TWI467193B

TWI467193B - 測試裝置

Info

Publication number: TWI467193B
Application number: TW100139643A
Authority: TW
Inventors: Seiji Amanuma
Original assignee: Advantest Corp
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2015-01-01
Also published as: CN102565657B; CN102565657A; DE102011055545B4; JP5528999B2; US9057756B2; TW201231995A; DE102011055545A1; US20120153977A1; JP2012127813A

Description

測試裝置

本發明是有關於一種測試裝置。

作為大電流電路中所使用的開關元件(switch device)，使用有絕緣閘極(gate)型雙極電晶體(以下稱為IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT))等的元件的元件已為人所知。根據要求的電流規格等，於上述元件上並聯地形成有多個IGBT元件(例如參照專利文獻1)。對上述元件進行測試的測試裝置自共用的電源，將電源電力供給至多個IGBT。

專利文獻1 日本專利特開2000-58820號公報

大電流的開關元件的測試項目有累增(avalanche)崩潰測試。於累增崩潰測試中，將被測試元件連接於電感器(inductor)等的電感負載，於使被測試元件處於導通狀態的期間，將電能蓄積於上述電感負載。然後，將被測試元件切換至非導通狀態，當將蓄積於電感負載的電能施加至被測試元件時，對被測試元件的耐受性進行測試。

此處，於被測試元件處於非導通狀態的期間，由於施加有超過被測試元件的額定值的電壓，因此，將流入至被測試元件的電流稱為累增電流。將流動有累增電流的時間稱為累增時間。將在累增時間內施加至被測試元件的電壓稱為累增電壓。

於累增期間，若被測試元件以短路模式(mode)而發生故障，則過大電流會於被測試元件中流動。若過大電流於被測試元件中流動，則被測試元件的損傷會擴大，有時難以對被測試元件發生故障的原因進行分析。又，有時測試裝置亦會因上述過大的電流而受損。因此，為了防止被測試元件以及測試裝置受損，重要的是當被測試元件發生故障時，藉由開關等來迅速地防止來自電感負載的電流流入至被測試元件。

為了解決上述問題，本發明的第1形態提供一種測試裝置，該測試裝置是對被測試元件進行測試的測試裝置，且包括：電源部，產生供給至上述被測試元件的電源電壓；電感負載部，設置於自上述電源部至上述被測試元件的路徑上；第1半導體開關，與上述被測試元件並聯地連接於上述電感負載部；以及控制部，當將對於上述被測試元件的電源電壓的供給予以阻斷時，使上述第1半導體開關接通(on)。

再者，上述發明的概要並未列舉本發明的全部的必要特徵。又，這些特徵群的次組合(subcombination)亦可成為發明。

以下，經由發明的實施形態來對本發明進行說明，但以下的實施形態並不對申請專利範圍的發明進行限定。又，實施形態中所說明的特徵的全部組合對於發明的解決方案而言不一定必需。

圖1一併表示對被測試元件200進行測試的測試裝置100的構成例以及被測試元件200。該被測試元件200例如包含絕緣閘極型雙極電晶體(IGBT)等的高耐電壓、大電流的開關元件。被測試元件200可包括並聯地形成於共用的基板的多個開關元件。

被測試元件200可為如下的元件，該元件具有數百伏特(V)至數千V左右的耐電壓，且可使數安培(A)至數百A左右的電流流動。又，被測試元件200可為車載用的元件。

測試裝置100包括：控制部10、電源部20、電感負載部22、第1半導體開關24、第2半導體開關26、第3半導體開關28-1、28-2、異常檢測部30、放電管50、絕緣放大器52、以及鉗位(clamp)部60。控制部10對測試裝置100的各構成要素進行控制。控制部10可將信號供給至測試裝置100的各構成要素，且可接收來自各構成要素的信號。

控制部10可根據測試裝置100的使用者所給予的程式(program)來對各構成要素進行控制。控制部10將使被測試元件200進行動作的測試信號供給至被測試元件200。例如控制部10產生使被測試元件200內的開關元件接通/斷開(on/off)的測試信號。測試裝置100可基於對應於測試信號而施加至被測試元件200的電壓或電流、或者被測試元件200所輸出的電壓或電流，對被測試元件200的好壞進行判定。例如控制部10所供給的測試信號被施加至被測試元件200內的開關元件的閘極端子。

