測試設備及測試方法

2023-06-30 21:05:46

專利名稱：測試設備及測試方法
技術領域：
本發明涉及一種對被測試設備進行高壓測試的測試設備及測試方法。
背景技術：
存在一種測試方法，通過該方法對被測試設備施加較高的測試電壓，且對被測試設備進行高壓測試。使用這種類型的測試方法，會在被測試設備的電極之間、被測試設備的電極與測試設備之間等發生介質擊穿而引起放電，有可能導致被測試設備或測試設備損壞，還有可能導致對被測試設備的測試沒有正確地進行。因此，存在一種將被測試設備置於具有高絕緣性的氣體環境中，例如六氟化硫氣體(SF6)，並在確保測試環境的介質強度的情況下進行高壓測試的技術。然而，具有高絕緣性的氣體，尤其是六氟化硫氣體具有很高的全球變暖潛能值 (GWP)，對全球環境造成的負擔很大。例如，六氟化硫的全球變暖潛能值為23900。因此，考慮用其它方法來抑制放電，而不使用具有高絕緣性的氣體。例如，存在一種在放電路徑中設置一絕緣屏蔽物的技術。例如，存在一種具有絕緣屏蔽物的高壓測試設備，該絕緣屏蔽物與被檢測對象物的第一引線和第二引線之間的密封體表面相接觸(例如參照專利文獻JP-A-11-271387)。還有一種半導體晶片測量設備，其中，絕緣構件介於一對與晶片相接觸的探針的前端之間，以此來與晶片接觸(例如參照專利文獻 JP-A-2010-10306)作為其它方法，還有一種在將被測試設備浸入到絕緣溶液中的狀態下進行測試的技術。例如，存在一種將半導體設備浸入到具有絕緣性的碳氟化合物溶液中來進行耐壓測量的技術(例如參照專利文獻JP-A-6-120315)。還有一種通過用絕緣溶液至少將半導體襯底的表面覆蓋，並且在半導體襯底上的至少兩個位置之間施加電壓，來檢測半導體襯底的耐壓的技術(例如參照專利文獻JP-A-2003-100819)。然而，對於在放電路徑中設置絕緣屏蔽物的方法，需要有將絕緣屏蔽物設置在預定位置的結構，這意味著測試設備有可能變複雜。同樣對於在將被測試設備浸入到絕緣溶液中的狀態下進行測試的方法，處理絕緣溶液意味著用來進行測試的設備有可能變複雜。例如，當使用低沸點的溶液例如碳氟化合物作為絕緣溶液時，需要有用來防止絕緣溶液在測試過程中蒸發的設備、或在乾燥時用來排氣或回收氣體的設備。此外，即使使用沸點不低的溶液作為絕緣溶液，也仍需要用來清洗的設備。

發明內容
鑑於這些問題，本發明的目的在於提供一種實現高壓測試的測試設備及測試方法，同時減小對全球環境造成的負擔，又不會使測試設備或用於測試的設備複雜化。為了達到上述目的，提供以下幾種測試設備及測試方法。該測試設備包括壓力容器；安裝臺，該安裝臺設置在壓力容器的內部空間中，並在安裝臺上安裝有被測試設備；測試電極，這些測試電極設置在壓力容器的內部空間中，向安裝在安裝臺上的被測試設備提供測試電壓；以及增壓單元，該增壓單元使壓力容器的內部空間中的氣壓升高，其中，在利用增壓單元使壓力容器的內部空間中的氣壓升高的狀態下，從測試電極向安裝在安裝臺上的被測試設備提供測試電壓，並對被測試設備進行測試。此外，測試方法包括以下步驟將被測試設備安裝到設置在壓力容器的內部空間中的安裝臺上的步驟；使得壓力容器的內部空間中的氣壓升高的步驟；以及在壓力容器的內部空間中的氣壓升高的狀態下，從設置在內部空間中的測試電極向安裝在安裝臺上的被測試設備提供測試電壓，且對被測試設備進行測試的步驟。根據本發明的測試設備及測試方法，能夠實現高壓測試，同時減小對全球環境造成的負擔，又不會使測試設備或用於測試的設備複雜化。


圖1是示出根據第一實施例的測試設備的一個例子的示圖；圖2是示出根據第一實施例的測試方法的一個例子的流程圖；圖3A和圖IBB是示出帕邢曲線的例子的示圖；圖4是示出根據第二實施例的測試設備的一個例子的示圖；圖5是示出根據第二實施例的測試方法的一個例子的流程圖；圖6是示出根據第二實施例的測試方法的另一個例子的流程圖；圖7A和圖7B是示出根據第三實施例的介質強度測試的一個例子的示圖；圖8是示出根據第三實施例的介質強度測試的另一個例子的示圖；圖9A和圖9B是示出根據第四實施例的測試電路的一個例子的示圖及其時序圖；圖IOA和圖IOB是示出根據第四實施例的測試電路的另一個例子的示圖及其時序圖；圖IlA和圖IlB是示出根據第四實施例的測試電路的又一個例子的示圖及其時序圖；圖12A和圖12B是示出根據第四實施例的測試電路的又一個例子的示圖及其時序圖；圖13A和圖1 是示出根據第四實施例的測試電路的又一個例子的示圖及其時序圖；圖14A和圖14B是示出根據第五實施例的被測試設備的一個例子的示圖；圖15A和圖15B是示出根據第五實施例的被測試設備的另一個例子的示圖；圖16A和圖16B是示出根據第五實施例的被測試設備的又一個例子的示圖；圖17是示出根據第五實施例的被測試設備的又一個例子的示圖；圖18是示出根據第六實施例的介質強度測量結果的一個例子的示圖。
具體實施例方式下面，根據附圖對各個實施例進行說明。第一實施例圖1是示出根據第一實施例的測試設備的一個例子的示圖。
