半導体装置の絶縁欠陥検出装置
【課題】長期的な電圧印加を必要とせずに、短時間で高精度の検出が可能な半導体装置の絶縁欠陥検出装置を得る。
【解決手段】絶縁欠陥の検出対象である試料１に対して電圧を印加する高電圧電源３と、試料１に対してＸ線５を照射するＸ線発生部４と、電圧の印加およびＸ線の照射を行ったときに、試料１の内部の部分放電から発せられる電磁波をアンテナ６ａ，６ｂにより検出する部分放電検出器９と、当該検出を行うときに試料１を収納するとともに、内側の壁面が電磁波を反射するＸ線遮蔽筐体７とを備え、部分放電から発せられる当該電磁波の検出の有無に基づいて、試料１の絶縁欠陥の有無を検出する。
【解決手段】絶縁欠陥の検出対象である試料１に対して電圧を印加する高電圧電源３と、試料１に対してＸ線５を照射するＸ線発生部４と、電圧の印加およびＸ線の照射を行ったときに、試料１の内部の部分放電から発せられる電磁波をアンテナ６ａ，６ｂにより検出する部分放電検出器９と、当該検出を行うときに試料１を収納するとともに、内側の壁面が電磁波を反射するＸ線遮蔽筐体７とを備え、部分放電から発せられる当該電磁波の検出の有無に基づいて、試料１の絶縁欠陥の有無を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は半導体装置の絶縁欠陥検出装置に関し、特に、パワーモジュール等の高電圧機器の絶縁欠陥の検出を行うための半導体装置の絶縁欠陥検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気エネルギーの効率的利用のための装置としてパワーモジュールの需要が高まっている。パワーモジュールには高い絶縁信頼性が要求され、出荷前に絶縁検査が実施されるが、長期間の電圧印加により、初期には検出されなかった部分放電が生じることがある。その理由としては、欠陥中に部分放電が発生するには初期電子が必要であるが、微小欠陥の場合、初期電子が供給されにくいため、出荷前の検査では検出されない可能性が高いためである。そのため、製品の長期信頼性を確保するために、初期の検査時に短時間で絶縁検査が実施できることが求められる。
【０００３】
従来の検査方法には、Ｘ線を照射することで欠陥部に初期電子を供給して短時間に検査する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９‐１０５７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の特許文献１に記載のような従来の検査方法で用いられる欠陥検査装置は、部分放電測定装置とＸ線照射装置により構成され、部分放電測定装置の測定系が電源と繋がる回路に組み込まれ、試料に直接接続して電流パルスを検出する方式であるため、欠陥が微小なものである場合には、放電電荷量が小さいので、検出できない場合があり、高感度な測定を行うことができないという問題点があった。
【０００６】
また、ＳｉＣチップ搭載モジュールなどで、絶縁構造が小型化する試料内部では、問題となる欠陥がより微小なものとなり、さらに放電電荷量が小さく、その結果、より検出されにくくなるため、さらなる高感度な測定が求められるという問題点があった。
【０００７】
この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、電磁波検出による部分放電測定方式により、長期的な電圧印加を必要とせずに、短時間で高精度の検出が可能な半導体装置の絶縁欠陥検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、絶縁欠陥の検出対象である試料に対して電圧を印加する電圧印加手段と、前記試料に対してＸ線を照射するＸ線照射手段と、アンテナを有し、前記電圧の印加および前記Ｘ線の照射を行ったときに、前記試料内部の部分放電から発せられる電磁波を前記アンテナにより検出する部分放電測定手段と、前記検出を行うときに前記試料を収納するとともに、内側の壁面が電磁波を反射することが可能なＸ線遮蔽筐体とを備え、前記部分放電から発せられる前記電磁波の検出結果に基づいて、前記試料の絶縁欠陥の有無を検出することを特徴とする半導体装置の絶縁欠陥検出装置である。
【発明の効果】
【０００９】
この発明は、絶縁欠陥の検出対象である試料に対して電圧を印加する電圧印加手段と、前記試料に対してＸ線を照射するＸ線照射手段と、アンテナを有し、前記電圧の印加および前記Ｘ線の照射を行ったときに、前記試料内部の部分放電から発せられる電磁波を前記アンテナにより検出する部分放電測定手段と、前記検出を行うときに前記試料を収納するとともに、内側の壁面が電磁波を反射することが可能なＸ線遮蔽筐体とを備え、前記部分放電から発せられる前記電磁波の検出結果に基づいて、前記試料の絶縁欠陥の有無を検出することを特徴とする半導体装置の絶縁欠陥検出装置であるので、電磁波検出による部分放電測定方式により、長期的な電圧印加を必要とせずに、短時間で高精度の検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置の装置構成を示す構成図である。
【図２】Ｘ線照射時および未照射時の部分放電電荷量と部分放電開始電圧との関係をグラフで示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置の実施手順を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態２に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置における各アンテナの配置の位置関係を示す斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置における筐体壁面での電磁波の反射波をアンテナで測定することを示す側断面図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置におけるＸ線遮蔽筐体内部の電磁波反射用金属板の配置を示す側断面図である。
【図７】この発明の実施の形態４に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置における装置筐体内部の寸法について示す斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態４に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置における共振時のアンテナの配置を示す模式図である。
【図９】この発明の実施の形態５に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置の可動反射板を追加した装置構成を示す構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態５に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置の可動反射板による反射の効果を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態６に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置の可動反射板によるＸ線反射による試料へのＸ線照射を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態６に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置の可動反射板の角度変更によるＸ線反射による試料へのＸ線照射を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態７に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置の反射板を曲面状にすることによる電磁波の反射波をアンテナで測定することを示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態８に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置の反射板間距離によって電磁波共振周波数が変化することについて示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に関わる装置構成を示す図である。図１において、１は、絶縁欠陥の検出対象である試料であり、２は、試料１を載置させるための電磁波が透過できる誘電体で形成された試料台である。３は、試料１に電圧が印加するための高電圧電源であり、４は、試料台２の上方に設けられ、試料１に対してＸ線５を照射するためのＸ線発生部である。６は、試料１の内部の部分放電から発せられる電磁波信号を検出するためのアンテナである。アンテナ６は、単数設けてもよいが、図１に示すように、複数個（アンテナ６ａ，６ｂ）設けるようにしてもよい。７は、Ｘ線が遮蔽できる鉛板で構成されたＸ線遮蔽筐体であり、試料１、試料台２、Ｘ線発生部４、および、アンテナ６を内部に収納し、Ｘ線発生部４からのＸ線５を外部に放射させないためのものである。また、Ｘ線遮蔽筐体７の内壁は電磁波を反射する。８は、Ｘ線発生部４の動作を制御するＸ線制御部、９は、アンテナ６で検出した電磁波信号に基づいて部分放電の発生を検出するための部分放電検出器である。１０は、高電圧電源３、Ｘ線制御部８、および、部分放電検出器９の動作を制御する測定制御部である。
