TWI468706B - 突崩破壞耐量的測試裝置 - Google Patents

Description

突崩破壞耐量的測試裝置

本發明是有關於一種測試裝置。

在切換流至感應負載(inductive load)的電流的半導體開關(例如絕緣閘極型雙極電晶體(IGBT，Insulated Gate Bipolar Translator))的製造步驟中，實施突崩破壞(avalanche destruction)耐量的測試。於專利文獻1中，記載有突崩破壞測試用的測試裝置。

專利文獻1：日本專利公開公報第2007-33042號公報

然而，在測試裝置中維持殼體的開閉部等的鎖定(lock)使得使用者在測試時無法對基板進行存取等。又，例如在突崩破壞測試用的測試裝置中，進行測試時能量會儲存在感應負載中，因此維持殼體的開閉部的鎖定，直至所儲存的能量釋放為止。因此，較佳為在此種測試裝置中，能夠簡單且確實地檢測儲存於感應負載中的能量是否已釋放而維持鎖定。

為了解決上述問題，本發明的第1形態提供一種測試裝置，其對被測試元件進行測試，且包括：電源部，產生供給至上述被測試元件的電源電壓；感應負載部，設置於上述電源部與上述被測試元件之間的路徑上；收納部，收 納至少包含上述感應負載部的基板；以及鎖定維持部，於上述基板中預定的部位的電壓大於設定電壓的情形時，將用於使操作者對上述收納部內的上述基板進行存取的開閉部維持為鎖定狀態。

再者，上述發明內容並未列舉本發明的所有必要特徵。又，該等特徵群的次組合(subcombination)亦可成為發明。

以下，通過發明的實施形態來說明本發明，以下的實施形態並非限定申請專利範圍的發明者。又，實施形態中所說明的特徵的所有組合並不一定是發明解決手段所必需的。

圖1表示本實施形態的測試裝置10的外觀構成的一例。本實施形態的測試裝置10對作為半導體開關的被測試元件200的突崩破壞耐量進行測試。於本實施形態中，被測試元件200是絕緣閘極型雙極電晶體(IGBT)。

測試裝置10包含本體部12與測試頭(test head)13。本體部12進行該測試裝置10的整體控制。測試頭13作為至少收納一個測試用基板20的收納部而發揮功能。測試用基板20包含用於對被測試元件200進行測試的電路。又，測試頭13在例如上部設有載置被測試元件200的性能板14(performance board)。

又，測試頭13包含用於使操作者對內部的測試用基 板20進行存取的開閉部15。作為一例，開閉部15具有開閉收納部的側面的構造。又，作為一例，開閉部15亦可具有開閉收納部的上部的構造。

又，測試裝置10亦可於性能板14上進一步包含收納部，該收納部設置於被測試元件200與測試頭13之間且被稱為夾具(fixture)。於此情形時，在夾具內，將測試用基板20的一部分收納於內部。而且，開閉部15開閉夾具，而使操作者對測試用基板20進行存取。

又，夾具亦可不設置於測試頭13上，而與測試頭13分開設置。於此情形時，測試頭13與夾具藉由配線、探針或連接器等而連接。

又，測試頭13更包含鎖定部16，該鎖定部16進行鎖定以便例如於測試時等不使開閉部15誤開。在測試時，鎖定部16可以禁止對測試頭13內的測試用基板20的存取。

圖2將本實施形態的測試裝置10的構成與被測試元件200一併表示。測試裝置10包含電源部22、感應負載部24、電源開關26、阻斷開關28、箝制(clamp)部30、釋放用開關32、控制部34及鎖定維持部38。

電源部22產生供給至被測試元件200的電源電壓。作為一例，電源部22產生600V至2500V的直流電源電壓。於本實施形態中，電源部22將電源電壓施加於被測試元件200(其為IGBT)的集極-射極間。更具體而言，被測試元件200中射極是連接於接地線。而且，電源部22將正電源電壓施加於被測試元件200的集極。

作為一例，電源部22包含直流電源部42、電源用電容器44及電源用二極體45。直流電源部42的負端子連接於接地線。電源用電容器44連接於接地線與直流電源部42的正端子之間。電源用二極體45的陽極連接於直流電源部42的正端子。此種電源部22自電源用二極體45的陰極產生電源電壓。

