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JP6465349B2 - Diagnostic method and apparatus for bonding wire current magnetic field distribution inspection of power semiconductor device - Google Patents
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Diagnostic method and apparatus for bonding wire current magnetic field distribution inspection of power semiconductor device Download PDF

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Description

本発明は、電力用半導体デバイス、特にIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)と呼ばれる、1kW以上の電気機器および電子機器の電源やインバータ等に広く使われているデバイスの後工程、すなわちチップを実装してパッケージングする工程で不良品を検出し、市場での当該デバイスの故障を防止する技術に関する。   The present invention is a semiconductor device for electric power, especially called an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), which is a post-process of a device widely used for power supplies, inverters, etc. of electric equipment and electronic equipment of 1 kW or more, that is, by mounting a chip. The present invention relates to a technique for detecting defective products in a packaging process and preventing failure of the device in the market.

IGBTの市場は、産業機器向け、車載機器向け、民生機器向けの3分野に大きく分けられる。産業機器向けで大きいのは、電車や産業ロボット、工作機械のモータ制御インバータ用途である。車載機器向けでも、ハイブリッド自動車の駆動用モータとカー・エアコン制御用のインバータ用途が多い。民生機器ではカメラのストロボ向けとエアコンのインバータ用途が主流である。特にハイブリッド自動車や電気自動車におけるIGBT需要により、市場は拡大している。   The IGBT market is broadly divided into three fields: industrial equipment, in-vehicle equipment, and consumer equipment. The major products for industrial equipment are motor control inverter applications for trains, industrial robots, and machine tools. For in-vehicle devices, there are many applications for hybrid motor drive motors and car / air conditioner control inverters. Consumer products are mainly used for camera strobes and air conditioner inverters. In particular, the market is expanding due to IGBT demand in hybrid vehicles and electric vehicles.

IGBTを用いた電力用半導体モジュールは、複数の電力用半導体デバイスを同一基板上に密接して併設し、各電力用半導体デバイスと端子間を接合するボンディングワイヤも、高密度で配線されている。電力用半導体デバイスと端子間をボンディングワイヤで接合する場合、接合部やボンディングワイヤ表面の酸化膜の状態や作業上のボンディングワイヤ装着圧力の変化などによりボンディングワイヤ接合不良が生じることがある。すなわち、見掛け上は完全接合しているようでも、接合が不完全であると、接合部の抵抗がばらつき、電流が各電力用半導体デバイスに均等に流れず、一部の電力用半導体デバイスに大電流が流れて破壊することにつながる。また、接合強度が低いと、機械的振動やヒートサイクル負荷により、接合部の断線につながるおそれがある。   In a power semiconductor module using an IGBT, a plurality of power semiconductor devices are arranged in close contact with each other on the same substrate, and bonding wires for joining each power semiconductor device and terminals are also arranged at high density. When bonding between a power semiconductor device and a terminal with a bonding wire, bonding wire bonding failure may occur due to the state of an oxide film on the bonding portion or the bonding wire surface, a change in bonding wire mounting pressure during operation, or the like. In other words, even though it seems to be completely joined, if the joint is incomplete, the resistance of the joint varies, and the current does not flow evenly to each power semiconductor device, which is large in some power semiconductor devices. It will lead to current flowing and destroying. Further, if the bonding strength is low, there is a possibility that the bonding portion may be disconnected due to mechanical vibration or heat cycle load.

このようなボンディングワイヤ接合不良を、製造段階のボンディング工程後に検査できると、出荷後の故障やトラブルを防止することができる。ボンディング工程後の検査に際し、複数のボンディングワイヤに流れる電流を同時に測定するために、特許文献1には、ボンディングワイヤに流れる電流により発生する磁束を測定する磁束検出装置をボンディングワイヤの数だけ所定の間隔を開けて積層したセンサが開示されている。   If such a bonding wire bonding failure can be inspected after the bonding process in the manufacturing stage, failure and trouble after shipment can be prevented. In order to simultaneously measure the currents flowing through a plurality of bonding wires at the time of inspection after the bonding process, Patent Document 1 discloses a magnetic flux detection device that measures the magnetic flux generated by the current flowing through the bonding wires as many as the number of bonding wires. Sensors are disclosed that are stacked at intervals.

非特許文献1では、スイッチング電流のオンオフを繰り返すことで、ボンディングワイヤ接合不良が発生し、接合部の接触抵抗が大きくなる等の問題点が指摘されている。   Non-Patent Document 1 points out problems such as a bonding wire bonding failure occurring due to repeated switching current on / off, resulting in an increase in contact resistance of the bonded portion.

特許文献2〜4には、ボンディング方法に関する技術が開示されている。これらの技術は、ボンディングワイヤを介してチップ電流を検出しており、チップの全電流しか測定できない。また接触型の測定であり、電流分布も測定できない。   Patent Documents 2 to 4 disclose techniques related to a bonding method. These techniques detect the chip current via the bonding wire and can only measure the total current of the chip. Further, it is a contact type measurement, and current distribution cannot be measured.

特許文献5には、試験片に荷重(外力)を印加して材料試験を行うよう構成された材料試験機において、材料試験中の試験片の磁気データを検出する検出磁気検出手段を複数具備して、試験片における異なる箇所の磁気データを検出するようにした材料試験機が開示されているが、複数のボンディングワイヤに流れる電流を同時に測定するものではない。   In Patent Document 5, a material testing machine configured to perform a material test by applying a load (external force) to a test piece includes a plurality of detection magnetic detection means for detecting magnetic data of the test piece during the material test. Although a material testing machine that detects magnetic data at different locations in a test piece has been disclosed, currents flowing through a plurality of bonding wires are not simultaneously measured.

特許文献6には、所定周波数の電流を被測定物の一対の電極間に通電する通電手段と、被測定物の複数の部分に対向して位置し、前記複数の部分に流れる電流によってそれぞれ発生する磁界を検出して、検出磁界を表す信号を出力する磁界検出手段と、前記磁界検出手段から出力される検出磁界を表す信号から、前記所定周波数に等しい周波数の信号成分を取出す周波数成分取出手段と、前記周波数成分取出手段によって取出された信号成分から、被測定物の複数の部分に前記所定周波数と等しい周波数でそれぞれ流れる電流の大きさ及び向きを検出する電流分布検出手段とを備えた電流分布測定装置において、被測定物の一対の電極のうちの一方の電極は、被測定物の複数の異なる位置にそれぞれ接合される複数の電極端子を有し、前記通電手段は、前記複数の電極端子にそれぞれ異なる周波数の電流を通電し、前記周波数成分取出手段は、前記磁界検出手段から出力される検出磁界を表す信号から、前記異なる周波数にそれぞれ等しい周波数の信号成分を取出し、前記電流分布検出手段は、前記異なる周波数ごとに、被測定物の複数の部分に流れる電流の大きさ及び方向を検出する電流分布測定装置が開示されている。   In Patent Document 6, an energizing means for energizing a current of a predetermined frequency between a pair of electrodes of the object to be measured, and a plurality of parts of the object to be measured are positioned opposite to each other, and are generated by currents flowing through the parts. A magnetic field detecting means for detecting a magnetic field to be output and outputting a signal representing the detected magnetic field; and a frequency component extracting means for extracting a signal component having a frequency equal to the predetermined frequency from the signal representing the detected magnetic field output from the magnetic field detecting means. And a current distribution detecting means for detecting the magnitude and direction of current respectively flowing at a frequency equal to the predetermined frequency in a plurality of portions of the object to be measured from the signal component extracted by the frequency component extracting means. In the distribution measuring apparatus, one electrode of the pair of electrodes of the object to be measured has a plurality of electrode terminals respectively joined to a plurality of different positions of the object to be measured. The means supplies currents having different frequencies to the plurality of electrode terminals, and the frequency component extracting means is a signal component having a frequency equal to the different frequencies from a signal representing a detected magnetic field output from the magnetic field detecting means. A current distribution measuring device is disclosed in which the current distribution detecting means detects the magnitude and direction of the current flowing in a plurality of portions of the object to be measured for each of the different frequencies.

