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专利名称：测试设备及测试方法
技术领域：
本发明涉及一种对被测试设备进行高压测试的测试设备及测试方法。
背景技术：
存在一种测试方法，通过该方法对被测试设备施加较高的测试电压，且对被测试设备进行高压测试。使用这种类型的测试方法，会在被测试设备的电极之间、被测试设备的电极与测试设备之间等发生介质击穿而引起放电，有可能导致被测试设备或测试设备损坏，还有可能导致对被测试设备的测试没有正确地进行。因此，存在一种将被测试设备置于具有高绝缘性的气体环境中，例如六氟化硫气体(SF6)，并在确保测试环境的介质强度的情况下进行高压测试的技术。然而，具有高绝缘性的气体，尤其是六氟化硫气体具有很高的全球变暖潜能值 (GWP)，对全球环境造成的负�：艽�。例如，六氟化硫的全球变暖潜能值为23900。因此，考虑用其它方法来抑制放电，而不使用具有高绝缘性的气体。例如，存在一种在放电路径中设置一绝缘屏蔽物的技术。例如，存在一种具有绝缘屏蔽物的高压测试设备，该绝缘屏蔽物与被检测对象物的第一引线和第二引线之间的密封体表面相接触(例如参照专利文献JP-A-11-271387)。还有一种半导体晶片测量设备，其中，绝缘构件介于一对与晶片相接触的探针的前端之间，以此来与晶片接触(例如参照专利文献 JP-A-2010-10306)作为其它方法，还有一种在将被测试设备浸入到绝缘溶液中的状态下进行测试的技术。例如，存在一种将半导体设备浸入到具有绝缘性的碳氟化合物溶液中来进行耐压测量的技术(例如参照专利文献JP-A-6-120315)。还有一种通过用绝缘溶液至少将半导体衬底的表面覆盖，并且在半导体衬底上的至少两个位置之间施加电压，来检测半导体衬底的耐压的技术(例如参照专利文献JP-A-2003-100819)。然而，对于在放电路径中设置绝缘屏蔽物的方法，需要有将绝缘屏蔽物设置在预定位置的结构，这意味着测试设备有可能变复杂。同样对于在将被测试设备浸入到绝缘溶液中的状态下进行测试的方法，处理绝缘溶液意味着用来进行测试的设备有可能变复杂。例如，当使用低沸点的溶液例如碳氟化合物作为绝缘溶液时，需要有用来防止绝缘溶液在测试过程中蒸发的设备、或在干燥时用来排气或回收气体的设备。此外，即使使用沸点不低的溶液作为绝缘溶液，也仍需要用来清洗的设备。

发明内容
鉴于这些问题，本发明的目的在于提供一种实现高压测试的测试设备及测试方法，同时减小对全球环境造成的负担，又不会使测试设备或用于测试的设备复杂化。为了达到上述目的，提供以下几种测试设备及测试方法。该测试设备包括压力容器；安装台，该安装台设置在压力容器的内部空间中，并在安装台上安装有被测试设备；测试电极，这些测试电极设置在压力容器的内部空间中，向安装在安装台上的被测试设备提供测试电压；以及增压单元，该增压单元使压力容器的内部空间中的气压升高，其中，在利用增压单元使压力容器的内部空间中的气压升高的状态下，从测试电极向安装在安装台上的被测试设备提供测试电压，并对被测试设备进行测试。此外，测试方法包括以下步骤将被测试设备安装到设置在压力容器的内部空间中的安装台上的步骤；使得压力容器的内部空间中的气压升高的步骤；以及在压力容器的内部空间中的气压升高的状态下，从设置在内部空间中的测试电极向安装在安装台上的被测试设备提供测试电压，且对被测试设备进行测试的步骤。根据本发明的测试设备及测试方法，能够实现高压测试，同时减小对全球环境造成的负担，又不会使测试设备或用于测试的设备复杂化。


图1是示出根据第一实施例的测试设备的一个例子的示图；图2是示出根据第一实施例的测试方法的一个例子的流程图；图3A和图IBB是示出帕邢曲线的例子的示图；图4是示出根据第二实施例的测试设备的一个例子的示图；图5是示出根据第二实施例的测试方法的一个例子的流程图；图6是示出根据第二实施例的测试方法的另一个例子的流程图；图7A和图7B是示出根据第三实施例的介质强度测试的一个例子的示图；图8是示出根据第三实施例的介质强度测试的另一个例子的示图；图9A和图9B是示出根据第四实施例的测试电路的一个例子的示图及其时序图；图IOA和图IOB是示出根据第四实施例的测试电路的另一个例子的示图及其时序图；图IlA和图IlB是示出根据第四实施例的测试电路的又一个例子的示图及其时序图；图12A和图12B是示出根据第四实施例的测试电路的又一个例子的示图及其时序图；图13A和图1 是示出根据第四实施例的测试电路的又一个例子的示图及其时序图；图14A和图14B是示出根据第五实施例的被测试设备的一个例子的示图；图15A和图15B是示出根据第五实施例的被测试设备的另一个例子的示图；图16A和图16B是示出根据第五实施例的被测试设备的又一个例子的示图；图17是示出根据第五实施例的被测试设备的又一个例子的示图；图18是示出根据第六实施例的介质强度测量结果的一个例子的示图。
具体实施例方式下面，根据附图对各个实施例进行说明。第一实施例图1是示出根据第一实施例的测试设备的一个例子的示图。
