(57)【要約】【課題】安定して半導体装置単体のＥＭＩ測定を行えるＥＭＩ測定方法を提供する。【解決手段】無線信号を測定対象の半導体装置（ＤＵＴ）に供給し、無線信号を復調回路で復調して得られたコードと予め設定されているコードとが一致した場合に半導体装置の動作モードを試験モードに設定する。動作モードが試験モードに設定されることで半導体装置が内部発振されたクロック信号を動作クロックとして自走し、そのときに放射されているノイズを測定し、測定されたノイズから無線信号に係る成分を除去して半導体装置から放射されたノイズを測定する。【選択図】図５
2014020805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線で信号を測定対象の半導体装置に供給し、
前記半導体装置が、前記無線で供給される前記信号を復調回路で復調し、復調して得られた情報と前記半導体装置に設定されている情報とが一致した場合に動作モードを試験モードに設定し、
前記試験モードに設定することによって、前記半導体装置が、当該半導体装置が有する自励発振回路から発振されるクロック信号を動作クロックとして自走し、
前記半導体装置の自走時に放射されているノイズを測定し、
測定されたノイズから、前記信号に係る成分を除去して前記半導体装置から放射されたノイズを測定することを特徴とする半導体装置のＥＭＩ測定方法。
【請求項２】
前記半導体装置が、前記動作モードを前記試験モードに設定した後、前記復調回路を停止させることを特徴とする請求項１記載の半導体装置のＥＭＩ測定方法。
【請求項３】
前記半導体装置の自走時に放射されているノイズの測定を、前記信号の搬送波周波数を異ならせて複数の搬送波周波数で行い、
異なる搬送波周波数での測定結果を用い、前記ノイズの周波数毎に演算処理を行って前記半導体装置から放射されたノイズを測定することを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置のＥＭＩ測定方法。
【請求項４】
前記演算処理では、前記ノイズの周波数毎に、異なる搬送波周波数での測定結果のなかから最小の値を選択することを特徴とする請求項３記載の半導体装置のＥＭＩ測定方法。
【請求項５】
アンテナで受信した信号を基に電源を生成して、半導体装置内の各回路に供給する給電回路と、
前記アンテナで受信した信号を復調する復調回路と、
前記復調回路により前記信号を復調して得られた情報と、設定されている情報とを比較する一致検出部と、
前記一致検出部による比較で復調して得られた情報と設定されている情報とが一致する場合に動作モードを試験モードに設定する動作モード設定部と、
クロック信号を生成する自励発振回路とを有し、
前記動作モード設定部により前記動作モードが前記試験モードに設定された場合に、前記自励発振回路から発振されるクロック信号を動作クロックとして自走することを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
前記動作モード設定部により前記動作モードが前記試験モードに設定された後、前記復調回路は動作を停止することを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置のＥＭＩ（Electro-Magnetic Interference）測定方法及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器に限らず、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等の半導体装置に対してもノイズの規制が厳しくなってきており、半導体装置単体でのＥＭＩ（放射ノイズ）評価が実施されている。半導体装置単体でのＥＭＩ評価は、クロック源や電源及び入力端子の処理等を作り込んだノイズ評価用の基板（評価基板）に、評価対象の半導体装置（ＤＵＴ：Device Under Test）を実装して行う。
【０００３】
しかし、評価基板の作り方によって放射されるノイズ量が変化してしまい、半導体装置単体のＥＭＩ測定は困難であった。そこで、半導体装置のＥＭＣ（Electro-Magnetic Compatibility）測定方法が、ＩＥＣ（International Electrotechnical Commission：国際電気標準会議）によって規格化された。例えば評価基板の作り方を合わせるように、評価基板の寸法、部品実装面やビアの大きさや位置等の基準を含む評価基板の仕様が規格書に定義されている。
【０００４】