感應負載部24具有電感(inductance)，且設置於電源部22與被測試元件200之間的路徑上。作為一例，感應負載部24為電感器(inductor)46。於本實施形態中，感應負載部24設置於電源部22的電源電壓的產生端與作為IGBT的被測試元件200的集極之間的路徑上。

再者，感應負載部24亦可為具有切換具有不同電感的多個電感器46的構成。藉此，感應負載部24可以將與被測試元件200的種類及測試內容對應的電感設置於電源部22與被測試元件200之間的路徑上。

電源開關26將電源部22與感應負載部24之間連接或切斷。在測試時，電源開關26將電源部22與感應負載部24之間連接，在測試以外的期間，電源開關26將電源部22與感應負載部24之間切斷。作為一例，電源開關26為繼電器(relay)或IGBT等半導體開關。

阻斷開關28設置於感應負載部24與被測試元件200之間的路徑上。於本實施形態中，阻斷開關28設置於感應負載部24中未與電源部22連接的一側的端子、與作為IGBT的被測試元件200的集極之間的路徑上。阻斷開關 28在正常時將感應負載部24與被測試元件200之間連接，異常時將感應負載部24與被測試元件200之間切斷。作為一例，阻斷開關28為IGBT等半導體開關。

箝制部30將感應負載部24與阻斷開關28之間的路徑(連接點A)的電壓限制於預先設定的範圍內。於本實施形態中，箝制部30限制感應負載部24與阻斷開關28之間的路徑中的電壓，使其不會變成高於電源電壓的預定箝位電壓(例如高於電源電壓數10%的電壓)以上。

作為一例，箝制部30包含可變電壓源54、箝制用電容器56及二極體(diode)58。可變電壓源54的負端子連接於接地線，產生由外部所設定的箝位電壓。箝制用電容器56連接於接地線與可變電壓源54的正端子之間。

二極體58的陽極連接於感應負載部24與阻斷開關28之間的路徑(連接點A)上，陰極連接於可變電壓源54的正端子。此種箝制部30在連接點A的電位變成箝位電壓以上時，二極體58接通(ON)，吸入流至連接點A的電流。藉此，箝制部30可將連接點A的電位限制為箝位電壓以下。

釋放用開關32在測試結束之後，使儲存於感應負載部24的能量釋放。作為一例，釋放用開關32經由阻抗負載將感應負載部24的兩端分別連接於預定的基準電位(例如接地電位)。

作為一例，釋放用開關32包含第1開關60、第2開關62、第1阻抗64及第2阻抗66。第1開關60經由第1 阻抗64將感應負載部24的電源部22側的端子與接地電位之間連接或切斷。第2開關62經由第2阻抗66將感應負載部24的被測試元件200側的端子與接地電位之間連接或切斷。

控制部34對電源開關26進行控制。更具體而言，測試開始時控制部34將電源開關26接通，測試結束時控制部34將電源開關26斷開(OFF)。藉此，在測試時，控制部34可以經由感應負載部24將由電源部22所產生的電源電壓供給至被測試元件200。

又，控制部34對被測試元件200進行控制。於本實施形態中，控制部34提供被測試元件200(其為IGBT)的閘極電壓，將被測試元件200控制為接通或斷開。

又，控制部34對阻斷開關28進行控制。正常時控制部34將阻斷開關28接通。而且，在測試異常時控制部34將阻斷開關28斷開。藉此，控制部34可以在異常時停止向被測試元件200供給電壓。

又，測試結束之後，控制部34將釋放用開關32接通。藉此，控制部34可以將測試時儲存於感應負載部24的能量釋放。而且，控制部34在將儲存於感應負載部24的能量釋放之後，將釋放用開關32斷開。

鎖定維持部38對是否將用於使操作者存取作為收納部的測試頭13內的測試用基板20的開閉部15維持為鎖定狀態、開閉部15的鎖定是否能解除進行控制。於鎖定維持部38維持鎖定狀態的情形時，即便操作者進行解除鎖定的 操作，鎖定部16亦不解除鎖定。於鎖定維持部38能解除鎖定的情形時，鎖定部16根據操作者進行解除鎖定的操作，而解除鎖定。

