(57)【要約】【課題】半導体デバイスから放射される放射電界強度を簡便に、また、より正確に評価する。【解決手段】半導体デバイスにスイッチング動作させる段階と、スイッチング動作中の半導体デバイスの主端子間に生じる電圧変化を測定する段階と、電圧変化に基づき、半導体デバイスの放射電界強度の評価指標を出力する段階とを備え、放射電界強度の評価指標は、少なくとも１つの周波数のそれぞれについて、電圧変化における当該周波数の成分と当該周波数との積に基づく周波数成分を含む評価方法を提供する。【選択図】図３
2019152585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスにスイッチング動作させる段階と、
前記スイッチング動作中の前記半導体デバイスの主端子間に生じる電圧変化を測定する段階と、
前記電圧変化に基づき、前記半導体デバイスの放射電界強度の評価指標を出力する段階と
を備え、
前記放射電界強度の評価指標は、少なくとも１つの周波数のそれぞれについて、前記電圧変化における当該周波数の成分と当該周波数との積に基づく周波数成分を含む
評価方法。
【請求項２】
前記放射電界強度の評価指標は、少なくとも１つの周波数のそれぞれについて、前記電圧変化における当該周波数の成分と、当該周波数の２乗との積に基づく周波数成分を含む、請求項１に記載の評価方法。
【請求項３】
前記スイッチング動作は、前記半導体デバイスのターンオン動作、ターンオフ動作、逆回復動作、および順回復動作のうち、少なくとも２つの動作を含む、請求項１または２に記載の評価方法。
【請求項４】
前記半導体デバイスは、直列に接続された第１デバイスおよび第２デバイスを含み、
前記測定する段階は、前記第１デバイスおよび前記第２デバイスの電圧変化を測定する、請求項１から３のいずれか一項に記載の評価方法。
【請求項５】
前記測定する段階は、前記半導体デバイスが配置される基板に固定された導電性部材の電位を基準電位として、前記半導体デバイスとの間の電圧変化を測定する、請求項４に記載の評価方法。
【請求項６】
前記半導体デバイスに対して出力した前記評価指標と、前記半導体デバイスとは異なる基準デバイスに対して出力した前記評価指標と、を比較する段階と、
比較結果に応じて、前記基準デバイスに対する前記半導体デバイスの前記放射電界強度の強度を評価する段階と、
を更に備える請求項１から５のいずれか一項に記載の評価方法。
【請求項７】
前記測定する段階は、基準条件および基準条件とは異なる第１条件において、それぞれ電圧変化を測定し、
前記評価指標を出力する段階は、前記基準条件および前記第１条件において、放射電界強度の評価指標をそれぞれ出力し、
前記基準条件において測定された放射電界強度の基準評価結果を取得する段階と、
前記基準条件および前記第１条件の評価指標に基づく係数を算出する段階と、
前記基準評価結果に前記係数を適用して、前記第１条件における放射電界強度の評価結果を予測する段階と
を更に備える請求項１から５のいずれか一項に記載の評価方法。
【請求項８】
前記放射電界強度の評価指標と予め定められた比較指標とを、周波数軸上で表示する段階を更に備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の評価方法。
【請求項９】
前記予め定められた比較指標に基づいて、前記予め定められた比較指標および前記放射電界強度の評価指標に演算を実行する段階と、
前記表示する段階は、演算後の前記予め定められた比較指標および前記放射電界強度の評価指標を表示する、請求項８に記載の評価方法。
【請求項１０】
半導体デバイスにスイッチング動作させる段階と、
前記スイッチング動作中の前記半導体デバイスの主端子間に生じる電圧変化を測定する段階と、
前記電圧変化に基づき、前記半導体デバイスの放射電界強度の評価指標を出力する段階と、
前記放射電界強度の評価指標と予め定められた比較指標とを、周波数軸上で表示する段階と
を備え、
前記予め定められた比較指標は、少なくとも１つの周波数のそれぞれについて、前記放射電界強度の規制値の周波数の成分と当該周波数との商に基づく周波数成分を含む
評価方法。
【請求項１１】
評価対象の半導体デバイスに予め定められたスイッチング信号を供給する信号供給部と、
前記半導体デバイスの電圧変化を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づき、前記半導体デバイスの放射電界強度の評価指標を出力する評価指標出力部と、
を備え、
前記放射電界強度の評価指標は、少なくとも１つの周波数のそれぞれについて、前記電圧変化における当該周波数の成分と当該周波数との積に基づく周波数成分を含む
評価装置。
【請求項１２】
前記放射電界強度の評価指標は、少なくとも１つの周波数のそれぞれについて、前記電圧変化における当該周波数の成分と、当該周波数の２乗との積に基づく周波数成分を含む、請求項１１に記載の評価装置。
【請求項１３】
前記信号供給部は、前記半導体デバイスのターンオン動作、ターンオフ動作、逆回復動作、および順回復動作のうち、少なくとも２つの動作を実行させるスイッチング信号を供給する、請求項１１または１２に記載の評価装置。
【請求項１４】
前記半導体デバイスは、直列に接続された第１デバイスおよび第２デバイスを含み、
前記検出部は、前記第１デバイスおよび前記第２デバイスの主端子間に生じる電圧変化を測定する、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の評価装置。
【請求項１５】
前記放射電界強度の評価指標と予め定められた比較指標とを、周波数軸上で表示する表示部を更に備える、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の評価装置。
【請求項１６】
前記評価指標出力部が出力する前記評価指標を記憶する記憶部と、
前記評価指標出力部が出力した前記評価指標と、前記記憶部に記憶された前記半導体デバイスとは異なる基準デバイスに対する前記評価指標と、を比較する比較部と、
比較結果に応じて、前記半導体デバイスの前記放射電界強度の相対的な強度変化を評価する評価部と、
を更に備える請求項１１から１５のいずれか一項に記載の評価装置。
【請求項１７】
評価対象の半導体デバイスに予め定められたスイッチング信号を供給する信号供給部と、
前記半導体デバイスの電圧変化を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づき、前記半導体デバイスの放射電界強度の評価指標を出力する評価指標出力部と、
前記放射電界強度の評価指標と予め定められた比較指標とを、周波数軸上で表示する表示部と
を備え、
前記予め定められた比較指標は、少なくとも１つの周波数のそれぞれについて、前記放射電界強度の規制値の周波数の成分と当該周波数との商に基づく周波数成分を含む
評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、評価方法、評価装置、およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インバータおよびＰＷＭ整流器等の電力変換装置をはじめとする電気電子機器が発生する電磁ノイズ（伝導・放射）には、ＥＭＣ（Electro-Magnetic Compatibility）規格によって限度値が定められており、十分に電磁ノイズを低減することが求められている。このような電力変換装置の動作時に発生する電磁ノイズを、シミュレーションまたは簡易的な測定によって評価する方法が提案されていた（例えば、特許文献１から４参照）。また、パワーエレクトロニクス機器に形成される放射アンテナについて、理論的な検討が行われている（非特許文献１）。
特許文献１  特開平６−３０９４２０号公報
特許文献２  特開２０１４−１３５０９５号公報
特許文献３  特開２００５−２３３８３３号公報
特許文献４  特許第６１９１７９７号明細書