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測試設備1具有壓力容器10、底板11、以及測量儀器23。壓力容器10具有內部空間13並能夠承受使內部空間13達到規定壓力的壓力，在內部空間13中對被測試設備 (DUT) 12進行測試。壓力容器10也可以稱為例如腔室。這裡，以被測試設備12是包括電極觀和四的半導體設備為例。被測試設備12也可以是半導體晶片、半導體晶片、半導體封裝、或半導體模塊中的任一種。測試設備1也可以被配置成按需根據被測試設備12恰當地使用晶片檢測器、處理器等的結構。底板11設置成覆蓋壓力容器10的內部空間，並且通過ο形環14與壓力容器10 緊密接觸。通過壓力容器10與底板11的緊密接觸，確保了壓力容器10的內部空間13的氣密性。而且，底板11能夠升降，且通過降低而從壓力容器10分離。此時，內部空間13向大氣開放。首先，對壓力容器10進行詳細說明。壓力容器10中設有向內部空間13供氣的管道15和從內部空間13進行排氣的管道16。管道15與氣體供應源17相連接。氣體供應源 17提供被壓縮在高壓氣缸內或被壓縮機壓縮的壓縮氣體、或液化氣(例如液氮)之類的高壓氣體(例如0. 12MPa以上)。而且，氣體供應源17所提供的氣體是全球變暖潛能值較低的氣體。具體而言，是氮氣、空氣、二氧化碳、氬氣、氧氣中的任一種氣體，或包含這些氣體中的一種或多種氣體的混合氣體。此外，當要求氣體具有高絕緣性時，提供由這些氣體中的一種或多種氣體、與雖然有很高的GWP但絕緣性優異的氣體例如六氟化硫混合而成的氣體。此外，在氣體供應源17與內部空間13之間的管道15中，設置有調節器18和供氣電磁閥19。調節器18將氣體供應源17所提供的高壓氣體的壓力調節至預定值。供氣電磁閥19通過開和關，控制向內部空間13供應或停止供應由調節器18調節壓力的高壓氣體。在管道16中設有排氣電磁閥20。排氣電磁閥20通過開和關，控制對內部空間13 中的氣體進行排氣或停止排氣。此外，管道16也可以與真空泵(未圖示)相連接。此外，在壓力容器10中設有安全閥21。當內部空間13達到或超過規定氣壓時，安全閥21對內部空間13中的氣體進行排氣，從而使內部空間13保持在規定氣壓。當使用安全閥21調節內部空間13中的氣壓時，無需設置調節器18。此外，在壓力容器10中設有壓力計22。壓力計22測量內部空間13中的氣壓。壓力計22還包括接觸開關，並在檢測到內部空間13中的氣壓已達到預定值時，向測量儀器23 發送檢測信號。此外，在壓力容器10中設有一對測試端子對和25。在本實施例中，為了簡化說明，存在2個測試端子對和25，但本發明並不限於兩個測試端子，也可以包括根據測量規格設置三個以上的測試端子的情況。每一個測試端子M和25都從壓力容器10的外部向內部空間13延伸。每一個測試端子M和25的位於壓力容器10外部的部分與測量儀器23 電連接。從測量儀器23向每一個測試端子M和25施加測試電壓。此外，在壓力容器10的內部空間13中設有一對測試電極沈和27。測試電極沈和27也可以稱為測試接觸器。測試電極沈與測試端子M相連接，從測試端子M接收測試電壓，並將接收到的測試電壓提供給設置在內部空間13中的被測試設備12的電極觀。測試電極27與測試端子25相連接，從測試端子25接收測試電壓，並將所接收到的測試電壓提供給設置在內部空間13中的被測試設備12的電極四。對被測試設備12的測試通過從測試電極沈和27向被測試設備12的電極觀和四提供測試電壓來進行。接下來，對底板11進行說明。在底板11的面向壓力容器10的內部空間13的表面上設置有安裝臺30，在該安裝臺30上安裝有被測試設備12。當底板11與壓力容器10 緊密接觸時，安裝在安裝臺30上的被測試設備12位於壓力容器10的內部空間13中，而且被測試設備12的電極觀和四分別與測試電極沈和27相接觸。此外，當底板11降低而從壓力容器10分離時，被測試設備12被運送到壓力容器 10外部，而且被測試設備12的電極28和四分別從測試電極沈和27分離。接下來，對測量儀器23進行說明。測量儀器23包括具有高壓電源的測試電路、測量電路等，且通過向測試端子M和25提供測試電壓來對被測試設備12進行測試。響應於壓力計22發送來的檢測信號提供測試電壓，亦即開始進行測試。另外，也可以手動地開始提供測試電壓。接下來，說明使用測試設備1對被測試設備12進行測試的方法。圖2是示出根據第一實施例的測試方法的一個例子的流程圖。步驟SlOO 作為初始狀態，供氣電磁閥19關閉，而排氣電磁閥20打開。而且，將底板11降低，使得底板11和壓力容器10彼此分離。步驟SlOl 將調節器18調整到規定壓力的設定。步驟S102 將被測試設備12安裝到安裝臺30上。這一操作可手動進行，也可以使用傳送機自動地進行。步驟S103 將底板11升高，並使其與壓力容器10緊密接觸。這裡，測試電極沈和27的位置預先進行了調整，或者通過使用圖像傳感器的圖案識別方法而將測試電極沈和27的位置調整到被測試設備12的規定位置上等，從而在底板11與壓力容器10緊密接觸時，使被測試設備12的電極28和四與測試電極沈和27相接觸。步驟S104 關閉排氣電磁閥20，打開供氣電磁閥19。因此，由調節器18調節壓力的高壓氣體被提供給內部空間13，內部空間13中的氣壓升高。步驟S105 當壓力計22達到預定值時，壓力計22向測量儀器23發送檢測信號，且測量儀器23響應於接收到的檢測信號，向測試端子M和25提供測試電壓，從而開始對被測試設備12進行測試。