しかし、この電流分布測定装置では、磁界センサを複数配置する検出構造を取るが、一つのセンサを2つの直交する磁界方向を検出できるように構成し、太陽光発電パネルの発電セルの特性不良を電流磁界ベクトルの方向で検出することが目的であり、複数のボンディングワイヤに流れる電流を同時に測定する用途には適用できない。   However, this current distribution measuring apparatus has a detection structure in which a plurality of magnetic field sensors are arranged. However, one sensor is configured to detect two orthogonal magnetic field directions, and the power generation cell characteristics of the photovoltaic power generation panel are reduced. The purpose is to detect in the direction of the current magnetic field vector, and it cannot be applied to an application for simultaneously measuring the currents flowing through a plurality of bonding wires.

非特許文献2においては、パワーモジュールの初期不良を防ぐために、IGBTチップのボンディングワイヤ上に、小さなコイルを有する非接触センサを有する電流信号分布測定装置を開示しているが、外部磁界やノイズの影響への対策には触れていない。   Non-Patent Document 2 discloses a current signal distribution measuring device having a non-contact sensor having a small coil on a bonding wire of an IGBT chip in order to prevent an initial failure of a power module. There is no mention of countermeasures against impacts.

特開2013−76569号公報JP 2013-76569 A 欧州特許公開第2677541号公報European Patent Publication No. 26775541 米国特許第8541892号明細書U.S. Pat. No. 8,541,892 米国特許第8004304号明細書US Patent No. 8004304 特開2000−155083号公報JP 2000-155083 A 特許第5152280号公報Japanese Patent No. 5152280

Hamidi et al, "Reliability and lifetime evaluation of different wire bonding technologies for high power IGBT modules" Microelectronics Reliability 39 (1999) 1153-1158.Hamidi et al, "Reliability and lifetime evaluation of different wire bonding technologies for high power IGBT modules" Microelectronics Reliability 39 (1999) 1153-1158. Tsukuda et al, "High-throughput DBC-assembled IGBT screening for power module," CIPS 2014.Tsukuda et al, "High-throughput DBC-assembled IGBT screening for power module," CIPS 2014.

上述したように、電力用半導体モジュールは、電力用半導体デバイス電極とパッケージ電極との間を複数本のボンディングワイヤで接合し、電力用半導体デバイス電極とパッケージ電極との間での熱膨張係数の違いや車載搭載時の振動や衝撃を吸収しつつ、大電流伝送を可能とする構造を形成している。   As described above, in the power semiconductor module, the power semiconductor device electrode and the package electrode are joined by a plurality of bonding wires, and the difference in thermal expansion coefficient between the power semiconductor device electrode and the package electrode In addition, a structure capable of transmitting a large current while absorbing vibration and shock when mounted on a vehicle is formed.

ボンディングワイヤはボンディングワイヤ装着装置により接合されるが、ボンディングワイヤ接合不良により、断線や接触抵抗値が高い状態にある場合、他の正常なボンディングワイヤに分流することになる。   Bonding wires are bonded by a bonding wire mounting device. However, if the bonding wires are defective or the contact resistance value is high due to bonding wire bonding failure, the bonding wires are diverted to other normal bonding wires.

このデバイス電流分流の変化は、電力用半導体試験工程における非常に短い時間での半導体デバイス・パルス・スイッチング特性試験では、電力用半導体デバイスに流れる総合電流の特性計測を目的としているため、各ボンディングワイヤに流れる電流信号の微妙な特性変化は検出不可能である。これらの試験をすり抜け、隠れた瑕疵が存在する電力用半導体デバイスデバイス製品は、市場にて車両や各種パワー制御機器に搭載され、過酷な環境下で長時間動作する内に、ボンディングワイヤに局在する負荷の偏りが、電力用半導体デバイスの素子寿命を著しく低下させ、予期せぬ機能障害をもたらす危険性をはらんでいる。   This change in device current shunt is intended to measure the total current flowing in the power semiconductor device in the semiconductor device pulse switching characteristics test in a very short time in the power semiconductor test process. It is impossible to detect a subtle characteristic change of the current signal flowing through the. Power semiconductor device device products that pass through these tests and have hidden defects are mounted on vehicles and various power control equipment on the market, and operate on harsh environments for a long time. The bias of the load which carries out the remarkably reduces the element lifetime of the semiconductor device for electric power, and has the danger of causing an unexpected malfunction.

しかも、これら電力用半導体デバイス製品は、大電力小型化、高集積化されながら、社会インフラの重要な運輸機構あるいは自然エネルギー生成などのエネルギーコントロール部に搭載され、非常な勢いでその応用範囲を拡大しつつある。   In addition, these power semiconductor device products are mounted in energy control sections such as important transport mechanisms of social infrastructure or natural energy generation while being reduced in size and integrated with high power, and their application range is expanding with great momentum. I am doing.

このため、これら機能障害は単なる装置機能停止では止まらず、社会生活根幹に多大な影響及ぼすものとなる。   For this reason, these functional failures cannot be stopped by simply stopping the function of the apparatus, but greatly affect the basis of social life.

本発明は、電力用半導体デバイスの配線材である複数のボンディングワイヤや配線路に流れる電流分布の偏りなどの異常を、電流磁界を検出することにより非接触で検査診断し、配線不良などによるデバイスの長期信頼性を損なう恐れのある隠れた瑕疵等の原因を検査、診断、検出し、不良品を排除することを目的とする。   The present invention is a device for non-contact inspection and diagnosis by detecting a current magnetic field for abnormalities such as bias of current distribution flowing through a plurality of bonding wires and wiring paths, which are wiring materials of power semiconductor devices, and a device caused by wiring defects, etc. The purpose is to inspect, diagnose and detect the cause of hidden defects that may impair the long-term reliability of products and eliminate defective products.

前記課題を解決するため、本発明の第1の構成は、複数の電力用半導体デバイスのそれぞれと基板間を、複数のボンディングワイヤで接合した電力用半導体デバイスのボンディングワイヤ電流磁界分布検査診断方法において、
前記複数のボンディングワイヤに流れる電流により生じる磁界を検出するとともに、前記磁界に応じた電流を各ボンディングワイヤの電流としてそれぞれ出力する複数の電流センサを設け、
前記電流センサにより予め採取した基準の電流磁界分布パターンと、新たに採取した電流磁界分布パターンの特徴点比較を行い、予め指定された特徴点の差異を評価し、一定の評価値以上の差異が認められた場合に異常として診断する
ことを特徴とする電力用半導体デバイスのボンディングワイヤ電流磁界分布検査診断方法である。
In order to solve the above-described problem, a first configuration of the present invention is a bonding wire current magnetic field distribution inspection diagnostic method for a power semiconductor device in which each of a plurality of power semiconductor devices and a substrate are joined by a plurality of bonding wires. ,
A plurality of current sensors for detecting a magnetic field generated by currents flowing through the plurality of bonding wires and outputting a current corresponding to the magnetic field as a current of each bonding wire are provided,
A feature point comparison between a reference current magnetic field distribution pattern previously collected by the current sensor and a newly collected current magnetic field distribution pattern is performed, and a difference between pre-designated feature points is evaluated. A bonding wire current magnetic field distribution inspection diagnostic method for a power semiconductor device, characterized by diagnosing an abnormality when recognized.