此處，於測試用基板20中預定部位的電壓大於設定電壓的情形時，鎖定維持部38將開閉部15維持為鎖定狀態。即，於測試用基板20中預定部位的電壓大於設定電壓的情形時，即便操作者進行解除開閉部15的鎖定的操作，鎖定維持部38亦不解除鎖定。藉此，於預定部位的電壓大於設定電壓的情形時，鎖定維持部38禁止操作者對內部的測試用基板20進行存取。

本實施形態中，於感應負載部24兩端之一的電壓大於設定電壓的情形時，鎖定維持部38將開閉部15維持為鎖定狀態。更具體而言，於感應負載部24的電源開關26側端子的電壓或感應負載部24的被測試元件200側端子的電壓大於設定電壓的情形時，鎖定維持部38將開閉部15維持為鎖定狀態。即，於能量殘存於感應負載部24中的情形時，鎖定維持部38將開閉部15維持為鎖定狀態。藉此，在能量儲存於感應負載部24的期間，鎖定維持部38禁止操作者對設有感應負載部24的測試用基板20進行存取。

又，作為一例，於測試用基板20中預定部位的電壓大於設定電壓的情形時，鎖定維持部38亦可在經過一定時間之後再次檢測預定部位的電壓。藉此，即便於鎖定維持部38維持鎖定的情形時，若經過一定時間後測試用基板20中預定部位的電壓變成設定電壓以下，則可解除鎖定。

再者，本實施形態的測試裝置10亦可為包含多個測試用基板20的構成。於此情形時，電源部22、箝制部30及鎖定維持部38設置成被多個測試用基板20共用即可。

圖3表示在被測試元件200(其為IGBT)的突崩破壞耐量的測試中，被測試元件200正常動作時的被測試元件200的閘極電壓、集極-射極間電壓、集極電流、阻斷開關28的控制信號及連接點A的電壓波形的一例。再者，於圖3中，Vge表示被測試元件200的閘極電壓(閘極-射極間電壓)。又，Vce表示被測試元件200的集極-射極間電壓。Ic表示被測試元件200的集極電流。SW表示阻斷開關28的控制信號的波形。Vsw表示感應負載部24與阻斷開關28之間的路徑(連接點A)的電位。

於測試被測試元件200(其為IGBT)的突崩破壞耐量的情形時，首先，控制部34將被測試元件200斷開，接通電源開關26。又，由於未檢測到異常，故控制部34將阻斷開關28接通。將被測試元件200斷開及將電源開關26接通後，連接點A的電位(Vsw)變成電源電壓Vcc。又，被測試元件200的集極-射極間電壓(Vce)亦變成電源電壓Vcc。

再者，之後控制部34維持將電源開關26接通的狀態。又，之後控制部34維持將阻斷開關28接通的狀態，直至檢測到異常為止。

繼而，在時刻t1，控制部34將被測試元件200自斷開切換成接通。在時刻t1被測試元件200接通之後，被測 試元件200的集極-射極間電壓(Vce)變成與被測試元件200的特性對應的電壓。又，連接點A的電位(Vsw)變成自集極-射極間電壓(Vce)中移走(shift)阻斷開關28的接通電壓量後的電壓。

又，在時刻t1被測試元件200接通後，被測試元件200的集極電流Ic以與感應負載部24的電感對應的變化速度增加。而且，藉由自電源部22所供給的電力而於感應負載部24儲存能量。

繼而，在自時刻t1經過預定時間後的時刻t2，控制部34將被測試元件200自接通切換成斷開。若被測試元件200自接通切換成斷開，則流至感應負載部24的電流被阻斷，感應負載部24中產生反電動勢(back electromotive force)。因此，在時刻t2被測試元件200斷開後，連接點A的電位(Vsw)上升至將自電源部22產生的電源電位Vcc與對應於感應負載部24的反電動勢的電壓相加而得的電壓。

又，在時刻t2被測試元件200斷開後，感應負載部24將在時刻t1至時刻t2之間儲存的能量以電流形式釋放。被測試元件200藉由流通集極電流Ic而吸收自感應負載部24釋放的電流。