通過用這種方法自動地開始進行測試，能夠降低人力成本。此時， 供氣電磁閥19也可以是關閉的。以此方式，在作為測試環境的壓力容器10的內部空間13中的氣壓升高的狀態下， 對被測試設備12進行測試。步驟S106 當測試完成時，關閉供氣電磁閥19，打開排氣電磁閥20，且壓力容器10 的內部空間13恢復正常壓力。步驟S107 將底板11降低，並將被測試設備12從內部空間13取出。根據測試結果，對取出的被測試設備12進行是合格還是不合格的分類處理等。步驟S108 將下一個被測試設備12安裝到安裝臺30上，處理前進至步驟S103。根據以上所述的步驟，對被測試設備12進行測試。當需要去除內部空間13中的大氣成分、或需要增加所供氣體的濃度時，將管道16與真空泵連接，並在步驟S103與步驟 S104之間啟動真空泵，從而排出內部空間13中的殘留空氣。另外，當壓力容器10的內部空間13中的溼度較高時，有可能會因水分被被測試設備12或測試電極沈或27吸收、或氣氛本身所包含的水分而導致測試環境的介質強度下降。因此，為了不使介質強度下降，將內部空間13中的溼度保持在80% RH以下是有效的。為此，例如當測試環境中的氣壓的規定值為例如0. 2MPa時，有將提供給壓力容器 10的內部空間13的實際氣體的溼度保持在60% RH以下的方法，還有將供氣之前的內部空間13 (大氣壓)中的溼度保持在80% RH以下，並且將所供氣體的溼度也保持在80% RH以下的方法。在前一種情況下，即使假設供氣之前的內部空間13中的溼度為100% RH，通過提供相同體積的具有60% RH以下溼度的氣體，也能使整體溼度變為80% RH以下。當使用例如由液氮產生的氮氣、或密封在商用高壓氣缸內的氣體作為氣體供應源17提供的氣體時， 這些氣體的溼度為RH以下，與測試要求的溼度的上限值相比非常低。因此，當內部空間 13的規定氣壓相對較高時，能夠容易地實現低溼度環境。如上所述，在第一實施例中，在作為測試環境的壓力容器10的內部空間13中的氣壓升高的狀態下，從測試電極26和27向被測試設備12提供測試電壓，且對被測試設備12 進行測試。根據這一配置，能夠降低測試過程中在內部空間13的環境中發生介質擊穿、以及在被測試設備12的電極觀與四之間、在電極觀和四與測試設備1之間等發生放電的可能性。亦即，當壓力容器10的內部空間13中的壓力升高時，內部空間13的環境中的介質強度也增大。這是根據帕邢定律得出的。帕邢定律表示在平行電極之間發生火花放電的電壓是氣壓與電極之間的間隔之積的函數。當設氣壓為p，電極之間的間隔為d時，雖然放電電壓與pXd之間的關係會隨著氣壓的種類而不同，但在大多數情況下，放電電壓的最小值是在PXd(單位氣壓Xmm)為 10_2 10—1的範圍內。火花放電是由於電子在電場中加速而與氣體分子碰撞，導致氣體電離而發生的。 因此，當氣體減少到某一限值以下時，碰撞變得不容易發生，從而電離的氣體很少，意味著難以發生火花放電。相反，當氣體增多到這一限值以上時，電子難以加速到足以發生碰撞， 從而電離的氣體很少，意味著難以發生火花放電。亦即，在上述限值上，最容易發生火花放電，且放電電壓為最小值。根據帕邢定律，在pXd的值大於放電電壓達到最小值時的值的範圍內，放電電壓隨著PXd的增大而增大。也就是說，帕邢定律表示當氣壓在電極之間的間距恆定的狀態下升高時，放電電壓增大，從而能夠增大介質強度。圖3A和圖;3B是示出帕邢曲線的例子的示圖。圖3A是示出六氟化硫氣體的帕邢曲線的示圖，而圖3B是示出氮氣的帕邢曲線的示圖。其中，橫軸表示pXd，縱軸表示放電電壓kV。如圖3A和圖;3B所示，當pXd大於10_2 KT1的範圍時，放電電壓隨著ρXd的增大而增大。由於壓力容器10的內部空間13的環境中的介質強度隨著內部空間13中的壓力升高而增大，因此，根據第一實施例，如上所述，能夠降低測試過程中在內部空間13的環境中發生介質擊穿以及發生放電的可能性。因此，由於能夠不使用以六氟化硫氣體為代表的具有很高全球變暖潛能值和很高絕緣性的氣體作為提供給壓力容器10的內部空間13的氣體來進行高壓測試，因此能夠減小對全球環境造成的負擔。亦即，當提供給壓力容器10的內部空間13的氣體是例如氮氣時，與六氟化硫氣體相比，氮氣的絕緣性較低。例如，如圖3A的帕邢曲線所示，當ρ是一個大氣壓，d為1mm，即 pXd為10°時，六氟化硫氣體的放電電壓為9. 5kV。相反，如圖:3B的帕邢曲線所示，當pXd 為10°時，氮氣的放電電壓約為4kV。然而，根據第一實施例，即使使用氮氣作為所供氣體，也能夠通過使內部空間13 中的氣壓升高，來增大內部空間13的環境中的介質強度，從而能夠進行高壓測試。另外，具有高絕緣性的氣體價格較高，這意味著，由於能夠不使用具有高絕緣性的氣體來進行高壓測試，因此能夠大幅地降低測試成本。而且，在第一實施例中，由於只要簡單地通過使內部空間13中的氣壓升高，就能增大內部空間13的環境中的介質強度，因此無需使測試設備或用於測試的設備複雜化，就能實現高壓測試。接下來，以使用不同於測試設備1的另一增壓單元來升高壓力容器10的內部空間 13中的氣壓的實施例作為第二實施例，對其進行說明。第二實施例圖4是示出根據第二實施例的測試設備的一個例子的示圖。測試設備2與測試設備1的區別在於壓力容器的形狀，並且還另外設置了活塞31 和伺服電動機32。