電源部20包括電壓源42與電容器(condenser)44，且產生供給至被測試元件200的電源電壓。於自電源部20至被測試元件200的路徑上設置有電感負載部22。電源部20所供給的電源電壓是經由電感負載部22而施加至開關元件的射極端子或集極端子(或者源極(source)端子或汲極(drain)端子)。又，電源部20供給開關元件的射極與集極之間的電流。電源部20產生被規定為被測試元件200的規格的電源電壓。作為一例，電源部20產生600V至1000V的直流的電源電壓。

電感負載部22具有電感(inductance)，且設置於電源部20與被測試元件200之間的路徑上。作為一例，電感負載部22為電感器46。電感負載部22亦可為如下的構成，即，對具有不同的電感的多個電感器46進行切換，將任一個電感器46連接於路徑上。藉此，電感負載部22可將與被測試元件200的種類及測試內容相對應的電感，設置於電源部20與被測試元件200之間的徑路上。當使被測試元件200自接通狀態過渡至斷開狀態時，電感負載部22產生反電動勢(back electromotive force)。本例的測試裝置100可使用電感負載部22所產生的反電動勢，來對被測試元件200的耐電壓進行測試。

第1半導體開關24與被測試元件200並聯地連接於電感負載部22。於本實施形態中，第1半導體開關24的射極端子連接於被測試元件200的開關元件的射極端子，第 1半導體開關24的集極端子連接於被測試元件200的開關元件的集極端子。第1半導體開關24藉由控制部10的控制而接通/斷開。當將對於被測試元件200的電源電壓的供給予以阻斷時，可藉由控制部10來使第1半導體開關24接通，將被測試元件200的集極(collector)-射極(emitter)之間予以連接。當第2半導體開關26斷開，電源電壓的供給被阻斷時，於電感負載部22中產生反電動勢，若於被測試元件200的射極-集極之間檢測出過大的電壓，則控制部10使第1半導體開關24接通而產生低電阻，使電流流入至第1半導體開關24。藉此，可防止過大的電流流入至被測試元件200。

第1半導體開關24可為IGBT。第1半導體開關24的允許電流較佳為大於被測試元件200的允許電流。又，第1半導體開關24的允許電流較佳為大於電源部20可供給至被測試元件200的電流量。由於第1半導體開關24具有足夠大的電流容量，因此，當電源電壓被阻斷時，可確實地使電流流動。又，第1半導體開關24的接通電阻較佳為小於被測試元件200的接通電阻。若第1半導體開關24的接通電阻小於被測試元件200的接通電阻，則當電源電壓被阻斷時，即便被測試元件200以短路模式而發生故障，亦可使自電感負載部22流向被測試元件200及第1半導體開關24的電流的大部分流入至第1半導體開關24，從而可防止過大的電流流入至被測試元件200而使該被測試元件200受損。

放電管50與被測試元件200並聯地連接。放電管50對施加至被測試元件200的電壓進行鉗位。當施加至被測試元件200的電壓達到規定值時，放電管50放電，防止過大的電壓施加至被測試元件200。

鉗位部60連接於節點(node)(連接點A)，且以不使該節點的電壓超過規定電壓值的方式來進行電壓鉗位，上述節點(node)(連接點A)連接著電感負載部22的被測試元件200側的端子。作為一例，鉗位部60包括：二極體(diode)62、電容器64、以及鉗位電壓設定部66。二極體62的陽極(anode)連接於如下的節點，該節點連接著電感負載部22的被測試元件200側的端子，上述二極體62的陰極(cathode)連接於電容器64的一端以及鉗位電壓設定部66。電容器64的另一端連接於接地電位等的基準電位。鉗位電壓設定部66將應進行電壓鉗位的電壓V_Clamp 予以輸出。當二極體62的陽極的電位，即，連接著電感負載部22的被測試元件200側的端子的節點的電位，高於鉗位電壓設定部66所輸出的電壓時，電流沿著順方向流入至二極體62，陽極的電位上升受到抑制。再者，鉗位電壓設定部66亦可根據二極體62的順方向電壓下降，以不使陽極的電位超過規定電壓值的方式來進行設定。