非特許文献１  玉手、外４名、「パワエレ機器が発生する放射電界強度の理論演算法」、平成２９年電気学会全国大会  講演論文集、４−１３５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような電磁ノイズのシミュレーションは、解析モデルが必要となる。しかしながら、当該解析モデルは、電力変換装置の回路基板や筐体構造の詳細が決まった後でなければ正確に作成できない。また、簡易な測定による電磁ノイズ評価も、電力変換装置が完成した後でなければ評価することができない。したがって、電力変換装置が完成した後に電磁ノイズの評価結果が「規格不適合」となることもあり、この場合、ＥＭＣフィルタ設計、部品選定、基板アートワーク、および構造検討等を再度実施しなければならなかった。また、簡易的に電磁ノイズの相対変化は予測できるが、正確に放射電界強度を推定することは困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、半導体デバイスにスイッチング動作させる段階と、スイッチング動作中の半導体デバイスの主端子間に生じる電圧変化を測定する段階と、電圧変化に基づき、半導体デバイスの放射電界強度の評価指標を出力する段階とを備え、放射電界強度の評価指標は、少なくとも１つの周波数のそれぞれについて、電圧変化における当該周波数の成分と当該周波数との積に基づく周波数成分を含む評価方法を提供する。
【０００５】
本発明の第２の態様においては、半導体デバイスにスイッチング動作させる段階と、スイッチング動作中の半導体デバイスの主端子間に生じる電圧変化を測定する段階と、電圧変化に基づき、半導体デバイスの放射電界強度の評価指標を出力する段階と、放射電界強度の評価指標と予め定められた比較指標とを、周波数軸上で表示する段階とを備え、予め定められた比較指標は、少なくとも１つの周波数のそれぞれについて、放射電界強度の規制値の周波数の成分と当該周波数との積に基づく周波数成分を含む評価方法を提供する。
【０００６】
本発明の第３の態様においては、評価対象の半導体デバイスに予め定められたスイッチング信号を供給する信号供給部と、半導体デバイスの電圧変化を検出する検出部と、検出部の検出結果に基づき、半導体デバイスの放射電界強度の評価指標を出力する評価指標出力部と、を備え、放射電界強度の評価指標は、少なくとも１つの周波数のそれぞれについて、電圧変化における当該周波数の成分と当該周波数との積に基づく周波数成分を含む評価装置およびプログラムを提供する。
【０００７】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】半導体デバイス１０のスイッチング特性を評価する評価回路１００の構成例を示す。
【図２】評価回路１００を用いて半導体デバイス１０のスイッチング特性を測定した結果の一例を示す。
【図３】本実施形態における評価装置２００の構成例を、評価対象の半導体デバイス１０と共に示す。
【図４】本実施形態に係る評価指標出力部２３０が算出した電圧変化の周波数成分の一例を示す。
【図５】本実施形態に係る評価指標出力部２３０が出力する放射エネルギーの第１例を示す。
【図６】本実施形態に係る評価指標出力部２３０が出力する放射エネルギーの第２例を示す。
【図７】本実施形態に係る評価指標出力部２３０が出力する放射エネルギーの第３例を示す。
【図８】本実施形態に係る表示部５００が表示する放射エネルギーおよび比較指標の第１例を示す。
【図９】本実施形態に係る表示部５００が表示する放射エネルギーおよび比較指標の第２例を示す。
【図１０】本実施形態における評価装置２００の第１変形例を、評価対象の半導体デバイス１０と共に示す。
【図１１】第１変形例に係る評価装置２００の動作フローを示す。
【図１２】本実施形態における評価装置２００の第２変形例を、評価対象の半導体デバイス１０と共に示す。
【図１３】本実施形態に係る表示部５００が表示する放射エネルギーおよび比較指標の第３例を示す。    １２００の構成例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１０】
図１は、半導体デバイス１０のスイッチング特性を評価する評価回路１００の構成例を示す。評価対象の半導体デバイス１０は、直列に接続された第１デバイス１２および第２デバイス１４を含む例を示す。図１は、第１デバイス１２がダイオードであり、第２デバイス１４がＩＧＢＴと逆並列接続されたダイオードとの組み合わせである例を示す。図１に示す評価回路１００を用いて、第２デバイス１４のターンオン動作およびターンオフ動作等を実行することにより、半導体デバイス１０のスイッチング損失およびサージ電圧等を評価することができる。評価回路１００は、電源１１０と、第１容量部１２０と、第２容量部１３０と、負荷リアクトル１４０と、信号供給部１５０と、を備える。
【００１１】
電源１１０は、直流電圧ＶＤＣを出力する直流電源である。電源１１０は、半導体デバイス１０の両端に接続される。電源１１０は、例えば、第１デバイス１２の一端（カソード端子）と第２デバイス１４の他端（エミッタ端子）に接続され、第１デバイス１２および第２デバイス１４に直流電圧を供給する。この場合、第１デバイス１２の他端（アノード端子）が第２デバイス１４の一端（コレクタ端子）に接続される。
【００１２】
第１容量部１２０は、半導体デバイス１０と並列に接続され、電源１１０から出力される直流電圧ＶＤＣを平滑化する。第１容量部１２０は、例えば、容量ＣＤＣのコンデンサである。第１容量部１２０は、一例として、電解コンデンサである。第２容量部１３０は、半導体デバイス１０と並列に接続され、サージ電圧を抑制する。第２容量部１３０は、例えば、容量ＣＳのコンデンサである。第１容量部１２０および第２容量部１３０は、異なる容量のコンデンサであることが望ましく、例えば、容量ＣＤＣは、容量ＣＳよりも大きい容量である。
【００１３】
負荷リアクトル１４０は、第１デバイス１２の両端に接続される。負荷リアクトル１４０は、一例として、インダクタンスＬを有する。
【００１４】
信号供給部１５０は、半導体デバイス１０に予め定められたスイッチング信号を供給する。信号供給部１５０は、例えば、パルス発生装置および増幅回路等を有し、第２デバイス１４のゲート端子にパルス状のスイッチング信号ＶＳを供給する。第２デバイス１４は、当該スイッチング信号ＶＳがゲート端子に供給されることにより、コレクタ端子およびエミッタ端子間の電気的な接続状態（オン状態）および切断状態（オフ状態）を切り換える。
【００１５】
以上の評価回路１００は、スイッチング信号を第２デバイス１４に供給して、半導体デバイス１０をスイッチング動作させることができる。したがって、例えば、スイッチング動作中のコレクタ端子に流れるコレクタ電流ｉｃを外部の測定装置等で測定することで、第２デバイス１４のスイッチング特性を取得することができる。
【００１６】
また、スイッチング動作中において、第１デバイス１２に流れる順方向電流ｉｆを外部の測定装置等で測定することで、第１デバイス１２のスイッチング特性を評価することができる。なお、第２デバイス１４のコレクタおよびエミッタの端子間電圧をＶｃｅ２とし、第１デバイス１２の両端電圧をＶｒとする。評価回路１００を用いたスイッチング特性の測定について次に説明する。
【００１７】
図２は、評価回路１００を用いて半導体デバイス１０のスイッチング特性を測定した結果の一例を示す。図２は、横軸を時間、縦軸を電圧値または電流値とする。図２は、評価回路１００がスイッチング信号ＶＳにより、第２デバイス１４のオン状態およびオフ状態を切り換えて、第２デバイス１４にターンオン動作およびターンオフ動作させた例を示す。
【００１８】
スイッチング信号ＶＳは、時刻ｔ１においてハイ電圧となり、第２デバイス１４をオン状態にする。第２デバイス１４のコレクタ端子およびエミッタ端子の間が導通になることにより、電源１１０から負荷リアクトル１４０を介して第２デバイス１４へと電流が流れる。第２デバイス１４へと流れる電流は、コレクタ電流ｉｃとして観測され、時刻ｔ１から略一定の変化率ｄｉ／ｄｔで上昇する。ここで、変化率ｄｉ／ｄｔは、次式で示される。