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测试设备1具有压力容器10、底板11、以及测量仪器23。压力容器10具有内部空间13并能够承受使内部空间13达到规定压力的压力，在内部空间13中对被测试设备 (DUT) 12进行测试。压力容器10也可以称为例如腔室。这里，以被测试设备12是包括电极观和四的半导体设备为例。被测试设备12也可以是半导体晶片、半导体芯片、半导体封装、或半导体�？橹械娜我恢�。测试设备1也可以被配置成按需根据被测试设备12恰当地使用晶片检测器、处理器等的结构。底板11设置成覆盖压力容器10的内部空间，并且通过ο形环14与压力容器10 紧密接触。通过压力容器10与底板11的紧密接触，确保了压力容器10的内部空间13的气密性。而且，底板11能够升降，且通过降低而从压力容器10分离。此时，内部空间13向大气开放。首先，对压力容器10进行详细说明。压力容器10中设有向内部空间13供气的管道15和从内部空间13进行排气的管道16。管道15与气体供应源17相连接。气体供应源 17提供被压缩在高压气缸内或被压缩机压缩的压缩气体、或液化气(例如液氮)之类的高压气体(例如0. 12MPa以上)。而且，气体供应源17所提供的气体是全球变暖潜能值较低的气体。具体而言，是氮气、空气、二氧化碳、氩气、氧气中的任一种气体，或包含这些气体中的一种或多种气体的混合气体。此外，当要求气体具有高绝缘性时，提供由这些气体中的一种或多种气体、与虽然有很高的GWP但绝缘性优异的气体例如六氟化硫混合而成的气体。此外，在气体供应源17与内部空间13之间的管道15中，设置有调节器18和供气电磁阀19。调节器18将气体供应源17所提供的高压气体的压力调节至预定值。供气电磁阀19通过开和关，控制向内部空间13供应或停止供应由调节器18调节压力的高压气体。在管道16中设有排气电磁阀20。排气电磁阀20通过开和关，控制对内部空间13 中的气体进行排气或停止排气。此外，管道16也可以与真空泵(未图示)相连接。此外，在压力容器10中设有安全阀21。当内部空间13达到或超过规定气压时，安全阀21对内部空间13中的气体进行排气，从而使内部空间13保持在规定气压。当使用安全阀21调节内部空间13中的气压时，无需设置调节器18。此外，在压力容器10中设有压力计22。压力计22测量内部空间13中的气压。压力计22还包括接触开关，并在检测到内部空间13中的气压已达到预定值时，向测量仪器23 发送检测信号。此外，在压力容器10中设有一对测试端子对和25。在本实施例中，为了简化说明，存在2个测试端子对和25，但本发明并不限于两个测试端子，也可以包括根据测量规格设置三个以上的测试端子的情况。每一个测试端子M和25都从压力容器10的外部向内部空间13延伸。每一个测试端子M和25的位于压力容器10外部的部分与测量仪器23 电连接。从测量仪器23向每一个测试端子M和25施加测试电压。此外，在压力容器10的内部空间13中设有一对测试电极沈和27。测试电极沈和27也可以称为测试接触器。测试电极沈与测试端子M相连接，从测试端子M接收测试电压，并将接收到的测试电压提供给设置在内部空间13中的被测试设备12的电极观。测试电极27与测试端子25相连接，从测试端子25接收测试电压，并将所接收到的测试电压提供给设置在内部空间13中的被测试设备12的电极四。对被测试设备12的测试通过从测试电极沈和27向被测试设备12的电极观和四提供测试电压来进行。接下来，对底板11进行说明。在底板11的面向压力容器10的内部空间13的表面上设置有安装台30，在该安装台30上安装有被测试设备12。当底板11与压力容器10 紧密接触时，安装在安装台30上的被测试设备12位于压力容器10的内部空间13中，而且被测试设备12的电极观和四分别与测试电极沈和27相接触。此外，当底板11降低而从压力容器10分离时，被测试设备12被运送到压力容器 10外部，而且被测试设备12的电极28和四分别从测试电极沈和27分离。接下来，对测量仪器23进行说明。测量仪器23包括具有高压电源的测试电路、测量电路等，且通过向测试端子M和25提供测试电压来对被测试设备12进行测试。响应于压力计22发送来的检测信号提供测试电压，亦即开始进行测试。另外，也可以手动地开始提供测试电压。接下来，说明使用测试设备1对被测试设备12进行测试的方法。图2是示出根据第一实施例的测试方法的一个例子的流程图。步骤SlOO 作为初始状态，供气电磁阀19关闭，而排气电磁阀20打开。而且，将底板11降低，使得底板11和压力容器10彼此分离。步骤SlOl 将调节器18调整到规定压力的设定。步骤S102 将被测试设备12安装到安装台30上。这一操作可手动进行，也可以使用传送机自动地进行。步骤S103 将底板11升高，并使其与压力容器10紧密接触。这里，测试电极沈和27的位置预先进行了调整，或者通过使用图像传感器的图案识别方法而将测试电极沈和27的位置调整到被测试设备12的规定位置上等，从而在底板11与压力容器10紧密接触时，使被测试设备12的电极28和四与测试电极沈和27相接触。步骤S104 关闭排气电磁阀20，打开供气电磁阀19。因此，由调节器18调节压力的高压气体被提供给内部空间13，内部空间13中的气压升高。步骤S105 当压力计22达到预定值时，压力计22向测量仪器23发送检测信号，且测量仪器23响应于接收到的检测信号，向测试端子M和25提供测试电压，从而开始对被测试设备12进行测试。