(57)【要約】【課題】小型・高密度化するパワーモジュールのような機器内部の絶縁欠陥発生箇所の詳細な位置検出および欠陥状態の判別をすることで欠陥発生要因の特定を行うことのできる被測定物の欠陥検出装置と方法を提供する。【解決手段】被測定物に対して試験電圧を印加し、ビーム状のＸ線を照射して部分放電を測定して欠陥位置を検出する際に、照射範囲の透過画像を観測できるようにし、全体透過画像と対応させてＸ線照射位置を確認することで、照射位置を正確に制御することができ、欠陥検出時に欠陥を可視化することで、欠陥の正確な位置を特定することができる。さらに、部分放電波形の測定による欠陥状態の判別結果と合わせて、欠陥発生要因を特定する。【選択図】図１
2010281785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物に対するＸ線照射による透過画像観測と部分放電測定によって欠陥位置及び状態を検出する被測定物の欠陥検出装置であって、
Ｘ線を発生するＸ線発生器及び当該Ｘ線発生器から前記被測定物に照射するＸ線の照射範囲を制限するＸ線遮蔽板を有するＸ線照射手段と、
前記被測定物に照射されたＸ線による被測定物の透過画像を観測する透過撮影手段と、
前記透過撮影手段による透過画像観測の際に前記被測定物を載置する可動ステージを操作して前記被測定物へのＸ線照射位置を制御する照射位置移動手段と、
前記Ｘ線遮蔽板の制御による前記被測定物へのＸ線の照射範囲制御と、前記被測定物の全体へのＸ線照射による全体照射時の透過画像観測と一部分へのＸ線照射による一部分照射時の透過画像観測との画像取得の切り替えと、全体照射時と一部分照射時に取得された透過画像の比較とにより、Ｘ線照射位置を確認する照射位置確認手段と、
被測定物に対して試験電圧を印加し、当該被測定物に発生する部分放電を測定する部分放電測定手段と
を備えたことを特徴とする被測定物の欠陥検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の被測定物の欠陥検出装置において、
前記部分放電測定手段は、部分放電波形を観測するモニターを備えた
ことを特徴とする被測定物の欠陥検出装置。
【請求項３】
被測定物に対するＸ線照射による透過画像観測と部分放電測定とによって欠陥位置及び状態を検出する被測定物の欠陥検出方法であって、
Ｘ線照射位置を確認する照射位置確認手段により、Ｘ線の照射位置を確認し、照射位置のずれを修正すべく透過画像を観測しながら基準となる位置に移動させることと、
電圧印加手段により被測定物に試験電圧を印加して、照射位置移動手段により前記被測定物を載置する可動ステージを操作して前記被測定物へのＸ線照射位置を移動させながら、部分放電測定手段により被測定物に発生する部分放電を測定し、当該部分放電発生時に、透過撮影手段による被測定物の透過画像観測により欠陥を可視化することと
を備えたことを特徴とする被測定物の欠陥検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被測定物の欠陥検出装置に関し、半導体装置、特にパワーモジュール等の高電圧機器の絶縁欠陥位置の検出に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気エネルギーの効率的利用のための装置としてパワーモジュールの需要が高まっている。電極部には高電圧が印加されるため、パワーモジュールには高い絶縁信頼性が要求されるが、製造過程や駆動時の発熱の影響等により絶縁欠陥が発生する場合がある。欠陥発生抑制のためには、まず発生箇所および原因を特定する必要があり、そのための絶縁欠陥検出方法が求められる。しかしながら、装置の分解による検査では、非常に時間がかかり、欠陥の特定が困難であるため、非破壊での検査方式が求められる。また、Ｘ線透過による検査では、透過画像で欠陥を発見したとしても、そこが放電箇所となるかの断定はできない。そのため、部分放電測定による確認も求められる。
【０００３】