【数１】
2019152585.tif 000003
【００１９】
また、スイッチング信号ＶＳは、時刻ｔ２においてロー電圧となり、第２デバイス１４をオフ状態にする。ここで、評価回路１００は、予め定められたコレクタ電流ｉｃが流れた時点で、第２デバイス１４をオフ状態に切り換えるように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間を設定してよい。これにより、評価回路１００は、予め定められたコレクタ電流ｉｃの条件における、第２デバイス１４のターンオフ動作を実行することができる。即ち、予め定められたコレクタ電流ｉｃの条件で第２デバイス１４をターンオフ動作させた場合の、過渡応答を測定することができる。
【００２０】
なお、コレクタおよびエミッタの端子間電圧Ｖｃｅ２は、第２デバイス１４がオフ状態の時刻ｔ１までの時間において、直流電圧ＶＤＣと略同一の電圧となる。そして、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間において、第２デバイス１４がオン状態となるので、端子間電圧Ｖｃｅ２は略０Ｖとなる。また、第１デバイス１２は、時刻ｔ２までの時間は電流を流さないので、順方向電流ｉｆは略０Ａとなる。また、第１デバイス１２の両端電圧Ｖｒは、時刻ｔ１までは略０Ｖであり、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間において、直流電圧ＶＤＣと略同一の電圧となる。
【００２１】
時刻ｔ２において、第２デバイス１４がオフ状態になると、負荷リアクトル１４０は、流れていた電流を継続させて流すように働くので、当該負荷リアクトル１４０から第１デバイス１２の経路に電流が環流する。したがって、第１デバイス１２の順方向電流ｉｆは、時刻ｔ２において立ち上がり、時間と共に電流値が徐々に減少する。なお、第１デバイス１２の時刻ｔ２における順方向電流ｉｆの立ち上がりを、順回復動作とする。そして、第１デバイス１２に順方向電流ｉｆが流れているうちに、第２デバイス１４をオン状態とすることで、当該第１デバイス１２の逆回復動作と、第２デバイス１４のターンオン動作を実行することができる。
【００２２】
ここで、評価回路１００は、予め定められた順方向電流ｉｆが流れた時点で、第２デバイス１４をオン状態に切り換えるように、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間を設定してよい。これにより、評価回路１００は、予め定められた順方向電流ｉｆの条件における、第１デバイス１２の逆回復動作および第２デバイス１４のターンオン動作を実行することができる。即ち、予め定められた順方向電流ｉｆの条件で第２デバイス１４をターンオン動作させた場合の、第２デバイス１４および第１デバイス１２の過渡応答を測定することができる。
【００２３】
このように、スイッチング信号ＶＳは、時刻ｔ３において再びハイ電圧となり、第２デバイス１４をオン状態にする。第２デバイス１４の端子間電圧Ｖｃｅ２は、第２デバイス１４がオフ状態の時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間において、直流電圧ＶＤＣと略同一の電圧となり、時刻ｔ３から再び略０Ｖとなる。また、第１デバイス１２の両端電圧Ｖｒは、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間において、略０Ｖとなり、時刻ｔ３から再び直流電圧ＶＤＣと略同一の電圧となる。
【００２４】
なお、第１デバイス１２の順回復動作および第２デバイス１４のターンオフ動作は、同一のスイッチング信号ＶＳで、少なくとも一部が同一の時間領域で観測できる。同様に、第１デバイス１２の逆回復動作および第２デバイス１４のターンオン動作も、同一のスイッチング信号ＶＳで、少なくとも一部が同一の時間領域で観測できる。
【００２５】
例えば、信号供給部１５０が、第２デバイス１４をターンオン動作させるスイッチング信号ＶＳを第２デバイス１４のゲート端子に供給した場合を考える。この場合において、第２デバイス１４のコレクタ・エミッタの端子間電圧Ｖｃｅ２の過渡応答を検出すると、第２デバイス１４のターンオン特性を観測することができる。また、第１デバイス１２に流れる電流ｉｆを検出すると、第１デバイス１２の順回復特性を観測することができる。
【００２６】
同様に、信号供給部１５０が、第２デバイス１４をターンオフ動作させるスイッチング信号ＶＳを第２デバイス１４のゲート端子に供給した場合を考える。この場合において、第２デバイス１４のコレクタ・エミッタの端子間電圧Ｖｃｅ２を検出すると、第２デバイス１４のターンオフ特性を観測することができる。また、第１デバイス１２に流れる電流ｉｆを検出すると、第１デバイス１２の逆回復特性を観測することができる。
【００２７】
このように、評価回路１００を用いて半導体デバイス１０のスイッチング特性を測定し、例えば、予め定められた基準を満たす良品と評価された半導体デバイス１０が、市場等に出荷される。しかしながら、スイッチング特性が良好な半導体デバイス１０を用いて電力変換装置等を製造しても、当該電力変換装置が発生する電磁ノイズがＥＭＣ規格で定められた基準値を超えてしまうことがある。この場合、電力変換装置が完成した後に、ＥＭＣフィルタ設計、半導体デバイス１０を含む部品の再選定、基板アートワーク、および構造検討等を再度実施しなければならず、膨大な手間とコストが発生してしまう。
【００２８】
また、半導体デバイス１０のスイッチング特性を評価すると共に、半導体デバイス１０の放射ノイズを簡易的に評価することも知られている。この場合、評価結果を比較することで、半導体デバイス１０の放射ノイズの相対変化は予測することができるが、放射電界強度を精度よく予測することは困難であった。
【００２９】
そこで、本実施形態に係る評価装置２００は、半導体デバイス１０のスイッチング特性を評価すると共に、放射アンテナの放射効率を考慮して、当該半導体デバイス１０の放射電界強度を評価する。これにより、当該半導体デバイス１０を搭載した電力変換装置等が発生する放射電界強度を、当該電力変換装置が完成する前に精度よく推定することができ、製造過程における手間とコストを低減させる。このような評価装置２００について、次に説明する。
【００３０】
図３は、本実施形態における評価装置２００の構成例を、評価対象の半導体デバイス１０と共に示す。評価装置２００は、一部が図１に示す評価回路１００と同様の構成である。したがって、評価装置２００を用いることで、図１および図２で説明した半導体デバイス１０のスイッチング特性を評価することができる。評価装置２００は、電源１１０と、第１容量部１２０と、第２容量部１３０と、負荷リアクトル１４０と、信号供給部１５０と、検出部２２０と、評価指標出力部２３０と、記憶部２４０と、表示部５００と、を備える。
【００３１】
図３に示す電源１１０、第１容量部１２０、第２容量部１３０、負荷リアクトル１４０、および信号供給部１５０は、図１で説明した電源１１０、第１容量部１２０、第２容量部１３０、負荷リアクトル１４０、および信号供給部１５０の動作と略同一なので、同一の符号を付している。したがって、ここではこれらの説明を省略する。
【００３２】
なお、図３において、評価対象の半導体デバイス１０は、直列に接続された第１デバイス１２および第２デバイス１４を含む例を示す。ここで、第１デバイス１２および第２デバイス１４は、例としてＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴ等の半導体スイッチである。図３は、第１デバイス１２および第２デバイス１４がＩＧＢＴで、それぞれにダイオードが逆並列に接続されている例を示す。即ち、負荷リアクトル１４０は、第１デバイス１２の一端および他端の間に接続され、第１デバイス１２の一端はコレクタ端子であり、他端はエミッタ端子である。