本発明の第2の構成は、第1の構成において、予め採取した基準となる電流磁界分布パターンと、新たに採取した電流磁界分布パターンに対して、波形の時間軸を含めた各電流センサの電流磁界信号波形の差分を時間軸に積算したサンプル差分積分信号を、電流センサ配列の空間軸上にプロットし、空間的な偏りの発生を異常特徴として評価検出し、異常判定を行うことを特徴とする。   According to a second configuration of the present invention, in the first configuration, each current sensor including a time axis of a waveform is compared with a current magnetic field distribution pattern which is a previously collected reference and a newly collected current magnetic field distribution pattern. A sample difference integrated signal obtained by integrating the current magnetic field signal waveform difference on the time axis is plotted on the space axis of the current sensor array, and the occurrence of spatial bias is evaluated and detected as an abnormal feature, and abnormality determination is performed. And

本発明の第3の構成は、第1の構成において、予め採取した基準となる電流磁界標準信号と、新たに採取した電流磁界検査信号に対して、各電流センサの電流磁界信号の差分をサンプル期間毎に求め、前記差分を時間軸に積算し、得られた電流センサ別差分積算値と予め設定された判定基準とを比較して、異常判定を行うことを特徴とする。   According to a third configuration of the present invention, in the first configuration, the difference between the current magnetic field signals of the respective current sensors is sampled with respect to the current magnetic field standard signal that is a previously collected reference and the newly collected current magnetic field inspection signal. It calculates | requires for every period, integrates | accumulates the said difference to a time axis | shaft, compares the obtained difference integrated value for every current sensor, and the determination criterion set beforehand, and performs abnormality determination, It is characterized by the above-mentioned.

本発明の第4の構成は、第1から3のいずれかの構成において、前記複数の電流センサの各出力信号の振幅及び周波数特性に対し、全ての出力特性がほぼ一致するように予め補正を行うことを特徴とする。   According to a fourth configuration of the present invention, in any one of the first to third configurations, the amplitude and frequency characteristics of the output signals of the plurality of current sensors are corrected in advance so that all output characteristics substantially coincide with each other. It is characterized by performing.

本発明の第5の構成は、第1から第4のいずれかの構成において、前記基準の電流磁界分布パターン及び前記新たに採取した電流磁界分布パターンは、それぞれ、前記電流センサにより検出した電流磁界から本来採取すべき電流磁界信号を著しく妨害する、検査環境に存在する不要な磁界輻射ノイズである環境ノイズ(以下、単に「環境ノイズ」という。)を除去した信号を用いることを特徴とする。   According to a fifth configuration of the present invention, in any one of the first to fourth configurations, the reference current magnetic field distribution pattern and the newly collected current magnetic field distribution pattern are current magnetic fields detected by the current sensor, respectively. A signal obtained by removing environmental noise (hereinafter simply referred to as “environmental noise”), which is unnecessary magnetic field radiation noise existing in the inspection environment, which significantly disturbs the current magnetic field signal that should be collected from is used.

本発明の第6の構成は、第1から第4のいずれかの構成において、前記基準の電流磁界分布パターン及び前記新たに採取した電流磁界分布パターンは、それぞれ、前記電流センサにより検出した環境ノイズを含む原信号を用いることを特徴とする。   According to a sixth configuration of the present invention, in any one of the first to fourth configurations, the reference current magnetic field distribution pattern and the newly collected current magnetic field distribution pattern are each an environmental noise detected by the current sensor. An original signal including the signal is used.

本発明の第7の構成は、複数の電力用半導体デバイスのそれぞれと基板間を、複数のボンディングワイヤで接合した電力用半導体デバイスのボンディングワイヤ電流磁界分布検査診断装置において、
前記複数のボンディングワイヤに流れる電流により生じる磁界を検出するとともに、前記磁界に応じた電流を各ボンディングワイヤの電流としてそれぞれ出力する複数の電流センサと、
前記電流センサにより予め採取した基準の電流磁界分布パターンと、新たに採取した電流磁界分布パターンの特徴点比較を行い、予め指定された特徴点の差異を評価し、一定の評価値以上の差異が認められた場合に異常として診断する異常診断手段と
を設けたことを特徴とする電力用半導体デバイスのボンディングワイヤ電流磁界分布検査診断装置である。
A seventh configuration of the present invention is a bonding wire current magnetic field distribution inspection diagnostic device for a power semiconductor device in which each of a plurality of power semiconductor devices and a substrate are joined by a plurality of bonding wires.
A plurality of current sensors for detecting a magnetic field generated by currents flowing through the plurality of bonding wires and outputting a current corresponding to the magnetic field as a current of each bonding wire;
A feature point comparison between a reference current magnetic field distribution pattern previously collected by the current sensor and a newly collected current magnetic field distribution pattern is performed, and a difference between pre-designated feature points is evaluated. An abnormality diagnosis means for diagnosing an abnormality when recognized is provided. A bonding wire current magnetic field distribution inspection diagnostic apparatus for a power semiconductor device.

本発明の第8の構成は、第7の構成において、前記異常診断手段は、予め採取した基準となる電流磁界分布パターンと、新たに採取した電流磁界分布パターンに対して、波形の時間軸を含めた各電流センサの電流磁界信号波形の差分を時間軸に積算する差分積算手段と、
前記差分積算手段により積算されたサンプル差分積分信号を、前記電流センサ配列の空間軸上にプロットし、空間的な偏りの発生を異常特徴として評価検出し、異常判定を行う異常判定手段と
を含むことを特徴とする。
According to an eighth configuration of the present invention, in the seventh configuration, the abnormality diagnosing means sets a time axis of a waveform with respect to a current magnetic field distribution pattern as a reference collected in advance and a newly collected current magnetic field distribution pattern. A difference integration means for integrating the difference of the current magnetic field signal waveform of each included current sensor on the time axis;
An abnormality determination unit that plots the sample difference integration signal integrated by the difference integration unit on the spatial axis of the current sensor array, evaluates and detects the occurrence of a spatial bias as an abnormal feature, and performs abnormality determination It is characterized by that.

本発明の第9の構成は、第7の構成において、前記異常診断手段は、予め採取した基準となる電流磁界標準信号と、新たに採取した電流磁界検査信号に対して、各電流センサの電流磁界信号の差分をサンプル期間毎に求め、前記差分を時間軸に積算する電流センサ別差分積算手段と、
得られた電流センサ別差分積算値と予め設定された判定基準とを比較して、異常判定を行う異常判定手段と
を含むことを特徴とする。
According to a ninth configuration of the present invention, in the seventh configuration, the abnormality diagnosing means uses a current magnetic field standard signal as a reference collected in advance and a current magnetic field inspection signal newly collected as a current of each current sensor. A difference accumulation unit for each current sensor that obtains the difference of the magnetic field signal for each sample period and accumulates the difference on the time axis;
Comparing the obtained difference integrated value for each current sensor with a preset criterion, abnormality determination means for performing abnormality determination is included.

