図1　Mentorが発売するパワー半導��テスター　出�Z：Mentor Graphics

Mentorはプリント基��の配線CADや半導��EDAが�u�Tな企業である。最�Zは組み込みシステムやそのソフト開発ツールなどと�}を広げているが、今�vパワー半導��の試�x����に進出した。この����の中に故障解析するためのモデル化とそのアルゴリズムを組み込んでいる。

発表した新����は、パワー半導��のオンオフ動作を数万�vから数��万�v繰り返しながら電気的��性を�O動的に�R定できる検�h����。パワー半導��は、パルスで動作させることが�Hい。例えば3相モーターは3個のパワートランジスタ(耐圧によっては6個)を使い、�v転角120度ごとに順次オンさせていくことで1�v転させる。デジタルアンプ（D級アンプ）はPWM（パルス幅変調）�U御によりパルス幅で電流値を�U御する。

パワー半導��は1�vのパルスに流す電流は小さくても数Aなので、半導��そのものが発�Xする。ボンディングパッド�屬離錺ぅ筺次▲瀬ぅ椒鵐妊�ング�X況などでは、繰り返しの�Xと高�a�X��によって、金�鏈猯舛縫�ラックが入ったり、はがれやすくなったりする。異なる材料が接している�X��では�X膨張係数が異なるからだ。そこで、何万�vのオンオフサイクルに耐えられるか、試�xする。

オンオフを繰り返して発�X・冷却を繰り返した後に電気的��性を�Rるには、�}間がかかる。例えば1000�v��度、オンオフパルスを繰り返した後で、���a��から�Dり出して�R定し、データを�Dり、さらに2000�vへと進む。オンオフサイクルを�\やしながら数万�v、数�暇��vへと進んでいくと時間がかかる。しかも、モジュールや半導��のパッケージを開けて初めて故障を��定できることが�Hい。

Mentorのテスト����は、オンオフテストをしながら����情報を完���O動で記�{することができる。����のHMIインターフェースにはタッチパネルのメニュー��(sh┫)式を採��、負荷条�Pや�R定条�Pなどを�~単に操作できる。����には3個のデバイスやモジュールを�R定できる端子を揃えており、デバイスあたりに印加できる電流は最�j(lu┛)500A。それらの端子を並�`動作させれば����は、最�j(lu┛)電流1500Aのデバイスまで�官�できる。

電気的な�R定だけではない。この����には、「構�]関数」と�}ばれるアルゴリズムが組み込まれている。これを使って故障モードや故障の原因となっている�霾�をほぼ��定できるという。その仕組みは以下のようである。半導��デバイスは、基本的にチップ表�Cにはボンディングワイヤー、チップの裏�Cにはダイアタッチ材料、絶縁基��、金�鏨韶�、放�Xグリース、放�Xフィンなどから成っている(図2)。チップ内のpn接合からこれらの材料を経て、放�Xフィンまでの�X伝導経路を�X容量Cと�X�B�^Rのラダー�v路で�Z�瑤垢襦�初期の良��サンプルのRとCの曲線を保�Tしておき、それを参照関数データとする。その関数データからずれていく様子を見て、故障個所を��定するというもの。

図2　パワー半導��の劣化を�Z�瑤垢觜暑]関数のモデル　出�Z：Mentor Graphics

図2では、pn接合から�Xの伝わり��(sh┫)において、RとCが�j(lu┛)きくなっていく様子を��しているが、最初の平�Q(m┐o)な�霾�は、ダイアタッチの�霾�において�X�B�^が�j(lu┛)きくなっていることを��しているという。次の平�Q(m┐o)な�霾�は基��とのアタッチメントによるものだとしている。接合から周囲(アンビエント)�a度に到達するまでの�X�B�^を分解して見積もることができる

この曲線(構�]関数)の様子から、基��のひび(クラック)あるいは層間の���`などさまざまな�X��を�官�させておくことで、オンオフ試�xを数万�v経た後の関数の類��性から故障個所を疑う。図3の左の曲線群はその劣化�X��を��している。電気的な�R定からも例えばゲート電流が�\加��向にあればゲート�┣祝譴領�化を疑い、ドレイン電圧などが�\加��向にあればボンディングパッドの劣化を疑う。電気的な�R定と、構�]関数の曲線��向から総合的に故障を��定する。英国University of Nottinghamと共同でこの構�]関数モデルを作り出したという。

図3　パワー半導��の劣化を�Z�瑤垢觜暑]関数のモデル　出�Z：Mentor Graphics

Mentorはこの試�x����を使うことでオンオフ試�xの総時間は最�j(lu┛)1/10まで�]縮できたとする。����の見込み顧客はパワーエレクトロニクスのサプライヤ、�O動�Z�噞のティア1サプライヤなど。