因此，於在時刻t2被測試元件200斷開後，直至儲存於感應負載部24的能量全部釋放為止的期間，被測試元件200中流通集極電流Ic。而且，該集極電流Ic以與感應負載部24的電感對應的變化速度減少。再者，將儲存於感應 負載部24的能量以電流形式釋放的期間稱為突崩期間Tav。

繼而，當儲存於感應負載部24的能量全部釋放後(時刻t3)，集極電流Ic變成0。又，由感應負載部24產生的反電動勢亦變成0，因此連接點A的電位(Vsw)變成電源電壓Vcc。又，被測試元件200的集極-射極間電壓(Vce)亦變成電源電壓Vcc。

在突崩破壞耐量的測試中，測試裝置10對被測試元件200進行如上所述的控制。而且，若以上動作正常進行，即，若被測試元件200中未流通過電流或者未破壞，則測試裝置10判定被測試元件200為良品。

圖4表示在被測試元件200(其為IGBT)的突崩破壞耐量的測試中，進行異常動作時的被測試元件200的閘極電壓、集極-射極間電壓、集極電流、阻斷開關28的控制信號及連接點A的電壓波形的一例。再者，於圖4中，Vge、Vce、Ic、SW及Vsw與圖3相同。

在進行測試時，被測試元件200會發生故障。於此情形時，被測試元件200的動作產生異常。

例如，在突崩期間Tav中的時刻t4，被測試元件200以短路模式發生故障。於此情形時，集極電流Ic急速增加。又，連接點A的電位(Vsw)因被測試元件200以短路模式發生故障而導致電位下降。

此處，如此當被測試元件200發生故障時，若繼續向被測試元件200流通集極電流Ic，則被測試元件200因集 極電流Ic增加而破壞的可能性高。因此，於此種情形時，控制部34將阻斷開關28自接通切換成斷開(時刻t5)。

藉此，如此當被測試元件200發生故障時，控制部34可以阻斷急速流入被測試元件200的集極電流Ic。此時，連接點A的電位(Vsw)雖因感應負載部24的反電動勢而上升，但被限制於箝位電壓。而且，經過一定時間後，連接點A的電位(Vsw)下降至電源電壓Vcc。

如此，根據測試裝置10，在被測試元件200(其為IGBT)的突崩破壞耐量的測試中，可以防止流通過電流而導致被測試元件200破壞，或者測試裝置10自身破壞的狀況。

圖5表示本實施形態的測試裝置10的測試結束後的處理流程。當測試結束時，測試裝置10執行圖5所示的步驟S11至步驟S16的處理。

在測試結束的時間點，測試裝置10的鎖定維持部38將開閉部15維持為鎖定狀態。而且，當測試結束時，首先，測試裝置10的控制部34將電源開關26及阻斷開關28斷開(S11)。藉此，控制部34可以停止能量重新儲存於感應負載部24。

繼而，測試裝置10的控制部34使儲存於感應負載部24的能量釋放(S12)。作為一例，控制部34藉由釋放用開關32，將感應負載部24的兩端經由阻抗負載而連接於接地電位，使儲存於感應負載部24的能量釋放。

繼而，測試裝置10的控制部34將箝位電壓變更為預 定電位以下(S13)。測試裝置10亦可不執行步驟S13的處理。

繼而，測試裝置10的鎖定維持部38判定儲存於感應負載部24的能量是否已釋放(S14)。於本實施形態中，鎖定維持部38判定感應負載部24兩端之一的電壓是否大於設定電壓。於感應負載部24兩端之一的電壓大於設定電壓的情形時，鎖定維持部38判斷能量仍然殘存，將開閉部15維持為鎖定狀態。

每經過一定時間，鎖定維持部38判定感應負載部24兩端之一的電壓是否大於設定電壓。而且，於感應負載部24兩端之一的電壓變成設定電壓以下的情形時，鎖定維持部38轉移至下一處理。

繼而，鎖定維持部38判定是否滿足解除開閉部15的鎖定的所有條件(S15)。於不滿足所有條件的情形時，鎖定維持部38於步驟S15中使處理待機，將開閉部15維持為鎖定狀態。而且，於滿足所有條件的情形時，鎖定維持部38可於步驟S16中，解除開閉部15的鎖定。