本発明の第10の構成は、第7から9のいずれかの構成において、全ての出力特性がほぼ一致するように予め補正を行う電流センサ別出力特性補正手段を有することを特徴とする。   The tenth configuration of the present invention is characterized in that in any of the seventh to ninth configurations, there is provided output characteristic correction means for each current sensor that performs correction in advance so that all output characteristics substantially coincide.

本発明の第11の構成は、第7から第10のいずれかの構成の異常診断手段において、前記基準の電流磁界分布パターン及び前記新たに採取した電流磁界分布パターンは、それぞれ、前記電流センサにより検出した環境ノイズを除去した信号を用いることを特徴とする。   According to an eleventh configuration of the present invention, in the abnormality diagnosis means according to any one of the seventh to tenth configurations, the reference current magnetic field distribution pattern and the newly collected current magnetic field distribution pattern are respectively obtained by the current sensor. A signal obtained by removing detected environmental noise is used.

本発明の第12の構成は、第7から第10のいずれかの構成の異常診断手段において、前記基準の電流磁界分布パターン及び前記新たに採取した電流磁界分布パターンは、それぞれ、前記電流センサにより検出した環境ノイズを含む原信号を用いることを特徴とする。   According to a twelfth configuration of the present invention, in the abnormality diagnosis means according to any one of the seventh to tenth configurations, the reference current magnetic field distribution pattern and the newly collected current magnetic field distribution pattern are obtained by the current sensor, respectively. An original signal including detected environmental noise is used.

本発明によれば、電力用半導体デバイスの配線材である複数のボンディングワイヤや配線路に流れる電流分布の偏りなどの異常を、電流磁界を検出することにより非接触で検査診断し、配線不良などによるデバイスの長期信頼性を損なう恐れのある隠れた瑕疵等の原因を検査、診断、検出し、不良品を排除することができる。   According to the present invention, abnormalities such as uneven distribution of current flowing in a plurality of bonding wires and wiring paths, which are wiring materials of power semiconductor devices, are inspected and diagnosed in a non-contact manner by detecting a current magnetic field, wiring defects, etc. It is possible to inspect, diagnose and detect the cause of hidden defects that may impair the long-term reliability of the device, and eliminate defective products.

本発明の実施の形態に係る電力用半導体デバイスのボンディングワイヤ電流磁界分布検査診断を実施する電流磁界分布解析装置の構成例を示す装置構成図である。It is an apparatus block diagram which shows the structural example of the electric current magnetic field distribution analyzer which implements the bonding wire electric current magnetic field distribution test | inspection diagnosis of the power semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本実施の形態に係るモジュール20の構成例と各種電流磁界の影響を示す図であり、(a)はコイルの配置が電力用半導体デバイス(IGBT)10のボンディングワイヤに対して正面視で示したものであり、(b)は側面視で示したものである。It is a figure which shows the example of a structure of the module 20 which concerns on this Embodiment, and the influence of various current magnetic fields, (a) showed the arrangement | positioning of a coil with the front view with respect to the bonding wire of the semiconductor device (IGBT) 10 for electric power. (B) is a side view. 本実施の形態に係る電流磁界分布解析装置100のソフトウエア機能的ブロック図である。It is a software functional block diagram of the electric current magnetic field distribution analysis apparatus 100 which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係るセンサアレイモジュール20の各電流センサ出力特性の特性補正を行うための単発矩形波レスポンス波形データによる補正の説明図である。It is explanatory drawing of the correction | amendment by the single-shot rectangular-wave response waveform data for performing the characteristic correction of each current sensor output characteristic of the sensor array module 20 which concerns on this Embodiment. 8本の接合正常なボンディングワイヤを16チャンネルのセンサアレイモジュール20で測定した場合のボンディングワイヤの並び方向である空間軸方向、信号変化時間軸方向及び信号振幅方向に立体的に面で表した電流磁界波形の分布パターン(電流磁界分布パターン)を示すものであり、(a−1)はボンディングワイヤの平面視図、(a−2)は各電流センサ出力の電流磁界測定データの平面視図、(b−1)はボンディングワイヤの側面視図、(b−2)は電流磁界測定データの側面視図、(c−1)はボンディングワイヤの斜視図、(c−2)は電流磁界測定データの斜視図、(d)は電流磁界測定データの正面視図、(e)はボンディングワイヤが基板にしっかりと接合されている状態の側面視図、(f)は(e)の接合状態の時の正常応答を示す電流磁界波形図である。Currents expressed in three dimensions in the space axis direction, the signal change time axis direction, and the signal amplitude direction, which are the bonding wire arrangement directions when eight bonding normal bonding wires are measured by the sensor array module 20 of 16 channels. 2 shows a distribution pattern of magnetic field waveforms (current magnetic field distribution pattern), (a-1) is a plan view of a bonding wire, (a-2) is a plan view of current magnetic field measurement data of each current sensor output, (B-1) is a side view of the bonding wire, (b-2) is a side view of the current magnetic field measurement data, (c-1) is a perspective view of the bonding wire, and (c-2) is the current magnetic field measurement data. (D) is a front view of the current magnetic field measurement data, (e) is a side view of the bonding wire firmly bonded to the substrate, and (f) is a bonding state of (e). A current magnetic field waveform diagram showing the normal response of the. 8本のボンディングワイヤのうち、6番目のボンディングワイヤB6が接合不良の時の各ボンディングワイヤに流れる電流を16チャンネルのセンサアレイモジュール20で測定した場合、前記同様に立体的に表した電流磁界分布パターンを示すものであり、(a−1)はボンディングワイヤの平面視図、(a−2)は各電流センサ出力の電流磁界測定データの平面視図、(b−1)はボンディングワイヤの側面視図、(b−2)は電流磁界測定データの側面視図、(c−1)はボンディングワイヤの斜視図、(c−2)は電流磁界測定データの斜視図、(d)は電流磁界測定データの正面視図、(e)はボンディングワイヤの片方が接合不良で、抵抗を有している状態の側面視図、(f)は(e)の状態の応答を示す電流磁界波形図である。Of the eight bonding wires, when the current flowing through each bonding wire when the sixth bonding wire B6 is poorly bonded is measured by the 16-channel sensor array module 20, the current magnetic field distribution expressed three-dimensionally as described above. FIG. 4A is a plan view of a bonding wire, FIG. 2A-2 is a plan view of current magnetic field measurement data of each current sensor output, and FIG. 4B-1 is a side view of the bonding wire. (B-2) is a side view of the current magnetic field measurement data, (c-1) is a perspective view of the bonding wire, (c-2) is a perspective view of the current magnetic field measurement data, and (d) is a current magnetic field. Front view of measurement data, (e) is a side view of a bonding wire in which one of the bonding wires is poorly bonded and has resistance, and (f) is a current magnetic field waveform diagram showing the response in the state of (e). is there ボンディングワイヤに流れる電流を測定する場合にセンサアレイモジュール20の電流センサ(CS1からCS16まで)がボンディングワイヤ接合不良以外から影響を受けるばらつきの原因を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the cause of the dispersion | variation in which the current sensor (from CS1 to CS16) of the sensor array module 20 is influenced by other than bonding wire bonding failure when measuring the current flowing through the bonding wire. 電流磁界の三次元分布の正面投影図であり、検査サンプル信号(a)にボンディングワイヤ接合不良が生じていた場合、標準サンプル平均信号波形(b)に対するサンプル差分積分信号(c)の関係を示したものである。FIG. 6 is a front projection view of a three-dimensional distribution of current magnetic fields, and shows a relationship of a sample differential integration signal (c) with respect to a standard sample average signal waveform (b) when a bonding wire bonding failure occurs in the inspection sample signal (a). It is a thing. サンプル差分積分信号図8の(c)及びフロアノイズDの形状から見たいくつかの不良例のパターンを示すものであり、(a)はピークが1つ際立っている場合、(b)はピークが複数(2つ)離れている場合、(c)はピークが複数(2つ)近接している場合、(d)はピークが端に寄っている場合、(e)は端のピークが低い場合、(f)は全体的に低いピークが生じているが、所々でフロアノイズレベルDを超えている場合を示している。Sample differential integration signal FIG. 8C shows patterns of some defective examples as seen from the shape of the floor noise D. FIG. 8A shows a case where one peak stands out, and FIG. 8B shows a peak. (C) is close to multiple (two) peaks, (d) is close to the peak, (e) is low at the peak In this case, (f) shows a case where a low peak occurs as a whole but the floor noise level D is exceeded in some places. ボンディングワイヤの試験パルス応答を示すものであり、STは試験対象の電力用半導体デバイスの入力ゲートに印加される試験パルス信号、SCはセンサアレイモジュール20の電流センサCS1からCS16の出力信号の代表例の一つを示している。Is indicative of the test pulse response of bonding wires, S T test pulse signal applied to the input gate of the power semiconductor component being tested, S C is the output signal CS16 from the current sensors CS1 of the sensor array module 20 One representative example is shown. サンプル差分信号から差分信号積算値を求める方法と不良判定に用いる二種類の判定基準である第一判定基準200及び第二判定基準201の設定方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the setting method of the 1st determination criterion 200 and the 2nd determination criterion 201 which are the method of calculating | requiring a difference signal integrated value from a sample difference signal, and two types of determination criteria used for defect determination. 図11に示した第一判定基準200を用いて分析し、判定閾値1(1σ)及び判定閾値2(2σ)により判定した実測例を示す実測値プロットである。12 is an actual value plot showing an actual measurement example analyzed using the first determination criterion 200 shown in FIG. 11 and determined by the determination threshold value 1 (1σ) and the determination threshold value 2 (2σ). 図3のGO/NO GO判定機能133で実行される、本発明のボンディングワイヤ電流磁界分布検査診断方法の処理ステップを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing step of the bonding wire electric current magnetic field distribution inspection diagnostic method of this invention performed by GO / NO GO determination function 133 of FIG.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る電力用半導体デバイス(IGBT)のボンディングワイヤ電流磁界分布検査診断を実施する電流磁界分布解析装置100を中心とした検査診断装置構成を示す図である。この電流磁界分布解析装置100は、検査対象の電力用半導体デバイス(IGBT)10の複数のボンディングワイヤ(図2(a)及び(b)のボンディングワイヤB1〜B8)に流れる電流により発生する電流磁界を非接触で同時に測定するセンサアレイモジュール20からの出力信号を入力し、数学演算を施し、ボンディングワイヤ上の電流分布の増減ばらつき度合いを検査し、電力用半導体デバイス10に内在する製造上の欠陥を検出するものである。前述の一連の製品欠陥検査判定機能はIGBT試験用検査装置40に収容され、電力用半導体デバイス10の性能仕様を試験するデバイス・パルス・スイッチング特性試験と同時並行に動作機能するものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an inspection / diagnosis apparatus centering on a current / magnetic field distribution analysis apparatus 100 that performs bonding wire current / magnetic field distribution inspection / diagnosis of a power semiconductor device (IGBT) according to an embodiment of the present invention. This current magnetic field distribution analysis apparatus 100 is a current magnetic field generated by a current flowing through a plurality of bonding wires (bonding wires B1 to B8 in FIGS. 2A and 2B) of a power semiconductor device (IGBT) 10 to be inspected. An output signal from the sensor array module 20 that simultaneously measures non-contact is input, a mathematical operation is performed, an increase / decrease variation in current distribution on the bonding wire is inspected, and a manufacturing defect inherent in the power semiconductor device 10 is detected. Is detected. The series of product defect inspection determination functions described above are accommodated in the IGBT test inspection apparatus 40 and operate in parallel with the device pulse switching characteristic test for testing the performance specifications of the power semiconductor device 10.