通过用这种方法自动地开始进行测试，能够降低人力成本。此时， 供气电磁阀19也可以是关闭的。以此方式，在作为测试环境的压力容器10的内部空间13中的气压升高的状态下， 对被测试设备12进行测试。步骤S106 当测试完成时，关闭供气电磁阀19，打开排气电磁阀20，且压力容器10 的内部空间13恢复正常压力。步骤S107 将底板11降低，并将被测试设备12从内部空间13取出。根据测试结果，对取出的被测试设备12进行是合格还是不合格的分类处理等。步骤S108 将下一个被测试设备12安装到安装台30上，处理前进至步骤S103。根据以上所述的步骤，对被测试设备12进行测试。当需要去除内部空间13中的大气成分、或需要增加所供气体的浓度时，将管道16与真空泵连接，并在步骤S103与步骤 S104之间启动真空泵，从而排出内部空间13中的残留空气。另外，当压力容器10的内部空间13中的湿度较高时，有可能会因水分被被测试设备12或测试电极沈或27吸收、或气氛本身所包含的水分而导致测试环境的介质强度下降。因此，为了不使介质强度下降，将内部空间13中的湿度保持在80% RH以下是有效的。为此，例如当测试环境中的气压的规定值为例如0. 2MPa时，有将提供给压力容器 10的内部空间13的实际气体的湿度保持在60% RH以下的方法，还有将供气之前的内部空间13 (大气压)中的湿度保持在80% RH以下，并且将所供气体的湿度也保持在80% RH以下的方法。在前一种情况下，即使假设供气之前的内部空间13中的湿度为100% RH，通过提供相同体积的具有60% RH以下湿度的气体，也能使整体湿度变为80% RH以下。当使用例如由液氮产生的氮气、或密封在商用高压气缸内的气体作为气体供应源17提供的气体时， 这些气体的湿度为RH以下，与测试要求的湿度的上限值相比非常低。因此，当内部空间 13的规定气压相对较高时，能够容易地实现低湿度环境。如上所述，在第一实施例中，在作为测试环境的压力容器10的内部空间13中的气压升高的状态下，从测试电极26和27向被测试设备12提供测试电压，且对被测试设备12 进行测试。根据这一配置，能够降低测试过程中在内部空间13的环境中发生介质击穿、以及在被测试设备12的电极观与四之间、在电极观和四与测试设备1之间等发生放电的可能性。亦即，当压力容器10的内部空间13中的压力升高时，内部空间13的环境中的介质强度也增大。这是根据帕邢定律得出的。帕邢定律表示在平行电极之间发生火花放电的电压是气压与电极之间的间隔之积的函数。当设气压为p，电极之间的间隔为d时，虽然放电电压与pXd之间的关系会随着气压的种类而不同，但在大多数情况下，放电电压的最小值是在PXd(单位气压Xmm)为 10_2 10—1的范围内。火花放电是由于电子在电场中加速而与气体分子碰撞，导致气体电离而发生的。 因此，当气体减少到某一限值以下时，碰撞变得不容易发生，从而电离的气体很少，意味着难以发生火花放电。相反，当气体增多到这一限值以上时，电子难以加速到足以发生碰撞， 从而电离的气体很少，意味着难以发生火花放电。亦即，在上述限值上，最容易发生火花放电，且放电电压为最小值。根据帕邢定律，在pXd的值大于放电电压达到最小值时的值的范围内，放电电压随着PXd的增大而增大。也就是说，帕邢定律表示当气压在电极之间的间距恒定的状态下升高时，放电电压增大，从而能够增大介质强度。图3A和图;3B是示出帕邢曲线的例子的示图。图3A是示出六氟化硫气体的帕邢曲线的示图，而图3B是示出氮气的帕邢曲线的示图。其中，横轴表示pXd，纵轴表示放电电压kV。如图3A和图;3B所示，当pXd大于10_2 KT1的范围时，放电电压随着ρXd的增大而增大。由于压力容器10的内部空间13的环境中的介质强度随着内部空间13中的压力升高而增大，因此，根据第一实施例，如上所述，能够降低测试过程中在内部空间13的环境中发生介质击穿以及发生放电的可能性。因此，由于能够不使用以六氟化硫气体为代表的具有很高全球变暖潜能值和很高绝缘性的气体作为提供给压力容器10的内部空间13的气体来进行高压测试，因此能够减小对全球环境造成的负担。亦即，当提供给压力容器10的内部空间13的气体是例如氮气时，与六氟化硫气体相比，氮气的绝缘性较低。例如，如图3A的帕邢曲线所示，当ρ是一个大气压，d为1mm，即 pXd为10°时，六氟化硫气体的放电电压为9. 5kV。相反，如图:3B的帕邢曲线所示，当pXd 为10°时，氮气的放电电压约为4kV。然而，根据第一实施例，即使使用氮气作为所供气体，也能够通过使内部空间13 中的气压升高，来增大内部空间13的环境中的介质强度，从而能够进行高压测试。另外，具有高绝缘性的气体价格较高，这意味着，由于能够不使用具有高绝缘性的气体来进行高压测试，因此能够大幅地降低测试成本。而且，在第一实施例中，由于只要简单地通过使内部空间13中的气压升高，就能增大内部空间13的环境中的介质强度，因此无需使测试设备或用于测试的设备复杂化，就能实现高压测试。接下来，以使用不同于测试设备1的另一增压单元来升高压力容器10的内部空间 13中的气压的实施例作为第二实施例，对其进行说明。第二实施例图4是示出根据第二实施例的测试设备的一个例子的示图。