另外，雖然沒有設置安全閥，但也可以設置一個安全閥。其它配置與測試設備1的相同。壓力容器33在其頂部有一開口。活塞31設置成堵住壓力容器33的開口。伺服電動機32設置在活塞31上。通過伺服電動機32的控制，活塞31使壓力容器33的內部空間34上升或下降。此時，活塞31在與壓力容器33的內壁35緊密接觸的同時，沿內壁35移動。亦即， 壓力容器33起到氣缸的作用。對活塞31的控制也可以手動地進行，而不通過伺服電動機 32進行。在這種情況下，使用基於例如秤錘或槓桿原理的手壓機等。通過活塞31的下降，壓力容器33的內部空間34中的氣體被壓縮，且內部空間34 中的氣壓升高。通過活塞31的上升，壓力容器33的內部空間34中的氣壓下降，從而達到正常壓力。另外，氣體供應源17所提供的高壓氣體的壓力可以低於測試設備1的情況，例如為0. IMPa以上。當提供給內部空間34的氣體是空氣時，無需設置氣體供應源37或調節器18，只要是能夠從管道15吸入空氣的結構即可。在這種情況下，無需分開設置管道15和管道16，使用同一管道就能進行供氣和排氣。接下來，將使用測試設備2對被測試設備12進行測試的方法進行說明。首先，說明以下例子提供給壓力容器33的內部空間34的氣體為空氣，在測試設備2中未設置氣體供應源17或調整器18，且空氣從管道15吸入。圖5是示出根據第二實施例的測試方法的一個例子的流程圖。步驟S200 作為初始狀態，供氣電磁閥19和排氣電磁閥20被打開。而且，將底板 11降低，使得底板11和壓力容器33彼此分離。這裡，供氣電磁閥19和排氣電磁閥20的開
8閉是可任選的，但當兩者均打開時，底板11的下降進行得更順暢。步驟S201 將被測試設備12安裝到安裝臺30上。這一操作可手動進行，也可以使用傳送機自動地進行。步驟S202 將底板11升高，並使其與壓力容器33緊密接觸。這裡，測試電極沈和 27的位置預先進行了調整，從而在底板11與壓力容器33緊密接觸時，使被測試設備12的電極28、29與測試電極26、27相接觸。步驟S203 關閉排氣電磁閥20和供氣電磁閥19。步驟S204 利用伺服電動機32使活塞31下降，從而升高壓力容器33的內部空間 34中的氣壓。步驟S205 當壓力計22達到預定值時，壓力計22向測量儀器23和伺服電動機32 發送檢測信號。伺服電動機32在接收到檢測信號時，使活塞31停止下降。測量儀器23響應於接收到的檢測信號，向測試端子M和25提供測試電壓，從而開始對被測試設備12進行測試。另外，也可以採用以下配置當活塞31下降到預先確認的能夠確保規定氣壓的位置時，停止活塞31的下降，且開始進行測試。以此方式，在作為測試環境的壓力容器33的內部空間34中的氣壓升高的狀態下， 對被測試設備12進行測試。步驟S206 當測試完成時，將供氣電磁閥19和排氣電磁閥20打開，壓力容器33的內部空間34恢復正常壓力，且通過伺服電動機32使活塞31上升，回到原來位置。雖然在供氣電磁閥19和排氣電磁閥20都關閉的狀態下，將活塞31升高也能使內部空間34回到正常壓力，但在供氣電磁閥19和排氣電磁閥20都打開時，下一步驟S207中底板11的降低會更順暢地進行。步驟S207 將底板11降低，並將被測試設備12從內部空間34取出。根據測試結果，對取出的被測試設備12進行是合格還是不合格的分類處理等。步驟S208 將下一個被測試設備12安裝到安裝臺30上，處理前進至步驟S202。根據以上所述的步驟，對被測試設備12進行測試。接下來，以使用一種不同於空氣的氣體作為提供給壓力容器33的內部空間34的氣體為例，對使用測試設備2的測試方法進行說明。在這一例子中，測試設備2中設有氣體供應源17和調節器18。圖6是示出根據第二實施例的測試方法的另一個例子的流程圖。步驟S300 作為初始狀態，供氣電磁閥19關閉，而排氣電磁閥20打開。而且，將底板11降低，使得底板11和壓力容器33彼此分離。步驟S301 將調節器18調整到規定壓力的設定。步驟S302 將被測試設備12安裝到安裝臺30上。這一操作可手動進行，或者可以使用傳送機自動地進行。步驟S303 將底板11升高，並使其與壓力容器33緊密接觸。這裡，測試電極沈和 27的位置預先進行了調整，從而在底板11與壓力容器33緊密接觸時，使被測試設備12的電極28和29與測試電極26和27相接觸。步驟S304 關閉排氣電磁閥20，打開供氣電磁閥19。從而，向內部空間34提供經調節器調節壓力的氣體。
