(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物である半導体モジュールに対して高電圧を印加する高電圧電源と、この高電圧電源の電圧および周波数を制御する電圧制御部とからなる高電圧発生部、上記半導体モジュールの温度を測定する測定手段、およびこの測定手段の出力データに基づき、高電圧を印加した際の半導体モジュールの温度変化から部分放電欠陥の有無を判定する解析装置を備えたことを特徴とする半導体モジュールの絶縁欠陥検査装置。
【請求項２】
被測定物である複数個の半導体モジュールを検査ステージに配置して同時に高電圧を印加し、解析装置により上記複数個の半導体モジュールのそれぞれにおける部分放電欠陥の有無を判定するようにしたことを特徴とする請求項１記載の半導体モジュールの絶縁欠陥検査装置。
【請求項３】
被測定物である半導体モジュールと部分放電欠陥のない参照品に対して高電圧を印加する高電圧電源と、この高電圧電源の電圧および周波数を制御する電圧制御部とからなる高電圧発生部、上記半導体モジュールの温度を測定する測定手段、およびこの測定手段の出力データに基づき、高電圧を印加した際の半導体モジュールおよび参照品の温度変化を比較し、上記半導体モジュールの部分放電欠陥の有無を判定する解析装置を備えたことを特徴とする半導体モジュールの絶縁欠陥検査装置。
【請求項４】
被測定物である複数個の半導体モジュールと部分放電欠陥のない参照品を検査ステージに配置して同時に高電圧を印加し、解析装置により上記複数の半導体モジュールの温度と参照品の温度変化とを比較し、上記複数個の半導体モジュールのそれぞれにおける部分放電欠陥の有無を判定するようにしたことを特徴とする請求項３記載の半導体モジュールの絶縁欠陥検査装置。
【請求項５】
大きさと周波数が制御された高電圧を被測定物である半導体モジュールに印加する工程と、上記半導体モジュールの温度を測定する工程と、この測定された温度データの変化に基づいて上記半導体モジュールにおける部分放電の有無を判定する工程とを備えたことを特徴とする半導体モジュールの絶縁欠陥検査方法。
【請求項６】
被測定物である半導体モジュールを複数個検査ステージに配置して同時に高電圧を印加し、解析装置により上記複数個の半導体モジュールのそれぞれにおける部分放電欠陥の有無を判定するようにしたことを特徴とする請求項５に記載の半導体モジュールの絶縁欠陥検査方法。
【請求項７】
被測定物である半導体モジュールと部分放電欠陥のない参照品とに大きさと周波数が制御された高電圧を印加する工程と、上記半導体モジュールおよび上記参照品の温度を測定する工程と、これらの測定された温度データの差分をとり、その変化に基づいて上記半導体モジュールにおける部分放電の有無を判定する工程とを備えたことを特徴とする半導体モジュールの絶縁欠陥検査方法。
【請求項８】
被測定物である複数個の半導体モジュールと部分放電欠陥のない参照品とに高電圧を同時に印加し、両者の温度変化の差分により上記複数個の半導体モジュールのそれぞれにおける部分放電の有無を判定するようにしたことを特徴とする請求項７に記載の半導体モジュールの絶縁欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体モジュール、特に、パワーモジュール等の高電圧が印加される半導体モジュールの絶縁欠陥検査装置および検査方法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。このパワーモジュールには電極部に高電圧が印加されるため、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。このような絶縁欠陥は、高電圧印加状態でのリーク電流を測定することによって、クラックなどによる欠陥を検出することができるものの、ボイドなどの僅かな電荷が移動するだけの部分放電欠陥を検出することができない。この部分放電欠陥を検出するためには、部分放電測定器を用いて部分放電により発生する微少な放電電荷を測定する必要がある。
しかしながら、部分放電測定器を用いた検査では、周囲の環境ノイズにより検出感度が低下するため、環境ノイズに影響されない検査方式が求められる。また、部分放電測定器を用いて複数の被測定物に対して同時に検査を行なった場合、部分放電欠陥による放電信号を検出したとしても、複数の中から欠陥品を特定することはできないため、同時に検査を行う複数の被測定物の中から欠陥品を特定することも求められる。
【０００３】
従来、絶縁欠陥を検出する方法としては、欠陥により発生するリーク電流の発熱を利用した方法がある。これは、被測定物の温度をサーモカメラによって測定し、設定された閾値以上の発熱箇所の有無を判定する方法である。（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２００９−１４１０５６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、絶縁破壊には至っていないボイドなどによる部分放電欠陥の場合、リーク電流と比較して微少な放電電荷が生じるのみであることから、発熱が小さく検出することができない。
【０００６】
この発明は、このような問題を解決するためなされたもので、絶縁破壊には至っていない部分放電欠陥を検査する半導体モジュールの絶縁欠陥検査装置及び検査方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る半導体モジュールの絶縁欠陥検査装置は、被測定物である半導体モジュールに対して高電圧を印加する高電圧電源と、この高電圧電源の電圧および周波数を制御する電圧制御部とからなる高電圧発生部、上記半導体モジュールの温度を測定する測定手段、およびこの測定手段の出力データに基づき、高電圧を印加した際の半導体モジュールの温度変化から部分放電欠陥の有無を判定する解析装置を備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