测试设备2与测试设备1的区别在于压力容器的形状，并且还另外设置了活塞31 和伺服电动机32。另外，虽然没有设置安全阀，但也可以设置一个安全阀。其它配置与测试设备1的相同。压力容器33在其顶部有一开口。活塞31设置成堵住压力容器33的开口。伺服电动机32设置在活塞31上。通过伺服电动机32的控制，活塞31使压力容器33的内部空间34上升或下降。此时，活塞31在与压力容器33的内壁35紧密接触的同时，沿内壁35移动。亦即， 压力容器33起到气缸的作用。对活塞31的控制也可以手动地进行，而不通过伺服电动机 32进行。在这种情况下，使用基于例如秤锤或杠杆原理的手压机等。通过活塞31的下降，压力容器33的内部空间34中的气体被压缩，且内部空间34 中的气压升高。通过活塞31的上升，压力容器33的内部空间34中的气压下降，从而达到正常压力。另外，气体供应源17所提供的高压气体的压力可以低于测试设备1的情况，例如为0. IMPa以上。当提供给内部空间34的气体是空气时，无需设置气体供应源37或调节器18，只要是能够从管道15吸入空气的结构即可。在这种情况下，无需分开设置管道15和管道16，使用同一管道就能进行供气和排气。接下来，将使用测试设备2对被测试设备12进行测试的方法进行说明。首先，说明以下例子提供给压力容器33的内部空间34的气体为空气，在测试设备2中未设置气体供应源17或调整器18，且空气从管道15吸入。图5是示出根据第二实施例的测试方法的一个例子的流程图。步骤S200 作为初始状态，供气电磁阀19和排气电磁阀20被打开。而且，将底板 11降低，使得底板11和压力容器33彼此分离。这里，供气电磁阀19和排气电磁阀20的开
8闭是可任选的，但当两者均打开时，底板11的下降进行得更顺畅。步骤S201 将被测试设备12安装到安装台30上。这一操作可手动进行，也可以使用传送机自动地进行。步骤S202 将底板11升高，并使其与压力容器33紧密接触。这里，测试电极沈和 27的位置预先进行了调整，从而在底板11与压力容器33紧密接触时，使被测试设备12的电极28、29与测试电极26、27相接触。步骤S203 关闭排气电磁阀20和供气电磁阀19。步骤S204 利用伺服电动机32使活塞31下降，从而升高压力容器33的内部空间 34中的气压。步骤S205 当压力计22达到预定值时，压力计22向测量仪器23和伺服电动机32 发送检测信号。伺服电动机32在接收到检测信号时，使活塞31停止下降。测量仪器23响应于接收到的检测信号，向测试端子M和25提供测试电压，从而开始对被测试设备12进行测试。另外，也可以采用以下配置当活塞31下降到预先确认的能够确保规定气压的位置时，停止活塞31的下降，且开始进行测试。以此方式，在作为测试环境的压力容器33的内部空间34中的气压升高的状态下， 对被测试设备12进行测试。步骤S206 当测试完成时，将供气电磁阀19和排气电磁阀20打开，压力容器33的内部空间34恢复正常压力，且通过伺服电动机32使活塞31上升，回到原来位置。虽然在供气电磁阀19和排气电磁阀20都关闭的状态下，将活塞31升高也能使内部空间34回到正常压力，但在供气电磁阀19和排气电磁阀20都打开时，下一步骤S207中底板11的降低会更顺畅地进行。步骤S207 将底板11降低，并将被测试设备12从内部空间34取出。根据测试结果，对取出的被测试设备12进行是合格还是不合格的分类处理等。步骤S208 将下一个被测试设备12安装到安装台30上，处理前进至步骤S202。根据以上所述的步骤，对被测试设备12进行测试。接下来，以使用一种不同于空气的气体作为提供给压力容器33的内部空间34的气体为例，对使用测试设备2的测试方法进行说明。在这一例子中，测试设备2中设有气体供应源17和调节器18。图6是示出根据第二实施例的测试方法的另一个例子的流程图。步骤S300 作为初始状态，供气电磁阀19关闭，而排气电磁阀20打开。而且，将底板11降低，使得底板11和压力容器33彼此分离。步骤S301 将调节器18调整到规定压力的设定。步骤S302 将被测试设备12安装到安装台30上。这一操作可手动进行，或者可以使用传送机自动地进行。步骤S303 将底板11升高，并使其与压力容器33紧密接触。这里，测试电极沈和 27的位置预先进行了调整，从而在底板11与压力容器33紧密接触时，使被测试设备12的电极28和29与测试电极26和27相接触。步骤S304 关闭排气电磁阀20，打开供气电磁阀19。从而，向内部空间34提供经调节器调节压力的气体。