【００３３】
検出部２２０は、半導体デバイス１０の電圧変化を検出する。検出部２２０は、例えば、スイッチング動作に応じて変化する半導体デバイス１０の電圧変動を検出する。検出部２２０は、例えば、第１デバイス１２および第２デバイス１４の間の電圧変化を観測する。検出部２２０は、例えば、電圧プローブを有し、当該電圧プローブを第１デバイス１２および第２デバイス１４の間に、電気的に接続する。
【００３４】
これに代えて、検出部２２０は、第１デバイス１２の一端および他端の間の、コレクタ・エミッタの端子間電圧Ｖｃｅ１、第２デバイス１４の一端および他端の間の、コレクタ・エミッタの端子間電圧Ｖｃｅ２のいずれか一方の端子間電圧を検出してもよい。このように、検出部２２０は、第１デバイス１２および第２デバイス１４の主端子間に生じる電圧変化を測定してよい。検出部２２０は、例えば、電圧プローブを有し、当該電圧プローブを第１デバイス１２または第２デバイス１４の一端および他端に、電気的に接続する。
【００３５】
評価指標出力部２３０は、検出部２２０の検出結果に基づき、半導体デバイス１０の放射電界強度の評価指標を出力する。評価指標出力部２３０は、検出部２２０が検出した電圧変化の周波数成分を算出してよい。評価指標出力部２３０は、例えば、オシロスコープ等の時間ドメインの測定器を有し、時間ドメインの測定結果をフーリエ変換して、周波数ドメインのデータに変換する。これに代えて、評価指標出力部２３０は、スペクトラムアナライザ等の周波数ドメインの測定を実行する測定器を有し、周波数ドメインの測定結果を出力してもよい。
【００３６】
評価指標出力部２３０は、一の周波数に対する電圧変化の周波数成分と、当該一の周波数との積に基づく値を、放射電界強度の評価指標として出力する。言い換えると、放射電界強度の評価指標は、少なくとも１つの周波数のそれぞれについて、電圧変化における当該周波数の成分と当該周波数との積に基づく周波数成分を含む。また、放射電界強度の評価指標は、少なくとも１つの周波数のそれぞれについて、電圧変化における当該周波数の成分と、当該周波数の２乗との積に基づく周波数成分を含んでもよい。放射電界強度の評価指標については、後述する。評価指標出力部２３０は、算出した評価指標を記憶部２４０および表示部５００に供給する。
【００３７】
記憶部２４０は、評価指標出力部２３０が出力する評価指標を記憶する。記憶部２４０は、例えば、当該評価装置２００が評価した評価対象の半導体デバイス１０と対応付けて、評価指標を記憶する。記憶部２４０は、一例として、当該評価装置２００が評価して出力した過去の評価指標を記憶して、評価指標のデータベースとして機能してよい。なお、記憶部２４０は、当該評価装置２００の内部および外部のいずれかに設けてよい。また、記憶部２４０は、ネットワーク等を介して評価装置２００の本体と接続されるデータベースとすることもできる。
【００３８】
表示部５００は、評価指標出力部２３０が出力する評価指標を表示する。表示部５００は、例えば、評価指標を周波数軸上で表示する。表示部５００は、評価指標と比較する比較指標を更に表示してもよい。
【００３９】
以上の本実施形態に係る評価装置２００は、図１および図２で説明した半導体デバイス１０のスイッチング動作を実行して、当該半導体デバイス１０の放射電界強度を評価する。評価装置２００は、例えば、半導体デバイス１０のターンオン動作、ターンオフ動作、逆回復動作、および順回復動作等のうち少なくとも１つを実行させる。そして、検出部２２０は、スイッチング動作中の半導体デバイス１０の主端子間に生じる電圧変化を測定する。評価指標出力部２３０は、検出部２２０が検出した電圧変化の周波数成分を算出する。
【００４０】
図４は、本実施形態に係る評価指標出力部２３０が算出した電圧変化の周波数成分の一例を示す。図４は、横軸が周波数を示し、縦軸がデシベル単位にした電圧を示す。図４は、半導体デバイス１０を条件Ａで駆動した場合の電圧変化を、１ＭＨｚから１００ＭＨｚの周波数帯域の周波数成分に変換した例を示す。ここで、条件Ａは、ターンオン動作、ターンオフ動作、逆回復動作、および順回復動作等のうちのいずれか１つでよい。
【００４１】
半導体デバイス１０から発生する電磁ノイズを定性的に判断する目的であれば、このような周波数特性を用いてもよいが、より精度よく把握することは困難になることがあった。例えば、電圧変化の周波数成分は複数のピークを有するので、電磁ノイズが最大となる周波数を把握したい場合、複数のピーク値のいずれが最大となるかを精度よく把握することは困難である。
【００４２】
図４の例において、電圧変化の周波数成分は、略３５ＭＨｚおよび略９０ＭＨｚにピークを有する傾向を把握できる。しかしながら、半導体デバイス１０を用いた装置等を実際に組み立てた場合、略３５ＭＨｚおよび略９０ＭＨｚのピークのどちらが最大強度となるかを予測することは困難であった。即ち、単に周波数特性を算出するだけでは、放射電界強度が最大となる周波数を精度よく予測することは困難であり、ピークが発生する周波数の位置が把握できても、低減すべきピークであるか否かを判断することは困難となることがあった。
【００４３】
また、図４の例は、条件Ａといった１つの条件に対する半導体デバイス１０の周波数特性を示すが、複数の条件に対する複数の周波数特性を評価指標出力部２３０が算出する場合、低減すべきピークを判断することがより困難となってしまう。そこで、本実施形態に係る評価指標出力部２３０は、放射アンテナの放射効率を考慮した放射電界強度の評価指標を放射エネルギーとして出力する。
【００４４】
例えば、半導体デバイス１０を搭載するパワーエレクトロニクス機器等は、組み立てられると、開発者および設計者等の意図とは無関係に放射アンテナが形成される。電磁ノイズは、このような放射アンテナを介して放射されることになるので、当該放射アンテナの放射効率を考慮した放射電界強度Ｅを算出することにより、電磁ノイズの評価制度を向上させることができる。放射アンテナから放射される電磁ノイズである、放射電界強度を導出する理論式は、Ｍａｘｗｅｌｌの方程式から算出できる。なお、ＥＭＣ規格による電磁ノイズの規制の対象は、遠方界の領域における評価となることから、次式のように算出することができる。
【数２】
2019152585.tif 000004
【数３】
2019152585.tif 000005
【００４５】
（数２）式は、ダイポールアンテナ放射の理論演算式である。（数２）式において、ｌはダイポールの線路帳［ｍ］、μ０は真空の透磁率［Ｈ／ｍ］、ｆは周波数［Ｈｚ］、ｒは測定距離［ｍ］、Ｉは微小ダイポールを流れる電流［Ａ］、ｘはアンテナ上の位置、βは波数［ｍ−１］、ε０は真空の誘電率［Ｆ／ｍ］、２πｆ／ｖ＝２πｆ（μ０・ε０）１／２、ｖは光速［ｍ／ｓ］である。また、（数３）式は、ループアンテナ放射の理論演算式である。（数３）式において、μ０は真空の透磁率［Ｈ／ｍ］、ｆは周波数［Ｈｚ］、Ｓはループ面積［ｍ２］、Ｉはループ経路を流れる電流［Ａ］、ｖは光速［ｍ／ｓ］、ｒは測定距離［ｍ］である。
【００４６】
（数２）式および（数３）式は、いずれも電流Ｉによって放射電界強度Ｅを算出できることを示し、電圧には直接依存していないことがわかる。ここで、アンテナ放射を決定する電流Ｉを、アンテナ電流とする。以上より、放射電界強度の評価指標である放射エネルギーは、経路のインピーダンスに応じてノイズ源となる電圧からアンテナ電流Ｉへと変換され、当該アンテナ電流Ｉから（数２）式または（数３）式に基づき、算出できることがわかる。
【００４７】
なお、経路インピーダンスおよび放射アンテナは、半導体デバイス１０を搭載するパワーエレクトロニクス機器に形成される回路毎に異なる。しかしながら、半導体デバイス１０のノイズ源電圧の大小を評価する場合、経路インピーダンスおよび放射アンテナを略一定の値として近似してもよい。例えば、経路インピーダンスを１とすれば、ノイズ源電圧およびアンテナ電流は、略同一の値として取り扱うことができる。