【００１２】
当該構成において、試料１は試料台２に載せられ、高電圧電源３により試料１に電圧が印加されて、Ｘ線発生部４から試料１に対してＸ線５が照射される。このとき、試料１内部の部分放電から発せられる電磁波信号をアンテナ６により検出する。電磁波信号が検出されなければ、絶縁欠陥が試料１に無いと判定され、逆に、電磁波信号が検出された場合は、絶縁欠陥が試料１にあると判定される。
【００１３】
このとき、アンテナ６は平板アンテナを用いる。平板アンテナの場合、装置内部に設置しやすいことや、指向性があるが、感度が良い利点などがある。アンテナ６は、試料１の方向へ向けるようにし、測定感度を向上させるため、複数箇所に配置する。図１の例では、アンテナ６ａを試料台２の下方に設置し、アンテナ６ｂを試料台２の側方に設置している。当然、アンテナ６は多いほど測定感度は向上するが、試料１とＸ線発生部４との間に設置すると、試料１へのＸ線照射の妨げとなるので、試料１とＸ線発生部４との間に設置することは避けるようにする。また、このとき、試料台２の下に設置する場合、アンテナ６と試料台２とを密着させると表面電界の変動によりうまく測定できなくなるため、図１のように、所定の隙間を開けるようにする。このとき、試料１から電磁波が放射されると、アンテナ６へ向かって放射される電磁波は勿論のこと、アンテナ６のない方向へ放射された電磁波も、Ｘ線遮蔽筐体７の壁面での反射により、その反射波もアンテナ６により測定することができ、結果として測定感度を向上させることができる。また、アンテナの検出周波数は、ノイズの影響の受けにくい高周波（数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚ）となるようにする。また、Ｘ線５を照射する方向は、図１のように、試料１の上方からでなくても、下方からや、横からでも良い。
【００１４】
試料１内に発生した絶縁欠陥部にＸ線５が照射されると、欠陥内部に初期電子が誘起されるため、放電が発生しやすくなり、図２に示すように、Ｘ線未照射時に比べて部分放電開始電圧が低下する。ただし、Ｘ線５を照射しない場合でも、長時間の電圧印加により、欠陥部に電荷が供給され、Ｘ線５の照射時と同等の放電開始電圧となり得る。つまり、Ｘ線５を照射して測定することで、長時間の電圧印加と同等の効果が得られ、短時間に長期信頼性の評価を行うことができる。よって、この発明の絶縁欠陥検出装置を製造ラインに導入することで検査工程の時間を短縮できる。
【００１５】
この発明の測定手順のフローチャートを図３に示す。まず、試料１を試料台２に載せて、高電圧電源３に接続し、試験電圧を印加する（ステップＳ１）。続いて、Ｘ線発生部４によりＸ線５を試料１に照射する（ステップＳ２）。次に、当該照射の結果、部分放電がアンテナ６により検出されたか否かを部分放電検出器９により判定する（ステップＳ３）。部分放電が検出されれば、試料１に絶縁欠陥があると判定されて、ＮＧ品（不合格品）となり（ステップＳ４）、検出されなければ、試料１に絶縁欠陥が無いと判定されて、ＯＫ品（合格品）ということになる（ステップＳ５）。放電の判定後、高電圧電源３による電圧印加を停止する（ステップＳ６）とともに、Ｘ線発生部４によるＸ線照射を停止する（ステップＳ７）ことで検査が終了する。この一連の流れを、高電圧電源３とＸ線制御部８と部分放電検出器９を測定制御部１０にて一括して制御することで、検査の自動化が可能となる。
【００１６】
この欠陥検出方法によりパワーモジュール等の機器の絶縁信頼性の評価を実施できる。ここでいうパワーモジュールとは、ＳｉおよびＳｉＣチップ等全てのチップを搭載したシリコーンゲル封止の高電圧機種、エポキシ樹脂のトランスファー成型によるモールド型モジュール等全てのモジュールに対応可能であることは言うまでも無い。
【００１７】
以上のように、本実施の形態１に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置は、Ｘ線照射と部分放電測定によって絶縁欠陥を検出する装置であって、試料１に対して電圧を印加する高電圧電源３から構成される電圧印加手段と、試料１内部の部分放電から発する電磁波を検出するアンテナ６と部分放電検出器９とから構成される部分放電測定手段と、Ｘ線５を試料１に照射するＸ線発生部４から構成されるＸ線照射手段と、測定時に試料１を内部に収納するＸ線遮蔽筐体７とを備えるようにしたので、Ｘ線照射による初期電子供給によって長期的な電圧印加を必要とせずに絶縁欠陥検査を精度高く実施することができる。また、放電の電磁波をアンテナ６により検出する方式であるため、Ｘ線遮蔽筐体７を利用して電磁波の反射波も測定するようにしたことで、アンテナ６が設置されていない方向に放射された電磁波も反射波により検出できることによって測定感度が向上し、検出精度を向上させることができる。
【００１８】
実施の形態２．
本実施の形態においては、上述の実施の形態１で説明した構成において、さらに、指向性のあるアンテナ６を、図４に示すように、試料１の下方および側方２ケ所の計３箇所にそれぞれ互いに直交するように置く。また、アンテナ６の向きは、それぞれ、試料１を挟んだ反対側のＸ線遮蔽筐体７の壁面の正面に向く様に配置する。すなわち、図４の構成は、図１の構成に、さらに、アンテナ６ｃを追加した構成となる。他の構成については、図１と同じであるため、図１を参照することとし、ここでは、その説明および図示を省略する。
【００１９】
当該構成において、部分放電が発生すると、図５に示すように、アンテナ６の無い方向に向かって試料１から放射された電磁波は、Ｘ線遮蔽筐体７の壁面（内壁）で反射することによりアンテナ６の正面に戻ってくるので、当該反射波をアンテナ６で検出することから、検出することができる。また、１回の反射では角度的にアンテナ６で検出できなくとも、Ｘ線遮蔽筐体７の壁面での反射を繰り返すことで、直交する３箇所のいずれかのアンテナ６で検出でき、アンテナ６を４箇所以上に配置した場合と近い効果が得られる。
【００２０】
具体的には、アンテナ６ａは、基本的にＸ線遮蔽筐体７の天井（上内壁）で反射された電磁波の反射波を検出し、アンテナ６ｂ，６ｃは、基本的にＸ線遮蔽筐体７の側壁（側内壁）で反射された電磁波の反射波を検出する。但し、これだけでなく、各アンテナ６ａ〜６ｃは、上述したように、１回の反射では角度的に検出できなかった反射波についても、Ｘ線遮蔽筐体７の壁面で繰り返し反射された反射波についても検出可能なものはすべて検出する。
【００２１】
ただし、アンテナ６は平板アンテナでなくとも、指向性の低いロッドアンテナ等でもよいが、その場合、複数箇所に設置する必要性が低い代わりに感度は小さくなる。
【００２２】
以上のように、本実施の形態２に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置によれば、上述した実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態２においては、指向性のあるアンテナ６を複数個使用し、アンテナ６の方向を試料１を挟んだ反対側のＸ線遮蔽筐体７の壁面の正面を向くように設置するようにして、壁面に直交する方向へ向けるようにしたので、アンテナ６から見て試料１を挟んだ反対側のＸ線遮蔽筐体７の壁面へ向かって放射された電磁波の反射波を、効率良く検出することができるという効果が得られる。
【００２３】
実施の形態３．
本実施の形態においては、上述の実施の形態１で説明した構成において、さらに、図６に示すように、Ｘ線遮蔽筐体７の内側の壁面に、鉛板よりも導電率の高い銅板から構成された電磁波反射用金属板１２（１２ａ〜１２ｄ）を電磁波反射板として取り付ける。このとき、銅板の表面は反射率を高めるために、凹凸のない滑らかな状態のものを使用する。これにより、反射波の強度が増加し、測定感度が向上する。すなわち、図６の構成は、図１の構成に、さらに、Ｘ線遮蔽筐体７の内側の壁面に取り付けた金属板１２を追加した構成となる。他の構成については、図１と同じであるため、図１を参照することとし、ここでは、その説明および図示を省略する。
【００２４】
なお、図６においては、Ｘ線遮蔽筐体７の内側の壁面に電磁波反射用金属板１２を４枚取り付けたように示してあるが、これは、図示の関係によるもので、実際には、Ｘ線遮蔽筐体７の６つの内側の壁面のすべてに取り付けられている。なお、必ずしも、６面すべてに取り付けなくてもよいが、反射率向上および測定感度向上を考慮すれば、６面すべてに取り付けることが望ましい。また、金属板１２は、Ｘ線遮蔽筐体７の内側の壁面全面に必ずしも設けなくてもよいが、壁面全面に設けることが望ましい。
【００２５】
以上のように、本実施の形態３に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置によれば、上述した実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態３においては、Ｘ線遮蔽筐体７の内側の壁面に、電磁波の反射率の高い金属板１２を設置するようにしたので、筐体壁面の電磁波の反射率を向上させることで、測定感度が向上するという効果が得られる。
【００２６】