步驟S305 等待預定時間，使提供給內部空間34的氣體的濃度達到規定值，然後關閉供氣電磁閥19。步驟S306 利用伺服電動機32使活塞31下降，從而升高壓力容器33的內部空間 34中的氣壓。步驟S307 當壓力計22達到預定值時，壓力計22向測量儀器23和伺服電動機32 發送檢測信號。伺服電動機32在接收到檢測信號時，使活塞31停止下降。測量儀器23響應於接收到的檢測信號，向測試端子M和25提供測試電壓，從而開始對被測試設備12進行測試。另外，也可以採用以下配置當活塞31下降到預先確認的能夠確保規定氣壓的位置時，停止活塞31的下降，且開始進行測試。以此方式，在作為測試環境的壓力容器33的內部空間34中的氣壓升高的狀態下， 對被測試設備12進行測試。步驟S308 當測試完成時，打開排氣電磁閥20，壓力容器33的內部空間34恢復正常壓力，通過伺服電動機32使活塞31上升，回到原來位置。雖然在排氣電磁閥20關閉的狀態下，將活塞31升高也能使內部空間34回到正常壓力，但在排氣電磁閥20打開的狀態下，下一步驟S309中底板11的降低會更順暢地進行。步驟S309 將底板11降低，並將被測試設備12從內部空間34取出。根據測試結果，對取出的被測試設備12進行是合格還是不合格的分類處理等。步驟S310 將下一個被測試設備12安裝到安裝臺30上，且處理前進至步驟S303。根據以上所述的步驟，對被測試設備12進行測試。當需要去除內部空間34中的大氣成分、或需要增加所供氣體的濃度時，將管道16與真空泵連接，並在步驟S303與步驟 S304之間啟動真空泵，從而排出內部空間34中的殘留空氣。另外，當壓力容器33的內部空間34中的溼度較高時，有可能會因水分被被測試設備12或測試電極沈和27吸收、或氣氛本身所包含的水分而導致測試環境的介質強度下降。因此，為了不使介質強度下降，將內部空間34中的溼度保持在80% RH以下是有效的。如上所述，在第二實施例中，在作為測試環境的壓力容器33的內部空間34中的氣壓升高的狀態下，從測試電極26和27向被測試設備12提供測試電壓，對被測試設備12進行測試。根據這一配置，與第一實施例相同，能夠降低測試過程中在內部空間34的環境中發生介質擊穿、以及在被測試設備12的電極觀與四之間、在電極觀和四與測試設備2 之間等發生放電的可能性。因此，能夠不使用具有高絕緣性的氣體作為提供給壓力容器33的內部空間34的氣體來進行高壓測試，所以能夠減小對全球環境造成的負擔。另外，由於能夠不使用具有高絕緣性的氣體來進行高壓測試，因此能夠大幅地降低測試成本。而且，由於只要簡單地通過使內部空間34中的氣壓升高，就能增大內部空間34的環境中的介質強度，因此無需使測試設備或測試設備複雜化，就能實現高壓測試。接下來，以採用第一實施例和第二實施例的測試方法來進行介質強度測試的一個例子為第三實施例，對此進行說明。第三實施例圖7A和圖7B是示出根據第三實施例的介質強度測試的一個例子的示圖。圖7A是被測試設備40的俯視圖，而圖7B是附連了測試電極47a和47b的被測試設備40的剖視圖。如圖7A所示，被測試設備40具有框架電極41、多個引線端子42和43、以及半導體晶片44。半導體晶片44形成在框架電極41上，並且半導體晶片44與引線端子42和43 通過內部導線45電連接。此外，框架電極41、多個引線端子42和43、半導體晶片44、以及內部導線45用樹脂46密封。這裡，框架電極41的端部和每一個引線端子42和43的端部從樹脂46露出。當進行測試時，用測試電極47a和47b夾住被測試設備40，如圖7B所示。而且， 使測試電極47a與47b短路，並使框架電極41與引線端子42和43短路。然後，例如從測量儀器23向框架電極41提供正電壓，並向測試電極47a提供負電壓，由此來對被測試設備 40進行測試。這裡，測量儀器23具有交流或直流的高壓發電機和電流計。上述測試是對框架電極41、引線端子42和43、以及樹脂46表面的絕緣性能(是否有漏電流或介質擊穿)進行測試。根據這一目的，存在施加規定時間的規定電壓來判定合格與否的方法，還有使電壓逐步升高來測量介質強度的方法。在進行測試時測試環境的介質強度較低的情況下，從樹脂46露出來的框架電極 41、引線端子42和43、以及測試電極47a或47b之間(參考圖中的箭頭48和49)有可能發生介質擊穿而引起放電。根據第一實施例和第二實施例的測試方法，由於能夠提高測試環境的介質強度， 因此對這種被測試設備40進行的介質強度測試也能夠在抑制放電影響的情況下進行。接下來，對介質強度測試的另一個例子進行說明。圖8是根據第三實施例的介質強度測試的另一個例子的示圖。被測試設備50具有金屬基底51、設置在金屬基底51上的絕緣襯底52、設置在絕緣襯底52上的絕緣柵雙極電晶體(IGBT)晶片53、以及將金屬基底51、絕緣襯底52和IGBT 晶片53收納其中的樹脂外殼M。而且，在樹脂外殼M上設有樹脂蓋55，並在樹脂蓋55上設有主端子56、57、58。此外，在樹脂外殼M上還設有輔助端子59和60。主端子56、57、58 和輔助端子59、60通過未圖示的內部導線與IGBT晶片53電連接。當進行測試時，所有主端子56、57、58以及輔助端子59、60均短路。然後，例如從測量儀器23向輔助端子60提供正電壓，並向金屬基底51提供負電壓，由此來對被測試設備50進行測試。這裡，測量儀器23具有交流或直流的高壓發電機和電流計。上述測試是對金屬基底51、IGBT晶片53、主端子56、57、58、以及輔助端子59、60 的絕緣性能進行測量的測試。根據這一目的，存在施加規定時間的規定電壓來判定合格與否的方法，還有使電壓逐步升高來測量介質強度的方法。在進行測試時測試環境的介質強度較低的情況下，主端子56、57、58與金屬基底 51之間(參考圖中的箭頭61)、或輔助電極59、60與金屬基底51之間(參考圖中的箭頭 62)有可能發生介質擊穿而引起放電。根據第一實施例和第二實施例的測試方法，由於能夠提高測試環境的介質強度， 因此對這種被測試設備50進行的介質強度測試也能夠在抑制放電影響的情況下進行。接下來，以根據第一實施例和第二實施例的測試方法所採用的測試電路的例子為第四實施例，對此進行說明。