【００４８】
また、アンテナ形状に関するパラメータ（面積Ｓおよび長さｌ）と、測定距離ｒとを、略一定の値とすると、（数２）式の右辺はアンテナ電流Ｉおよび周波数ｆの積に比例すること、（数３）式の右辺はアンテナ電流Ｉと周波数ｆの２乗との積に比例することがわかる。したがって、（数２）式のダイポールアンテナ放射の場合、放射エネルギーは、ノイズ源電圧および周波数ｆの積とすることができる。また、（数３）式のループアンテナ放射の場合、放射エネルギーは、ノイズ源電圧と周波数ｆの２乗との積とすることができる。
【００４９】
このように、本実施形態に係る評価指標出力部２３０は、半導体デバイス１０を搭載する機器または装置等にダイポールアンテナ放射が支配的となる放射アンテナが形成される場合、（数２）式に基づく評価指標を放射エネルギーとして算出して出力する。即ち、評価指標出力部２３０は、少なくとも１つの周波数のそれぞれについて、電圧変化における当該周波数の成分と当該周波数との積に基づく周波数成分を含む放射エネルギーを、放射電界強度の評価指標を出力する。
【００５０】
図５は、本実施形態に係る評価指標出力部２３０が出力する放射エネルギーの第１例を示す。図５は、横軸が周波数を示し、縦軸がデシベル単位にした放射エネルギーを示す。図５は、評価指標出力部２３０が図４に示す電圧変化の周波数成分から放射エネルギーを算出した結果の一例を示す。即ち、図５は、図４に示す電圧変化の周波数成分をＶ（ｆ）とすると、評価指標出力部２３０がＣ１・ｆ・Ｖ（ｆ）を算出した結果を示す。ここで、Ｃ１は、予め定められた係数であり、図５の場合、一例として、Ｃ１＝１としている。
【００５１】
半導体デバイス１０が搭載されたパワーエレクトロニクス機器等は、入出力ケーブル等にダイポールアンテナが形成され、ダイポール放射が支配的となる傾向にある。この場合、評価指標出力部２３０は、（数２）式に基づく評価指標を出力することにより、当該ダイポールアンテナから放射される放射電界強度の傾向を把握することができる。図５の例からは、例えば、３０ＭＨｚを超える帯域において、略３５ＭＨｚに発生するピークが最大の放射電界強度になることがわかる。また、略３５ＭＨｚに発生するピークは、略９０ＭＨｚに発生するピークよりも８ｄＢ程度大きくなることも確認できる。
【００５２】
このように、本実施形態の評価装置２００は、放射アンテナの放射効率まで考慮しているので、より正確に放射電界強度を評価することができ、放射電界強度が最大となる周波数を精度よく予測できる。したがって、評価装置２００は、半導体デバイス１０をパワーエレクトロニクス機器等に搭載する前であっても、放射電界強度の傾向を把握することができる。例えば、図５の例の場合、電磁ノイズの規格を満足すべく、略３５ＭＨｚに発生するピークを低減させるという方針を定めることができ、効率的に半導体デバイス１０および当該半導体デバイス１０を搭載する機器等を開発および／または製造することができる。
【００５３】
図６は、本実施形態に係る評価指標出力部２３０が出力する放射エネルギーの第２例を示す。図６は、図５と同様に、横軸が周波数を示し、縦軸がデシベル単位にした放射エネルギーを示す。図６は、評価指標出力部２３０が異なる３つの条件で半導体デバイス１０を駆動した場合に対応する、放射エネルギーを算出した結果の一例を示す。即ち、図６は、条件Ａ、条件Ｂ、および条件Ｃで取得された電圧変化の周波数成分をＶＡ（ｆ）、ＶＢ（ｆ）、およびＶＣ（ｆ）とすると、評価指標出力部２３０がＣ１・ｆ・ＶＡ（ｆ）、Ｃ１・ｆ・ＶＢ（ｆ）、およびＣ１・ｆ・ＶＣ（ｆ）をそれぞれ算出した結果を示す。
【００５４】
図６の放射エネルギーの傾向より、３０ＭＨｚを超える帯域において、条件Ｃが最も大きな放射電界強度を略３０ＭＨｚで発生させることがわかる。また、条件Ａは、略３５ＭＨｚにおいて放射電界強度が最大となるが、条件Ｃの最大値と比較して、略４ｄＢ小さくなることがわかる。また、条件Ｂは、略６０ＭＨｚを超える帯域において放射電界強度のピークを発生するものの、３０ＭＨｚを超える帯域において、他の条件よりも放射電界強度が小さく、最も規制を満足しやすい条件であることがわかる。
【００５５】
以上のように、本実施形態に係る評価装置２００は、異なる条件において発生する放射エネルギーをそれぞれ算出して比較することで、半導体デバイス１０を搭載する機器等からの電磁ノイズの発生条件、周波数、および出力値の相対的な差等をより正確に判断できる。なお、評価装置２００が比較する条件は、半導体デバイス１０の駆動条件に限定されることはない。評価装置２００は、異なる半導体デバイス１０から取得した電圧変化から評価指標をそれぞれ算出して比較してよい。また、評価装置２００は、実際に半導体デバイス１０を搭載した機器から計測された放射電界強度と比較してもよい。
【００５６】
以上の説明において、半導体デバイス１０を搭載する機器または装置等にダイポールアンテナ放射が支配的となる放射アンテナが形成される場合について説明した。これに代えて、半導体デバイス１０を搭載する機器または装置等にループアンテナ放射が支配的となる放射アンテナが形成される例について次に説明する。この場合、評価指標出力部２３０は、（数３）式に基づく評価指標を算出して出力する。即ち、評価指標出力部２３０は、少なくとも１つの周波数のそれぞれについて、電圧変化における当該周波数の成分と当該周波数の２乗との積に基づく周波数成分を含む放射エネルギーを出力する。
【００５７】
図７は、本実施形態に係る評価指標出力部２３０が出力する放射エネルギーの第３例を示す。図７は、横軸が周波数を示し、縦軸がデシベル単位にした放射エネルギーを示す。図７は、評価指標出力部２３０が図４に示す電圧変化の周波数成分と（数３）式とに基づき、放射エネルギーを算出した結果の一例を示す。即ち、図７は、図４に示す電圧変化の周波数成分をＶ（ｆ）とすると、評価指標出力部２３０がＣ２・ｆ２・Ｖ（ｆ）を算出した結果を示す。ここで、Ｃ２は、予め定められた係数であり、図７の場合、一例として、Ｃ２＝１としている。
【００５８】
また、図７は、評価指標出力部２３０が異なる３つの条件で半導体デバイス１０を駆動した場合に対応する、放射エネルギーを算出した結果の一例を示す。即ち、図７は、条件Ａ、条件Ｂ、および条件Ｃで取得された電圧変化の周波数成分をＶＡ（ｆ）、ＶＢ（ｆ）、およびＶＣ（ｆ）とすると、評価指標出力部２３０がＣ２・ｆ２・ＶＡ（ｆ）、Ｃ２・ｆ２・ＶＢ（ｆ）、およびＣ２・ｆ２・ＶＣ（ｆ）をそれぞれ算出した結果を示す。
【００５９】
図７は、図６と比較すると、各条件における放射エネルギーのピークの値等が変化していることがわかる。したがって、ＥＭＣ規格等の規制を満足するように、低減すべき周波数および放射電界強度の値は、ダイポールアンテナ放射が支配的な機器と、ループアンテナ放射が支配的な機器とでは異なることがある。そこで、評価装置２００は、機器の特性に応じた放射エネルギーの評価指標を算出して出力してよい。なお、評価装置２００は、使用者およびオペレータ等であるユーザから、ダイポールアンテナ放射およびループアンテナ放射のいずれが支配的であるかの入力を受け取ってよい。また、評価装置２００は、ダイポールアンテナ放射に基づく評価指標、およびループアンテナ放射に基づく評価指標の２つの評価指標を出力してもよい。
【００６０】
以上の本実施形態に係る評価装置２００は、評価指標出力部２３０が出力する評価指標を表示部５００が表示する例を説明した。これに加えて、表示部５００は、放射エネルギーと予め定められた比較指標とを、周波数軸上で表示してよい。比較指標は、評価装置２００が過去に算出した評価指標であってよく、これに代えて、放射電界強度の規制値等であってもよい。
【００６１】