実施の形態４．
本実施の形態においては、上述の実施の形態１で説明した構成において、さらに、アンテナ６の検出周波数が、Ｘ線遮蔽筐体７の内部で起こる電磁波１１の共振周波数となるように、壁面間の各幅を調整して測定することで、検出感度を向上させるようにした。Ｘ線遮蔽筐体７を直方体としたとき、共振周波数ｆとＸ線遮蔽筐体７の内部空間の寸法（図７の、高さ：ａ、幅：ｂ、奥行き：ｄ）との間に以下の式（１）が成り立つように、Ｘ線遮蔽筐体７の内部空間の寸法（図７の、高さ：ａ、幅：ｂ、奥行き：ｄ）を調整する。ここで、ｃは光速度、ｍ、ｎ、ｓは０以上の整数である。
【００２７】
【数１】
【００２８】
このとき、アンテナ６の位置は、定在波の振幅の大きくなる位置に配置するようにする。
【００２９】
ここで単純な形として、ｎ＝ｓ＝０として式（１）を展開すると、電磁波の波長をλとしたとき、ａ＝（λ／２）×ｍとなり、ａは電磁波の半波長の整数倍となる。例えば、周波数を１ＧＨｚとすると、λ／２＝１５ｃｍとなるので、ａを１５ｃｍの整数倍とすれば、ａ方向で共振する電磁波を検出することができる。
【００３０】
このとき、定在波の位置により電界の振幅が異なるので、アンテナ６は、図８に示すアンテナ６ａのように、電界の振幅が０となる定在波の節に設置しないようにし、アンテナ６ｂのように、電界の振幅が確保できる定在波の腹に設置して測定する。
【００３１】
以上のように、本実施の形態４に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置によれば、上述した実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態４においては、図７に示すように、アンテナ６の検出周波数が、Ｘ線遮蔽筐体７の内部寸法（図７の、高さ：ａ、幅：ｂ、奥行き：ｄ）に依存して共振する電磁波の共振周波数となるように、Ｘ線遮蔽筐体７の内部寸法を調整（すなわち、そのような寸法に設計）して、Ｘ線遮蔽筐体７内部の電磁波の共振周波数を測定することで、検出感度を向上させることができるという効果が得られる。また、定在波の節では電界の振幅は０であり、その付近にアンテナを設置すると十分に測定することができないため、本実施の形態４においては、共振する電磁波を測定する際、アンテナは定在波の節付近以外の場所に設置するようにしたので、十分に電磁波の測定を行うことが可能となるという効果が得られる。
【００３２】
実施の形態５．
図９は、図１の構成に加えて、位置の移動が可能な可動反射板１３を設置した構成を示している。可動反射板１３は、一対の可動反射板１３ａ，１３ｂから構成されている。また、図９においては、可動反射板１３ａ，１３ｂの位置を制御するための位置制御部１４が設けられている。位置制御部１４は、Ｘ線遮蔽筐体７の外部に設置されている。また、図１においては、アンテナ６として、アンテナ６ａ，６ｂの２つのアンテナが設けられていたが、図９においては、アンテナ６のみの１個のアンテナが設けられている。しかしながら、これに限定されるものではなく、可動反射板１３ａ，１３ｂの移動を妨げない位置であれば、アンテナを複数個設けてもよく、適宜必要な個数を設置するようにすればよい。また、図９の構成においては、アンテナ６の位置移動も可能としている。従って、可動反射板１３ａ，１３ｂ、およびアンテナ６の位置は、位置制御部１４で筐体外部より制御する。位置制御部１４の動作自体は、測定制御部１０が制御する。以上が、図１と異なる点である。他の構成および動作については、図１と同じであるため、ここではその説明を省略する。
【００３３】
可動反射板１３ａ，１３ｂは、試料１の近傍で、かつ、試料１の側方の両側に、対向して設けられている。図９の例では、可動反射板１３ａがアンテナ６側に設けられている。ここで、可動反射板１３ａ，１３ｂを試料１の寸法に合わせてその近傍に設置することで、反射波のアンテナ６までの伝播距離を短くすることができる。このとき、反射板１３ａ，１３ｂが試料１近傍まで接近できるように、試料台２や配線が妨げにならないような配置・構造にし、アンテナ６と同じ側にある可動反射板１３ａを移動させる際には、反射板１３ａの移動の妨げとならないように、アンテナ６も同時に移動させる。可動反射板１３ａ，１３ｂは、位置制御部１４により、それぞれ、別個に位置制御される。このとき、図１０（ａ）のように、可動反射板１３ｂが試料１と離れていると、可動反射板１３ｂに対して斜めに入射した電磁波１１の反射波がアンテナ６で受けられない場合がある。その場合には、図１０（ｂ）のように、可動反射板１３ｂを試料１に接近させることで、同様に放射された電磁波１１の反射波がアンテナ６で受けやすくなる。
【００３４】
以上のように、本実施の形態５に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置によれば、上述した実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態５においては、設置位置の移動が可能な、電磁波を反射するための可動反射板１３ａ，１３ｂを設けて、それらに対して位置制御部１４により位置制御を行って、試料１に反射板を近づけることを可能し、試料１近傍での反射板の設置を可能にしたので、当該反射板による反射波によって、アンテナ６の測定感度をより向上することができる。
【００３５】
なお、上記の説明においては、可動反射板１３ａ，１３ｂが別個に位置制御される例を説明したが、その場合に限らず、位置制御部１４により、２つを連動して同時に位置制御するようにしてもよい。また、別個に位置制御するか、連動させて位置制御するかを、適宜選択できる構成にしてもよい。
【００３６】
また、上記の説明においては、可動反射板１３を２つ設ける例について説明したが、その場合に限らず、１つだけ設けてもよく、あるいは、３つ以上設けてもよい。また、それら全てを可動にしてもよいが、一部だけを可動にし、他は固定の反射板としてもよい。さらに、固定の反射板を取り外し可能なものに設計しておき、必要に応じて、取りつけて用いるようにしてもよい。
【００３７】
実施の形態６．
図１１は、本実施の形態６に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置の構成を示した部分構成図である。図１１においては、可動反射板によるＸ線反射による試料へのＸ線照射を示している。なお、図１１においては、試料１、試料台２、Ｘ線発生部４，可動反射板１３ａ，１３ｂのみが記載されており、他の構成は図示が省略されているが、記載されていない他の構成については、図９と同じ構成であるため、図９を参照することとし、ここではその説明を省略する。
【００３８】
本実施の形態においては、図１１に示すように、Ｘ線発生部４から照射されるＸ線５が放射状に広がるように、Ｘ線発生部４がＸ線５を放射する構成とし、Ｘ線５の照射範囲内に可動反射板１３の反射面がちょうど入る位置関係となるよう、Ｘ線５の照射角θとＸ線発生部４のＸ線源と試料１との距離ｄ２に合わせて、試料１と反射板１３ａ，１３ｂとの距離ｄ１を短くするように、位置制御部１４により調整する。望ましくは、可動反射板１３の反射面が、可動反射板１３が移動しても、常に、Ｘ線５の照射範囲内に入るように、可動反射板１３の移動範囲を決定して、可動反射板１３を設置する。可動反射板１３ａ，１３ｂに入射したＸ線５は、そのエネルギーに応じて反射板１３ａ，１３ｂを透過するが、その一部は散乱によって試料１の方向へと反射される。一般にＸ線エネルギーが低いものほど、反射しやすい。この散乱によって照射されるＸ線は、Ｘ線発生部４から直接照射されるＸ線とは異なる方向から試料１へと照射される。
【００３９】
以上のような方法を用いると、例えば試料１内部にＸ線の照射を妨げる銅などの配線があり、試料１内部に有効にＸ線が照射されない箇所がある場合でも、別方向からのＸ線によりその箇所へも照射させることができる。
【００４０】
Ｘ線の散乱については、入射方向の前方と後方に散乱しやすい性質があり、また、可動反射板１３ａ，１３ｂ内部で散乱されたＸ線は減衰の影響で、可動反射板１３ａ，１３ｂの反射面の法線方向へ出やすい。したがって、図１２のように、可動反射板１３ａ，１３ｂの設置角度も可変とし、可動反射板１３ａ，１３ｂへのＸ線５の入射角φを大きくすれば、より有効に反射Ｘ線を試料１に照射することができるため、角度変更によりＸ線照射の最適状態を調整できる。なお、この角度制御については、位置制御部１４が行うこととすればよい。
【００４１】
なお、可動反射板１３ａ，１３ｂでのＸ線の反射成分は、後方散乱によるものである。したがって、後方散乱線の強度を大きくするため、可動反射板１３は後方散乱の起こりやすい金属（アルミニウム等）を用い、その金属およびＸ線エネルギーに応じた飽和後方散乱となる厚み以上となるようにすることで、試料１へより有効にＸ線照射させることができる。
【００４２】
以上のように、本実施の形態６に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置によれば、上述した実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態６においては、設置位置および設置角度が可変な可動反射板１３ａ，１３ｂを設けて、可動反射板１３ａ，１３ｂによる散乱によって試料１の方向へとＸ線５を反射するようにしたので、Ｘ線発生部４から直接試料１に照射されるＸ線とは異なる方向から試料１へとＸ線を照射できるようになったため、例えば試料１内部にＸ線の照射を妨げる銅などの配線があり、試料１内部に有効にＸ線が照射されない箇所がある場合でも、別方向からのＸ線によりその箇所へも照射させることができる。これにより、試料内の障害物によってＸ線が照射されにくい箇所へも照射することができる。