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第四實施例以下說明的測試電路設置在第一實施例和第二實施例的測試設備1的測量儀器 23中首先，對反向偏置安全操作區域(RBSOA)內的測試電路進行說明。圖9A和圖9B 是示出根據第四實施例的測試電路的一個例子的示圖及其時序圖。這裡，將具有柵極、集電極和發射極的電晶體用作為被測試設備71。如圖9A所示， RBSOA測試電路70具有端子72、73、74，其中，端子72與被測試設備71的柵極相連接，端子 73與集電極相連接，而端子74與發射極相連接。RBSOA測試電路70還包括測試電源75、電容器76、負載線圈77、續流二極體(FWD) 78、柵極電阻器79、和柵極驅動器80。負載線圈77和FWD 78在端子73與測試電源75的正極之間電連接。端子74與測試電源75的負極電連接。將端子73、74與測試電源75的正極和負極連接起來的導線上存在浮置電感器81a、81b。電容器76在測試電源75的正極和負極之間電連接。柵極電阻器79和柵極驅動器80在端子72和端子74之間電連接。圖9B是示出RBSOA測試電路70的時序圖。圖中示出了被測試設備71的集電極-發射極間的電壓(VeE)82和集電極電流(1。)83。放大圖中的箭頭84所指的是因電路中的浮置電感器81a、81b導致的電壓跳變。電壓跳變的峰值為例如1700V。接下來，對L負載雪崩測試電路進行說明。圖IOA和圖IOB是根據第四實施例的測試電路的另一個例子的示圖及其時序圖。這裡，將具有柵極、集電極和發射極的電晶體，或者具有柵極、漏極和源極的電晶體用作為被測試設備91。如圖IOA所示，L負載雪崩測試電路90具有端子92、93、94，其中，端子92與被測試設備91的柵極相連接，端子93與集電極或漏極相連接，而端子94與發射極或源極相連接。此外，L負載雪崩測試電路90還包括測試電源95、電容器96、負載線圈97、柵極電阻器 98、和柵極驅動器99。負載線圈97在端子93與測試電源95的正極之間電連接。端子94與測試電源95 的負極電連接。電容器96在測試電源95的正極和負極之間電連接。柵極電阻98和柵極驅動器99在端子92和端子94之間電連接。圖IOB示出L負載雪崩測試電路90的時序圖。圖中示出了被測試設備91的集電極-發射極間的電壓(Vce)或漏極-源極間的電壓(Vds) 100、和集電極電流(Ic)或漏極電流 (Id) 101。在箭頭102處，因負載電感所導致的電壓跳變上升到設備的耐壓。電壓跳變的峰值為例如1000V。接下來，對負載短路測試電路進行說明。圖IlA和圖IlB是根據第四實施例的測試電路的又一個例子的示圖及其時序圖。這裡，將具有柵極、集電極和發射極的電晶體用作為被測試設備111。如圖IlA所示，負載短路測試電路110具有端子112、113、114，其中，端子112與被測試設備111的柵極相連接，端子113與集電極相連接，而端子114與發射極相連接。此外，負載短路測試電路 110還包括測試電源115、電容器116、柵極電阻器117、和柵極驅動器118。端子113與測試電源115的正極電連接。在將端子113和測試電源115的正極連接起來的導線上存在浮置電感器119。端子114與測試電源115的負極電連接。電容器116
12在測試電源115的正極和負極之間電連接。柵極電阻器117和柵極驅動器118在端子112 和端子114之間電連接。圖IlB示出負載短路測試電路110的時序圖。圖中示出了被測試設備111的集電極-發射極間的電壓(Vce) 120和集電極電流(Ic) 121。箭頭122所指的是因電路中的浮置電感器119導致的電壓跳變。電壓跳變的峰值為例如1700V。接下來，對確保反向恢復動作的測試電路進行說明。圖12A和圖12B是示出根據第四實施例的測試電路的又一個例子的示圖及其時序圖。這裡，將具有陰極和陽極的二極體用作為被測試設備131。如圖12A所示，確保反向恢復動作的測試電路130具有端子132、133，其中，端子132與被測試設備131的陰極相連接，而端子133與陽極相連接。確保反向恢復動作的測試電路130還包括測試電源134、 電容器135、開關元件136、負載線圈137、柵極電阻器138、和柵極驅動器139。開關元件136在端子132與測試電源134的正極之間電連接。在將端子132和測試電源134的正極連接起來的導線上存在浮置電感器140。端子133與測試電源134的負極電連接。電容器135在測試電源134的正極和負極之間電連接。負載線圈137在端子132與端子133之間電連接。柵極電阻器138和柵極驅動器 139在開關元件136的控制電極和端子132之間電連接。圖12B是確保反向恢復動作的測試電路130的時序圖。圖中示出了開關元件136 的集電極電流141、以及被測試設備131的陰極-陽極間的電壓(Vak) 142和電流(If) 143。 放大圖中的箭頭144所指的是電壓跳變。電壓跳變的峰值為例如1700V。接下來，對介質強度(耐壓)和漏電流測量電路進行說明。