図８は、本実施形態に係る表示部５００が表示する放射エネルギーおよび比較指標の第１例を示す。図８は、図５等と同様に、横軸が周波数を示し、縦軸がデシベル単位にした放射エネルギーを示す。図８は、条件Ｄにおいて評価指標出力部２３０が出力する評価指標と、放射電界強度の規制値を示す比較指標とを、表示部５００が周波数軸上で表示した例を示す。
【００６２】
図８に示す放射電界強度の規制値は、３０ＭＨｚから２３０ＭＨｚの帯域の規制値と比較して、２３０ＭＨｚを超える規制値の方が１０ｄＢ程度大きい例を示す。したがって、放射エネルギーが略３００ＭＨｚにおいて増加する傾向にあっても、当該放射電界強度の規制値を満たすことがわかる。このように、表示部５００が比較指標と共に放射エネルギーを表示することにより、ユーザは、電磁ノイズの評価を簡便に実行することができる。
【００６３】
図９は、本実施形態に係る表示部５００が表示する放射エネルギーおよび比較指標の第２例を示す。図９は、図８と同様に、横軸が周波数を示し、縦軸がデシベル単位にした放射エネルギーを示す。図９は、条件Ｄにおける評価指標出力部２３０が出力する評価指標と、放射電界強度の規制値を示す比較指標とを、表示部５００が略同一のスケールで表示した例を示す。また、図９は、表示部５００が２３０ＭＨｚを超える帯域の評価指標および比較指標を、それぞれ略１０ｄＢ低減させるようにシフトした例を示す。
【００６４】
図８に示す放射電界強度の規制値は、３０ＭＨｚから２３０ＭＨｚの帯域の規制値と比較して、２３０ＭＨｚを超える規制値の方が１０ｄＢ程度大きいので、表示部５００によるシフト処理により、比較指標は見かけ上、略一定の値となる。即ち、図９において、比較指標が略一定の値となることがわかる。また、図９において、放射電界強度の評価指標が、２３０ＭＨｚを超える帯域において、−１０ｄＢシフトしていることもわかる。このように、表示部５００が比較指標に応じて放射電界強度の評価指標をシフトさせることにより、ユーザは、比較指標および評価指標の比較を容易に実行することができる。特に、比較指標を略一定の値となるようにシフトすることで、ユーザは、規制値を満たすか否かを容易に判断できる。
【００６５】
以上の本実施形態に係る評価装置２００は、放射アンテナの放射効率を考慮して、放射電界強度の評価指標を出力する例を説明した。これに加えて、評価装置２００は、評価指標を導出する式の係数を定めて、放射電界強度の絶対値を評価してもよい。評価装置２００は、例えば、半導体デバイス１０を実際に搭載した装置の放射電界強度の測定値等に基づき、係数Ｃ１、Ｃ２等を定めてよい。また、評価装置２００は、経路インピーダンスの値等を、測定値等に応じて定めてもよい。これにより、評価装置２００は、放射電界強度の絶対値の傾向を評価することができる。
【００６６】
また、評価装置２００は、過去に出力した評価指標と比較することにより、放射電界強度の傾向を評価してもよい。評価装置２００は、異なる半導体デバイスのそれぞれから出力した評価指標を比較してよい。このような評価装置２００について、次に説明する。
【００６７】
図１０は、本実施形態における評価装置２００の第１変形例を、評価対象の半導体デバイス１０と共に示す。本変形例の評価装置２００において、図３に示された本実施形態に係る評価装置２００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。本変形例の評価装置２００は、比較部２５０と、評価部２６０とを更に備える。
【００６８】
比較部２５０は、評価指標出力部２３０が出力した評価指標と、記憶部２４０に記憶された半導体デバイス１０とは異なる基準デバイスに対する過去の評価指標と、を比較する。ここで、半導体デバイス１０が、基準デバイスを改良したデバイスである場合、比較部２５０は、改良前の基準デバイスの評価指標と、改良後の半導体デバイス１０の評価指標とを比較する。
【００６９】
評価部２６０は、比較部２５０の比較結果に応じて、半導体デバイス１０の放射エネルギーの相対的な強度変化を評価する。評価部２６０は、評価結果を表示部５００に供給する。評価部２６０は、さらに外部のデータベース等に評価結果を供給してもよい。また、評価部２６０は、評価結果をデータシート等の予め定められた形式の出力としてもよい。
【００７０】
以上の本変形例に係る評価装置２００は、図１および図２で説明した半導体デバイス１０のスイッチング動作を実行して、当該半導体デバイス１０の放射ノイズを評価する。評価装置２００による半導体デバイス１０の評価動作について、次に説明する。
【００７１】
図１１は、第１変形例に係る評価装置２００の動作フローを示す。評価装置２００は、図１１に示すＳ４１０からＳ４６０の動作を実行して、評価対象の半導体デバイス１０の放射エネルギーを評価する。
【００７２】
まず、検出部２２０の電圧プローブが電気的に接続された半導体デバイス１０に、スイッチング動作を実行させる（Ｓ４１０）。例えば、信号供給部１５０は、図２に示すスイッチング信号ＶＳを第２デバイス１４のゲート端子に供給して、第１デバイス１２の順回復動作と逆回復動作、および第２デバイス１４のターンオン動作とターンオフ動作といったスイッチング動作を実行させる。
【００７３】
そして、半導体デバイス１０のスイッチング動作中に、当該半導体デバイス１０の主端子間に生じる電圧変化を検出部２２０が測定する（Ｓ４２０）。検出部２２０は、第１デバイス１２および第２デバイス１４のコレクタ端子とエミッタ端子間の電圧変化、または、第１デバイス１２もしくは第２デバイス１４のいずれか一方の電圧変化を検出する。
【００７４】
次に，電圧変化の周波数成分を算出する（Ｓ４３０）。評価指標出力部２３０は、例えば、検出部２２０が検出した半導体デバイス１０の電圧変化、即ち電圧波形を周波数変換して、周波数成分を算出する。また、評価指標出力部２３０は、スペクトラムアナライザ等の周波数ドメインの計測装置を有し、電圧変化の周波数成分を観測してもよい。
【００７５】
次に、電圧変化の周波数成分に基づき、半導体デバイス１０の放射エネルギーを出力する（Ｓ４４０）。評価指標出力部２３０は、例えば、算出した電圧変化の周波数成分Ｖ（ｆ）に、周波数ｆを乗じた結果を、評価指標として出力する。また、評価指標出力部２３０は、算出した電圧変化の周波数成分Ｖ（ｆ）に、周波数ｆの２乗を乗じた結果を、評価指標として出力してもよい。
【００７６】
ここで、評価指標は、一例として、３０ＭＨｚから１ＧＨｚといった、予め定められた周波数帯域における算出結果である。評価指標出力部２３０は、記憶部２４０に評価指標を出力して記憶させる。また、評価指標出力部２３０は、比較部２５０に当該評価指標を供給する。また、評価指標出力部２３０は、当該評価指標を半導体デバイス１０のデータシートの一部として出力してもよい。なお、図３で説明した評価装置は、Ｓ４１０からＳ４４０まで当該動作フローを実行してから、表示部５００に評価指標を供給して、評価指標を表示させてよい。
【００７７】
次に、半導体デバイス１０に対して出力した評価指標と、半導体デバイス１０とは異なる基準デバイスに対して過去に出力した評価指標と、を比較する（Ｓ４５０）。例えば、比較部２５０は、記憶部２４０から過去の評価指標を読み出し、評価指標出力部２３０が出力した評価指標と、過去の評価指標とを比較する。比較部２５０は、一例として、予め定められた周波数帯域における評価指標の差分スペクトルを算出する。
【００７８】
次に、比較結果に応じて、半導体デバイス１０の放射エネルギーの相対的な強度変化を評価する（Ｓ４６０）。評価部２６０は、例えば、差分スペクトルを相対的な強度変化としてよい。また、評価部２６０は、差分スペクトルにおける予め定められた周波数に対応する値を、相対的な強度変化としてよい。また、評価部２６０は、差分スペクトルにおいて、予め定められた複数の周波数に対応する値の平均値を、相対的な強度変化としてよい。
【００７９】
