(57)【要約】【課題】高価な測定器とソフトウェアを用いることなく、ジャンクション−ケース間の熱抵抗や構成構造物の境界の熱抵抗の検出を高精度かつ容易に検出できるようにする。【解決手段】ＩＣ２を組み込んだＩＣパッケージ１（のジャンクション）に対するヒートシンク３の配置を第１の状態と第２の状態にして測定された２系統の過渡熱抵抗値（Ａ，Ｂ）をメモリ５に記録すると共に、この過渡熱抵抗の曲線Ａ，Ｂの微分値を演算部６で演算し、表示部７には、過渡熱抵抗曲線Ａ，Ｂを表示すると共に、これらの表示に重ねて、曲線Ａ，Ｂを微分した結果である熱抵抗微分値の変化（曲線）を表示し、例えばジャンクション−ケース間の熱抵抗θｊｃを視認し、検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジャンクションに対するヒートシンクの配置を第１の状態として測定された第１の熱抵抗値とジャンクションに対するヒートシンクの配置を上記第１の状態とは異なる第２の状態として測定された第２の熱抵抗値とを記録する記憶部と、
この記憶部に記録された上記第１の熱抵抗値から第１の熱抵抗微分値、上記第２の熱抵抗値から第２の熱抵抗微分値を演算する演算部と、
上記記憶部に記録された上記第１及び第２の熱抵抗値の表示に重ねて、上記第１及び第２の熱抵抗微分値を表示し、熱抵抗の変化を視認・検出可能とする表示部と、を含んでなる熱抵抗測定装置。
【請求項２】
電子部品パッケージをヒートシンクに対し第１の状態で配置して、上記電子部品パッケージ内の電子部品へパルス状の電力を印加すると共に、この電力印加前後の上記電子部品のジャンクション温度の変化を記録する第１ステップと、
上記電子部品パッケージを上記ヒートシンクに対し上記第１の状態とは異なる第２の状態で配置して、上記電子部品パッケージ内の電子部品へパルス状の電力を印加すると共に、この電力印加前後の上記電子部品のジャンクション温度の変化を記録する第２ステップと、
異なる時間のパルス状の電力印加により得られたジャンクション温度の上記電力印加前後の変化を、印加した上記電力で割った熱抵抗値から、上記第１の状態での第１の熱抵抗値と上記第２の状態での第２の熱抵抗値を表示部にプロットして熱抵抗値の変化を表示させ、
上記第１の熱抵抗値から第１の熱抵抗微分値、上記第２の熱抵抗値から第２の熱抵抗微分値を演算し、この第１及び第２の熱抵抗微分値を上記表示部にプロットして熱抵抗微分値の変化を表示させる第３ステップと、を含んでなる熱抵抗測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱抵抗測定装置及び熱抵抗測定方法、特に半導体装置におけるジャンクション温度とケース温度間の熱抵抗等を測定するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスやこの半導体デバイスを含む各種の装置において小型化、省電力化が進み、装置の発熱量増加への対応が要求されており、この対応としての発熱量測定には、幾つかの方法がある。第１の方法は、放熱器を使用せず空中にて測定した結果と放熱器（例えば、無限大放熱板や冷却装置に接続された放熱板）を用いて測定した結果とを比較する方法である。
【０００３】
第２の方法は、放熱器への接触状態を変えて測定した２つの結果を比較し、その上で、より正確な値を求めるために専用の測定器とソフトウェアを使う方法である。
一方、ＪＥＤＥＣ（Joint Electron Device Engineering Councils）によって、熱抵抗に関する規格（JESD51-1，JESD51-14等）が提案されており、上記第２の方法は、この規格等に基づいて実施される。
【０００４】
また、下記特許文献１に示される方法（第３の方法）も提案されている。即ち、第１の方法と同様に、所定の電力投入時間において、ヒートシンクを装着していない状態とヒートシンクを装着した状態で熱抵抗を測定し、この２つの異なる条件で測定した熱抵抗に差が発生し始める時点の熱抵抗をＬＥＤの接合部（ジャンクション）からパッケージ基板の背面までの熱抵抗として検出する。更に、この文献１には、２つの異なる条件で測定した熱抵抗に差が発生し始める時点は、熱抵抗を電力投入時間で微分した値を比較することで検出できることが記載される。
【０００５】
図４に、従来のジャンクション−ケース（パッケージ）間の熱抵抗測定（Ｚｔｈの測定結果）の一例が示されており、この図４は、ＩＣパッケージに対するヒートシンクの配置の状態を変えて熱抵抗を測定したもので、図示の過渡熱抵抗曲線Ａは第１の状態、過渡熱抵抗曲線Ｂは第２の状態の測定結果である。この熱抵抗（Ｚｔｈ）は、グラフの横軸に示す時間幅を有するパルス状の電力をＩＣパッケージ内のＩＣに印加したときに、電力の印加前後で変化する温度変化を印加した電力で割った値を示している。この測定結果によれば、２つの曲線が一致しなくなる点（分岐点）によって、ジャンクション−ケース間の熱抵抗（θｊｃ）が６．１（℃／Ｗ）であることが検出できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１６９７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の上記第１の方法において、上述したジャンクション−ケース間の熱抵抗、或いは半導体装置等の構成構造物の境界の熱抵抗を求めるには、精度が低いという問題があり、上記第２の方法では、高い精度が確保されるが、必要となる専用の測定器とソフトウェアが高価であるという不都合があった。
