測部

134．．．記憶部

135．．．DA轉換部

136．．．比較部

137、138．．．AD轉換部

140．．．電壓控制部

142．．．基準電壓產生部

144．．．二極體

152、154．．．電壓檢測電路

156．．．電流檢測器

200．．．被測試元件

202．．．集極端子

204．．．射極端子

206．．．閘極端子

300、160．．．電源部

400、170．．．脈衝信號供給部

Ic．．．集極電流

Tav．．．期間

Tp．．．脈衝信號的長度

SW．．．導通狀態

Vge、Vce、Vcc、Vsw．．．電壓

圖1表示實施形態中的測試裝置100的構成。

圖2表示測試正常的被測試元件200時的被測試元件200及測試裝置100中的電壓及電流。

圖3表示測試非正常的被測試元件200時的被測試元件200及測試裝置100中的電壓及電流。

圖4表示本實施形態中的測試裝置100的其他構成例。

圖5A表示電感負載部110的構成例。

圖5B表示電感負載部110的構成例。

圖5C表示電感負載部110的構成例。

圖6表示本實施形態中的測試裝置100的其他構成例。

圖7表示本實施形態中的測試裝置100的其他構成例。

圖8表示本實施形態中的測試裝置100的其他構成例。

圖9A表示阻斷控制部130的構成例。

圖9B表示阻斷控制部130的其他構成例。

圖10A表示記憶部134所儲存的資料的一例。

圖10B表示記憶部134所儲存的資料的一例。

圖10C表示記憶部134所儲存的資料的一例。

圖11表示其他實施形態中的測試裝置的構成。

100‧‧‧測試裝置

110‧‧‧電感負載部

120‧‧‧切換部

130‧‧‧阻斷控制部

140‧‧‧電壓控制部

200‧‧‧被測試元件

300‧‧‧電源部

400‧‧‧脈衝信號供給部

Claims

一種半導體元件的測試裝置，對被測試元件進行測試，且包括：電感負載部，設置於供測試電流流入至上述被測試元件的路徑上，且具有電感成分；切換部，對是否將來自上述電感負載部的上述測試電流供給至上述被測試元件進行切換；阻斷控制部，根據上述被測試元件的狀態來切換上述切換部而阻斷上述路徑；以及電壓控制部，將上述電感負載部與上述切換部之間的上述路徑的電壓控制為預先規定的箝位電壓以下；上述阻斷控制部基於將預先規定的比較時序的流通於上述被測試元件中的電流或上述端子間的電壓的大小、與預先規定的基準值進行比較而得出的比較結果，來切換上述切換部。
如申請專利範圍第1項所述之測試裝置，其中上述切換部設置於上述電感負載部與上述被測試元件之間、或設置於上述被測試元件與接地電位之間，且對是否阻斷流通於上述路徑中的電流進行切換。
如申請專利範圍第1項所述之測試裝置，其中上述電感負載部包括：多個電感負載；及選擇部，自上述多個電感負載中選擇1個以上的電感負載。
如申請專利範圍第3項所述之測試裝置，其中上述電壓控制部根據上述電感負載部所選擇的上述1個以上的電感負載的合成電感值來控制上述箝位電壓。
如申請專利範圍第3項所述之測試裝置，其中上述阻斷控制部根據上述電感負載部所選擇的上述1個以上的電感負載的合成電感值來控制切換上述切換部的切換時序。
如申請專利範圍第3項所述之測試裝置，其中上述阻斷控制部根據上述電感負載部所選擇的上述1個以上的電感負載的合成電感值來控制上述比較時序。
如申請專利範圍第3項所述之測試裝置，其中上述阻斷控制部根據上述電感負載部所選擇的上述1個以上的電感負載的合成電感值來控制上述基準值。
如申請專利範圍第1項所述之測試裝置，其更包括將脈衝信號供給至上述被測試元件的脈衝信號供給部，該脈衝信號對上述被測試元件進行控制以使其為流通上述測試電流的導通狀態、或未流通上述測試電流的非導通狀態中的任一狀態。
如申請專利範圍第8項所述之測試裝置，其中上述阻斷控制部於上述脈衝信號被供給至上述被測試元件後經過預先規定的時間的情況下，無關於上述被測試元件的狀態而將上述切換部切換為斷開狀態。