評価部２６０は、相対的な強度変化を、放射エネルギーの評価結果として出力する。評価部２６０は、半導体デバイス１０のスイッチング動作の種類毎に、評価結果を出力してよい。一例として、基準デバイスが過去に装置等に搭載したデバイスの場合、相対的な強度変化は、半導体デバイス１０を当該装置等に搭載することによって変化する相対的な放射電界強度の指標となる。また、基準デバイスが半導体デバイス１０と略同一のデバイスの場合、相対的な強度変化は、デバイスの製造ばらつきまたは継時変化、デバイスが実装される構造の相違等の指標となる。
【００８０】
表示部５００は、相対的な強度変化を周波数軸上に表示してよい。これに代えて、表示部５００は、評価指標出力部２３０が出力した評価指標と、過去の評価指標とを表示してもよい。この場合、表示部５００は、予め定められた比較指標を更に表示してもよい。また、表示部５００は、相対的な強度変化の表示と評価指標の表示とを切り換えて表示してもよい。また、表示部５００は、相対的な強度変化の表示と評価指標の表示とを重ねて表示してもよい。
【００８１】
本変形例の評価装置２００は、以上の動作フローにより、半導体デバイス１０の放射エネルギーを評価して出力することができる。なお、以上の評価装置２００は、過去の評価指標との差分である、相対的な強度変化を評価結果として出力する例を説明したが、これに限定されることはない。評価装置２００は、半導体デバイス１０が搭載された機器から放射される放射電界強度の測定結果と、図１１のフローによって算出される相対的な強度変化とに基づき、当該機器の測定条件とは異なる条件における放射電界強度を予測してもよい。
【００８２】
例えば、Ｓ４２０における測定する段階は、基準条件および基準条件とは異なる第１条件において、それぞれ電圧変化を測定する。そして、Ｓ４３０における電圧変化の周波数成分を算出する段階は、基準条件および第１条件における電圧変化を、周波数特性にそれぞれ変換する。そして、Ｓ４４０における評価指標を出力する段階は、基準条件および第１条件において、放射エネルギーをそれぞれ出力する。そして、Ｓ４５０における評価指標を比較する段階において、基準条件および第１条件の放射エネルギーの差分を算出する。なお、評価指標の差分は、基準条件および第１条件の評価指標に基づく係数として算出されてよい。
【００８３】
ここで、本変形例の評価装置２００は、半導体デバイス１０が搭載された機器から放射される放射電界強度の測定結果を取得する。評価装置２００は、予め、機器からの放射電界強度の測定結果を取得してもよく、これに代えて、評価指標を算出してから機器からの放射電界強度の測定結果を取得してもよい。評価装置２００は、基準条件において測定された放射電界強度の基準評価結果を取得する。
【００８４】
次に、評価装置２００は、取得した基準評価結果に評価指標に基づく係数を適用して、第１条件における放射電界強度の評価結果を予測する。評価部２６０は、基準評価結果に評価指標に基づく係数を加算することにより、第１条件における機器から放射される放射電界強度を予測してよい。ここで、一例として、基準評価結果は、過去に基準デバイスを搭載した機器からの測定結果でよい。即ち、基準条件は、基準デバイスをスイッチング動作させた条件でよい。
【００８５】
そして、第１条件は、基準デバイスとは異なるデバイスをスイッチング動作させた条件でよい。例えば、第１条件は、基準デバイスから改良されたデバイスをスイッチング動作させた条件でよい。これにより、本変形例の評価装置２００は、改良されたデバイスを機器に搭載する前に、改良されたデバイスを搭載した機器から測定される放射電界強度を予測することができる。
【００８６】
以上の本実施形態に係る評価装置２００は、半導体デバイス１０のターンオン動作、ターンオフ動作、逆回復動作、および順回復動作を実行して、得られたスイッチング電圧波形の周波数特性に基づき、放射エネルギーを評価することを説明した。なお、ターンオン動作、ターンオフ動作、逆回復動作、および順回復動作に対応して得られるスイッチング電圧波形の周波数特性を、それぞれ、ターンオン特性、ターンオフ特性、逆回復特性、および順回復特性とする。
【００８７】
ここで、評価装置２００によるスイッチング電圧波形の周波数特性は、スイッチング動作に応じて電圧が異なる結果が得られる。特に、放射ノイズの規制対象となる３０ＭＨｚ以上の周波数において、逆回復特性は、他と比較してより大きい電圧となることがある。そこで、評価装置２００は、少なくとも半導体デバイス１０の逆回復動作を含むスイッチング動作を実行して、評価指標を出力することが望ましい。
【００８８】
また、４つの特性のうち、少なくとも２つの特性がわかれば、他の特性について類推できる場合がある。したがって、評価装置２００は、半導体デバイスのターンオン動作、ターンオフ動作、逆回復動作、および順回復動作のうち、少なくとも２つの動作を含むスイッチング動作を実行して、評価指標を出力することが望ましい。なお、この場合、少なくとも２つの動作のうちの１つの動作が、逆回復動作であることがより望ましい。
【００８９】
また、４つの特性のうち、ターンオン特性が、他と比較して逆回復特性の次に大きい電圧となることがある。そこで、評価装置２００は、少なくとも半導体デバイス１０の逆回復動作およびターンオン動作を含むスイッチング動作を実行して、評価指標を出力することがより望ましい。以上のように、信号供給部１５０は、半導体デバイス１０のターンオン動作、ターンオフ動作、逆回復動作、および順回復動作のうち、１または少なくとも２つの動作を実行させるスイッチング信号を供給してよい。これらにより、評価装置２００は、評価時間を短縮することができ、また、評価の手間等を省くことができる。
【００９０】
以上の本実施形態に係る評価装置２００は、直列に接続された第１デバイス１２および第２デバイス１４の間の電圧変化を観測する例を説明した。これに加えて、または、これに代えて、評価装置２００は、第１デバイス１２および第２デバイス１４の電圧変化を観測してもよい。即ち、検出部２２０は、第１デバイス１２の一端と、第２デバイス１４の他端とに、電気的に接続され、第１デバイス１２および第２デバイス１４の両端電圧の電圧変化を検出する。
【００９１】
このような、第１デバイス１２および第２デバイス１４の両端電圧は、電源１１０が供給する直流電圧ＶＤＣに、スイッチング動作に応じた高周波変動成分ΔＶＤＣが重畳された波形となる。評価装置２００は、当該高周波変動成分ΔＶＤＣを観測して、半導体デバイス１０の放射エネルギーを評価してもよい。
【００９２】
なお、半導体デバイス１０をターンオン動作させて高周波変動成分ΔＶＤＣを観測した場合、第１デバイス１２の逆回復特性および第２デバイス１４のターンオン特性が重畳された電圧変化が観測される。即ち、この場合、高周波変動成分ΔＶＤＣは、第１デバイス１２の逆回復特性および第２デバイス１４のターンオン特性のうち、より電圧が大きい方の特性と相関があることになる。
【００９３】
同様に、半導体デバイス１０をターンオフ動作させて高周波変動成分ΔＶＤＣを観測した場合、第１デバイス１２の順回復特性および第２デバイス１４のターンオフ特性が重畳された電圧変化が観測される。即ち、この場合、高周波変動成分ΔＶＤＣは、第１デバイス１２の順回復特性および第２デバイス１４のターンオフ特性のうち、より電圧が大きい方の特性と相関があることになる。
【００９４】
したがって、評価装置２００は、例えば、半導体デバイス１０をターンオン動作およびターンオフ動作させて高周波変動成分ΔＶＤＣを１回ずつ観測することで、４つのスイッチング特性のうち、より電圧が大きい２つのスイッチング特性を観測することができる。また、当該高周波変動成分ΔＶＤＣの測定は、ＤＣ成分を除く周波数特性の観測なので、ＡＣカップリングによる計測または、検出部２２０および評価指標出力部２３０の間にハイパスフィルタを挿入することで、容易にΔＶＤＣの成分を抽出できる。したがって、評価装置２００は、Ｓ／Ｎおよびダイナミックレンジを大きくして、高周波変動成分ΔＶＤＣを測定できる。
【００９５】