第2半導體開關26設置於電源部20與電感負載部22之間，將電源部20與電感負載部22之間予以連接或切斷。第2半導體開關26藉由控制部10的控制而接通/斷開。第2半導體開關26於測試過程中，將電源部20與電感負載部22之間予以連接，且於測試過程中以外的期間，將電源部20與電感負載部22之間予以切斷。作為一例，第2半導體開關26為繼電器(relay)或IGBT等的半導體開關。

1個或多個第3半導體開關28-1及28-2於電感負載部22與被測試元件200之間的路徑上，與被測試元件200串聯地連接於電感負載部22。第3半導體開關的數量並不限定於2個，可連接1個第3半導體開關，或串聯地連接3個以上的第3半導體開關。第3半導體開關28-1及28-2藉由控制部10的控制而接通/斷開。於本實施形態中，第3半導體開關28-1及28-2設置於電感負載部22中的未連接著電源部20的一側的端子、與IGBT即被測試元件200的集極之間的路徑上。當將對於被測試元件200的電源電壓的供給予以阻斷時，控制部10使第3半導體開關28-1及28-2斷開。第3半導體開關28-1及28-2於異常時，將電感負載部22與被測試元件200之間予以切斷。耐電壓越小，則半導體開關的切換(switching)速度越快，因此，為了迅速地將對於被測試元件200的電源電壓的供給予以阻斷，第3半導體開關28-1及28-2的耐電壓可小於被測試元件200的耐電壓。

分別對應於第3半導體開關28-1及28-2而設置絕緣放大器52。而且，多個絕緣放大器52各自根據自外部輸入的控制信號，使相對應的第3半導體開關28-1及28-2接通或斷開。於本實施形態中，多個絕緣放大器52各自對IGBT即相對應的第3半導體開關28-1及28-2的閘極電壓進行控制，使集極-射極之間接通(連接)或斷開(切斷)。

而且，多個絕緣放大器52各自使將控制信號予以輸出的外部的電路、與相對應的第3半導體開關28-1及28-2之間絕緣。藉此，多個絕緣放大器52各自可不使自電源部20供給至被測試元件200的高電壓供給至將控制信號予以輸出外部的電路。

異常檢測部30檢測上述測試裝置100是否進行異常的動作。作為一例，異常檢測部30檢測出異常的電流流入至被測試元件200或產生了異常的電壓。又，作為一例，異常檢測部30亦可於被測試元件200的溫度超過預定的值時，檢測出異常的動作。控制部10可於測試產生異常時，對第1半導體開關至第3半導體開關進行控制，將對於被測試元件200的電源電壓的供給予以阻斷。藉此，可防止被測試元件暴露於出乎意料的環境而使被測試元件200本身以及其他元件受損。

圖2表示本實施形態中的異常檢測部30的構成。異常檢測部30包括攝影部70以及特定部80。攝影部70藉由對被攝體中的溫度分布進行檢測的相機(camera)，對被測試元件200進行拍攝。例如，攝影部70可對形成有多個被測試元件200的晶圓(wafer)進行拍攝，對晶圓上的各被測試元件200的溫度進行檢測。特定部80根據攝影部70進行拍攝所得的溫度分布，特定出被測試元件200中所含的多個開關元件中的已發生故障的開關元件。當被測試元件200包含多個開關元件時，使用攝影部70來對被測試元件200的溫度分布進行測定，藉此，可特定出表現溫度異常的開關元件的位置。

當攝影部70對形成有多個被測試元件200的晶圓進行拍攝時，特定部80可根據晶圓的溫度分布，特定出包含已發生故障的開關元件的被測試元件200。例如，特定部80可將溫度高於規定的基準值的部位附近的規定範圍內的開關元件特定為已發生故障的開關元件。根據此種構成，當檢測測試裝置100平行地對晶圓內所含的多個被測試元件200進行測試時，於晶圓內的廣泛的範圍，對溫度的異常進行檢測，從而可根據溫度異常來特定出如下的區域，該區域是存在被測試元件200已受損的可能性的區域。特定部80可將溫度高於規定的基準值的部位附近的規定範圍內的開關元件通知控制部10，該控制部10可將對於所通知的範圍內的開關元件的電源電壓的供給予以阻斷。