步骤S305 等待预定时间，使提供给内部空间34的气体的浓度达到规定值，然后关闭供气电磁阀19。步骤S306 利用伺服电动机32使活塞31下降，从而升高压力容器33的内部空间 34中的气压。步骤S307 当压力计22达到预定值时，压力计22向测量仪器23和伺服电动机32 发送检测信号。伺服电动机32在接收到检测信号时，使活塞31停止下降。测量仪器23响应于接收到的检测信号，向测试端子M和25提供测试电压，从而开始对被测试设备12进行测试。另外，也可以采用以下配置当活塞31下降到预先确认的能够确保规定气压的位置时，停止活塞31的下降，且开始进行测试。以此方式，在作为测试环境的压力容器33的内部空间34中的气压升高的状态下， 对被测试设备12进行测试。步骤S308 当测试完成时，打开排气电磁阀20，压力容器33的内部空间34恢复正常压力，通过伺服电动机32使活塞31上升，回到原来位置。虽然在排气电磁阀20关闭的状态下，将活塞31升高也能使内部空间34回到正常压力，但在排气电磁阀20打开的状态下，下一步骤S309中底板11的降低会更顺畅地进行。步骤S309 将底板11降低，并将被测试设备12从内部空间34取出。根据测试结果，对取出的被测试设备12进行是合格还是不合格的分类处理等。步骤S310 将下一个被测试设备12安装到安装台30上，且处理前进至步骤S303。根据以上所述的步骤，对被测试设备12进行测试。当需要去除内部空间34中的大气成分、或需要增加所供气体的浓度时，将管道16与真空泵连接，并在步骤S303与步骤 S304之间启动真空泵，从而排出内部空间34中的残留空气。另外，当压力容器33的内部空间34中的湿度较高时，有可能会因水分被被测试设备12或测试电极沈和27吸收、或气氛本身所包含的水分而导致测试环境的介质强度下降。因此，为了不使介质强度下降，将内部空间34中的湿度保持在80% RH以下是有效的。如上所述，在第二实施例中，在作为测试环境的压力容器33的内部空间34中的气压升高的状态下，从测试电极26和27向被测试设备12提供测试电压，对被测试设备12进行测试。根据这一配置，与第一实施例相同，能够降低测试过程中在内部空间34的环境中发生介质击穿、以及在被测试设备12的电极观与四之间、在电极观和四与测试设备2 之间等发生放电的可能性。因此，能够不使用具有高绝缘性的气体作为提供给压力容器33的内部空间34的气体来进行高压测试，所以能够减小对全球环境造成的负担。另外，由于能够不使用具有高绝缘性的气体来进行高压测试，因此能够大幅地降低测试成本。而且，由于只要简单地通过使内部空间34中的气压升高，就能增大内部空间34的环境中的介质强度，因此无需使测试设备或测试设备复杂化，就能实现高压测试。接下来，以采用第一实施例和第二实施例的测试方法来进行介质强度测试的一个例子为第三实施例，对此进行说明。第三实施例图7A和图7B是示出根据第三实施例的介质强度测试的一个例子的示图。图7A是被测试设备40的俯视图，而图7B是附连了测试电极47a和47b的被测试设备40的剖视图。如图7A所示，被测试设备40具有框架电极41、多个引线端子42和43、以及半导体芯片44。半导体芯片44形成在框架电极41上，并且半导体芯片44与引线端子42和43 通过内部导线45电连接。此外，框架电极41、多个引线端子42和43、半导体芯片44、以及内部导线45用树脂46密封。这里，框架电极41的端部和每一个引线端子42和43的端部从树脂46露出。当进行测试时，用测试电极47a和47b夹住被测试设备40，如图7B所示。而且， 使测试电极47a与47b短路，并使框架电极41与引线端子42和43短路。然后，例如从测量仪器23向框架电极41提供正电压，并向测试电极47a提供负电压，由此来对被测试设备 40进行测试。这里，测量仪器23具有交流或直流的高压发电机和电流计。上述测试是对框架电极41、引线端子42和43、以及树脂46表面的绝缘性能(是否有漏电流或介质击穿)进行测试。根据这一目的，存在施加规定时间的规定电压来判定合格与否的方法，还有使电压逐步升高来测量介质强度的方法。在进行测试时测试环境的介质强度较低的情况下，从树脂46露出来的框架电极 41、引线端子42和43、以及测试电极47a或47b之间(参考图中的箭头48和49)有可能发生介质击穿而引起放电。根据第一实施例和第二实施例的测试方法，由于能够提高测试环境的介质强度， 因此对这种被测试设备40进行的介质强度测试也能够在抑制放电影响的情况下进行。接下来，对介质强度测试的另一个例子进行说明。图8是根据第三实施例的介质强度测试的另一个例子的示图。被测试设备50具有金属基底51、设置在金属基底51上的绝缘衬底52、设置在绝缘衬底52上的绝缘栅双极晶体管(IGBT)芯片53、以及将金属基底51、绝缘衬底52和IGBT 芯片53收纳其中的树脂外壳M。而且，在树脂外壳M上设有树脂盖55，并在树脂盖55上设有主端子56、57、58。此外，在树脂外壳M上还设有辅助端子59和60。主端子56、57、58 和辅助端子59、60通过未图示的内部导线与IGBT芯片53电连接。当进行测试时，所有主端子56、57、58以及辅助端子59、60均短路。然后，例如从测量仪器23向辅助端子60提供正电压，并向金属基底51提供负电压，由此来对被测试设备50进行测试。这里，测量仪器23具有交流或直流的高压发电机和电流计。上述测试是对金属基底51、IGBT芯片53、主端子56、57、58、以及辅助端子59、60 的绝缘性能进行测量的测试。根据这一目的，存在施加规定时间的规定电压来判定合格与否的方法，还有使电压逐步升高来测量介质强度的方法。在进行测试时测试环境的介质强度较低的情况下，主端子56、57、58与金属基底 51之间(参考图中的箭头61)、或辅助电极59、60与金属基底51之间(参考图中的箭头 62)有可能发生介质击穿而引起放电。根据第一实施例和第二实施例的测试方法，由于能够提高测试环境的介质强度， 因此对这种被测试设备50进行的介质强度测试也能够在抑制放电影响的情况下进行。接下来，以根据第一实施例和第二实施例的测试方法所采用的测试电路的例子为第四实施例，对此进行说明。