以上の本実施形態に係る評価装置２００は、スイッチング動作中の半導体デバイス１０の電圧変化を観測することを説明した。ここで、半導体デバイス１０の浮遊容量に流れる電流が放射ノイズ源となることがある。例えば、半導体デバイス１０に冷却フィンが取り付けられた場合、当該冷却フィンの一部の導電性部材と、半導体デバイス１０との間に浮遊容量が形成され、この浮遊容量を流れる電流が放射ノイズを発生させる。
【００９６】
このような場合、評価装置２００は、浮遊容量によって発生するノイズを加味した観測結果を取得することで、より正確に相対的な放射エネルギーの評価を実行できる。このような評価装置２００について、次に説明する。
【００９７】
図１２は、本実施形態に係る評価装置２００の第２変形例を、評価対象の半導体デバイス１０と共に示す。第２変形例の評価装置２００において、図１０に示された第１変形例に係る評価装置２００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第２変形例の評価装置２００は、導電性部材３２０と、第３容量部３３０と、を更に備える。
【００９８】
導電性部材３２０は、半導体デバイス１０の温度を調節する温度調節部の一部である。例えば、導電性部材３２０は、ヒータ、冷却装置、および放熱フィンのうちの少なくとも１つの一部である。また、導電性部材３２０は、半導体デバイス１０の環境温度を安定に保つ機能を有する。したがって、導電性部材３２０は、直接的に半導体デバイス１０に固定されることが望ましい。これにより、半導体デバイス１０および導電性部材３２０の間の浮遊容量および接触抵抗を略一定の安定な値に保つことができる。
【００９９】
そして、評価装置２００は、半導体デバイス１０が配置される基板に固定された導電性部材３２０の電位を基準電位として、半導体デバイス１０との間の電圧変化を測定する。例えば、検出部２２０の電圧プローブは、一方が導電性部材３２０に、他方が第１デバイス１２および第２デバイス１４の間に、それぞれ電気的に接続され、第２デバイス１４のコレクタおよびエミッタの端子間電圧Ｖｃｅ２の変化を検出する。また、検出部２２０の電圧プローブは、一方が導電性部材３２０に、他方が第１デバイス１２のコレクタ端子側の一端に、それぞれ電気的に接続され、第１デバイス１２および第２デバイス１４の両端電圧の電圧変化を検出してもよい。
【０１００】
以上のように、本変形例の評価装置２００は、半導体デバイス１０および導電性部材３２０の間の浮遊容量を安定化させる。また、導電性部材３２０は、温度の安定化に用いるので、表面積を大きくすることが望ましく、他の経路の浮遊容量よりも大きくすることができる。また、このような浮遊容量は、放射ノイズの原因となるコモンモード電流が流れる経路となる。したがって、評価装置２００は、浮遊容量によって発生するノイズと、コモンモード電流とを安定化させて、より再現性の高い評価指標を出力することができる。
【０１０１】
また、本変形例の評価装置２００は、半導体デバイスにそれぞれ並列に接続される複数の容量部を備え、複数の容量部のうち、少なくとも１つの容量部は、直列に接続された複数の容量素子を有してよい。図１２に示す評価装置２００は、第３容量部３３０が第１容量素子３３２および第２容量素子３３４を有する例を示す。ここで、第１容量素子３３２および第２容量素子３３４の間は、基準電位３４０に接続される。
【０１０２】
第３容量部３３０は、放射ノイズを低減させるＥＭＣフィルタとして用いられる既知の回路である。評価装置２００は、このような回路を設けることにより、半導体デバイス１０が実際に搭載される回路構成に近づけ、より精度の高い評価結果を出力することができる。評価装置２００は、第３容量部３３０に加えて、同種および／または異なる種類のＥＭＣフィルタ等を更に設けてもよい。
【０１０３】
以上の本実施形態に係る評価装置２００は、放射アンテナの放射効率を考慮して、放射エネルギーを出力する例を説明した。そして、表示部５００が、予め定められた比較指標と共に、評価指標を表示する例を説明した。これに代えて、評価装置２００は、検出部２２０が検出した電圧変化の周波数成分を評価指標としてよい。そして、表示部５００は、放射アンテナの放射効率を考慮した比較指標と共に、当該評価指標を表示してよい。
【０１０４】
図１３は、本実施形態に係る表示部５００が表示する放射エネルギーおよび比較指標の第３例を示す。図１３は、横軸が周波数を示し、縦軸がデシベル単位にしたノイズ源電圧を示す。即ち、図１３は、表示部５００が電圧変化の周波数成分を表示した例を示す。また、図１３は、表示部５００が比較指標に１／ｆを乗じた結果を、比較指標として表示した例を示す。即ち、予め定められた比較指標は、少なくとも１つの周波数のそれぞれについて、放射電界強度の規制値の周波数の成分と当該周波数との商に基づく周波数成分を含んでよい。このような表示部５００の表示においても、実質的には、放射アンテナの放射効率を考慮した放射エネルギーの評価に相当し、図８に示す電磁ノイズの評価と略同一の結果が得られることがわかる。
【０１０５】
以上のように、本実施形態に係る表示部５００は、放射エネルギーの評価指標を周波数軸上で表示する例を説明したが、これに限定されることはない。表示部５００は、評価指標の最大値、平均値、および最小値等を、表示してもよい。表示部５００は、例えば、予め定められた周波数範囲における評価指標の最大値、平均値、および最小値等のうち少なくとも一つの値を、表形式で表示してもよい。これにより、表示部５００は、複数の評価指標を比較する場合に、周波数軸上で複数の曲線が交わり合って直ちに優劣が判別できなくなることを防止できる。表示部５００は、表形式の表示および周波数軸の表示を切り換えて表示できることが望ましい。また、表示部５００は、表形式の表示および周波数軸の表示を重ねて表示してもよい。
【０１０６】
また、表示部５００は、評価指標および比較指標を比較して出力する場合、評価指標および比較指標の差分が予め定められた閾値を超える周波数領域に対して、他の周波数領域とは異なる形態（色、線種、背景の色、点滅表示）等で当該評価指標を表示してよい。一例として、表示部５００は、当該差分が６ｄＢを超える周波数領域が存在する場合、当該周波数領域の評価指標を赤色で表示してよい。また、表示部５００は、このような閾値を複数設け、異なる閾値を超えるごとに、異なる形態で当該評価指標を表示してもよい。表示部５００は、評価指標同氏を比較する場合においても、同様に表示してよい。これにより、ユーザは、差分の大きい周波数領域を容易に判断することができる。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０１０７】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１０８】
１０  半導体デバイス、１２  第１デバイス、１４  第２デバイス、１００  評価回路、１１０  電源、１２０  第１容量部、１３０  第２容量部、１４０  負荷リアクトル、１５０  信号供給部、２００  評価装置、２２０  検出部、２３０  評価指標出力部、２４０  記憶部、２５０  比較部、２６０  評価部、３２０  導電性部材、３３０  第３容量部、３３２  第１容量素子、３３４  第２容量素子、３４０  基準電位、５００  表示部
【図１】
2019152585.tif 000006
【図２】
2019152585.tif 000007
【図３】
2019152585.tif 000008
【図４】
2019152585.tif 000009
【図５】
2019152585.tif 000010
【図６】
2019152585.tif 000011
【図７】
2019152585.tif 000012
【図８】
2019152585.tif 000013
【図９】
2019152585.tif 000014
【図１０】
2019152585.tif 000015
【図１１】
2019152585.tif 000016
【図１２】
2019152585.tif 000017
【図１３】
2019152585.tif 000018