如上所述，即便測試結束，測試裝置10亦可將開閉部15維持為鎖定狀態，直至儲存於感應負載部24的能量釋放為止。藉此，根據測試裝置10，可以簡單且確實地檢測儲存於感應負載部24的能量是否已釋放而維持鎖定，且在儲存有能量的期間禁止操作者存取測試用基板20。

再者，作為一例，鎖定維持部38亦可將箝制部30的箝位電壓為預定電壓以下作為能夠解除鎖定的條件之一。 於此情形時，作為一例，於箝制部30的箝位電壓大於預定電壓的情形時，鎖定維持部38將開閉部15維持為鎖定狀態。而且，作為一例，鎖定維持部38能夠以箝制部30的箝位電壓為預定電壓以下作為條件，將開閉部15的鎖定解除。藉此，鎖定維持部38能夠以箝位電壓已確實降低為條件，使操作者存取測試用基板20。又，同樣地，鎖定維持部38亦可將自電源部22輸出的電源電壓作為能夠解除鎖定的條件之一。於此情形時，當電源電壓大於預定電壓時，鎖定維持部38將開閉部15維持為鎖定狀態。

又，於使多個被測試元件200並行進行測試的情形時，鎖定維持部38亦可將多個被測試元件200分別對應的多個感應負載部24全部已釋放能量作為能夠解除鎖定的條件之一。於此情形時，作為一例，於多個感應負載部24中至少一個兩端中的其中一個電壓大於設定電壓的情形時，鎖定維持部38將開閉部15維持為鎖定狀態。藉此，鎖定維持部38能夠以所有感應負載部24的能量已釋放作為條件，而使操作者存取測試用基板20。

圖6表示本實施形態的變形例的測試裝置10的外觀構成的一例。由於本變形例的測試裝置10採用與圖1至圖5中已說明的測試裝置10相同的功能及構成，故以下除不同點以外均省略說明。

本變形例的測試裝置10藉由處置器裝置80進行存取。處置器裝置80自匣等中取出未測試的被測試元件200，將其搬送至測試裝置10。然後，處置器裝置80自測 試裝置10中取出測試結束的被測試元件200，將其搬送至匣中。

於本變形例中，鎖定維持部38控制處置器裝置80對該測試裝置10進行存取的禁止或許可。而且，於測試用基板20中預定部位的電壓(例如感應負載部24的兩端電壓)大於設定電壓的情形時，鎖定維持部38禁止處置器裝置80對該測試裝置10進行存取。藉此，根據本變形例的測試裝置10，鎖定維持部38可以在至少感應負載部24的能量釋放之後，使處置器裝置80對被測試元件200進行存取。

以上，利用實施形態說明了本發明，但本發明的技術範圍並不限定於上述實施形態中記載的範圍。本領域技術人員應明白可對上述實施形態添加各種變更或改良。根據申請專利範圍的記載應明白添加有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，申請專利範圍、說明書及圖式中所示的裝置、系統、程式及方法的動作、次序、步驟及階段等各處理的執行順序，只要未特別明示「先前」、「之前」等、且未特別明示前一處理的輸出用於後一處理，則可以任意順序實現。關於申請專利範圍、說明書及圖式中的動作流程，為了方便而使用「首先」、「其次」等進行說明，但並不意味著必需以該順序實施。