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第四实施例以下说明的测试电路设置在第一实施例和第二实施例的测试设备1的测量仪器 23中首先，对反向偏置安全操作区域(RBSOA)内的测试电路进行说明。图9A和图9B 是示出根据第四实施例的测试电路的一个例子的示图及其时序图。这里，将具有栅极、集电极和发射极的晶体管用作为被测试设备71。如图9A所示， RBSOA测试电路70具有端子72、73、74，其中，端子72与被测试设备71的栅极相连接，端子 73与集电极相连接，而端子74与发射极相连接。RBSOA测试电路70还包括测试电源75、电容器76、负载线圈77、续流二极管(FWD) 78、栅极电阻器79、和栅极驱动器80。负载线圈77和FWD 78在端子73与测试电源75的正极之间电连接。端子74与测试电源75的负极电连接。将端子73、74与测试电源75的正极和负极连接起来的导线上存在浮置电感器81a、81b。电容器76在测试电源75的正极和负极之间电连接。栅极电阻器79和栅极驱动器80在端子72和端子74之间电连接。图9B是示出RBSOA测试电路70的时序图。图中示出了被测试设备71的集电极-发射极间的电压(VeE)82和集电极电流(1。)83。放大图中的箭头84所指的是因电路中的浮置电感器81a、81b导致的电压跳变。电压跳变的峰值为例如1700V。接下来，对L负载雪崩测试电路进行说明。图IOA和图IOB是根据第四实施例的测试电路的另一个例子的示图及其时序图。这里，将具有栅极、集电极和发射极的晶体管，或者具有栅极、漏极和源极的晶体管用作为被测试设备91。如图IOA所示，L负载雪崩测试电路90具有端子92、93、94，其中，端子92与被测试设备91的栅极相连接，端子93与集电极或漏极相连接，而端子94与发射极或源极相连接。此外，L负载雪崩测试电路90还包括测试电源95、电容器96、负载线圈97、栅极电阻器 98、和栅极驱动器99。负载线圈97在端子93与测试电源95的正极之间电连接。端子94与测试电源95 的负极电连接。电容器96在测试电源95的正极和负极之间电连接。栅极电阻98和栅极驱动器99在端子92和端子94之间电连接。图IOB示出L负载雪崩测试电路90的时序图。图中示出了被测试设备91的集电极-发射极间的电压(Vce)或漏极-源极间的电压(Vds) 100、和集电极电流(Ic)或漏极电流 (Id) 101。在箭头102处，因负载电感所导致的电压跳变上升到设备的耐压。电压跳变的峰值为例如1000V。接下来，对负载短路测试电路进行说明。图IlA和图IlB是根据第四实施例的测试电路的又一个例子的示图及其时序图。这里，将具有栅极、集电极和发射极的晶体管用作为被测试设备111。如图IlA所示，负载短路测试电路110具有端子112、113、114，其中，端子112与被测试设备111的栅极相连接，端子113与集电极相连接，而端子114与发射极相连接。此外，负载短路测试电路 110还包括测试电源115、电容器116、栅极电阻器117、和栅极驱动器118。端子113与测试电源115的正极电连接。在将端子113和测试电源115的正极连接起来的导线上存在浮置电感器119。端子114与测试电源115的负极电连接。电容器116
12在测试电源115的正极和负极之间电连接。栅极电阻器117和栅极驱动器118在端子112 和端子114之间电连接。图IlB示出负载短路测试电路110的时序图。图中示出了被测试设备111的集电极-发射极间的电压(Vce) 120和集电极电流(Ic) 121。箭头122所指的是因电路中的浮置电感器119导致的电压跳变。电压跳变的峰值为例如1700V。接下来，对确保反向恢复动作的测试电路进行说明。图12A和图12B是示出根据第四实施例的测试电路的又一个例子的示图及其时序图。这里，将具有阴极和阳极的二极管用作为被测试设备131。如图12A所示，确保反向恢复动作的测试电路130具有端子132、133，其中，端子132与被测试设备131的阴极相连接，而端子133与阳极相连接。确保反向恢复动作的测试电路130还包括测试电源134、 电容器135、开关元件136、负载线圈137、栅极电阻器138、和栅极驱动器139。开关元件136在端子132与测试电源134的正极之间电连接。在将端子132和测试电源134的正极连接起来的导线上存在浮置电感器140。端子133与测试电源134的负极电连接。电容器135在测试电源134的正极和负极之间电连接。负载线圈137在端子132与端子133之间电连接。栅极电阻器138和栅极驱动器 139在开关元件136的控制电极和端子132之间电连接。图12B是确保反向恢复动作的测试电路130的时序图。图中示出了开关元件136 的集电极电流141、以及被测试设备131的阴极-阳极间的电压(Vak) 142和电流(If) 143。 放大图中的箭头144所指的是电压跳变。电压跳变的峰值为例如1700V。接下来，对介质强度(耐压)和漏电流测量电路进行说明。