従来の絶縁欠陥検出方法には、Ｘ線の照射により欠陥部に初期電子を誘起すると部分放電開始電圧が下がることを利用した方法がある。これはＸ線の照射方向を制御して試料の一部分に照射し、それによる部分放電特性の比較により、Ｘ線照射方向と試料構造の比較によって欠陥位置を特定する方法になる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１０５７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、Ｘ線照射径や照射位置のずれに依存する測定誤差の影響のため、小型・高密度化するモジュールの測定の場合、欠陥発生箇所の正確な特定が困難になる。また、欠陥発生要因の特定のためには、欠陥の形状や状態（剥離やボイド）を判別し、欠陥が装置内部のどの位置にどのような状態で存在しているかを判別する必要性がある。
【０００６】
この発明は、このような問題を解決しようとするもので、その目的は、絶縁欠陥の正確な発生位置や形状、状態の測定により欠陥発生要因を特定する被測定物の欠陥検出装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る被測定物の欠陥検出装置は、被測定物に対するＸ線照射による透過画像観測と部分放電測定によって欠陥位置及び状態を検出する被測定物の欠陥検出装置であって、Ｘ線を発生するＸ線発生器及び当該Ｘ線発生器から前記被測定物に照射するＸ線の照射範囲を制限するＸ線遮蔽板を有するＸ線照射手段と、前記被測定物に照射されたＸ線による被測定物の透過画像を観測する透過撮影手段と、前記透過撮影手段による透過画像観測の際に前記被測定物を載置する可動ステージを操作して前記被測定物へのＸ線照射位置を制御する照射位置移動手段と、前記Ｘ線遮蔽板の制御による前記被測定物へのＸ線の照射範囲制御と、前記被測定物の全体へのＸ線照射による全体照射時の透過画像観測と一部分へのＸ線照射による一部分照射時の透過画像観測との画像取得の切り替えと、全体照射時と一部分照射時に取得された透過画像の比較とにより、Ｘ線照射位置を確認する照射位置確認手段と、被測定物に対して試験電圧を印加し、当該被測定物に発生する部分放電を測定する部分放電測定手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、この発明に係る被測定物の欠陥検出方法は、Ｘ線照射位置を確認する照射位置確認手段により、Ｘ線の照射位置を確認し、照射位置のずれを修正すべく透過画像を観測しながら基準となる位置に移動させることと、電圧印加手段により被測定物に試験電圧を印加して、照射位置移動手段により前記被測定物を載置する可動ステージを操作して前記被測定物へのＸ線照射位置を移動させながら、部分放電測定手段により被測定物に発生する部分放電を測定し、当該部分放電発生時に、透過撮影手段による被測定物の透過画像観測により欠陥を可視化することとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、被測定物に対するＸ線の照射範囲を制御し、全体透過画像とビーム状にしたＸ線の一部分透過画像との比較により照射位置を確認できるため、高密度に部品が配置された構造の中でも照射位置を容易に制御することができる。また、座標や内部構造の寸法等を考慮せずに照射位置制御が可能となるため、測定精度向上および測定時間の短縮が可能となる。また、部分放電測定により欠陥検出を行うと同時に、欠陥可視化により欠陥の詳細な発生位置を特定することができるため、パワーモジュール内部のように部品が密集している中で、どの部位から欠陥が発生しているかを正確に判別することが可能となる。さらに、波形観測による欠陥状態判別結果と合わせることで、絶縁欠陥発生要因を特定しやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る被測定物の欠陥検出装置の構成を示す図である。
【図２】照射位置を確認する際の手順を示すフローチャートである。
【図３】全体照射時と一部分照射時との透過画像の対応により照射位置を確認する例を示す図である。
【図４】Ｘ線照射時および未照射時の部分放電開始電圧と試験電圧の関係を示す図である。