また、第３の方法では、第１の方法に加えて、熱抵抗を電力投入時間で微分した値を比較することが記載されているが、微分値の比較の処理、得られた熱抵抗の表示等が不明であり、実質的に結果を把握し難いという問題がある。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高価な測定器とソフトウェアを用いることなく、ジャンクション−ケース間の熱抵抗や構成構造物の境界の熱抵抗の検出を高精度かつ容易に検出することができる熱抵抗測定装置及び熱抵抗測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１の発明に係る熱抵抗測定装置は、ジャンクションに対するヒートシンクの配置を第１の状態として測定された第１の熱抵抗値とジャンクションに対するヒートシンクの配置を上記第１の状態とは異なる第２の状態として測定された第２の熱抵抗値とを記録する記憶部と、この記憶部に記録された上記第１の熱抵抗値から第１の熱抵抗微分値、上記第２の熱抵抗値から第２の熱抵抗微分値を演算する演算部と、上記記憶部に記録された上記第１及び第２の熱抵抗値の表示に重ねて、上記第１及び第２の熱抵抗微分値を表示し、熱抵抗の変化を視認・検出可能とする表示部と、を含んでなることを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明に係る熱抵抗測定方法は、電子部品パッケージをヒートシンクに対し第１の状態で配置して、上記電子部品パッケージ内の電子部品へパルス状の電力を印加すると共に、この電力印加前後の上記電子部品のジャンクション温度の変化を記録する第１ステップと、上記電子部品パッケージを上記ヒートシンクに対し上記第１の状態とは異なる第２の状態で配置して、上記電子部品パッケージ内の電子部品へパルス状の電力を印加すると共に、この電力印加前後の上記電子部品のジャンクション温度の変化を記録する第２ステップと、異なる時間のパルス状の電力印加により得られたジャンクション温度の上記電力印加前後の変化を、印加した上記電力で割った熱抵抗値から、上記第１の状態での第１の熱抵抗値と上記第２の状態での第２の熱抵抗値を表示部にプロットして熱抵抗値の変化を表示させ、上記第１の熱抵抗値から第１の熱抵抗微分値、上記第２の熱抵抗値から第２の熱抵抗微分値を演算し、この第１及び第２の熱抵抗微分値を上記表示部にプロットして熱抵抗微分値の変化を表示させる第３ステップと、を含んでなることを特徴とする。
【００１１】
以上の構成によれば、第１及び第２の熱抵抗値をプロットして表示させると共に、これら熱抵抗値の表示に重ねて、第１及び第２の熱抵抗の時間微分値をプロットして表示させるので、例えばジャンクション−ケース間の熱抵抗値の変化が容易に測定・視認可能となる。
上記の抵抗微分値は、対数表示することで、グラフ上に熱抵抗値の変化を顕著に表すことができ、熱抵抗値が飽和した点、即ちジャンクション−ケース間等の熱抵抗の検出が安易となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高価な測定器とソフトウェアを用いることなく、ジャンクション−ケース間の熱抵抗を高精度かつ容易に検出することができる。更に、ジャンクション−ケース間の熱抵抗に限らず、半導体装置等の構成構造物の境界の熱抵抗の検出が容易となり、不良個所も破壊試験なしで検出することが可能となるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る実施例の熱抵抗測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施例の熱抵抗測定装置の測定結果の一例を示すグラフ図である。
【図３】実施例の熱抵抗測定装置の測定結果の他の例を示すグラフ図である。
【図４】従来の熱抵抗の測定結果の一例を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１に、実施例の熱抵抗測定装置で、ジャンクションとケース（パッケージ）間の熱抵抗の測定装置が示されており、図１の符号１は、ＩＣパッケージ（半導体パッケージ）であり、内部にＩＣ（或いはダイオード、抵抗等の半導体素子であって、電力の印加により発熱可能なもの）２が組み込まれている。このＩＣパッケージ１には、ヒートシンク３が第１の状態（例えば、ヒートシンクがない状態、接触しない状態、接触した状態等）と第２の状態（例えば、ヒートシンクの接触が第１の状態と異なる状態）で配置される。