図７は、従来の半導体装置のＥＭＩ測定方法の例を示す図である。図７には、ＴＥＭセル（transverse electromagnetic cell）法とも呼ばれるＩＥＣ６１９６７−２規格での測定方法を一例として示している。測定対象の半導体装置（ＤＵＴ）７２が実装された評価基板７３をＴＥＭセルと呼ばれるボックス７１にセットする。そして、測定対象の半導体装置（ＤＵＴ）７２に電源を供給して、動作時に放射されるノイズ量をポート７６に対し接続されたプリアンプ７４及びスペクトラムアナライザー７５を用いて測定する。評価基板７３は、規格に準拠して設計・製作され、測定対象の半導体装置（ＤＵＴ）７２だけでなく、電源供給口、振動子、抵抗部品、容量部品、及び設定用スイッチ等が実装されている。なお、ＴＥＭセルボックス７１の他方のポート７７は終端されている。
【０００５】
ＥＭＩ評価方法として、例えばマザーボード等の配線板に実装された半導体装置が、内部で発生させたＥＭＩ評価用のアナログ信号を外部端子を介して配線板の伝送路に出力し、配線板から放射される電磁ノイズを評価する方法が提案されている（特許文献１参照）。半導体装置から出力するＥＭＩ評価用のアナログ信号の周波数を変更し、配線板から放射されやすい電磁波の周波数の評価を行うことや、その評価により判明した放射されやすい電磁波の周波数帯を中心に実動作状態でノイズ評価を行うことが記載されている。
【０００６】
また、半導体装置を動作させる装置にクロック信号を入力し、そのクロック信号を位相変調して半導体装置に入力することで、それぞれから発せられる電磁ノイズを区別できるようにするＥＭＩ測定装置が提案されている（特許文献２参照）。ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）チップのような無線通信可能なチップにおいて、チップ構成部品の動作テストに用いるテストプログラムを、テスト毎に無線通信信号によってチップに供給する半導体装置の検査方法が提案されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２１７０２６号公報
【特許文献２】特開２００１−８３１９８号公報
【特許文献３】特開２００７−６６３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述のように評価基板の仕様は、ＩＥＣによって規格化されたものの、半導体装置のＥＭＩ測定で実際に測定されたノイズ量が異なることがある。例えば、異なる設計者がＩＥＣ６１９６７−２規格に準拠して設計したそれぞれの評価基板に同一の半導体装置を実装して、同一条件でＥＭＩ測定を行っても、図８に示すように測定結果が大きく異なることがある。図８（Ａ）は、ある設計者がＩＥＣ規格に準拠して設計した評価基板での測定結果を示し、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）とは別の設計者がＩＥＣ規格に準拠して設計した評価基板での測定結果を示している。このように、ＩＥＣ規格に準拠した評価基板を用いても、異なる評価基板であると測定結果が異なることがあり、安定して半導体装置単体のＥＭＩ測定を行うことは難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一観点によれば、無線で信号を測定対象の半導体装置に供給し、無線で供給される信号を復調回路で復調して得られた情報と予め設定されている情報とが一致した場合に半導体装置の動作モードを試験モードに設定し、試験モードに設定することで半導体装置が内部発振されたクロック信号を動作クロックとして自走し、半導体装置の自走時に放射されているノイズを測定し、測定されたノイズから、信号に係る成分を除去して半導体装置から放射されたノイズを測定する半導体装置のＥＭＩ測定方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
開示の半導体装置のＥＭＩ測定方法は、無線で信号を供給して測定対象の半導体装置を自走させて動作時に放射されるノイズを測定することで、評価基板を用いないノイズ評価が可能になり、安定して半導体装置単体のＥＭＩ測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態における半導体装置のＥＭＩ測定システムの構成例を示す図である。
【図２】本実施形態における半導体装置の構成例を示す図である。
【図３】本実施形態における給電回路の構成例を示す図である。
【図４】本実施形態における給電回路が有するアンテナの一例を示す図である。
【図５】本実施形態におけるノイズ評価動作の例を示すフローチャートである。
【図６】本実施形態における半導体装置のＥＭＩ測定結果の処理を説明するための図である。
【図７】従来の半導体装置のＥＭＩ測定方法を説明するための図である。