【図５】Ｘ線の照射範囲が距離によって変わる事を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係るもので、印加電圧と部分放電波形を測定例を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態３に係るもので、この発明の実施手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る被測定物の欠陥検出装置の構成を示す図である。図１に示す被測定物の欠陥検出装置は、被測定物１に対するＸ線照射による透過画像観測と部分放電測定によって欠陥位置及び状態を検出する被測定物の欠陥検出装置であって、Ｘ線を発生するＸ線発生器３及びＸ線発生器３から被測定物１に照射するＸ線の照射範囲を制限するＸ線遮蔽板４を有するＸ線照射手段と、被測定物１に照射されたＸ線による被測定物１の透過画像を観測する透過撮像カメラ６及び透過画像モニター７でなる透過撮影手段と、透過撮影手段による透過画像観測の際に被測定物１を載置する可動ステージ２を操作して被測定物１へのＸ線照射位置を制御する照射位置移動手段としてのステージ制御部１２と、Ｘ線遮蔽板４の制御による被測定物１へのＸ線の照射範囲制御と、被測定物１の全体へのＸ線照射による全体照射時の透過画像観測と一部分へのＸ線照射による一部分照射時の透過画像観測との画像取得の切り替えと、全体照射時と一部分照射時に取得された透過画像の比較とにより、Ｘ線照射位置を確認する照射位置確認手段としての照射位置確認制御部１６と、被測定物１に対して試験電圧を印加し、当該被測定物１に発生する部分放電を測定する部分放電測定手段としての部分放電測定部１８とを主構成として備える。
【００１２】
ここで、部分放電測定部１８は、高電圧電源８、部分放電測定器９、結合コンデンサ１０、検出インピーダンス１１及び放電波形モニター１５を有し、Ｘ線照射制御部１９は、透過画像モニター７、ステージ制御部１２、Ｘ線制御部１３及びＸ線遮蔽板制御部１４を有し、高電圧電源８、ステージ制御部１２、Ｘ線制御部１３、Ｘ線遮蔽板制御部１４及び照射位置確認制御部１６は、測定制御部１７に接続されて、測定制御部１７により制御されるように構成されている。
【００１３】
図１において、被測定物１は、照射位置移動手段としての可動ステージ２上に載置されており、この被測定物１に、Ｘ線発生器３から発生するＸ線が穴のあるＸ線遮蔽板４によってビーム状に形成されてＸ線ビーム５として照射される。このとき、被測定物１に照射されているＸ線の透過画像は、透過撮像カメラ６および透過画像モニター７によって観測される。また、被測定物１には、高電圧電源８によって試験電圧が印加され、発生する部分放電を結合コンデンサ１０及び検出インピーダンス１１を介して部分放電測定器９によって測定するように構成されている。
【００１４】
また、Ｘ線遮蔽板４は、任意にＸ線照射口上に設置／非設置の外部制御が可能で、被測定物１全体にＸ線を照射する場合と一部分に照射する場合とに切り替えることができる。Ｘ線をビーム状にすることで現在の照射位置が分からなくなった場合、照射位置確認制御部１６により、そのままの位置で全体照射に切り替えて透過画像測定し、一部分照射に戻して再び透過画像測定する。このとき、一部分照射時の表示範囲を全体照射時の全体像と重ね、その画像を表示するように制御することで、Ｘ線の照射位置確認ができる。
【００１５】
図２は、照射位置確認制御部１６による照射範囲制御、画像取得、比較及び表示の流れを示すフローチャートである。すなわち、Ｘ線をビーム状にすることで現在の照射位置が不明になった場合（Ｓ１）は、そのままの位置でＸ線遮蔽板制御部１４により照射範囲を全体照射に切り替えて（Ｓ２）、透過画像モニター７により透過画像を取得し（Ｓ３）、Ｘ線遮蔽板制御部１４により照射範囲を一部分照射に戻して（Ｓ４）、再び透過画像モニター７により透過画像を取得する（Ｓ５）。このとき、一部分照射時の表示範囲を全体照射時の全体像と重ね、全体像に対する照射位置を表示するように制御することで、Ｘ線の照射位置確認ができる。このように、照射位置確認制御部１６により自動制御することで容易に照射位置を確認できるようになる。
【００１６】