また、この発明に係る被測定物の部分放電欠陥検査方法は、大きさと周波数が制御された高電圧を被測定物である半導体モジュールに印加する工程と、半導体モジュールの温度を測定する工程と、この測定された温度データの変化に基づいて半導体モジュールにおけ
る部分放電の有無を判定する工程とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、被測定物に印加する高電圧の大きさと周波数を制御し、部分放電発生回数を増やすことによって、一回の放電による発熱が少ない部分放電についても、温度変化を大きくして検出することができる。したがって、放電電荷を検出する部分放電測定器を使用する場合に必要な周囲の環境ノイズ対策をしなくても、簡単に検査装置を構築することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る被測定物の絶縁欠陥検査装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る印加電圧の大きさと部分放電発生回数の関係を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る印加電圧の周波数と部分放電発生回数の関係を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る被測定物に対する部分放電欠陥の有無を検査方法のフローチャートを示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る部分放電による温度変化の測定例を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る被測定物の絶縁欠陥検査装置の構成を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係る被測定物に対する部分放電欠陥の有無を検査方法のフローチャートを示す図である。
【図８】この発明の実施の形態３に係る被測定物の絶縁欠陥検査装置の構成を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態３に係る被測定物に対する部分放電欠陥の有無を検査方法のフローチャートを示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態３に係る部分放電による温度変化の測定例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
以下、この発明の実施形態１に係る半導体モジュールの絶縁欠陥検査装置および検査方法について図に基づいて説明する。
図１は、この発明の実施の形態１に係る半導体モジュールの絶縁欠陥検査装置の構成を示す図である。図において、絶縁欠陥検査装置は、被測定物である半導体モジュール１０が設置される検査ステージ１と、検査ステージ１に設置された半導体モジュール１０に高電圧を印加する高電圧発生部２と、検査ステージ１に対向して配置され、半導体モジュール１０の表面温度を測定するサーモカメラ３と、このサーモカメラ３の出力に基づき、半導体モジュール１０の温度変化を解析して部分放電欠陥の有無を検出する解析装置４などを備えて構成されている。
ここで、高電圧発生部２は、高電圧を発生する高電圧電源２ａと，この高電圧電源２ａが発生する電圧と周波数を制御する電圧制御部２ｂとを備えている。また、サーモカメラ３は、温度識別装置の一例であり、他の種類の温度識別装置を用いてもよく、被測定物との接触部の耐久性が問題とならず、ハンドリングが容易な非接触型の温度識別装置を用いることが望ましい。
【００１２】
このような構成のもとで、検査ステージ１の上に半導体モジュール１０を設置するとともに、電圧制御部２ｂで大きさと周波数が制御された電圧を高電圧電源２ａによって発生させ、半導体モジュール１０に印加する。一方、サーモカメラ３によって半導体モジュール１０の表面温度を測定し、この温度データを解析装置４に供給する。
【００１３】
ここで、半導体モジュール１０に部分放電欠陥がない場合は、発熱しないため、温度データは変化しないが、半導体モジュール１０に部分放電欠陥がある場合、この部分放電によって半導体モジュール１０の表面温度が上がることになり、解析装置４によって温度データの変化が検出されることになる。
ところで、この印加電圧と部分放電の関係は、図２に示すように印加電圧を大きくすると、部分放電の発生回数を増やすことができる。また、50Hzあるいは60Hzの商用周波よりも大きな最高100kHzの高周波電圧を印加することにより、図３に示すように単位時間あたりの電圧印加回数を増やし、部分放電の発生回数を増加させることもできる。さらに、印加電圧の大きさと周波数の両方を制御することにより、部分放電の発生回数を増やすこともできる。
したがって、部分放電の発生回数を増加することで発熱を大きくすることができ、これにより、半導体モジュール１０に部分放電がある場合の温度変化を検出することができるようになる。
【００１４】
図４は実施の形態１における検査方法のフローチャートを示すもので、まず、高電圧電源２ａにより半導体モジュール１０に高電圧を印加し（ステップＳ１）、サーモカメラ３により半導体モジュール１０の温度変化を測定する（ステップＳ２）。このサーモカメラ３の測定結果に基づいて、解析装置４は、半導体モジュール１０の温度上昇を検出したとき、部分放電欠陥と判定し、温度上昇がないときは部分放電欠陥なしと判定する（ステップＳ３）。ここで、図５に部分放電欠陥がある場合の半導体モジュール１０の温度上昇の一例を示しており、解析装置４により部分放電欠陥と判定する半導体モジュール１０の温度の閾値と閾値に達するまでの経過時間を予め設定しておくことも可能であり、利用者が設定するものであってもよい。また、半導体モジュール１０に印加する高電圧の大きさと周波数は、部分放電欠陥があった場合に半導体モジュール１０に温度変化が生じるように、予め設定しておくものでもよいし、利用者が設定するものであってもよい。
【００１５】