【００４３】
また、本実施の形態においては、Ｘ線５はＸ線発生部４より放射状に拡がるように照射するようにし、かつ、移動制御部１４の制御により、可動反射板１３ａ，１３ｂを、Ｘ線発生部４によるＸ線照射の範囲内に入る位置関係となるように設置することを可能としたので、可動反射板１３ａ，１３ｂへ当たったＸ線を試料１に向けて確実に散乱（反射）することができるため、Ｘ線発生部４からの照射方向とは別方向から試料１に対して確実に照射することができ、試料１内の障害物によってＸ線が照射されにくい箇所へも照射することができ、測定感度がより向上し、検出精度をより向上させることができる。
【００４４】
さらに、本実施の形態においては、可動反射板１３ａ，１３ｂは、Ｘ線５の後方散乱が大きくなる特性の金属で、かつ、厚みのある板から構成するようにしたので、後方散乱線の強度を大きくでき、試料１へより有効にＸ線照射させることができるため、Ｘ線散乱の効果をより高めることができる。
【００４５】
実施の形態７．
図１３は、本実施の形態７に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置の構成を示した部分構成図である。図１３においては、試料１から放射される電磁波１１が可動反射板１３に対して斜めに入射した場合の反射波を示している。図１３（ａ）が可動反射板１３が平面状の場合で、図１３（ｂ）が曲面状の場合である。なお、図１３においては、試料１、試料台２、アンテナ６、可動反射板１３のみが記載されており、他の構成は図示が省略されているが、記載されていない他の構成については、図９と同じ構成であるため、図９を参照することとし、ここではその説明を省略する。
【００４６】
本実施の形態においては、図１３（ａ）に示すように、可動反射板１３が平面状の場合、試料１から放射される電磁波１１が可動反射板１３ａ，１３ｂに対して斜めに入射する場合が考えられる。その場合には、当該電磁波１１が可動反射板１３ａ，１３ｂで反射した反射波を、アンテナ６で有効に受けることができない場合がある。そこで、本実施の形態においては、図１３（ｂ）に示すように、可動反射板１３を曲面状にして、また、可動反射板１３ｃ，１３ｄの位置もそれに合うように位置制御部１４で制御して、試料１からの電磁波１１がアンテナ６の方向へと有効に反射できるようにすることで、検出感度を向上させることができる。なお、当然ながら、可動反射板１３ｃ，１３ｄは、図１３（ｂ）に示すように、曲面のうちの凹面の方が試料１に面しており、凸面の方が外側に面している。こうすることにより、電磁波１１が可動反射板１３で反射した反射波をアンテナ６へ向けて効率よく収束させることができる。
【００４７】
以上のように、本実施の形態７に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置によれば、上述した実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態７においては、可動反射板１３ｃ，１３ｄを曲面状にして、電磁波の反射波をアンテナ６へ向けて収束できるようにしたので、反射波をアンテナ６方向へ集中させることができ、感度がより向上する。
【００４８】
実施の形態８．
図１４は、本実施の形態８に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置の構成を示した部分構成図である。図１４においては、筐体内部でおこる電磁波１の共振周波数を利用した場合を示している。なお、図１４においては、試料１、試料台２、アンテナ６、可動反射板１３のみが記載されており、他の構成は図示が省略されているが、記載されていない他の構成については、図９と同じ構成であるため、図９を参照することとし、ここではその説明を省略する。
【００４９】
上述した実施の形態４のようにして電磁波の共振を利用する場合、その測定周波数はＸ線遮蔽筐体７の寸法に依存するため、使用可能な周波数は限られる。そこで、本実施の形態においては、図１４に示すように、可動反射板１３ａ，１３ｂを移動させ、可動反射板１３ａ，１３ｂ間の距離Ｌを可変のものとした。このようにすることにより、任意の周波数での共振が可能になる。試料１の放電特性により、ある周波数帯の電磁波が強く放出される場合、それに適した周波数感度のアンテナ６にし、その周波数で共振が起こるように、可動反射板１３ａ，１３ｂ間の間隔Ｌを位置制御部１４により調整する。例えば、１ＧＨｚで共振させたい場合、Ｌを１５ｃｍの倍数となるように調整すればよい。このように、共振させたい周波数に基づいて、Ｌの長さを予め計算しておき、その距離になるようにＬを位置制御部１４で調整することにより、電磁波の共振を利用する場合に、その測定周波数として、Ｘ線遮蔽筐体７の寸法に依存せずに、任意の周波数を使用可能とすることができる。
【００５０】
以上のように、本実施の形態８に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置によれば、上述した実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態８においては、次のような効果を得ることができる。
【００５１】
本実施の形態８による方法は、可動反射板１３により反射板間距離Ｌを可変とすることで任意の周波数の共振を起こせるものであり、実施の形態５に記載のような可動反射板１３を試料１に近づけることでの反射波の受信効果を向上させるものとは異なる特徴であるが、可動反射板１３による位置移動により、これらのいずれの効果も選択的に利用可能になる。
【符号の説明】
【００５２】
１ 試料、２ 試料台、３ 高電圧電源、４ Ｘ線発生部、５ Ｘ線、６，６ａ，６ｂ，６ｃ アンテナ、７ Ｘ線遮蔽筐体、８ Ｘ線制御部、９ 部分放電検出器、１０ 測定制御部、１１ 電磁波、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ 電磁波反射板、１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ 可動反射板、１４ 位置制御部。
【技術分野】
【０００１】
この発明は半導体装置の絶縁欠陥検出装置に関し、特に、パワーモジュール等の高電圧機器の絶縁欠陥の検出を行うための半導体装置の絶縁欠陥検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気エネルギーの効率的利用のための装置としてパワーモジュールの需要が高まっている。パワーモジュールには高い絶縁信頼性が要求され、出荷前に絶縁検査が実施されるが、長期間の電圧印加により、初期には検出されなかった部分放電が生じることがある。その理由としては、欠陥中に部分放電が発生するには初期電子が必要であるが、微小欠陥の場合、初期電子が供給されにくいため、出荷前の検査では検出されない可能性が高いためである。そのため、製品の長期信頼性を確保するために、初期の検査時に短時間で絶縁検査が実施できることが求められる。
【０００３】
従来の検査方法には、Ｘ線を照射することで欠陥部に初期電子を供給して短時間に検査する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９‐１０５７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の特許文献１に記載のような従来の検査方法で用いられる欠陥検査装置は、部分放電測定装置とＸ線照射装置により構成され、部分放電測定装置の測定系が電源と繋がる回路に組み込まれ、試料に直接接続して電流パルスを検出する方式であるため、欠陥が微小なものである場合には、放電電荷量が小さいので、検出できない場合があり、高感度な測定を行うことができないという問題点があった。
【０００６】
また、ＳｉＣチップ搭載モジュールなどで、絶縁構造が小型化する試料内部では、問題となる欠陥がより微小なものとなり、さらに放電電荷量が小さく、その結果、より検出されにくくなるため、さらなる高感度な測定が求められるという問題点があった。
【０００７】
この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、電磁波検出による部分放電測定方式により、長期的な電圧印加を必要とせずに、短時間で高精度の検出が可能な半導体装置の絶縁欠陥検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、絶縁欠陥の検出対象である試料に対して電圧を印加する電圧印加手段と、前記試料に対してＸ線を照射するＸ線照射手段と、アンテナを有し、前記電圧の印加および前記Ｘ線の照射を行ったときに、前記試料内部の部分放電から発せられる電磁波を前記アンテナにより検出する部分放電測定手段と、前記検出を行うときに前記試料を収納するとともに、内側の壁面が電磁波を反射することが可能なＸ線遮蔽筐体とを備え、前記部分放電から発せられる前記電磁波の検出結果に基づいて、前記試料の絶縁欠陥の有無を検出することを特徴とする半導体装置の絶縁欠陥検出装置である。