電流磁界分布解析装置100には、センサアレイモジュール20からの複数の電流センサ出力(本実施例では図2のCS1からCS16の16チャンネルの構成である)のアナログ信号出力が入力され、高速ディジタイザ110で高速サンプリング後、ディジタル信号に変換される。このディジタル信号は、ソフトウエア解析演算処理部120でディジタル数学演算が施され、センサアレイモジュール20の各電流センサ出力の信号特性のばらつき補正の前処理を施す周波数成分補正を行った後、前もって計算範囲設定や閾値設定が施された判定基準データを元に試験パルスによりボンディングワイヤに流れる特徴的な応答波形の電流分布を測定し、特徴的な変位を抽出し、電力用半導体デバイスの正常/異常判定を行う。具体的には、図3に示すソフトウエア機能ブロック図に基づいて説明する。   The current magnetic field distribution analyzer 100 receives analog signal outputs of a plurality of current sensor outputs from the sensor array module 20 (in the present embodiment, the configuration of 16 channels CS1 to CS16 in FIG. 2), and the high-speed digitizer 110. After high speed sampling, it is converted to a digital signal. This digital signal is subjected to digital mathematical calculation in the software analysis calculation processing unit 120, and after performing frequency component correction for performing preprocessing for correcting variation in the signal characteristics of each current sensor output of the sensor array module 20, the calculation is performed in advance. Measure the current distribution of the characteristic response waveform that flows through the bonding wire by the test pulse based on the judgment criteria data for which the range setting and threshold setting have been applied, extract the characteristic displacement, and determine whether the power semiconductor device is normal or abnormal Make a decision. Specifically, description will be made based on the software functional block diagram shown in FIG.

センサアレイモジュール20は図2の(a)に示すような構造をしている。ボンディングワイヤB1〜B8に対してコイルC1〜C16が平行になるように一直線に並べられた構造を取っている。(b)はボンディングワイヤB1〜B8とコイルC1〜C16の側面から視た位置関係を示すものである。コイルC1〜C16にはボンディングワイヤに流れる電流により生じる電流磁界BWC1〜BWC8により電流が発生し、信号増幅とコイル特有の出力特性に対する周波数補正を行うアンプ回路A1〜A16に入力され、増幅、周波数特性補正された信号は電流センサCS1〜CS16の出力として、図1の電流磁界分布解析装置100の高速ディジタイザ110に入力される。このように構成された16チャンネルの独立した一連のコイルC1〜C16とアンプ回路A1〜A16の電流センサ構造では製造ばらつきによりチャンネル間の微妙な特性の差が発生してしまう場合がある。この出力特性のばらつきはその後のボンディングワイヤB1〜B8の電流分布検出に支障を来すため、前述ソフトウエア解析演算処理部120にてばらつき特性補正を行う必要がある。   The sensor array module 20 has a structure as shown in FIG. The coils C1 to C16 are arranged in a straight line so as to be parallel to the bonding wires B1 to B8. (B) shows the positional relationship seen from the side surface of bonding wire B1-B8 and coil C1-C16. Currents are generated in the coils C1 to C16 by the current magnetic fields BWC1 to BWC8 generated by the current flowing in the bonding wires, and are input to the amplifier circuits A1 to A16 that perform signal amplification and frequency correction for the coil-specific output characteristics to be amplified and frequency characteristics. The corrected signal is input to the high-speed digitizer 110 of the current magnetic field distribution analyzer 100 of FIG. 1 as the output of the current sensors CS1 to CS16. In the current sensor structure of the 16-channel independent series of coils C1 to C16 and the amplifier circuits A1 to A16 configured as described above, there may be a case where a subtle difference in characteristics between the channels occurs due to manufacturing variations. This variation in output characteristics hinders subsequent detection of the current distribution of the bonding wires B1 to B8, so that it is necessary to correct the variation characteristics in the software analysis calculation processing unit 120 described above.