【００１５】
上記ＩＣ２には、電力源４から所定のパルス状の電力が与えられ、電力印加の前と電力印加の後のＩＣ２のジャンクション温度（例えば検出用ダイオードの順方向電圧Ｖｆ）がメモリ５に記録される。このメモリ５に記録されたジャンクション温度（検出用ダイオードのＶｆ）と電力源４で出力した電力（電流等）の値は、演算部６にて熱抵抗値（過渡熱抵抗：所定の電力印加で生じるジャンクション温度の上昇）が求められ、この熱抵抗値の変化（曲線）が表示部７に表示される。
また、この演算部６では、上記熱抵抗値の変化の微分が演算され、この抵抗微分値の変化（曲線）が上記熱抵抗値の変化と共に表示部７に表示される。
【００１６】
次に、実施例の熱抵抗の測定方法について、ＩＣパッケージ内にダイオードが組み込まれている場合を例にとり説明する。
第１ステップ：測定対象のＩＣパッケージ１をヒートシンク３に対し第１の状態で配置し、次のステップａ，ｂで温度記録を行う。
ステップａ：ＩＣパッケージ１内のＩＣ２へ電力源４から所定の時間（ｔ）に設定したパルス状の電力を印加して、この電力印加前後のジャンクション温度（ダイオードの順方向電圧Ｖｆ）を測定し、これをメモリ５に記録する。
ステップｂ：ＩＣパッケージ１のジャンクション温度がヒートシンク３（ヒートシンクを配置しない場合は周囲温度）と同じ温度になるまで、該ＩＣパッケージ１を冷却する。
第２ステップ：ＩＣパッケージ１をヒートシンク３に対し第２の状態で配置し、上記ステップａ，ｂを実行する。
第３ステップ：パルス印加の時間ｔにおけるジャンクション温度Ｔｊ（ｔ）とヒートシンク温度Ｔｊ（ｏ）の差を供給した電力ＰＨで割った熱抵抗の式：Ｚθｊｃ（ｔ）＝｛（Ｔｊ（ｏ）−Ｔｊ（ｔ）｝／ＰＨから、上記第１の状態及び第２の状態のそれぞれについての過渡熱抵抗値を演算部６で求めて表示部７の時間軸上にプロットする。
上記パルス印加時間を異なる時間に変えた電力（例えばパルス幅を変えることで電力投入時間を設定）による測定（第１〜第３ステップ）を繰り返すことで、過渡熱抵抗（Ａ，Ｂ）の変化（曲線）を表示する。
次いで、上記熱抵抗の式を時間ｔについて微分をして得た値：ｄ／ｄｔ・Ｚθｊｃ（ｔ）を無次元数と仮定して上記演算部６で演算し、表示部７の時間軸上にプロットし、熱抵抗微分値の変化（曲線）を過渡熱抵抗値の曲線と共に表示する。
【００１７】
図２に、実施例の表示部７の表示の一例が示されており、図２において、過渡熱抵抗曲線Ａ（第１の熱抵抗値）は第１の状態の配置で得られ、過渡熱抵抗曲線Ｂ（第２の熱抵抗値）は第２の状態の配置で得られたものである（従来の図４の場合と同様の条件とした）。実施例では、この過渡熱抵抗曲線ＡとＢの表示に重ねて、過渡熱抵抗曲線Ａを微分した熱抵抗微分値の変化（曲線）、過渡熱抵抗曲線Ｂを微分した熱抵抗微分値の変化（曲線）が表示される。なお、横軸のパルス投入時間は、電力投入のパルス幅を表している。
【００１８】
このように微分値表示を付加することで、図示のａ点が２つの曲線の分岐点となることが把握でき、この場合のθｊｃ（ジャンクション−ケース間の熱抵抗）は、４．７（℃／Ｗ）であることが測定・表示される。従来の表示では、図４のように、θｊｃ＝６．１（℃／Ｗ）であったが、実施例ではθｊｃ＝４．７となり、従来よりも正確な値が得られることを確認した。なお、上記a点が分岐点であることを把握するため、図２の右縦軸のスケールは適宜変更すればよい。
【００１９】
図３には、別のＩＣパッケージ（図２の場合のＩＣパッケージに比べて薄いタイプのもの）の測定結果が示されている。図３の過渡熱抵抗曲線Ａは第１の状態の測定結果、過渡熱抵抗曲線Ｂは第２の状態の測定結果であり、この過渡熱抵抗曲線ＡとＢの表示に重ねて、過渡熱抵抗曲線Ａを微分した値の変化、過渡熱抵抗曲線Ｂを微分した値の変化が表示される。
この場合、図３のように、従来では過渡熱抵抗曲線ＡとＢの分岐点により、θｊｃ＝０．４１（℃／Ｗ）となるのに対し、実施例によれば、θｊｃ＝０．３５（℃／Ｗ）であることが視認・検出される。
【００２０】
以上の実施例では、ジャンクション−ケース間の熱抵抗θｊｃの測定を例にとり説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、ジャンクション−周囲間の熱抵抗θｊａ、ジャンクション−ボード間の熱抵抗θｊｂ等の測定についても適用することができる。
【符号の説明】
【００２１】
１…ＩＣパッケージ、      ２…ＩＣ（電子部品）、
３…ヒートシンク、        ４…電力源、
５…メモリ、              ６…演算部、
７…表示部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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