【発明の効果】
【０００９】
この発明は、絶縁欠陥の検出対象である試料に対して電圧を印加する電圧印加手段と、前記試料に対してＸ線を照射するＸ線照射手段と、アンテナを有し、前記電圧の印加および前記Ｘ線の照射を行ったときに、前記試料内部の部分放電から発せられる電磁波を前記アンテナにより検出する部分放電測定手段と、前記検出を行うときに前記試料を収納するとともに、内側の壁面が電磁波を反射することが可能なＸ線遮蔽筐体とを備え、前記部分放電から発せられる前記電磁波の検出結果に基づいて、前記試料の絶縁欠陥の有無を検出することを特徴とする半導体装置の絶縁欠陥検出装置であるので、電磁波検出による部分放電測定方式により、長期的な電圧印加を必要とせずに、短時間で高精度の検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置の装置構成を示す構成図である。
【図２】Ｘ線照射時および未照射時の部分放電電荷量と部分放電開始電圧との関係をグラフで示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置の実施手順を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態２に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置における各アンテナの配置の位置関係を示す斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置における筐体壁面での電磁波の反射波をアンテナで測定することを示す側断面図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置におけるＸ線遮蔽筐体内部の電磁波反射用金属板の配置を示す側断面図である。
【図７】この発明の実施の形態４に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置における装置筐体内部の寸法について示す斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態４に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置における共振時のアンテナの配置を示す模式図である。
【図９】この発明の実施の形態５に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置の可動反射板を追加した装置構成を示す構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態５に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置の可動反射板による反射の効果を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態６に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置の可動反射板によるＸ線反射による試料へのＸ線照射を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態６に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置の可動反射板の角度変更によるＸ線反射による試料へのＸ線照射を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態７に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置の反射板を曲面状にすることによる電磁波の反射波をアンテナで測定することを示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態８に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置の反射板間距離によって電磁波共振周波数が変化することについて示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に関わる装置構成を示す図である。図１において、１は、絶縁欠陥の検出対象である試料であり、２は、試料１を載置させるための電磁波が透過できる誘電体で形成された試料台である。３は、試料１に電圧が印加するための高電圧電源であり、４は、試料台２の上方に設けられ、試料１に対してＸ線５を照射するためのＸ線発生部である。６は、試料１の内部の部分放電から発せられる電磁波信号を検出するためのアンテナである。アンテナ６は、単数設けてもよいが、図１に示すように、複数個（アンテナ６ａ，６ｂ）設けるようにしてもよい。７は、Ｘ線が遮蔽できる鉛板で構成されたＸ線遮蔽筐体であり、試料１、試料台２、Ｘ線発生部４、および、アンテナ６を内部に収納し、Ｘ線発生部４からのＸ線５を外部に放射させないためのものである。また、Ｘ線遮蔽筐体７の内壁は電磁波を反射する。８は、Ｘ線発生部４の動作を制御するＸ線制御部、９は、アンテナ６で検出した電磁波信号に基づいて部分放電の発生を検出するための部分放電検出器である。１０は、高電圧電源３、Ｘ線制御部８、および、部分放電検出器９の動作を制御する測定制御部である。
【００１２】
当該構成において、試料１は試料台２に載せられ、高電圧電源３により試料１に電圧が印加されて、Ｘ線発生部４から試料１に対してＸ線５が照射される。このとき、試料１内部の部分放電から発せられる電磁波信号をアンテナ６により検出する。電磁波信号が検出されなければ、絶縁欠陥が試料１に無いと判定され、逆に、電磁波信号が検出された場合は、絶縁欠陥が試料１にあると判定される。
【００１３】
このとき、アンテナ６は平板アンテナを用いる。平板アンテナの場合、装置内部に設置しやすいことや、指向性があるが、感度が良い利点などがある。アンテナ６は、試料１の方向へ向けるようにし、測定感度を向上させるため、複数箇所に配置する。図１の例では、アンテナ６ａを試料台２の下方に設置し、アンテナ６ｂを試料台２の側方に設置している。当然、アンテナ６は多いほど測定感度は向上するが、試料１とＸ線発生部４との間に設置すると、試料１へのＸ線照射の妨げとなるので、試料１とＸ線発生部４との間に設置することは避けるようにする。また、このとき、試料台２の下に設置する場合、アンテナ６と試料台２とを密着させると表面電界の変動によりうまく測定できなくなるため、図１のように、所定の隙間を開けるようにする。このとき、試料１から電磁波が放射されると、アンテナ６へ向かって放射される電磁波は勿論のこと、アンテナ６のない方向へ放射された電磁波も、Ｘ線遮蔽筐体７の壁面での反射により、その反射波もアンテナ６により測定することができ、結果として測定感度を向上させることができる。また、アンテナの検出周波数は、ノイズの影響の受けにくい高周波（数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚ）となるようにする。また、Ｘ線５を照射する方向は、図１のように、試料１の上方からでなくても、下方からや、横からでも良い。
【００１４】
試料１内に発生した絶縁欠陥部にＸ線５が照射されると、欠陥内部に初期電子が誘起されるため、放電が発生しやすくなり、図２に示すように、Ｘ線未照射時に比べて部分放電開始電圧が低下する。ただし、Ｘ線５を照射しない場合でも、長時間の電圧印加により、欠陥部に電荷が供給され、Ｘ線５の照射時と同等の放電開始電圧となり得る。つまり、Ｘ線５を照射して測定することで、長時間の電圧印加と同等の効果が得られ、短時間に長期信頼性の評価を行うことができる。よって、この発明の絶縁欠陥検出装置を製造ラインに導入することで検査工程の時間を短縮できる。
【００１５】
この発明の測定手順のフローチャートを図３に示す。まず、試料１を試料台２に載せて、高電圧電源３に接続し、試験電圧を印加する（ステップＳ１）。続いて、Ｘ線発生部４によりＸ線５を試料１に照射する（ステップＳ２）。次に、当該照射の結果、部分放電がアンテナ６により検出されたか否かを部分放電検出器９により判定する（ステップＳ３）。部分放電が検出されれば、試料１に絶縁欠陥があると判定されて、ＮＧ品（不合格品）となり（ステップＳ４）、検出されなければ、試料１に絶縁欠陥が無いと判定されて、ＯＫ品（合格品）ということになる（ステップＳ５）。放電の判定後、高電圧電源３による電圧印加を停止する（ステップＳ６）とともに、Ｘ線発生部４によるＸ線照射を停止する（ステップＳ７）ことで検査が終了する。この一連の流れを、高電圧電源３とＸ線制御部８と部分放電検出器９を測定制御部１０にて一括して制御することで、検査の自動化が可能となる。
【００１６】
この欠陥検出方法によりパワーモジュール等の機器の絶縁信頼性の評価を実施できる。ここでいうパワーモジュールとは、ＳｉおよびＳｉＣチップ等全てのチップを搭載したシリコーンゲル封止の高電圧機種、エポキシ樹脂のトランスファー成型によるモールド型モジュール等全てのモジュールに対応可能であることは言うまでも無い。
【００１７】