10‧‧‧測試裝置

12‧‧‧本體部

13‧‧‧測試頭

14‧‧‧性能板

15‧‧‧開閉部

16‧‧‧鎖定部

20‧‧‧測試用基板

22‧‧‧電源部

24‧‧‧感應負載部

26‧‧‧電源開關

28‧‧‧阻斷開關

30‧‧‧箝制部

32‧‧‧釋放用開關

34‧‧‧控制部

38‧‧‧鎖定維持部

42‧‧‧直流電源部

44‧‧‧電源用電容器

45‧‧‧電源用二極體

46‧‧‧電感器

54‧‧‧可變電壓源

56‧‧‧箝制用電容器

58‧‧‧二極體

60‧‧‧第1開關

62‧‧‧第2開關

64‧‧‧第1阻抗

66‧‧‧第2阻抗

80‧‧‧處置器裝置

200‧‧‧被測試元件

Vge‧‧‧閘極-射極間電壓

Vce‧‧‧集極-射極間電壓

Ic‧‧‧集極電流

SW‧‧‧波形

Vsw‧‧‧電位

Vcc‧‧‧電源電壓

Tav‧‧‧突崩期間

t1~t5‧‧‧時刻

S11~S16‧‧‧步驟

A‧‧‧連接點

圖1表示本實施形態的測試裝置10的外觀構成的一 例。

圖2將本實施形態的測試裝置10的構成與被測試元件200一併表示。

圖3表示在被測試元件200(其為IGBT)的突崩破壞耐量的測試中，當被測試元件200正常動作時的被測試元件200的閘極電壓、集極-射極間電壓、集極電流、阻斷開關28的控制信號及連接點A的電壓波形的一例。

圖4表示在被測試元件200(其為IGBT)的突崩破壞耐量的測試中，當被測試元件200異常動作時的被測試元件200的閘極電壓、集極-射極間電壓、集極電流、阻斷開關28的控制信號及連接點A的電壓波形的一例。

圖5表示本實施形態的測試裝置10的測試結束後的處理流程。

圖6表示本實施形態的變形例的測試裝置10的外觀構成的一例。

10‧‧‧測試裝置

12‧‧‧本體部

13‧‧‧測試頭

14‧‧‧性能板

15‧‧‧開閉部

16‧‧‧鎖定部

20‧‧‧測試用基板

200‧‧‧被測試元件

Claims (8)

1. 一種突崩破壞耐量的測試裝置，其對被測試元件進行測試，且包括：電源部，產生供給至上述被測試元件的電源電壓；感應負載部，設置於上述電源部與上述被測試元件之間的路徑上；收納部，收納至少包含上述感應負載部的基板；鎖定維持部，於上述基板中預定部位的電壓大於設定電壓的情形時，將用於使操作者對上述收納部內的上述基板進行存取的開閉部維持為鎖定狀態；以及釋放用開關，該釋放用開關在測試結束之後，使儲存於上述感應負載部的能量釋放，當上述感應負載部中殘存能量時，上述鎖定維持部將上述開閉部維持為鎖定狀態。
2. 如申請專利範圍第1項所述的突崩破壞耐量的測試裝置，其中上述釋放用開關將上述感應負載部的兩端分別連接於預定的基準電位。
3. 一種突崩破壞耐量的測試裝置，其對被測試元件進行測試，且包括：電源部，產生供給至上述被測試元件的電源電壓；感應負載部，設置於上述電源部與上述被測試元件之間的路徑上；收納部，收納至少包含上述感應負載部的基板； 鎖定維持部，於上述基板中預定部位的電壓大於設定電壓的情形時，將用於使操作者對上述收納部內的上述基板進行存取的開閉部維持為鎖定狀態；以及箝制部，該箝制部將施加於上述被測試元件的電壓限制在預定範圍內，於上述箝制部的電壓大於預定電壓的情形時，上述鎖定維持部將上述開閉部維持為鎖定狀態。
4. 如申請專利範圍第1項或第3項所述突崩破壞耐量的測試裝置，其中於上述感應負載部兩端之一的電壓大於上述設定電壓的情形時，上述鎖定維持部將上述開閉部維持為鎖定狀態。
5. 如申請專利範圍第1項或第3項所述的突崩破壞耐量的測試裝置，其中於上述基板中預定部位的電壓大於上述設定電壓的情形時，上述鎖定維持部在經過一定時間之後再次檢測預定部位的電壓。
6. 如申請專利範圍第1項或第3項所述的突崩破壞耐量的測試裝置，其中於上述基板中預定部位的電壓大於設定電壓的情形時，上述鎖定維持部禁止將上述被測試元件搬送至該測試裝置的處置器裝置對該測試裝置進行存取。
7. 如申請專利範圍第1項或第3項所述的突崩破壞耐量的測試裝置，其更包括電源開關，該電源開關設置於上 述電源部與上述感應負載部之間。
8. 如申請專利範圍第1項或第3項所述的突崩破壞耐量的測試裝置，其中上述被測試元件是絕緣閘極型雙極電晶體。