照射位置を移動させる場合には、測定制御部１７からの指令に基づいてステージ制御部１２により可動ステージ２を操作し、被測定物１に対するＸ線照射位置を制御しつつ、透過画像観測も常に行う。このとき、初めに全体照射で被測定物の全体透過画像を取得しておき、この全体像と対応させることで照射位置移動中に照射位置を確認する。例えば全体画像例として図３（ａ）のように撮影されるとすると、Ｘ線をビーム状にしたときには同図（ｂ）、（ｃ）のようになり、（ｂ）、（ｃ）から得られる画像の特徴を（ａ）の画像内と比較・対応させることで現在の照射位置を判断する。もし、移動距離が分からなくなり、画像から特徴が判別出来ない、もしくは特徴があっても該当箇所が分からなくなった場合、前記の照射位置確認制御部１６により位置を再確認する。
【００１７】
ここで、全体の測定の流れを以下に示す。まず、Ｘ線遮蔽板制御部１４によりＸ線遮蔽板４を制御し、被測定物１全体にＸ線が照射されるように設定する。続いて、試験電圧を決定するため、部分放電測定部１８により部分放電開始電圧を測定する。欠陥部にＸ線を照射すると、初期電子が誘起されるため、部分放電開始電圧が低下する。欠陥部にＸ線を照射していない状態の部分放電開始電圧をＶｉ、照射した状態の部分放電開始電圧をＶｉ’としたとき、図４のように、Ｖｉ’＜Ｖｉとなれば欠陥が存在していることが確認できる。試験電圧Ｖｐは、Ｖｉ’＜Ｖｐ＜Ｖｉ、となるようにし、Ｘ線が照射されたときのみ放電する電圧となるようにする。
【００１８】
次に、Ｘ線遮蔽板４を制御し、Ｘ線ビームを照射するように設定する。このとき、前記の照射位置確認制御部１６により照射位置を確認し、測定制御部１７の指令に基づく動作するステージ制御部１２により可動ステージ２を操作して任意の照射位置へと移動させる。
【００１９】
そして、高電圧電源８により被測定物１に試験電圧Ｖｐを印加し、部分放電測定器９により部分放電が発生しているかを確認する。放電していなければ、可動ステージ２を操作して照射位置を移動させる。移動の仕方は、透過画像を見ながら任意の領域のみを移動させても良いし、被測定物の全領域に照射するように端の方から順に移動させても良い。部分放電が発生したら、可動ステージ２の移動を止め、透過画像により欠陥を観測し、欠陥形状や詳細位置を特定する。
【００２０】
また、Ｘ線ビームの形成方法として、前記のように穴付きのＸ線遮蔽板４を利用する以外に、スリット幅を制御できる遮蔽板を利用すれば、照射範囲を任意に変えられ、全体照射への切り替えも行うことができる。
【００２１】
Ｘ線は、図５のように放射状に照射されるので、Ｘ線発生器３およびＸ線遮蔽板４からの距離によって照射範囲Ｄは変化する。したがって、穴付きのＸ線遮蔽板４を利用したビーム形成の場合、Ｘ線発生器３およびＸ線遮蔽板４、または可動ステージ２の上下位置を移動させることで、被測定物１に照射されるＸ線の照射範囲を制御できる。スリット幅制御可能な遮蔽板を利用した場合は、スリット幅を広げることでも照射範囲を大きくすることができる。Ｘ線照射範囲を大きくすることで欠陥のおよその位置を測定した後に、照射範囲を小さくして測定することで、測定時間を短縮できる。
【００２２】
Ｘ線照射位置移動手段として、可動ステージ２による制御の代わりに、Ｘ線発生器３とカメラ６の方を連動して移動させる構成にしても同様の効果が得られるが、その場合、Ｘ線照射軸がカメラに対してずれない様にする必要がある。また、Ｘ線発生器３とカメラ６は、図１に示すような位置とは逆の位置関係で配置しても、被測定物１を横から挟むように配置しても同様の効果が得られる。
【００２３】
したがって、上記実施の形態１によれば、Ｘ線ビーム５を被測定物１に照射する際、照射範囲の切り替えと透過画像観測の制御により全体像と照射範囲の画像を対応させることで照射位置を容易に確認することができ、照射位置移動時も透過画像を同時観測して全体照射時の画像と対応させることで、座標や寸法等の考慮による照射位置制御をせずに任意の領域に対して正確な位置に照射できるため、精度向上および測定時間の短縮が可能となる。また、欠陥可視化によって、部品が高密度に配置されたパワーモジュール中でも絶縁欠陥位置の正確な測定が可能となり、半導体装置の絶縁欠陥検出装置として適用可能となる。
【００２４】
実施の形態２．
前記実施の形態１において、部分放電検出により欠陥位置が測定された際に、放電波形モニター１５より部分放電波形を観測することができる。部分放電波形の測定例を図６に示す。部分放電は、欠陥の状態によって発生位相や頻度が変わるので、その観測結果から、欠陥の状態を判別することができる。例えば、ボイドの場合は印加電圧の正負の極性による放電発生位相の差はあまりないが、放電部に金属電極が露出している剥離状態では負極性電圧印加時に電子が放出されやすい影響で放電発生頻度に印加電圧極性による偏りが生じる。