圖13A至圖13C是示出根據第四實施例的測試電路的又一個例子的示圖及其時序圖。將具有柵極、集電極和發射極的電晶體，或是具有柵極、漏極和源極的電晶體用作為被測試設備151。如圖13A所示，介質強度和漏電流測量電路150具有端子152、153、154，其中，端子 152與被測試設備151的柵極相連接，端子153與被測試設備151的集電極或漏極相連接， 而端子154與被測試設備151的發射極或源極相連接。此外，介質強度和漏電流測量電路 150還包括測試電壓可變電源155、電流測量電路156、以及電壓測量電路157。端子153與測試電壓可變電源155的正極電連接。電流測量電路156在端子IM 與測試電壓可變電源155的負極之間電連接。電壓測量電路157在端子153與端子154之間電連接。端子152與端子154電連接。圖13B和圖13C是介質強度和漏電流測量電路150的時序圖。圖1 示出介質強度測量的時序圖，而圖13C示出漏電流測量的時序圖。圖1 中示出了被測試設備151的集電極-發射極間的電壓(Vce)或漏極-源極間的電壓(Vds) 158、和集電極電流(I。)或漏極電流(Id) 159。箭頭160所指的是介質強度， 亦即當規定電流流過集電極或漏極時的集電極-發射極間的電壓(Vce)或漏極-源極間電壓(Vds)，而箭頭161所指的是規定電流值。介質強度為例如1821V。圖13C中示出了集電極-發射極間的電壓(Vce)或漏極-源極間的電壓(Vds)162、 和集電極電流(Ic)或漏極電流(Id) 163。箭頭164所指的是規定電壓值，而箭頭165所指的是施加規定電壓時的漏電流。規定電壓值通常是額定電壓，例如1700V。
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接下來，以採用第一實施例和第二實施例的測試方法的被測試設備的例子為第五實施例，對此進行說明。第五實施例圖14A和圖14B是根據第五實施例的被測試設備的一個例子的示圖。圖14A是被測試設備170的俯視圖，而圖14B是被測試設備170的剖視圖。被測試設備170是半導體晶片。這裡，以IGBT晶片為例。如圖14A和圖14B所示， 被測試設備170具有矽襯底171、形成在矽襯底171的上表面和下表面上的集電極172、以及形成在矽襯底171的上表面上的柵極173、發射極174、和絕緣膜175。形成在矽襯底171 的上表面上的集電極172、柵極173、發射極174通過絕緣膜175相互絕緣。當對被測試設備170進行高壓測試時，例如在集電極172與發射極174之間，或在集電極172與柵極173之間施加規定的高壓。因此，在任意一對電極之間均有可能發生放 H1^ ο根據第一實施例和第二實施例的測試方法，由於能夠提高測試環境的介質強度， 因此對這種被測試設備170進行的介質強度測試也能夠在抑制放電影響的情況下進行。將其上形成有多個半導體晶片的半導體晶片用作為被測試設備。圖15A和圖15B是示出根據第五實施例的被測試設備的另一個例子的示圖。圖 15A是被測試設備180的俯視圖，而圖15B是被測試設備180的剖視圖。被測試設備180是半導體模塊的半成品。這裡，以IGBT模塊的半成品為例。如圖 15A和圖15B所示，被測試設備180具有陶瓷襯底181、形成在陶瓷襯底181的上表面上的集電極182、柵極183和發射極184。在集電極182的上方形成(安裝)有IGBT晶片185。 IGBT晶片185、柵極183、和發射極184通過導線186相連接。當對被測試設備180進行高壓測試時，例如在集電極182與發射極184之間，或在集電極182與柵極183之間施加規定的高壓。因此，在任意一對電極之間、或在任一電極與導線186之間均有可能發生放電。根據第一實施例和第二實施例的測試方法，由於能夠提高測試環境的介質強度， 因此對這種被測試設備180進行的介質強度測試也能夠在抑制放電影響的情況下進行。圖16A和圖16B是示出根據第五實施例的被測試設備的又一個例子的示圖。圖 16A是被測試設備190的俯視圖，而圖16B是被測試設備190的電路圖。被測試設備190是一半導體模塊。這裡，以IGBT模塊為例。如圖16A和圖16B所示，被測試設備190具有ρ電極191、η電極192、和u電極193。如圖16B所示，IGBT元件 194和二極體195在ρ電極191與u電極193之間電連接，而IGBT元件196和二極體197 在u電極193與η電極192之間電連接。當對被測試設備190進行高壓測試時，例如在ρ電極191與η電極192之間施加規定高壓。另外，取決於結構，也可能在P電極191與u電極193之間、η電極192與u電極193之間、或在ρ電極191、η電極192、u電極193與背面金屬基底(未圖示)之間施加高壓。因此，任意一對電極之間都有可能發生放電。作為被測試設備190的半導體模塊、以及後述的半導體封裝(被測試設備200)設計成不會在額定電壓以下發生放電，且只有當所施加的電壓大於額定電壓時才要考慮放電的問題。根據第一實施例和第二實施例的測試方法，由於能夠提高測試環境的介質強度，因此對這種被測試設備190進行的介質強度測試也能夠在抑制放電影響的情況下進行。圖17是示出根據第五實施例的被測試設備的又一個例子的示圖。被測試設備200是具有陽極201和陰極202並且用樹脂203密封的半導體封裝。