攝影部70可自被測試元件200上所配置的電極墊(pad)上，對被測試元件200進行拍攝，於該情形時，特定部80可根據獲得的溫度分布，特定出已發生故障的被測試元件200。被測試元件200上所配置的電極墊可分別與被測試元件200中所含的多個開關元件相對應地設置，取而代之，亦可設置為被多個元件共用。攝影部70自被測試元件200上所配置的電極墊上，對被測試元件200進行拍攝，藉此，可不使電極墊下的元件露出而以某程度的精度來特定出溫度的異常。又，分別與被測試元件200中所含的多個開關元件相對應地設置電極墊，藉此，可特定出各個開關元件是否表現溫度異常。

圖3表示作為IGBT的被測試元件200的累增崩潰耐受量的測試中，被測試元件200正常地進行動作時的被測試元件200的閘極電壓、集極-射極之間的電壓、集極電流、第1半導體開關24的控制信號以及連接點A的電壓的波形的一例。再者，於圖3中，Vge表示被測試元件200的閘極電壓(閘極-射極之間的電壓)。又，Vce表示被測試元件200的集極-射極之間的電壓。Ic表示被測試元件200的集極電流。SW表示第1半導體開關24的控制信號的波形。Vsw表示節點(連接點A)的電位，該節點(連接點A)連接著電感負載部22的被測試元件200側的端子。

當測試作為IGBT的被測試元件200的累增崩潰耐受量時，首先，控制部10使被測試元件200斷開，且使第2半導體開關26接通。又，由於未檢測出異常，因此，控制部10使第1半導體開關24斷開，並且使第3半導體開關28-1及28-2接通。使被測試元件200斷開以及使第2半導體開關26接通之後，連接點A的電位(Vsw)達到電源電壓Vcc。又，被測試元件200的集極-射極之間的電壓(Vce)亦達到電源電壓Vcc。

再者，控制部10接下來維持著使第2半導體開關26接通的狀態。又，控制部10接下來維持著使第3半導體開關28-1及28-2接通的狀態，直至檢測出異常為止。

接著，控制部10於時刻t1，將被測試元件200自斷開切換至接通。於時刻t1，被測試元件200接通之後，被測試元件200的集極-射極之間的電壓(Vce)為0電位(接地(ground)電位)。又，連接點A的電位(Vsw)亦為0電位(接地電位)。

又，於時刻t1，被測試元件200接通之後，被測試元件200的集極電流Ic以與電感負載部22的電感相對應的變化速度而增加。接著，藉由自電源部20供給的電力，能量(energy)蓄積於電感負載部22。

接著，於自時刻t1經過了預定的時間的時刻t2，控制部10將被測試元件200自接通切換至斷開。若被測試元件200自接通切換至斷開，則流入至電感負載部22的電流被阻斷，從而於電感負載部22中產生反電動勢。因此，於時刻t2，被測試元件200斷開之後，連接點A的電位(Vsw)會上升至如下的電壓，該電壓是將電源部20所產生的電源電位Vcc與對應於電感負載部22的反電動勢的電壓相加所得的電壓。

又，於時刻t2，被測試元件200斷開之後，電感負載部22將在自時刻t1至時刻t2的期間所蓄積的能量作為電流而予以放出。被測試元件200藉由使集極電流Ic流動而將自電感負載部22放出的電流予以吸收。

因此，於時刻t2，被測試元件200斷開之後，直至蓄積於電感負載部22的能量完全被放出為止的期間，被測試元件200使集極電流Ic流動。接著，上述集極電流Ic以與電感負載部22的電感相對應的變化速度而減少。再者，將蓄積於電感負載部22的能量作為電流而被放出的期間稱為累增期間Tav。

接著，若蓄積於電感負載部22的能量完全被放出(時刻t3)，則集極電流Ic為0。又，電感負載部22所產生的反電動勢亦為0，因此，連接點A的電位(Vsw)成為電源電壓Vcc。又，被測試元件200的集極-射極之間的電壓(Vce)亦成為電源電壓Vcc。