また図2には、センサアレイモジュール20をIGBT試験用検査装置40に装着し電力用半導体デバイス10のボンディングワイヤ電流磁界分布検査診断を行う場合、本来の検査目的のボンディングワイヤ電流磁界BWC1〜BWC8以外に検査装置内部の構造に起因する様々な環境磁界ノイズの影響を受ける状況の一例を示している。試験電流端子50は電力用半導体デバイス10のボンディングワイヤB1〜B8の接続される基板電極端子に接触し、試験電流51を供給する。この時試験電流51により発生する試験電流端子磁界TTCは、ボンディングワイヤにより発生するボンディングワイヤ電流磁界BWC1〜BWC8の総和の電流磁界値(IGBTモジュールの場合パッケージされる電力用半導体デバイスの搭載個数により更に総和の電流磁界値は大きくなる)よりも極端に大きな値になり、センサアレイモジュール20のコイルC1〜C16にノイズとして影響を与える。   In FIG. 2, when the sensor array module 20 is mounted on the IGBT test inspection apparatus 40 and the bonding wire current magnetic field distribution inspection diagnosis of the power semiconductor device 10 is performed, the bonding wire current magnetic fields BWC1 to BWC8 other than the original inspection purpose are used. Fig. 1 shows an example of a situation in which various environmental magnetic field noises are caused by the structure inside the inspection apparatus. The test current terminal 50 contacts the substrate electrode terminal to which the bonding wires B1 to B8 of the power semiconductor device 10 are connected, and supplies the test current 51. The test current terminal magnetic field TTC generated by the test current 51 at this time is a sum of current magnetic field values of the bonding wire current magnetic fields BWC1 to BWC8 generated by the bonding wires (depending on the number of power semiconductor devices packaged in the case of an IGBT module). The sum of the current magnetic field values becomes larger than that) and affects the coils C1 to C16 of the sensor array module 20 as noise.

これら環境磁界ノイズはボンディングワイヤの近傍の電流磁界と異なり、検査装置内部の広い範囲に広がる広域的なノイズ成分として捉えることができる。測定時、センサアレイモジュール20のコイルC1〜C16がボンディングワイヤB1〜B8近傍に位置する位置を基準位置52とすると、当該位置ではボンディングワイヤ電流磁界BWC1〜BWC8の影響を受けると共に試験電流端子磁界TTCの影響も同時に受ける。一方ボンディングワイヤB1〜B8よりもコイルC1〜C16の位置が偏位し偏位位置53に位置する場合、試験電流端子磁界TTCは同程度の影響を受けるが、ボンディングワイヤ電流磁界BWC1〜BWC8の影響は薄れる状態になる。
以上のことから基準位置52で検出した電流センサCS1〜CS16出力値から偏位位置53で検出した電流センサCS1〜CS16出力値を差し引くことにより、広域的なノイズ成分である環境磁界ノイズ影響を差し引くことも可能となる。
Unlike the current magnetic field in the vicinity of the bonding wire, these environmental magnetic field noises can be understood as wide-range noise components that spread over a wide range inside the inspection apparatus. At the time of measurement, if the position where the coils C1 to C16 of the sensor array module 20 are located in the vicinity of the bonding wires B1 to B8 is a reference position 52, the position is affected by the bonding wire current magnetic fields BWC1 to BWC8 and the test current terminal magnetic field TTC. Is also affected at the same time. On the other hand, when the positions of the coils C1 to C16 are displaced from the bonding wires B1 to B8 and are located at the displacement position 53, the test current terminal magnetic field TTC is affected to the same extent, but the influence of the bonding wire current magnetic fields BWC1 to BWC8. Will fade.
From the above, by subtracting the output values of the current sensors CS1 to CS16 detected at the deviation position 53 from the output values of the current sensors CS1 to CS16 detected at the reference position 52, the influence of the environmental magnetic field noise, which is a wide-range noise component, is subtracted. It is also possible.

次に図3を用いてソフトウエア解析演算処理部120のソフトウエア処理構成の機能説明を行う。高速ディジタイザ制御機能ブロック122は、人間の操作インターフェースを介在し、ハードウエアである高速ディジタイザ110の、サンプリング速度設定、入力スケーリング設定、入力チャンネル選択設定、入力極性切換、入力インピーダンス切換、入力カプリングAC/DC切換、入力トリガレベル設定(トリガ入力は図10の試験パルスSTの最初の立ち上がりをサンプリング開始とする。)などの設定制御を行う。データ取り込み機能ブロック124は、高速ディジタイザ110が変換したディジタル信号を記憶部である取得データメモリ125内に取り込む制御を行う。自動レンジデータ取得機能ブロック123は、取得データメモリ125に記憶されたサンプリングされたディジタル信号を読出し、高速ディジタイザ110内部のA/D変換器のサンプリング値が最も効率の良いスケーリングとなるように高速ディジタイザ制御機能ブロック122に対して制御指示を行う。データ取り込み機能ブロック124に対しては、A/D変換の最適値で取り込めるよう複数回のサンプル波形データ取得を指示する。また取得されたディジタル信号を次処理ブロックである周波数成分補正機能ブロック126に引き渡す。 Next, functions of the software processing configuration of the software analysis calculation processing unit 120 will be described with reference to FIG. The high-speed digitizer control function block 122 interposes a human operation interface. The high-speed digitizer 110, which is hardware, performs sampling speed setting, input scaling setting, input channel selection setting, input polarity switching, input impedance switching, input coupling AC / DC switching, the setting control such as setting input trigger level (trigger input to the first rising edge of the test pulse S T of FIG. 10 and the sampling start.). The data capture function block 124 performs control to capture the digital signal converted by the high-speed digitizer 110 into the acquired data memory 125 that is a storage unit. The automatic range data acquisition function block 123 reads the sampled digital signal stored in the acquisition data memory 125, and the high-speed digitizer so that the sampling value of the A / D converter in the high-speed digitizer 110 is the most efficient scaling. A control instruction is issued to the control function block 122. The data acquisition function block 124 is instructed to acquire a plurality of times of sample waveform data so that it can be acquired at the optimum value of A / D conversion. The acquired digital signal is delivered to the frequency component correction function block 126 which is the next processing block.

周波数成分補正機能ブロック126は、自動レンジデータ取得機能ブロック123でスケール最適化確認された後の、波形ディジタル信号に対して、図2のセンサアレイモジュール20内部の電流センサCS1〜CS16出力特性の微妙なばらつきに対して周波数特性補正やゲイン調整を施す。具体的な演算補正パラメタの算出方法は図4の(a)〜(c)の波形を用いて説明する。   The frequency component correction function block 126 is sensitive to the output characteristics of the current sensors CS1 to CS16 in the sensor array module 20 of FIG. 2 for the waveform digital signal after the scale optimization is confirmed by the automatic range data acquisition function block 123. Frequency characteristic correction and gain adjustment are performed for various variations. A specific calculation method of calculation correction parameters will be described with reference to waveforms (a) to (c) in FIG.