【００２５】
したがって、実施の形態２によれば、部分放電測定部１８に備えた放電波形モニター１５により、部分放電波形を観測して、欠陥状態（ボイド、剥離等）を判別することにより、欠陥発生要因を特定できる。
【００２６】
実施の形態３．
前記実施の形態１によって絶縁欠陥の正確な発生位置を特定し、実施の形態２により欠陥の状態を判別することで、欠陥発生要因を特定することができる。この測定手順のフローチャートを図７に示す。この測定の流れは測定制御部１７により制御できる。すなわち、図７に示すように、被測定物１全体にＸ線が照射されるように設定し（Ｓ１１）、被測定物１全体の透過画像を取得する（Ｓ１２）。そして、Ｘ線照射時及び未照射時の部分放電開始電圧を測定し（Ｓ１３）、試験電圧を決定する（Ｓ１４）。次に、Ｘ線がビーム状に照射されるように設定して（Ｓ１５）、Ｘ線ビームを照射し（Ｓ１６）、照射位置確認制御部１６により照射位置を確認し、照射位置のずれを修正すべく透過画像を観測しながら照射位置を基準となる位置に移動させる（Ｓ１７）。
【００２７】
その後、試験電圧を印加し（Ｓ１８）、部分放電が発生したか否かを判定する（Ｓ１９）。部分放電が発生しない場合は、可動ステージ２を操作してＸ線照射位置を移動し（Ｓ２０）、透過画像を観測し、全体透過画像との対応により照射位置を確認する（Ｓ２１）。ステップＳ１９において、部分放電が発生した場合は、透過画像から欠陥の位置と形状を観測すると共に（Ｓ２２）、部分放電波形を観測し（Ｓ２３）、欠陥発生要因を特定する（Ｓ２４）。
【００２８】
すなわち、実施の形態３による欠陥検出方法は、Ｘ線照射位置を確認する照射位置確認制御部１６により、Ｘ線の照射位置を確認し、照射位置のずれを修正すべく透過画像を観測しながら基準となる位置に移動させることと、被測定物１に試験電圧を印加して、被測定物１を載置する可動ステージ２を操作して被測定物１へのＸ線照射位置を移動させながら、部分放電測定部１８により被測定物１に発生する部分放電を測定し、当該部分放電発生時に、被測定物１の透過画像観測により欠陥を可視化することとを備える。
【００２９】
これにより、被測定物１に対して試験電圧を印加し、ビーム状のＸ線を照射して部分放電を測定して欠陥位置を検出する際に、照射範囲の透過画像を観測できるようにし、全体透過画像と対応させてＸ線照射位置を確認することで、照射位置を正確に制御することができ、欠陥検出時に欠陥を可視化することで、欠陥の正確な位置を特定することができる。さらに、部分放電波形の測定による欠陥状態の判別結果と合わせて、欠陥発生要因を特定する。
【００３０】
したがって、実施の形態３によれば、この欠陥検出方法により、機器内部の欠陥発生要因を特定し、それに対する対応策を講じることで、パワーモジュール等の機器の絶縁信頼性を向上させることができる。ここでいうパワーモジュールとは、ＳｉおよびＳｉＣチップ等全てのチップを搭載したシリコーンゲル封止の高電圧機種、エポキシ樹脂のトランスファー成型によるモールド型モジュール等全てのモジュールに対応可能であることは言うまでも無い。
【符号の説明】
【００３１】
１  被測定物、２  可動ステージ、３  Ｘ線発生器、４  Ｘ線遮蔽板、５  Ｘ線ビーム、６  Ｘ線透過撮影カメラ、７  Ｘ線透過画像モニター、８  高電圧電源、９  部分放電測定器  、１０  結合コンデンサ、１１  検出インピーダンス、１２  可動ステージ制御部、１３  Ｘ線制御部、１４  Ｘ線遮蔽板制御部、  １５  放電波形モニター、１６  照射位置確認制御部、１７  測定制御部、１８  部分放電測定部、１９  Ｘ線照射制御部。
【図１】
2010281785.tif 000003
【図２】
2010281785.tif 000004
【図３】
2010281785.tif 000005
【図４】
2010281785.tif 000006
【図５】
2010281785.tif 000007
【図６】
2010281785.tif 000008
【図７】
2010281785.tif 000009