【図８】半導体装置のＥＭＩ測定結果の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態における半導体装置のＥＭＩ測定システムの構成例を示す図である。図１において、ＴＥＭセルボックス１１は、内部が空洞になっており、電波を入れたり、電波を測定したりできるものである。ＴＥＭセルボックス１１には、測定対象の半導体装置（ＤＵＴ）１２が固定される支持基板１３が設置される。支持基板１３は、ＴＥＭセルボックス１１に設置可能なサイズの基板であり、金属の基板若しくは金属べた面を有する基板である。
【００１４】
測定対象の半導体装置（ＤＵＴ）１２であるＬＳＩチップ又はパッケージングされたＬＳＩは、支持基板１３の金属面（金属べた面）に例えばテープ等を用いて貼り付けることで固定される。半導体装置（ＤＵＴ）１２と支持基板１３の金属面（金属べた面）が電気的に接続されないように（短絡しないように）、薄い絶縁物を間に挟んで固定され半導体装置（ＤＵＴ）１２と支持基板１３が絶縁される。測定対象の半導体装置（ＤＵＴ）１２が固定された金属面（金属べた面）が、ＴＥＭセルボックス１１の内側になるように支持基板１３が設置される。
【００１５】
信号発生器１４は、制御装置１８による制御に従って、測定対象の半導体装置（ＤＵＴ）１２に電源（電力）を供給するための給電用の信号を発生して出力する。制御装置１８は、本システムによる半導体装置のＥＭＩ測定を制御する。制御装置１８は、例えばパーソナル・コンピュータであり、ＥＭＩ測定に係る制御プログラムを実行することによって制御を行う。パワーアンプ１５は、信号発生器１４より出力された給電用の信号を増幅する。
【００１６】
プリアンプ１６は、入力される信号を増幅する。スペクトラムアナライザー１７は、測定対象の半導体装置（ＤＵＴ）１２から放射される電磁ノイズの周波数やパワーを測定する。なお、スペクトラムアナライザー１７に代えてＥＭＩレシーバを用いても良い。また、パワーアンプ１５及びプリアンプ１６は、必要に応じて設ければ良い。
【００１７】
図１に示した本実施形態における半導体装置のＥＭＩ測定システムでは、ＴＥＭセルボックス１１が有する２つのポート１９、２０の一方のポート１９から、信号発生器１４により出力された給電用の信号に基づく電波が入力される。この電波により測定対象の半導体装置（ＤＵＴ）１２に電源を供給して自走させ、動作時に放射されるノイズをプリアンプ１６を介してＴＥＭセルボックス１１の他方のポート２０に接続されたスペクトラムアナライザー１７を用いて測定する。
【００１８】
なお、図１においては、ＴＥＭセルを用いた半導体装置のＥＭＩ測定システムを一例として示したが、本実施形態における半導体装置のＥＭＩ測定システムは、これに限定されるものではない。電磁界ＥＭＣ評価が可能な環境であれば何を用いて測定しても良く、例えばＧＴＥＭセル（gigahertz TEM cell）、トライプレート法、ストリップライン法などで測定しても良い。
【００１９】
図２は、本実施形態における測定対象の半導体装置（ＤＵＴ）１２の構成例を示す図である。ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）２２に格納されたプログラムを読み出して実行することにより、所定の処理を実行したり半導体装置１２内の各機能部を統括的に制御したりする。ＲＡＭ（Random Access Memory）２３は、ＣＰＵ２１の主メモリ又はワークエリア等として機能する。
【００２０】
クロック制御部２４は、外部発振回路２５から発振されるクロック信号、又は内蔵発振回路２６から発振されるクロック信号を、半導体装置１２内の各機能部に供給する。外部発振回路２５は、半導体装置１２の外部から入力される発振信号を基にクロック信号を生成する。また、内蔵発振回路２６は、自らの回路動作によってクロック信号を生成する自励発振回路であり、例えばＣＲ発振器やＬＣ発振器である。
【００２１】
半導体装置１２は、外部割り込み部２７や割り込みコントローラ２８、及び用途等に応じて適宜設けられる周辺リソース２９等を有する。また、半導体装置１２は、内部の機能部が接続される内部バス及びテスト信号の信号線３１、外部と信号の授受等を行うためのポート３２と外部端子３３、及び外部から電源を供給するための通常用の電源端子３５を有する。
【００２２】
動作モード設定部３０は、外部端子３４から入力される信号や一致検出部４０の出力に基づいて、半導体装置１２の動作モードを設定する。動作モードには、例えば半導体装置１２に係る試験を行う試験モードや、ユーザー等によって作成されＲＯＭ２２や図示しない外部メモリ等に格納されたプログラム（命令）で動作するユーザーモードなどがある。また、試験モードには、半導体装置１２の内部機能の動作を試験するモードや、放射ノイズを評価するためのノイズ評価モードなどが含まれる。