前記センサアレイモジュール20の各電流センサCS1〜CS16の出力の増幅度及び周波数特性の補正を行う二つの演算補正パラメタすなわち振幅補正値Aj及び減衰時定数補正値Bjは、図4(a)に示す補正用に使用する試験パルス入力(a)に対する各電流センサCS1〜CS16の出力波形データViと、予め正常な電力用半導体デバイスについて測定した波形データに基づいて作成した図4(b)に示す理想的な基準出力波形Vrefとの比較補正をすることにより求められる。本来センサアレイモジュール20の各電流センサCS1〜CS16を構成する各アンプ回路A1〜A16の増幅度及び周波数特性は試験用パルス入力(a)に対する基準出力波形Vrefに一致するように設計されているが、電流センサCS1〜CS16を構成するコイルC1〜C16のパターン形成過程中のばらつきやアンプ回路A1〜A16を構成する部品の微妙なばらつきにより出力特性の微妙な違いとなって現れている。図4の(b)に示すViは補正対象となるセンサアレイモジュール20の補正前の各電流センサCS1〜CS16の出力波形の一つの例を示す。
各電流センサCS1〜CS16の出力波形データViに対する補正は、次の(1)式で導出される。
Two calculation correction parameters for correcting the amplification degree and frequency characteristic of the outputs of the current sensors CS1 to CS16 of the sensor array module 20, that is, the amplitude correction value A j and the attenuation time constant correction value B j are shown in FIG. 4B created based on the output waveform data Vi of each of the current sensors CS1 to CS16 with respect to the test pulse input (a) used for correction shown in FIG. 4 and waveform data measured in advance for a normal power semiconductor device. It is obtained by performing comparison correction with the ideal reference output waveform V ref shown. Originally, the amplification degree and frequency characteristic of each of the amplifier circuits A1 to A16 constituting each of the current sensors CS1 to CS16 of the sensor array module 20 are designed to match the reference output waveform Vref for the test pulse input (a). However, there are subtle differences in output characteristics due to variations in the pattern forming process of the coils C1 to C16 constituting the current sensors CS1 to CS16 and subtle variations in the parts constituting the amplifier circuits A1 to A16. V i shown in FIG. 4 (b) shows one example of the output waveforms of the respective current sensors CS1~CS16 before correction of the sensor array module 20 to be corrected.
Correction for the output waveform data V i of the respective current sensors CS1~CS16 is derived by the following equation (1).

ここで、iは電流センサチャンネル番号、Ajは振幅補正値、Bjは減衰時定数補正値(=ΔCR)である。
図4(b)に示すように、測定した波形データViには、0V基準(0電圧)に対するオフセット電圧Voffが生じていたり、振幅Viの振幅Aiが基準波形の振幅Arefとずれていたり、また減衰曲線の傾きが違っていたり、さらに下降エッジの時間にずれΔTiが生じていたりする。そこで、まず、図4(c)に示すように、Voffの除去と、振幅Aiの補正と、下降エッジの時間ずれΔTiをゼロとする時間補正を行った上でAref=Aiとなるように振幅補正値Ajを算出する(実施例ではおよそ0.7〜1.3程度)。
Here, i is a current sensor channel number, A j is an amplitude correction value, and B j is an attenuation time constant correction value (= ΔCR).
As shown in FIG. 4 (b), the measured waveform data V i, or offset voltage is produced V off for 0V reference (zero voltage), and the amplitude A ref of the amplitude A i is the reference waveform amplitude V i There is a shift, the slope of the attenuation curve is different, and a shift ΔT i occurs at the time of the falling edge. Therefore, first, as shown in FIG. 4C, after removing V off , correcting the amplitude A i , and performing time correction to make the time deviation ΔT i of the falling edge zero, A ref = A i The amplitude correction value A j is calculated so as to be (in the embodiment, about 0.7 to 1.3).

次に、減衰時定数Biの修正を行う。減衰時定数補正値Bjは図4(c)に示すように基準出力波形Vrefの時定数Brefと波形データViの時定数Biの差で与えられる。図4(c)の例の場合BiはBrefに比べると大きいため補正符号はマイナスとなる。Bjの符号を含めた算出式はBj=Bref−Biで与えられる。なお、実際の波形データViに対する演算補正は波形の立ち下がりエッジのVrefに対する収斂度として、極力Vie=0Vとなるような値にBjを選定する。これらの計算結果の各電流センサCS1〜CS16の出力補正値(振幅補正値Ai及び減衰時定数補正値Bj)を周波数成分補正機能ブロック126の演算補正パラメタとして組み込み(1)式を用いて各電流センサ出力補正演算を行う。なお一度算出した演算補正パラメタすなわち補正値(振幅補正値Ai及び減衰時定数補正値Bj)は、センサアレイモジュール20が別の個体と交換されることがない限り同一補正値が使用される。一方センサアレイモジュールが別の個体と交換された場合には、前記手順に従い再度補正値を算出し直し、その個体特有の補正値として適用する必要がある。 Next, the decay time constant B i is corrected. Decay time constant correction value B j is given by the difference between the constant B i time constant B ref and waveform data V i at the reference output waveform V ref as shown in FIG. 4 (c). In the case of the example of FIG. 4C, B i is larger than B ref , so the correction code is negative. Calculation formula including the sign of B j is given by B j = B ref -B i. In the calculation correction for the actual waveform data V i , B j is selected as a value such that V ie = 0V as much as possible, as the convergence with respect to V ref of the falling edge of the waveform. The output correction values (amplitude correction value A i and attenuation time constant correction value B j ) of each of the current sensors CS1 to CS16 as a result of these calculations are incorporated as calculation correction parameters of the frequency component correction function block 126 using equation (1). Each current sensor output correction calculation is performed. Note that the calculation correction parameter, that is, the correction value (amplitude correction value A i and attenuation time constant correction value B j ) once calculated uses the same correction value unless the sensor array module 20 is exchanged with another individual. . On the other hand, when the sensor array module is replaced with another individual, it is necessary to recalculate the correction value again according to the above procedure and apply it as a correction value unique to that individual.