如申請專利範圍第8項所述之測試裝置，其中上述電壓控制部根據將上述脈衝信號供給至上述被測試元件的時間的長度來控制上述箝位電壓。
如申請專利範圍第8項所述之測試裝置，其中上述電壓控制部包括：基準電壓產生部，產生與上述箝位電壓相對應的基準電壓；及二極體，其陰極連接於上述基準電壓產生部，陽極連接於上述電感負載部與上述切換部之間。
如申請專利範圍第8項所述之測試裝置，其中上述電壓控制部包括：基準電壓產生部，產生與上述箝位電壓相對應的基準電壓；及開關，根據上述切換部的狀態，來對是否將上述基準電壓產生部連接於上述電感負載部及上述切換部進行切換。
如申請專利範圍第8項所述之測試裝置，其中上述阻斷控制部包括：計測部，對開始向上述被測試元件供給上述脈衝信號後的第1經過時間、及停止向上述被測試元件供給上述脈衝信號後的第2經過時間中的一個經過時間進行計測；及記憶部，與上述經過時間建立對應關係，來記憶作為流通於上述被測試元件中的電流的大小而被容許的最小值及最大值中的至少一個；及比較部，將上述記憶部所記憶的上述最小值及上述最大值中的至少一個、與流通於上述被測試元件中的電流的大小進行比較，且上述比較部於預先規定的比較時序，當流通於上述被測試元件中的電流的大小是小於上述最小值中的與上述比較時序所對應的上述經過時間建立對應關係的值時、或大於上述最大值中的與上述比較時序所對應的上述經過時間建立對應關係的值時，切換上述切換部而阻斷上述測試電流自上述電感負載部向上述被測試元件的供給。
如申請專利範圍第8項所述之測試裝置，其中上述阻斷控制部包括：計測部，對開始向上述被測試元件供給上述脈衝信號後的第1經過時間、及停止向上述被測試元件供給上述脈衝信號後的第2經過時間中的一個經過時間進行計測；記憶部，與上述經過時間建立對應關係，來記憶作為上述被測試元件的預先規定的端子間的電壓而被容許的最小值及最大值中的至少一個；及比較部，將上述記憶部所記憶的上述最小值及上述最大值中的至少一個、與上述被測試元件的預先規定的端子間的電壓進行比較，且上述比較部於預先規定的比較時序，當上述被測試元件的預先規定的端子間的電壓小於上述最小值中的與上述比較時序所對應的上述經過時間建立對應關係的值時、或大於上述最大值中的與上述比較時序所對應的上述經過時間建立對應關係的值時，切換上述切換部而阻斷上述測試電流自上述電感負載部向上述被測試元件的供給。
如申請專利範圍第13項所述之測試裝置，其中上述記憶部與上述電感負載部的電感值建立對應關係來記憶上述經過時間所對應的上述最小值及上述最大值中的至少一個，上述阻斷控制部根據上述電感負載部的電感值，且基於自上述記憶部讀出的與上述電感負載部的電感值相對應的上述最小值及上述最大值中的至少一個來切換上述切換部。
如申請專利範圍第1項所述之測試裝置，其中上述被測試元件為半導體元件，該半導體元件包括接收上述測試電流的第1端子、輸出上述測試電流的第2端子、及根據所輸入的電壓或電流來控制流通於第1端子與第2端子之間的上述測試電流的大小的第3端子，上述阻斷控制部根據上述第1端子與上述第2端子之間的電壓、或上述第2端子與上述第3端子之間的電壓來切換上述切換部。
如申請專利範圍第1項所述之測試裝置，其更包括供給輸入至上述電感負載部的電流的電源部。
一種半導體元件的測試方法，對被測試元件進行測試，且包括如下兩個階段：對是否將來自電感負載部的上述測試電流供給至上述被測試元件進行切換的切換部進行控制，並根據上述被測試元件的狀態來阻斷上述路徑，該電感負載部設置於供測試電流流入至上述被測試元件的路徑上且具有電感成分；及將上述電感負載部與上述切換部之間的上述路徑的電壓控制為預先規定的箝位電壓以下；上述切換包括：基於將預先規定的比較時序的流通於上述被測試元件中的電流或上述端子間的電壓的大小、與預先規定的基準值進行比較而得出的比較結果，來切換上述切換部。