以上のように、本実施の形態１に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置は、Ｘ線照射と部分放電測定によって絶縁欠陥を検出する装置であって、試料１に対して電圧を印加する高電圧電源３から構成される電圧印加手段と、試料１内部の部分放電から発する電磁波を検出するアンテナ６と部分放電検出器９とから構成される部分放電測定手段と、Ｘ線５を試料１に照射するＸ線発生部４から構成されるＸ線照射手段と、測定時に試料１を内部に収納するＸ線遮蔽筐体７とを備えるようにしたので、Ｘ線照射による初期電子供給によって長期的な電圧印加を必要とせずに絶縁欠陥検査を精度高く実施することができる。また、放電の電磁波をアンテナ６により検出する方式であるため、Ｘ線遮蔽筐体７を利用して電磁波の反射波も測定するようにしたことで、アンテナ６が設置されていない方向に放射された電磁波も反射波により検出できることによって測定感度が向上し、検出精度を向上させることができる。
【００１８】
実施の形態２．
本実施の形態においては、上述の実施の形態１で説明した構成において、さらに、指向性のあるアンテナ６を、図４に示すように、試料１の下方および側方２ケ所の計３箇所にそれぞれ互いに直交するように置く。また、アンテナ６の向きは、それぞれ、試料１を挟んだ反対側のＸ線遮蔽筐体７の壁面の正面に向く様に配置する。すなわち、図４の構成は、図１の構成に、さらに、アンテナ６ｃを追加した構成となる。他の構成については、図１と同じであるため、図１を参照することとし、ここでは、その説明および図示を省略する。
【００１９】
当該構成において、部分放電が発生すると、図５に示すように、アンテナ６の無い方向に向かって試料１から放射された電磁波は、Ｘ線遮蔽筐体７の壁面（内壁）で反射することによりアンテナ６の正面に戻ってくるので、当該反射波をアンテナ６で検出することから、検出することができる。また、１回の反射では角度的にアンテナ６で検出できなくとも、Ｘ線遮蔽筐体７の壁面での反射を繰り返すことで、直交する３箇所のいずれかのアンテナ６で検出でき、アンテナ６を４箇所以上に配置した場合と近い効果が得られる。
【００２０】
具体的には、アンテナ６ａは、基本的にＸ線遮蔽筐体７の天井（上内壁）で反射された電磁波の反射波を検出し、アンテナ６ｂ，６ｃは、基本的にＸ線遮蔽筐体７の側壁（側内壁）で反射された電磁波の反射波を検出する。但し、これだけでなく、各アンテナ６ａ〜６ｃは、上述したように、１回の反射では角度的に検出できなかった反射波についても、Ｘ線遮蔽筐体７の壁面で繰り返し反射された反射波についても検出可能なものはすべて検出する。
【００２１】
ただし、アンテナ６は平板アンテナでなくとも、指向性の低いロッドアンテナ等でもよいが、その場合、複数箇所に設置する必要性が低い代わりに感度は小さくなる。
【００２２】
以上のように、本実施の形態２に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置によれば、上述した実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態２においては、指向性のあるアンテナ６を複数個使用し、アンテナ６の方向を試料１を挟んだ反対側のＸ線遮蔽筐体７の壁面の正面を向くように設置するようにして、壁面に直交する方向へ向けるようにしたので、アンテナ６から見て試料１を挟んだ反対側のＸ線遮蔽筐体７の壁面へ向かって放射された電磁波の反射波を、効率良く検出することができるという効果が得られる。
【００２３】
実施の形態３．
本実施の形態においては、上述の実施の形態１で説明した構成において、さらに、図６に示すように、Ｘ線遮蔽筐体７の内側の壁面に、鉛板よりも導電率の高い銅板から構成された電磁波反射用金属板１２（１２ａ〜１２ｄ）を電磁波反射板として取り付ける。このとき、銅板の表面は反射率を高めるために、凹凸のない滑らかな状態のものを使用する。これにより、反射波の強度が増加し、測定感度が向上する。すなわち、図６の構成は、図１の構成に、さらに、Ｘ線遮蔽筐体７の内側の壁面に取り付けた金属板１２を追加した構成となる。他の構成については、図１と同じであるため、図１を参照することとし、ここでは、その説明および図示を省略する。
【００２４】
なお、図６においては、Ｘ線遮蔽筐体７の内側の壁面に電磁波反射用金属板１２を４枚取り付けたように示してあるが、これは、図示の関係によるもので、実際には、Ｘ線遮蔽筐体７の６つの内側の壁面のすべてに取り付けられている。なお、必ずしも、６面すべてに取り付けなくてもよいが、反射率向上および測定感度向上を考慮すれば、６面すべてに取り付けることが望ましい。また、金属板１２は、Ｘ線遮蔽筐体７の内側の壁面全面に必ずしも設けなくてもよいが、壁面全面に設けることが望ましい。
【００２５】
以上のように、本実施の形態３に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置によれば、上述した実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態３においては、Ｘ線遮蔽筐体７の内側の壁面に、電磁波の反射率の高い金属板１２を設置するようにしたので、筐体壁面の電磁波の反射率を向上させることで、測定感度が向上するという効果が得られる。
【００２６】
実施の形態４．
本実施の形態においては、上述の実施の形態１で説明した構成において、さらに、アンテナ６の検出周波数が、Ｘ線遮蔽筐体７の内部で起こる電磁波１１の共振周波数となるように、壁面間の各幅を調整して測定することで、検出感度を向上させるようにした。Ｘ線遮蔽筐体７を直方体としたとき、共振周波数ｆとＸ線遮蔽筐体７の内部空間の寸法（図７の、高さ：ａ、幅：ｂ、奥行き：ｄ）との間に以下の式（１）が成り立つように、Ｘ線遮蔽筐体７の内部空間の寸法（図７の、高さ：ａ、幅：ｂ、奥行き：ｄ）を調整する。ここで、ｃは光速度、ｍ、ｎ、ｓは０以上の整数である。
【００２７】
【数１】
【００２８】
このとき、アンテナ６の位置は、定在波の振幅の大きくなる位置に配置するようにする。
【００２９】
ここで単純な形として、ｎ＝ｓ＝０として式（１）を展開すると、電磁波の波長をλとしたとき、ａ＝（λ／２）×ｍとなり、ａは電磁波の半波長の整数倍となる。例えば、周波数を１ＧＨｚとすると、λ／２＝１５ｃｍとなるので、ａを１５ｃｍの整数倍とすれば、ａ方向で共振する電磁波を検出することができる。
【００３０】
このとき、定在波の位置により電界の振幅が異なるので、アンテナ６は、図８に示すアンテナ６ａのように、電界の振幅が０となる定在波の節に設置しないようにし、アンテナ６ｂのように、電界の振幅が確保できる定在波の腹に設置して測定する。
【００３１】
以上のように、本実施の形態４に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置によれば、上述した実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態４においては、図７に示すように、アンテナ６の検出周波数が、Ｘ線遮蔽筐体７の内部寸法（図７の、高さ：ａ、幅：ｂ、奥行き：ｄ）に依存して共振する電磁波の共振周波数となるように、Ｘ線遮蔽筐体７の内部寸法を調整（すなわち、そのような寸法に設計）して、Ｘ線遮蔽筐体７内部の電磁波の共振周波数を測定することで、検出感度を向上させることができるという効果が得られる。また、定在波の節では電界の振幅は０であり、その付近にアンテナを設置すると十分に測定することができないため、本実施の形態４においては、共振する電磁波を測定する際、アンテナは定在波の節付近以外の場所に設置するようにしたので、十分に電磁波の測定を行うことが可能となるという効果が得られる。
【００３２】
実施の形態５．
図９は、図１の構成に加えて、位置の移動が可能な可動反射板１３を設置した構成を示している。可動反射板１３は、一対の可動反射板１３ａ，１３ｂから構成されている。また、図９においては、可動反射板１３ａ，１３ｂの位置を制御するための位置制御部１４が設けられている。位置制御部１４は、Ｘ線遮蔽筐体７の外部に設置されている。また、図１においては、アンテナ６として、アンテナ６ａ，６ｂの２つのアンテナが設けられていたが、図９においては、アンテナ６のみの１個のアンテナが設けられている。しかしながら、これに限定されるものではなく、可動反射板１３ａ，１３ｂの移動を妨げない位置であれば、アンテナを複数個設けてもよく、適宜必要な個数を設置するようにすればよい。また、図９の構成においては、アンテナ６の位置移動も可能としている。従って、可動反射板１３ａ，１３ｂ、およびアンテナ６の位置は、位置制御部１４で筐体外部より制御する。位置制御部１４の動作自体は、測定制御部１０が制御する。以上が、図１と異なる点である。他の構成および動作については、図１と同じであるため、ここではその説明を省略する。
【００３３】