【００２３】
給電回路３６は、アンテナ３７により受信した受信信号（ＲＦ信号）を基に、半導体装置１２を動作させるための内部電源Ｖｄｄ、Ｖｓｓを生成して、半導体装置１２の各機能部に供給する。復調回路３８は、給電回路３６のアンテナ３７により受信した受信信号を復調する。一致検出部４０は、復調回路３８で受信信号を復調して得られたパスコードと、記憶部３９に予め格納されているパスコードとを比較する。一致検出部４０は、受信信号を復調して得られたパスコードと記憶部３９に設定されているパスコードとが一致する場合には、半導体装置の動作モードを試験モードの１つであるノイズ評価モードへ遷移させるように動作モード設定部３０に指示する。
【００２４】
図３は、本実施形態における給電回路３６の構成例を示す図である。給電回路３６は、アンテナ３７、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５１、整流用ダイオード５２、コンデンサー５３、クランパー５４、及びレギュレータ５５を有する。アンテナ３７は、電波（ＲＦ信号）を受信する非接地アンテナである。アンテナ３７には、例えば図４に示すようなスパイラルアンテナが用いられる。ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５１は、受信された信号の整流時の再反射を防止する。
【００２５】
整流用ダイオード５２は、アンテナ３７により受信した信号を整流する。整流用ダイオード５２の出力には、コンデンサー５３が接続されており、コンデンサー５３により信号が平滑化される。レギュレータ５５は、出力する内部電源Ｖｄｄ、Ｖｓｓの電圧が一定となるように制御する。なお、クランパー５４は、ある程度の高電圧が印加されたときにレギュレータ５５を保護するために設けられており、レギュレータ５５が有するトランジスタの耐圧が高ければクランパー５４を設けなくても良い。
【００２６】
次に、本実施形態における半導体装置のＥＭＩ測定について説明する。図５は、本実施形態における半導体装置のノイズ評価動作の例を示すフローチャートである。なお、測定対象の半導体装置（ＤＵＴ）１２は、絶縁された状態で支持基板１３に固定され、ＴＥＭセルボックス１１にセットされているものとする。
【００２７】
信号発生器１４が、制御装置１８からの制御に従って給電用のＲＦ（Radio Frequency）信号を発生する。これにより、ＴＥＭセルボックス１１のポート１９からＲＦ信号に基づく電波の供給が開始される（ステップＳ１１）。このＲＦ信号は、搬送波の周波数ｆRFが第１の周波数ｆ１であり、パスコードに応じて変調されている。なお、変調方式は、特に限定されず、例えばＡＭ変調、ＦＭ変調、パルス変調、位相変調等の任意の変調方式が利用可能である。
【００２８】
ＲＦ信号に基づく電波の供給が開始されることで、測定対象の半導体装置（ＤＵＴ）１２では、給電回路３６が、アンテナ３７で受信した信号（電波）を基に内部電源Ｖｄｄ、Ｖｓｓを生成して、半導体装置１２の各機能部に供給する。これにより、半導体装置１２は、内蔵発振回路２６から発振されるクロック信号を動作クロックとして動作する。また、復調回路３８が、アンテナ３７で受信した信号に復調処理を施す（ステップＳ１２）。
【００２９】
そして、一致検出部４０が、復調回路３８で受信信号を復調して得られたパスコードと記憶部３９に格納されているパスコードとを比較し、それらが一致した場合には動作モードをノイズ評価モードへ遷移させるように動作モード設定部３０に指示する（ステップＳ１３のＹｅｓ）。指示を受けた動作モード設定部３０は、半導体装置（ＤＵＴ）１２の動作モードをノイズ評価モードに設定する（ステップＳ１４）。動作モードがノイズ評価モードに設定されることで、半導体装置（ＤＵＴ）１２は所定のプログラム等により自走して動作する。
【００３０】
また、動作モード設定部３０は、動作モードをノイズ評価モードに設定した場合には、復調回路３８からの放射ノイズをなくすために復調回路３８の動作を停止させる（ステップＳ１５）。また、信号発生器１４は、変調によるサイドバンドのスペクトラムの発生を防止するためにＲＦ信号の変調を止め、搬送波のみの信号にする（ステップＳ１６）。
【００３１】
なお、信号発生器１４でのＲＦ信号の変調の停止は、動作モードがノイズ評価モードに設定されたかを、所定の時間が経過することにより判断して行うようにしても良いし、観測される放射ノイズの変化で判断して行うようにしても良い。また、前述したステップＳ１５及びステップＳ１６の処理順序は、これに限らず、ステップＳ１６の処理の後にステップＳ１５の処理が行われても良いし、ステップＳ１５及びステップＳ１６の処理が同時に行われても良い。