图13A至图13C是示出根据第四实施例的测试电路的又一个例子的示图及其时序图。将具有栅极、集电极和发射极的晶体管，或是具有栅极、漏极和源极的晶体管用作为被测试设备151。如图13A所示，介质强度和漏电流测量电路150具有端子152、153、154，其中，端子 152与被测试设备151的栅极相连接，端子153与被测试设备151的集电极或漏极相连接， 而端子154与被测试设备151的发射极或源极相连接。此外，介质强度和漏电流测量电路 150还包括测试电压可变电源155、电流测量电路156、以及电压测量电路157。端子153与测试电压可变电源155的正极电连接。电流测量电路156在端子IM 与测试电压可变电源155的负极之间电连接。电压测量电路157在端子153与端子154之间电连接。端子152与端子154电连接。图13B和图13C是介质强度和漏电流测量电路150的时序图。图1 示出介质强度测量的时序图，而图13C示出漏电流测量的时序图。图1 中示出了被测试设备151的集电极-发射极间的电压(Vce)或漏极-源极间的电压(Vds) 158、和集电极电流(I。)或漏极电流(Id) 159。箭头160所指的是介质强度， 亦即当规定电流流过集电极或漏极时的集电极-发射极间的电压(Vce)或漏极-源极间电压(Vds)，而箭头161所指的是规定电流值。介质强度为例如1821V。图13C中示出了集电极-发射极间的电压(Vce)或漏极-源极间的电压(Vds)162、 和集电极电流(Ic)或漏极电流(Id) 163。箭头164所指的是规定电压值，而箭头165所指的是施加规定电压时的漏电流。规定电压值通常是额定电压，例如1700V。
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接下来，以采用第一实施例和第二实施例的测试方法的被测试设备的例子为第五实施例，对此进行说明。第五实施例图14A和图14B是根据第五实施例的被测试设备的一个例子的示图。图14A是被测试设备170的俯视图，而图14B是被测试设备170的剖视图。被测试设备170是半导体芯片。这里，以IGBT芯片为例。如图14A和图14B所示， 被测试设备170具有硅衬底171、形成在硅衬底171的上表面和下表面上的集电极172、以及形成在硅衬底171的上表面上的栅极173、发射极174、和绝缘膜175。形成在硅衬底171 的上表面上的集电极172、栅极173、发射极174通过绝缘膜175相互绝缘。当对被测试设备170进行高压测试时，例如在集电极172与发射极174之间，或在集电极172与栅极173之间施加规定的高压。因此，在任意一对电极之间均有可能发生放 H1^ ο根据第一实施例和第二实施例的测试方法，由于能够提高测试环境的介质强度， 因此对这种被测试设备170进行的介质强度测试也能够在抑制放电影响的情况下进行。将其上形成有多个半导体芯片的半导体晶片用作为被测试设备。图15A和图15B是示出根据第五实施例的被测试设备的另一个例子的示图。图 15A是被测试设备180的俯视图，而图15B是被测试设备180的剖视图。被测试设备180是半导体模块的半成品。这里，以IGBT�？榈陌氤善肺�例。如图 15A和图15B所示，被测试设备180具有陶瓷衬底181、形成在陶瓷衬底181的上表面上的集电极182、栅极183和发射极184。在集电极182的上方形成(安装)有IGBT芯片185。 IGBT芯片185、栅极183、和发射极184通过导线186相连接。当对被测试设备180进行高压测试时，例如在集电极182与发射极184之间，或在集电极182与栅极183之间施加规定的高压。因此，在任意一对电极之间、或在任一电极与导线186之间均有可能发生放电。根据第一实施例和第二实施例的测试方法，由于能够提高测试环境的介质强度， 因此对这种被测试设备180进行的介质强度测试也能够在抑制放电影响的情况下进行。图16A和图16B是示出根据第五实施例的被测试设备的又一个例子的示图。图 16A是被测试设备190的俯视图，而图16B是被测试设备190的电路图。被测试设备190是一半导体�？�。这里，以IGBT�？槲�例。如图16A和图16B所示，被测试设备190具有ρ电极191、η电极192、和u电极193。如图16B所示，IGBT元件 194和二极管195在ρ电极191与u电极193之间电连接，而IGBT元件196和二极管197 在u电极193与η电极192之间电连接。当对被测试设备190进行高压测试时，例如在ρ电极191与η电极192之间施加规定高压。另外，取决于结构，也可能在P电极191与u电极193之间、η电极192与u电极193之间、或在ρ电极191、η电极192、u电极193与背面金属基底(未图示)之间施加高压。因此，任意一对电极之间都有可能发生放电。作为被测试设备190的半导体�？�、以及后述的半导体封装(被测试设备200)设计成不会在额定电压以下发生放电，且只有当所施加的电压大于额定电压时才要考虑放电的问题。根据第一实施例和第二实施例的测试方法，由于能够提高测试环境的介质强度，因此对这种被测试设备190进行的介质强度测试也能够在抑制放电影响的情况下进行。图17是示出根据第五实施例的被测试设备的又一个例子的示图。