可動反射板１３ａ，１３ｂは、試料１の近傍で、かつ、試料１の側方の両側に、対向して設けられている。図９の例では、可動反射板１３ａがアンテナ６側に設けられている。ここで、可動反射板１３ａ，１３ｂを試料１の寸法に合わせてその近傍に設置することで、反射波のアンテナ６までの伝播距離を短くすることができる。このとき、反射板１３ａ，１３ｂが試料１近傍まで接近できるように、試料台２や配線が妨げにならないような配置・構造にし、アンテナ６と同じ側にある可動反射板１３ａを移動させる際には、反射板１３ａの移動の妨げとならないように、アンテナ６も同時に移動させる。可動反射板１３ａ，１３ｂは、位置制御部１４により、それぞれ、別個に位置制御される。このとき、図１０（ａ）のように、可動反射板１３ｂが試料１と離れていると、可動反射板１３ｂに対して斜めに入射した電磁波１１の反射波がアンテナ６で受けられない場合がある。その場合には、図１０（ｂ）のように、可動反射板１３ｂを試料１に接近させることで、同様に放射された電磁波１１の反射波がアンテナ６で受けやすくなる。
【００３４】
以上のように、本実施の形態５に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置によれば、上述した実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態５においては、設置位置の移動が可能な、電磁波を反射するための可動反射板１３ａ，１３ｂを設けて、それらに対して位置制御部１４により位置制御を行って、試料１に反射板を近づけることを可能し、試料１近傍での反射板の設置を可能にしたので、当該反射板による反射波によって、アンテナ６の測定感度をより向上することができる。
【００３５】
なお、上記の説明においては、可動反射板１３ａ，１３ｂが別個に位置制御される例を説明したが、その場合に限らず、位置制御部１４により、２つを連動して同時に位置制御するようにしてもよい。また、別個に位置制御するか、連動させて位置制御するかを、適宜選択できる構成にしてもよい。
【００３６】
また、上記の説明においては、可動反射板１３を２つ設ける例について説明したが、その場合に限らず、１つだけ設けてもよく、あるいは、３つ以上設けてもよい。また、それら全てを可動にしてもよいが、一部だけを可動にし、他は固定の反射板としてもよい。さらに、固定の反射板を取り外し可能なものに設計しておき、必要に応じて、取りつけて用いるようにしてもよい。
【００３７】
実施の形態６．
図１１は、本実施の形態６に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置の構成を示した部分構成図である。図１１においては、可動反射板によるＸ線反射による試料へのＸ線照射を示している。なお、図１１においては、試料１、試料台２、Ｘ線発生部４，可動反射板１３ａ，１３ｂのみが記載されており、他の構成は図示が省略されているが、記載されていない他の構成については、図９と同じ構成であるため、図９を参照することとし、ここではその説明を省略する。
【００３８】
本実施の形態においては、図１１に示すように、Ｘ線発生部４から照射されるＸ線５が放射状に広がるように、Ｘ線発生部４がＸ線５を放射する構成とし、Ｘ線５の照射範囲内に可動反射板１３の反射面がちょうど入る位置関係となるよう、Ｘ線５の照射角θとＸ線発生部４のＸ線源と試料１との距離ｄ２に合わせて、試料１と反射板１３ａ，１３ｂとの距離ｄ１を短くするように、位置制御部１４により調整する。望ましくは、可動反射板１３の反射面が、可動反射板１３が移動しても、常に、Ｘ線５の照射範囲内に入るように、可動反射板１３の移動範囲を決定して、可動反射板１３を設置する。可動反射板１３ａ，１３ｂに入射したＸ線５は、そのエネルギーに応じて反射板１３ａ，１３ｂを透過するが、その一部は散乱によって試料１の方向へと反射される。一般にＸ線エネルギーが低いものほど、反射しやすい。この散乱によって照射されるＸ線は、Ｘ線発生部４から直接照射されるＸ線とは異なる方向から試料１へと照射される。
【００３９】
以上のような方法を用いると、例えば試料１内部にＸ線の照射を妨げる銅などの配線があり、試料１内部に有効にＸ線が照射されない箇所がある場合でも、別方向からのＸ線によりその箇所へも照射させることができる。
【００４０】
Ｘ線の散乱については、入射方向の前方と後方に散乱しやすい性質があり、また、可動反射板１３ａ，１３ｂ内部で散乱されたＸ線は減衰の影響で、可動反射板１３ａ，１３ｂの反射面の法線方向へ出やすい。したがって、図１２のように、可動反射板１３ａ，１３ｂの設置角度も可変とし、可動反射板１３ａ，１３ｂへのＸ線５の入射角φを大きくすれば、より有効に反射Ｘ線を試料１に照射することができるため、角度変更によりＸ線照射の最適状態を調整できる。なお、この角度制御については、位置制御部１４が行うこととすればよい。
【００４１】
なお、可動反射板１３ａ，１３ｂでのＸ線の反射成分は、後方散乱によるものである。したがって、後方散乱線の強度を大きくするため、可動反射板１３は後方散乱の起こりやすい金属（アルミニウム等）を用い、その金属およびＸ線エネルギーに応じた飽和後方散乱となる厚み以上となるようにすることで、試料１へより有効にＸ線照射させることができる。
【００４２】
以上のように、本実施の形態６に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置によれば、上述した実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態６においては、設置位置および設置角度が可変な可動反射板１３ａ，１３ｂを設けて、可動反射板１３ａ，１３ｂによる散乱によって試料１の方向へとＸ線５を反射するようにしたので、Ｘ線発生部４から直接試料１に照射されるＸ線とは異なる方向から試料１へとＸ線を照射できるようになったため、例えば試料１内部にＸ線の照射を妨げる銅などの配線があり、試料１内部に有効にＸ線が照射されない箇所がある場合でも、別方向からのＸ線によりその箇所へも照射させることができる。これにより、試料内の障害物によってＸ線が照射されにくい箇所へも照射することができる。
【００４３】
また、本実施の形態においては、Ｘ線５はＸ線発生部４より放射状に拡がるように照射するようにし、かつ、移動制御部１４の制御により、可動反射板１３ａ，１３ｂを、Ｘ線発生部４によるＸ線照射の範囲内に入る位置関係となるように設置することを可能としたので、可動反射板１３ａ，１３ｂへ当たったＸ線を試料１に向けて確実に散乱（反射）することができるため、Ｘ線発生部４からの照射方向とは別方向から試料１に対して確実に照射することができ、試料１内の障害物によってＸ線が照射されにくい箇所へも照射することができ、測定感度がより向上し、検出精度をより向上させることができる。
【００４４】
さらに、本実施の形態においては、可動反射板１３ａ，１３ｂは、Ｘ線５の後方散乱が大きくなる特性の金属で、かつ、厚みのある板から構成するようにしたので、後方散乱線の強度を大きくでき、試料１へより有効にＸ線照射させることができるため、Ｘ線散乱の効果をより高めることができる。
【００４５】
実施の形態７．
図１３は、本実施の形態７に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置の構成を示した部分構成図である。図１３においては、試料１から放射される電磁波１１が可動反射板１３に対して斜めに入射した場合の反射波を示している。図１３（ａ）が可動反射板１３が平面状の場合で、図１３（ｂ）が曲面状の場合である。なお、図１３においては、試料１、試料台２、アンテナ６、可動反射板１３のみが記載されており、他の構成は図示が省略されているが、記載されていない他の構成については、図９と同じ構成であるため、図９を参照することとし、ここではその説明を省略する。
【００４６】
本実施の形態においては、図１３（ａ）に示すように、可動反射板１３が平面状の場合、試料１から放射される電磁波１１が可動反射板１３ａ，１３ｂに対して斜めに入射する場合が考えられる。その場合には、当該電磁波１１が可動反射板１３ａ，１３ｂで反射した反射波を、アンテナ６で有効に受けることができない場合がある。そこで、本実施の形態においては、図１３（ｂ）に示すように、可動反射板１３を曲面状にして、また、可動反射板１３ｃ，１３ｄの位置もそれに合うように位置制御部１４で制御して、試料１からの電磁波１１がアンテナ６の方向へと有効に反射できるようにすることで、検出感度を向上させることができる。なお、当然ながら、可動反射板１３ｃ，１３ｄは、図１３（ｂ）に示すように、曲面のうちの凹面の方が試料１に面しており、凸面の方が外側に面している。こうすることにより、電磁波１１が可動反射板１３で反射した反射波をアンテナ６へ向けて効率よく収束させることができる。
【００４７】
以上のように、本実施の形態７に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置によれば、上述した実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態７においては、可動反射板１３ｃ，１３ｄを曲面状にして、電磁波の反射波をアンテナ６へ向けて収束できるようにしたので、反射波をアンテナ６方向へ集中させることができ、感度がより向上する。
【００４８】
実施の形態８．
図１４は、本実施の形態８に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置の構成を示した部分構成図である。図１４においては、筐体内部でおこる電磁波１の共振周波数を利用した場合を示している。なお、図１４においては、試料１、試料台２、アンテナ６、可動反射板１３のみが記載されており、他の構成は図示が省略されているが、記載されていない他の構成については、図９と同じ構成であるため、図９を参照することとし、ここではその説明を省略する。