測試裝置100於累增崩潰耐受量的測試中，對被測試元件200進行如上所述的控制。而且，若以上的動作正常地進行，即，若過電流未流入至被測試元件200，或被測試元件200未崩潰，則測試裝置100判定出被測試元件200為良品。

圖4表示於作為IGBT的被測試元件200的累增崩潰耐受量的測試中，當被測試元件200進行異常動作時的被測試元件200的閘極電壓、集極-射極之間的電壓、集極電流、第1半導體開關24的控制信號以及連接點A的電壓的波形的一例。再者，於圖4中，Vge、Vce、Ic、SW以及Vsw與圖3相同。

另一方面，於測試中，被測試元件200發生故障。於該情形時，被測試元件200的動作產生異常。

例如，於累增期間Tav中的時刻t4，被測試元件200以短路模式而發生故障。於該情形時，於電感負載部22中產生反電動勢，集極電流Ic會急速地增加。又，由於被測試元件200短路，因此，連接點A的電位(Vsw)會瞬間下落至接地電位，但接著會急速地增加而達到鉗位電壓。

此處，當被測試元件200以上述方式發生故障時，若繼續使集極電流Ic自電感負載部22流入至被測試元件200，則被測試元件200因集極電流Ic的增加而崩潰的可能性高。當被測試元件200以上述方式發生故障時，本實施形態的異常檢測部30會通知控制部10已產生了異常。作為一例，異常檢測部30於累增期間，檢測出集極電流Ic已急速地上升，且將該情形通知控制部10。

接著，控制部10自異常檢測部30接受通知，且相應地將第1半導體開關24自斷開切換至接通，且將第3半導體開關28-1及28-2自接通切換至斷開(時刻t5)。藉此，控制部10可使來自電感負載部22的電流中的欲流入至被測試元件200的電流分流至第1半導體開關24，使流入至被測試元件200的集極電流Ic減少，並且可藉由第3半導體開關28-1及28-2來將自電感負載部22急速地流入至被測試元件200的集極電流Ic予以阻斷。當將對於被測試元件200的電源電壓的供給予以阻斷時，控制部10可於使第2半導體開關26斷開之後，使第1半導體開關24接通。由於第1半導體開關24與第2半導體開關26並不同時接通，因此，自電感負載部22至接地電位為止不會發生短路，可防止自電源部20供給過剩的電流。藉由如上所述的動作，根據測試裝置100，作為IGBT的被測試元件200的累增崩潰耐受量的測試中，可防止過電流流動而使被測試元件200崩潰，或可防止測試裝置100本身崩潰。

又，即便當被測試元件200以開放模式而發生故障時，控制部10亦會自異常檢測部30接受通知，且相應地將第1半導體開關24自斷開切換至接通。藉此，可將被測試元件200的集極-射極之間保持於低電壓，從而可防止被測試元件200崩潰，或可防止測試裝置100本身崩潰。

圖5表示分別針對第3半導體開關28-1及28-2，改變了輸入時序(timing)的控制信號的一例。

當使第3半導體開關28-1及28-2各自從斷開變為接通時，半導體開關越靠近被測試元件200，則控制部10亦可使多個控制信號各自的輸入時序越遲。藉此，當使第3半導體開關28-1及28-2自斷開過渡至接通時，控制部10可使接地電位側(即，第3半導體開關28-2)最後接通。

又，當使第3半導體開關28-1及28-2各自從接通變為斷開時，半導體開關越靠近被測試元件200，則控制部10亦可使多個控制信號各自的輸入時序越早。藉此，當使第3半導體開關28-1及28-2自接通過渡至斷開時，控制部10可使接地電位側(即，第3半導體開關28-2)最先斷開。

根據如上所述的控制部10，即便當電感負載部22中產生過大的電壓時，亦使平均化的電壓施加至第3半導體開關28-1及28-2，即，亦不會使過大的電壓僅施加至一個半導體開關，因此，可避免第3半導體開關28-1及28-2的故障。