被测试设备200是具有阳极201和阴极202并且用树脂203密封的半导体封装。当对被测试设备200进行高压测试时，例如在阳极201与阴极202之间施加规定的高压。因此，在电极之间有可能发生放电。被测试设备210是具有栅极211、漏极212和源极213并且用树脂214密封的半导体封装。当对被测试设备210进行高压测试时，例如在漏极212与栅极211之间，或在漏极 212与源极213之间施加规定的高压。因此，在任意一对电极之间均有可能发生放电。根据第一实施例和第二实施例的测试方法，由于能够提高测试环境的介质强度， 因此对这种被测试设备200和210进行的高压测试也能够在抑制放电影响的情况下进行。接下来，以在第一实施例和第二实施例的测试设备1和2中调节测试环境的气压的方法为第六实施例，对此进行说明。第六实施例这里，尽管是以测试设备1为代表进行说明，但同样适用于测试设备2。首先，在测试设备1的压力容器10的内部空间13中设置测量设备。此处，所举的例子是使用具有与图15A和图15B所示的被测试设备180相同结构的IGBT�？榈陌氤善纷魑�测量设备。电极之间的间距设为1. 1mm。接下来，使压力容器10的内部空间13中的气压变为0. IMPa，并在这一状态下，逐渐增大测试电压，读取会导致介质击穿发生的电压，将其作为介质强度。提供给内部空间13 的气体是氮气。接下来，使内部空间13中的气压变为0. 15MPa，并通过相同的方法获取介质强度。 下面，改变气压，并获取各种情况下的介质强度。图18将其绘制成图。图18是根据第六实施例的介质强度测量结果的一个例子的示图。图18曲线图的横轴表示气压(MPa)，纵轴表示介质强度(kV)。通过参考由此绘制而成的图，能够读取高压测试得以安全进行的气压，并能决定测试环境的气压条件。例如，当测试电压的最大值为2kV时，通过使测试环境的气压为0. 15MPa以上，就能够在抑制放电的情况下进行测试。为了增大介质强度，例如存在升高压力容器10的内部空间13中的气压的方法， 还有将具有高绝缘性的气体例如六氟化硫气体混合到气体供应源17所提供的气体中的方法。
权利要求
1.一种测试设备，包括 压力容器；安装台，该安装台设置在所述压力容器的内部空间中，在该安装台上安装有被测试设备；测试电极，该测试电极设置在所述压力容器的所述内部空间中，向安装在所述安装台上的所述被测试设备提供测试电压；以及增压单元，该增压单元使所述压力容器的所述内部空间中的气压升高，其中， 在已利用所述增压单元使所述压力容器的所述内部空间中的气压升高的状态下，从所述测试电极向安装在所述安装台上的所述被测试设备提供测试电压，对所述被测试设备进行测试。
2.如权利要求1所述的测试设备，其特征在于，所述增压单元具有调节器，向所述压力容器的所述内部空间提供已调节了压力的高压气体。
3.如权利要求1所述的测试设备，其特征在于，包括 控制所述压力容器的所述内部空间中的气压的安全阀。
4.如权利要求1所述的测试设备，其特征在于，所述增压单元具有对所述压力容器的所述内部空间中的气体进行压缩的活塞。
5.如权利要求1所述的测试设备，其特征在于，提供给所述压力容器的所述内部空间的气体是氮气、压缩空气、氧气、二氧化碳、氩气中的任一种气体，或是包含这些气体中的一种或多种气体的混合气体。
6.如权利要求1所述的测试设备，其特征在于，包括控制流入所述压力容器的所述内部空间的气体的流量、以及流出所述内部空间的气体的流量的电磁阀。
7.如权利要求1所述的测试设备，其特征在于，进行测试时，所述压力容器的所述内部空间的湿度为80% RH以下。
8.如权利要求1所述的测试设备，其特征在于，包括测量所述压力容器的所述内部空间中的气压的压力计，当所述内部空间的气压达到预定值时，所述压力计向提供所述测试电压给所述测试电极的测量仪器发出开始测试的信号。
9.一种测试方法，包括以下步骤将被测试设备安装到设置在压力容器的内部空间中的安装台上的步骤； 使所述压力容器的所述内部空间中的气压升高的步骤；以及在已使所述压力容器的所述内部空间中的气压升高的状态下，从设置在所述内部空间中的所述测试电极向安装在所述安装台上的所述被测试设备提供测试电压，对所述被测试设备进行测试的步骤。
10.如权利要求9所述的测试方法，其特征在于，包括以下步骤向所述压力容器的所述内部空间提供氮气、压缩空气、氧气、二氧化碳、氩气中的任一种气体，或包含这些气体中的一种或多种气体的混合气体。
全文摘要
本发明提供一种测试设备及测试方法，用来实现高压测试，同时减小对全球环境造成的负担，又不会使测试设备或用于测试的设备复杂化。该测试设备包括压力容器；安装台，该安装台设置在压力容器的内部空间中，并在安装台上安装有被测试设备；测试电极，该测试电极设置在压力容器的内部空间中，向安装在安装台上的被测试设备提供测试电压；以及增压单元，该增压单元使得压力容器的内部空间中的气压升高，其中，在利用增压单元使压力容器的内部空间中的气压升高的状态下，从测试电极向安装在安装台上的被测试设备提供测试电压，对被测试设备进行测试。
文档编号G01R31/26GK102313864SQ20111015912
公开日2012年1月11日 申请日期2011年6月1日 优先权日2010年6月2日
发明者内山诚三, 吉田敦, 户谷浩之, 西泽徹 申请人:富士电机株式会社