【００３２】
前述したステップＳ１６までの処理が完了した後、動作時に半導体装置（ＤＵＴ）１２から放射されるノイズをＴＥＭセルボックス１１のポート２０に接続されたスペクトラムアナライザー１７を用いて測定する。このようにして、第１の周波数ｆ１の搬送波のみのＲＦ信号で給電されている状態で、第１のノイズ測定を行う（ステップＳ１７）。
【００３３】
ステップＳ１７での第１のノイズ測定が完了すると、信号発生部１４が、制御装置１８からの制御に従って、発生するＲＦ信号の搬送波の周波数ｆRFを第１の周波数ｆ１から第２の周波数ｆ２に変更する（ステップＳ１８）。ここで、第１の周波数ｆ１及び第２の周波数ｆ２は、それらの最小公倍数が測定周波数の上限を超えるようにそれぞれ設定される。そして、動作時に半導体装置（ＤＵＴ）１２から放射されるノイズをスペクトラムアナライザー１７を用いて測定し、第２の周波数ｆ２の搬送波のみのＲＦ信号で給電されている状態で、第２のノイズ測定を行う（ステップＳ１９）。
【００３４】
なお、図５には、第１の周波数ｆ１及び第２の周波数ｆ２の２種類の周波数でのノイズ測定を行う場合を一例として示したが、これに限定されず、３種類以上の周波数でのノイズ測定を行うようにしても良い。なお、３種類以上の周波数でのノイズ測定を行う場合には、少なくとも２種類の周波数の最小公倍数が測定周波数の上限を超えるように設定すれば良い。
【００３５】
図６は、前述のようにしてノイズ測定された半導体装置のＥＭＩ測定結果の例を示す図である。図６に示す例において、信号発生部１４が発生するＲＦ信号の搬送波の周波数ｆRFは、第１の周波数ｆ１を１００ＭＨｚとし、第２の周波数ｆ２を９５ＭＨｚとしている。また、半導体装置の動作クロックとして、内蔵発振回路２６から発振されるクロック信号の周波数ｆOSCは２０ＭＨｚとしている。図６（Ａ）が第１のノイズ測定により得られたスペクトラムを示し、図６（Ｂ）が第２のノイズ測定により得られたスペクトラムを示している。
【００３６】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示されるようにノイズ測定により得られたスペクトラムには、ＲＦ信号の搬送波の周波数成分が含まれる。ＲＦ信号の搬送波の周波数成分には、外部から入力したＲＦ信号の成分６１、６４、及び整流時にアンテナから再放射されるＲＦ信号の高調波成分や給電回路から放射されるＲＦ信号の高調波成分６２、６３、６５、６６がある。したがって、ノイズ測定により得られたスペクトラムそのものを、測定対象の半導体装置（ＤＵＴ）１２から放射されたノイズの真値とすることはできない。そこで、本実施形態では、前述のように２種類の周波数ｆ１、ｆ２でそれぞれ測定されたスペクトラムを、各周波数毎にＡＮＤ演算する、つまり最小の値を真の値とする。このようにノイズ測定により得られたスペクトラムを処理することで、図６（Ｃ）に示すようにＲＦ信号に係る成分が除去され、半導体装置（ＤＵＴ）１２単体から放射されたノイズ値が得られる。
【００３７】
本実施形態によれば、測定対象の半導体装置（ＤＵＴ）に無線で電源（電力）を供給して自走させ、動作時に放射されるノイズを測定することで、評価基板を用いないノイズ評価が可能になり、安定して半導体装置単体のＥＭＩ測定を行うことができる。測定において不確定要素となりうる評価基板を使用しないことで、半導体装置単体での真のＥＭＩ実力評価が可能になり、高信頼性化に寄与する。また、外部端子を介しての電源供給や信号の入出力は不要であるので、パッケージレス（チップ）の半導体装置に対してもＥＭＩ測定を行うことができる。また、評価基板を製作する必要がなくなり、半導体装置のＥＭＩ測定に要するコストを削減することができる。
【００３８】
なお、前記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１１  ＴＥＭセルボックス
１２  半導体装置（ＤＵＴ）
１３  支持基板
１４  信号発生器
１５  パワーアンプ
１６  プリアンプ
１７  スペクトラムアナライザー
１８  制御装置
２６  内蔵発振回路
３０  動作モード設定部
３６  給電回路
３８  復調回路
３９  記憶部
４０  一致検出部
【図１】
2014020805.tif 000003
【図２】
2014020805.tif 000004
【図３】
2014020805.tif 000005
【図４】
2014020805.tif 000006
【図５】
2014020805.tif 000007
【図６】
2014020805.tif 000008
【図７】
2014020805.tif 000009
【図８】
2014020805.tif 000010