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２に係る半導体モジュールの絶縁欠陥検査装置の構成を示す図である。上記実施の形態１では、一つの半導体モジュール１０に対して高電圧を印加するように構成したが、実施の形態２では、複数の半導体モジュール１０に同時に高電圧を印加するように構成している。なお、その他の構成に関しては、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００１６】
図７は、実施の形態２における検査方法のフローチャートを示すもので、検査ステージ１上に複数の半導体モジュール１０を配置して高電圧発生部２により複数の半導体モジュール１０に高電圧を印加し（ステップＳ１１）、サーモカメラ３により複数の半導体モジュール１０の表面温度を同時に測定する（ステップＳ１２）。このサーモカメラ３の測定結果に基づいて、解析装置４は、複数の半導体モジュール１０の個々についての温度変化を把握し、温度上昇を検出したとき、部分放電欠陥があると判定し、温度上昇がないとき、部分放電欠陥がないと判定する（ステップＳ１３）。
【００１７】
したがって、実施の形態２によれば、同時に複数の半導体モジュール１０について、個々の温度変化を測定することにより、複数の半導体モジュール１０に対して部分放電欠陥があるかないかを検査し、その中から欠陥品を特定することができるため、作業性に富んだ半導体モジュールの絶縁欠陥検査装置を得ることが可能となる。
なお、解析装置４により部分放電欠陥と判定する半導体モジュール１０の温度の閾値と閾値に達する経過時間、半導体モジュール１０に印加する高電圧の大きさと周波数は、実
施の形態１と同様に、予め設定されているものでもよいし、利用者が設定するものでもよい。
【００１８】
実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３に係る半導体モジュールの絶縁欠陥検査装置の構成を示す図である。上記の実施の形態では、被測定物である一つあるいは複数の半導体モジュール１０に高電圧を印加するように構成したが、実施の形態３では、予め部分放電欠陥のない半導体モジュール２０を参照品として検査ステージ１に設置して置き、被測定物１０と参照品２０に対しても同時に高電圧を印加するように構成している。なお、その他の構成に関しては、実施の形態１および２と同様であるので、説明を省略する。
【００１９】
図９は、実施の形態３における検査工程を示すもので、検査ステージ１上に被測定物である半導体モジュール１０と、部分放電欠陥のない半導体モジュール（以下、参照品と称す）２０を配置して高電圧発生部２により両方の半導体モジュール１０および参照品２０に高電圧を印加し（ステップＳ２１）、サーモカメラ３により半導体モジュール１０と参照品２０の温度を同時に測定する（ステップＳ２２）。
そして、解析装置４は、温度上昇を検出したとき部分放電欠陥があると判定するが、検査ステージ１上の半導体モジュール１０と参照品２０の配置場所と、サーモカメラ３の測定結果から半導体モジュール１０と参照品２０の温度変化を把握し、それらの差分を取ることにより、周囲の温度変化による影響を取り除くことが可能となり、判定の精度を向上させることができる（ステップＳ２３）。
【００２０】
図１０はこれらの測定結果を示すもので、（ａ）は部分放電欠陥がある半導体モジュール１０の温度変化を、（ｂ）は部分放電欠陥のない参照品２０の温度変化を、（ｃ）はこれらの温度変化の差分を示している。ここで、解析装置４が部分放電欠陥ありと判定する半導体モジュール１０の温度の閾値と閾値に達する経過時間は、予め設定されているものでもよく、利用者が設定するものであってもよい。また、半導体モジュール１０に印加する高電圧の大きさと周波数は、部分放電欠陥があった場合に半導体モジュール１０の温度変化が生じるように、予め設定されているものでもよいし、利用者が設定するものであってもよい。
【００２１】
このような実施の形態３によれば、半導体モジュール１０と参照品２０について温度を測定し、これらの差分をとることにより、周囲の温度変化に影響されることなく、半導体モジュール１０に対して部分放電欠陥があるかないかを検査することができる。
【００２２】
なお、実施の形態３では、一つの半導体モジュール１０と部分放電欠陥のない参照品２０に高電圧を印加するように構成したが、実施の形態２と同様に、複数の半導体モジュール１０と部分放電欠陥のない一つの参照品２０とを並べて温度測定するように構成してもよい。
【００２３】
この場合、解析装置４は、検査ステージ１上の複数の半導体モジュール１０と参照品２０の配置場所およびサーモカメラ３の測定結果から、参照品２０の温度に対する複数の半導体モジュール１０のそれぞれの温度の差分を取ることによって、周囲の温度変化による影響を取り除くことができ、判定の精度を向上させるとともに検査効率を向上させることが可能となる。
【００２４】
以上のように、この発明によれば、部分放電欠陥を有する半導体モジュールを検出することが可能となり、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半導体モジュール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または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半導体モジュールに適用することが可能である。
なお、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１：検査ステージ        ２：高電圧発生部        ２ａ：高電圧電源
２ｂ：電圧制御部        ３：サーモカメラ        ４：解析装置
１０：半導体モジュール  ２０：参照品 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005546528.tif 000008
【図８】
0005546528.tif 000009
【図９】
0005546528.tif 000010
【図１０】
0005546528.tif 000011