圖6表示分別針對第3半導體開關28-1及28-2，在接通以及斷開之間的過渡過程中，將控制信號的變化的斜度予以改變的變形例。作為一例，控制部10對使多個控制信號各自發生變化的斜度進行調整。

於上述情形時，半導體開關越靠近被測試元件200，則控制部10使多個控制信號各自的斜度越緩和。藉此，當使第3半導體開關28-1及28-2自斷開過渡至接通時，控制部10可使接地電位側(即，第3半導體開關28-2)最後接通。

又，當使第3半導體開關28-1及28-2各自從接通變為斷開時，半導體開關越靠近被測試元件200，則控制部10使多個控制信號各自的斜度越陡峭。藉此，當使第3半導體開關28-1及28-2自接通過渡至斷開時，控制部10可使接地電位側(第3半導體開關28-2)的半導體開關最先斷開。

對於如上所述的控制部10而言，即便當電感負載部22中產生過大的電壓時，亦使平均化的電壓施加至第3半導體開關28-1及28-2，即，亦不會使過大的電壓僅施加至一個半導體開關，因此，可避免第3半導體開關28-1及28-2的故障。

根據如上所述的構成，當為了防止被測試元件的崩潰而對固定的電流值等異常進行檢測時，可將對於元件的電力供給予以阻斷。又，當將電力供給予以阻斷時，可防止過大的電流流入至被測試元件。

以上，使用實施形態來對本發明進行了說明，但本發明的技術範圍並不限定於上述實施形態所揭示的範圍。對於本領域技術人員而言，顯然可對上述實施形態添加多種變更或改良。根據申請專利範圍的揭示，此種添加了變更或改良的形態顯然亦可包含於本發明的技術範圍。

對於申請專利範圍、說明書、及圖式中所示的裝置、系統(system)、程式、及方法中的動作、順序、步驟(step)、以及階段等的各處理的執行順序而言，並不特別地明示為「先於」、「先」等，而且，應當留意只要並非於之後的處理中使用之前的處理的輸出，則能夠以任意的順序來實現。關於申請專利範圍、說明書、及圖式中的動作流程，即便為了方便而使用「首先，」、「接著，」等來進行說明，亦並不意味著必須按照該順序來實施。

10‧‧‧控制部

20‧‧‧電源部

22‧‧‧電感負載部

24‧‧‧第1半導體開關

26‧‧‧第2半導體開關

28-1、28-2‧‧‧第3半導體開關

30‧‧‧異常檢測部

42‧‧‧電壓源

44、64‧‧‧電容器

46‧‧‧電感器

50‧‧‧放電管

52‧‧‧絕緣放大器

60‧‧‧鉗位部

62‧‧‧二極體

66‧‧‧鉗位電壓設定部

70‧‧‧攝影部

80‧‧‧特定部

100‧‧‧測試裝置

200‧‧‧被測試元件

A‧‧‧連接點

Ic‧‧‧集極電流

SW‧‧‧波形

t1~t5‧‧‧時刻

Tav‧‧‧累增期間

Vcc‧‧‧電源電壓

Vce‧‧‧集極-射極之間的電壓

Vge‧‧‧閘極電壓(閘極-射極之間的電壓)

Vsw‧‧‧電位

圖1一併表示對被測試元件200進行測試的測試裝置100的構成例以及被測試元件200。

圖2表示異常檢測部30的構成例。

圖3表示作為IGBT的被測試元件200的累增崩潰耐受量的測試中，當被測試元件200正常地進行動作時的被測試元件200的閘極電壓、集極-射極之間的電壓、集極電流、第1半導體開關24的控制信號以及連接點A的電壓的波形的一例。

圖4表示作為IGBT的被測試元件200的累增崩潰耐受量的測試中，當被測試元件200進行異常動作時的被測試元件200的閘極電壓、集極-射極之間的電壓、集極電流、第1半導體開關24的控制信號以及連接點A的電壓的波形的一例。

圖5表示分別針對第3半導體開關28-1及28-2，改變了輸入時序的控制信號的一例。

圖6表示分別針對第3半導體開關28-1及28-2，改變了變化時的斜度的控制信號的一例。