【００４９】
上述した実施の形態４のようにして電磁波の共振を利用する場合、その測定周波数はＸ線遮蔽筐体７の寸法に依存するため、使用可能な周波数は限られる。そこで、本実施の形態においては、図１４に示すように、可動反射板１３ａ，１３ｂを移動させ、可動反射板１３ａ，１３ｂ間の距離Ｌを可変のものとした。このようにすることにより、任意の周波数での共振が可能になる。試料１の放電特性により、ある周波数帯の電磁波が強く放出される場合、それに適した周波数感度のアンテナ６にし、その周波数で共振が起こるように、可動反射板１３ａ，１３ｂ間の間隔Ｌを位置制御部１４により調整する。例えば、１ＧＨｚで共振させたい場合、Ｌを１５ｃｍの倍数となるように調整すればよい。このように、共振させたい周波数に基づいて、Ｌの長さを予め計算しておき、その距離になるようにＬを位置制御部１４で調整することにより、電磁波の共振を利用する場合に、その測定周波数として、Ｘ線遮蔽筐体７の寸法に依存せずに、任意の周波数を使用可能とすることができる。
【００５０】
以上のように、本実施の形態８に係る半導体装置の絶縁欠陥検出装置によれば、上述した実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態８においては、次のような効果を得ることができる。
【００５１】
本実施の形態８による方法は、可動反射板１３により反射板間距離Ｌを可変とすることで任意の周波数の共振を起こせるものであり、実施の形態５に記載のような可動反射板１３を試料１に近づけることでの反射波の受信効果を向上させるものとは異なる特徴であるが、可動反射板１３による位置移動により、これらのいずれの効果も選択的に利用可能になる。
【符号の説明】
【００５２】
１ 試料、２ 試料台、３ 高電圧電源、４ Ｘ線発生部、５ Ｘ線、６，６ａ，６ｂ，６ｃ アンテナ、７ Ｘ線遮蔽筐体、８ Ｘ線制御部、９ 部分放電検出器、１０ 測定制御部、１１ 電磁波、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ 電磁波反射板、１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ 可動反射板、１４ 位置制御部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁欠陥の検出対象である試料に対して電圧を印加する電圧印加手段と、
前記試料に対してＸ線を照射するＸ線照射手段と、
アンテナを有し、前記電圧の印加および前記Ｘ線の照射を行ったときに、前記試料内部の部分放電から発せられる電磁波を前記アンテナにより検出する部分放電測定手段と、
前記検出を行うときに前記試料を収納するとともに、内側の壁面が電磁波を反射することが可能なＸ線遮蔽筐体と
を備え、
前記部分放電から発せられる前記電磁波の検出結果に基づいて、前記試料の絶縁欠陥の有無を検出する
ことを特徴とする半導体装置の絶縁欠陥検出装置。
【請求項２】
前記アンテナとして指向性のあるアンテナを使用し、前記アンテナの向きを、前記試料を挟んで反対側の前記Ｘ線遮蔽筐体の内側の壁面の方向に向くように設置することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の絶縁欠陥検出装置。
【請求項３】
前記Ｘ線遮蔽筐体の内側の壁面に、電磁波の反射率の高い金属板を設けたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の絶縁欠陥検出装置。
【請求項４】
前記アンテナの検出周波数が、前記Ｘ線遮蔽筐体の内部寸法に依存して共振する電磁波の周波数となるように、前記Ｘ線遮蔽筐体の内部寸法を調整することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の絶縁欠陥検出装置。
【請求項５】
前記共振する電磁波を測定する際、前記アンテナは、電磁波の定在波の節付近以外の場所に設置することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の絶縁欠陥検出装置。
【請求項６】
前記Ｘ線遮蔽筐体内に移動可能に設置された、電磁波を反射させるための可動反射板と、
前記可動反射板の位置を制御する位置制御手段と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の絶縁欠陥検出装置。
【請求項７】
前記Ｘ線照射手段は、前記Ｘ線が放射状に拡がるように照射し、
前記可動反射板は、前記Ｘ線の照射範囲内にその反射面が入る位置関係に設置されている
ことを特徴とする請求項１または６に記載の半導体装置の絶縁欠陥検出装置。
【請求項８】
前記可動反射板は、Ｘ線の後方散乱が起こりやすい特性の金属から構成されていることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の絶縁欠陥検出装置。
【請求項９】
前記可動反射板は、反射させた前記電磁波が前記アンテナへ向けて収束するように、曲面状に構成されていることを特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれか１項に記載の半導体装置の絶縁欠陥検出装置。
【請求項１０】
前記アンテナの検出周波数は任意に変更可能のものとし、
前記可動反射板間の距離を変更して前記電磁波を共振させて測定することを特徴とする請求項６ないし請求項９のいずれか１項に記載の半導体装置の絶縁欠陥検出装置。
【請求項１】
絶縁欠陥の検出対象である試料に対して電圧を印加する電圧印加手段と、
前記試料に対してＸ線を照射するＸ線照射手段と、
アンテナを有し、前記電圧の印加および前記Ｘ線の照射を行ったときに、前記試料内部の部分放電から発せられる電磁波を前記アンテナにより検出する部分放電測定手段と、
前記検出を行うときに前記試料を収納するとともに、内側の壁面が電磁波を反射することが可能なＸ線遮蔽筐体と
を備え、
前記部分放電から発せられる前記電磁波の検出結果に基づいて、前記試料の絶縁欠陥の有無を検出する
ことを特徴とする半導体装置の絶縁欠陥検出装置。
【請求項２】
前記アンテナとして指向性のあるアンテナを使用し、前記アンテナの向きを、前記試料を挟んで反対側の前記Ｘ線遮蔽筐体の内側の壁面の方向に向くように設置することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の絶縁欠陥検出装置。
【請求項３】
前記Ｘ線遮蔽筐体の内側の壁面に、電磁波の反射率の高い金属板を設けたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の絶縁欠陥検出装置。
【請求項４】
前記アンテナの検出周波数が、前記Ｘ線遮蔽筐体の内部寸法に依存して共振する電磁波の周波数となるように、前記Ｘ線遮蔽筐体の内部寸法を調整することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の絶縁欠陥検出装置。
【請求項５】
前記共振する電磁波を測定する際、前記アンテナは、電磁波の定在波の節付近以外の場所に設置することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の絶縁欠陥検出装置。
【請求項６】
前記Ｘ線遮蔽筐体内に移動可能に設置された、電磁波を反射させるための可動反射板と、
前記可動反射板の位置を制御する位置制御手段と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の絶縁欠陥検出装置。
【請求項７】
前記Ｘ線照射手段は、前記Ｘ線が放射状に拡がるように照射し、
前記可動反射板は、前記Ｘ線の照射範囲内にその反射面が入る位置関係に設置されている
ことを特徴とする請求項１または６に記載の半導体装置の絶縁欠陥検出装置。
【請求項８】
前記可動反射板は、Ｘ線の後方散乱が起こりやすい特性の金属から構成されていることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の絶縁欠陥検出装置。
【請求項９】
前記可動反射板は、反射させた前記電磁波が前記アンテナへ向けて収束するように、曲面状に構成されていることを特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれか１項に記載の半導体装置の絶縁欠陥検出装置。
【請求項１０】
前記アンテナの検出周波数は任意に変更可能のものとし、
前記可動反射板間の距離を変更して前記電磁波を共振させて測定することを特徴とする請求項６ないし請求項９のいずれか１項に記載の半導体装置の絶縁欠陥検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−２０９２６６（Ｐ２０１１−２０９２６６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６６２５１（Ｐ２０１０−２６６２５１）
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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