當對被測試設備200進行高壓測試時，例如在陽極201與陰極202之間施加規定的高壓。因此，在電極之間有可能發生放電。被測試設備210是具有柵極211、漏極212和源極213並且用樹脂214密封的半導體封裝。當對被測試設備210進行高壓測試時，例如在漏極212與柵極211之間，或在漏極 212與源極213之間施加規定的高壓。因此，在任意一對電極之間均有可能發生放電。根據第一實施例和第二實施例的測試方法，由於能夠提高測試環境的介質強度， 因此對這種被測試設備200和210進行的高壓測試也能夠在抑制放電影響的情況下進行。接下來，以在第一實施例和第二實施例的測試設備1和2中調節測試環境的氣壓的方法為第六實施例，對此進行說明。第六實施例這裡，儘管是以測試設備1為代表進行說明，但同樣適用於測試設備2。首先，在測試設備1的壓力容器10的內部空間13中設置測量設備。此處，所舉的例子是使用具有與圖15A和圖15B所示的被測試設備180相同結構的IGBT模塊的半成品作為測量設備。電極之間的間距設為1. 1mm。接下來，使壓力容器10的內部空間13中的氣壓變為0. IMPa，並在這一狀態下，逐漸增大測試電壓，讀取會導致介質擊穿發生的電壓，將其作為介質強度。提供給內部空間13 的氣體是氮氣。接下來，使內部空間13中的氣壓變為0. 15MPa，並通過相同的方法獲取介質強度。 下面，改變氣壓，並獲取各種情況下的介質強度。圖18將其繪製成圖。圖18是根據第六實施例的介質強度測量結果的一個例子的示圖。圖18曲線圖的橫軸表示氣壓(MPa)，縱軸表示介質強度(kV)。通過參考由此繪製而成的圖，能夠讀取高壓測試得以安全進行的氣壓，並能決定測試環境的氣壓條件。例如，當測試電壓的最大值為2kV時，通過使測試環境的氣壓為0. 15MPa以上，就能夠在抑制放電的情況下進行測試。為了增大介質強度，例如存在升高壓力容器10的內部空間13中的氣壓的方法， 還有將具有高絕緣性的氣體例如六氟化硫氣體混合到氣體供應源17所提供的氣體中的方法。
權利要求
1.一種測試設備，包括 壓力容器；安裝臺，該安裝臺設置在所述壓力容器的內部空間中，在該安裝臺上安裝有被測試設備；測試電極，該測試電極設置在所述壓力容器的所述內部空間中，向安裝在所述安裝臺上的所述被測試設備提供測試電壓；以及增壓單元，該增壓單元使所述壓力容器的所述內部空間中的氣壓升高，其中， 在已利用所述增壓單元使所述壓力容器的所述內部空間中的氣壓升高的狀態下，從所述測試電極向安裝在所述安裝臺上的所述被測試設備提供測試電壓，對所述被測試設備進行測試。
2.如權利要求1所述的測試設備，其特徵在於，所述增壓單元具有調節器，向所述壓力容器的所述內部空間提供已調節了壓力的高壓氣體。
3.如權利要求1所述的測試設備，其特徵在於，包括 控制所述壓力容器的所述內部空間中的氣壓的安全閥。
4.如權利要求1所述的測試設備，其特徵在於，所述增壓單元具有對所述壓力容器的所述內部空間中的氣體進行壓縮的活塞。
5.如權利要求1所述的測試設備，其特徵在於，提供給所述壓力容器的所述內部空間的氣體是氮氣、壓縮空氣、氧氣、二氧化碳、氬氣中的任一種氣體，或是包含這些氣體中的一種或多種氣體的混合氣體。
6.如權利要求1所述的測試設備，其特徵在於，包括控制流入所述壓力容器的所述內部空間的氣體的流量、以及流出所述內部空間的氣體的流量的電磁閥。
7.如權利要求1所述的測試設備，其特徵在於，進行測試時，所述壓力容器的所述內部空間的溼度為80% RH以下。
8.如權利要求1所述的測試設備，其特徵在於，包括測量所述壓力容器的所述內部空間中的氣壓的壓力計，當所述內部空間的氣壓達到預定值時，所述壓力計向提供所述測試電壓給所述測試電極的測量儀器發出開始測試的信號。
9.一種測試方法，包括以下步驟將被測試設備安裝到設置在壓力容器的內部空間中的安裝臺上的步驟； 使所述壓力容器的所述內部空間中的氣壓升高的步驟；以及在已使所述壓力容器的所述內部空間中的氣壓升高的狀態下，從設置在所述內部空間中的所述測試電極向安裝在所述安裝臺上的所述被測試設備提供測試電壓，對所述被測試設備進行測試的步驟。
10.如權利要求9所述的測試方法，其特徵在於，包括以下步驟向所述壓力容器的所述內部空間提供氮氣、壓縮空氣、氧氣、二氧化碳、氬氣中的任一種氣體，或包含這些氣體中的一種或多種氣體的混合氣體。
全文摘要
本發明提供一種測試設備及測試方法，用來實現高壓測試，同時減小對全球環境造成的負擔，又不會使測試設備或用於測試的設備複雜化。該測試設備包括壓力容器；安裝臺，該安裝臺設置在壓力容器的內部空間中，並在安裝臺上安裝有被測試設備；測試電極，該測試電極設置在壓力容器的內部空間中，向安裝在安裝臺上的被測試設備提供測試電壓；以及增壓單元，該增壓單元使得壓力容器的內部空間中的氣壓升高，其中，在利用增壓單元使壓力容器的內部空間中的氣壓升高的狀態下，從測試電極向安裝在安裝臺上的被測試設備提供測試電壓，對被測試設備進行測試。
文檔編號G01R31/26GK102313864SQ20111015912
公開日2012年1月11日 申請日期2011年6月1日 優先權日2010年6月2日
發明者內山誠三, 吉田敦, 戶谷浩之, 西澤徹 申請人:富士電機株式會社