データ選択機能ブロック128は、データ保存/読み出し機能ブロック130の制御により、周波数成分補正機能ブロック126からの出力ディジタル信号を入力し、取得データメモリ125とのディジタル信号の入出力選択し、データ表示制御機能ブロック129とGO/NO GO判定機能ブロック133にディジタル信号を選択し、引き継ぐ。
データ表示制御機能ブロック129は、データ保存/読み出し機能ブロック130の制御により、データ選択機能ブロック128の出力するディジタル信号を取り込み、人間の操作インターフェースを介し、以下に示す各種表示形式に変換する。二次元(2D)表示機能G1は各電流センサ別に色分けし、振幅方向と時間軸方向のスケーリングを合わせた電流磁界波形の各電流センサチャンネルの側面視の二次元重ね表示を行う。三次元(3D)表示機能G2は、各電流センサ別の二次元表示波形を電流センサ毎の物理的並び方向の空間に等間隔に並べ、斜め上方視点から俯瞰する表示機能であり、図5の(c−2)あるいは図6(c−2)に示したような特徴的な波形形状をつかみやすくための表示機能である。また、操作インターフェースを介し、視点切り替えや表示する電流センサチャンネルの順番切り替えを行う。等高線表示機能G3は、振幅に色付けを行い振幅軸上方から捉えた二次元画像化表示機能であり、図5の(a−2)あるいは図6の(a−2)に示す波形のように、信号振幅を二次元平面上で等高線色分けし、捉え易くする機能である。また、操作インターフェースを介し、表示色味割り付けが可能である。
The data selection function block 128 receives the output digital signal from the frequency component correction function block 126 under the control of the data storage / readout function block 130, selects input / output of the digital signal to / from the acquired data memory 125, and controls data display. The digital signal is selected and transferred to the function block 129 and the GO / NO GO determination function block 133.
The data display control function block 129 receives the digital signal output from the data selection function block 128 under the control of the data storage / readout function block 130 and converts it into various display formats shown below via a human operation interface. The two-dimensional (2D) display function G1 is color-coded for each current sensor, and performs two-dimensional overlapping display in a side view of each current sensor channel of a current magnetic field waveform that combines scaling in the amplitude direction and the time axis direction. The three-dimensional (3D) display function G2 is a display function in which two-dimensional display waveforms for each current sensor are arranged at equal intervals in a space in the physical arrangement direction for each current sensor and viewed from an obliquely upper viewpoint, as shown in FIG. This is a display function for easily grasping a characteristic waveform shape as shown in (c-2) or FIG. 6 (c-2). Further, the viewpoint is switched and the order of the current sensor channels to be displayed is switched through the operation interface. The contour line display function G3 is a two-dimensional imaging display function that colors the amplitude and is captured from above the amplitude axis. As shown in the waveform of (a-2) in FIG. 5 or (a-2) in FIG. This is a function that makes it easy to catch the signal amplitude by color-coding contour lines on a two-dimensional plane. In addition, display color can be assigned via the operation interface.

データ保存/読み出し機能ブロック130は、人間の操作インターフェースを介し、取得データメモリ125に対して波形データであるディジタル信号やスケーリング値、サンプリング間隔情報、その他演算に必要な付加情報などの保存あるいは読み出し制御を行い、データ選択機能ブロック128に対して、ディジタル信号の入力ソース切り替え制御を行い、データ表示制御機能ブロック129に対して、データ表示制御機能ブロック129で変換された各種表示波形データを視点角度や表示電流センサチャネル順序など付加情報と共に取得データメモリ125に保存する制御を行う。   The data storage / read function block 130 stores or reads out digital data, scaling values, sampling interval information, and other additional information necessary for calculation, etc., from the acquired data memory 125 via the human operation interface. The digital signal input source switching control is performed for the data selection function block 128, and various display waveform data converted by the data display control function block 129 are converted to the data display control function block 129 by the viewpoint angle and the like. Control is performed to store the acquired data memory 125 together with additional information such as the display current sensor channel order.

特徴点マーキング機能ブロック131は、人間の操作インターフェースを介し、取得データメモリ125にあらかじめ格納されている任意の波形データのディジタル信号をその付帯データ(サンプリングビット数、サンプリングスケール値やサンプリング時間間隔など)と共に、データ選択機能ブロック128を経由し読み出し、図10と図11に示す本発明の判定に用いるディジタル信号演算範囲の積分計算区間の設定を行う。
特徴点マーキングの際、特徴点マーキング表示機能G4では、データ表示制御機能ブロック129の等高線表示機能G3で生成された等高線表示情報と同様な波形表示を用いて、ボンディングワイヤ結合不良による波形変化の最も現れやすいと想定される領域を関心領域マーカにより選択設定する。
マーキングされた関心領域(積分計算区間)は領域を設定した波形情報のディジタル信号と共に比較データメモリ132に保存される。
The feature point marking function block 131 converts a digital signal of arbitrary waveform data stored in advance in the acquired data memory 125 via its human operation interface into its accompanying data (sampling bit number, sampling scale value, sampling time interval, etc.). At the same time, the data is read out via the data selection function block 128, and the integration calculation interval of the digital signal calculation range used for the determination of the present invention shown in FIGS. 10 and 11 is set.
At the time of feature point marking, the feature point marking display function G4 uses the same waveform display as the contour line display information generated by the contour line display function G3 of the data display control function block 129 to A region that is likely to appear is selected and set by a region of interest marker.
The marked region of interest (integration calculation section) is stored in the comparison data memory 132 together with the digital signal of the waveform information that sets the region.

GO/NO GO判定機能ブロック133は、データ選択機能ブロック128から出力される被検査波形のディジタル信号と比較データメモリ132に格納された検査基本波形の複数のディジタル信号及び関心領域情報(積分計算区間)を用いて図13に示すソフトウエアアルゴリズムに従い検査・可否判定を行い、結果表示G5で“正常”,“不良”及び“疑わしい”旨の表示を行う。なお、前述GO/NO GO判定機能ブロック133では検査基本波形の複数のディジタル信号を用い、前もって図11で示される第一判定基準200の判定閾値1(1σ)及び判定閾値2(2σ)と、第二判定基準201の判定閾値1(1σ)、判定閾値2(2σ)及び判定閾値3(1.5σ)の算出を行って、比較データメモリ132に格納しておき、図13のソフトウエアアルゴリズムの各判定ステップで使用する。   The GO / NO GO determination function block 133 includes a digital signal of the waveform to be inspected output from the data selection function block 128, a plurality of digital signals of the basic test waveform stored in the comparison data memory 132, and region of interest information (integration calculation section). ) Is used in accordance with the software algorithm shown in FIG. 13, and “normal”, “bad”, and “suspicious” are displayed on the result display G5. The GO / NO GO determination function block 133 uses a plurality of digital signals of the inspection basic waveform, and the determination threshold value 1 (1σ) and the determination threshold value 2 (2σ) of the first determination criterion 200 shown in FIG. The determination threshold 1 (1σ), the determination threshold 2 (2σ), and the determination threshold 3 (1.5σ) of the second determination criterion 201 are calculated and stored in the comparison data memory 132, and the software algorithm of FIG. Used in each determination step.

図5は、8本の接合正常のボンディングワイヤを16チャンネルのセンサアレイモジュール20で測定した場合の各電流センサCS1〜CS16の並び空間軸方向、信号変化時間軸方向及び信号振幅方向に立体的に面で表した電流磁界分布波形の分布パターンである電流磁界分布パターンを示すものであり、(a−1)はボンディングワイヤB1〜B8の平面視図、(a−2)は各電流センサチャンネルの測定データの平面視図、(b−1)はボンディングワイヤの側面視図、(b−2)は測定データの側面視図、(c−1)はボンディングワイヤの斜視図、(c−2)は測定データの斜視図、(d)は測定データの正面視図、(e)はボンディングワイヤが基板にしっかりと接合されている状態の側面視図、(f)は(e)の接合状態の時の正常応答を示す電流磁界波形図である。この接合正常状態では、全電流センサチャンネルの電流磁界分布波形測定データの三次元分布は(d)の正面視図に示すように、ボンディングワイヤB1〜B8の数の小さな起伏を示す。このようにセンサアレイモジュール20を用いて測定した信号波形は時間軸方向(試験パルス信号変化方向)、空間軸方向(センサアレイモジュール20の複数の電流センサCS1〜CS16の並び方向)及び各電流センサ出力の信号振幅方向(信号強度)で示される海の波のような複雑な波面変化でその特徴を捉えることができる。   FIG. 5 shows three current sensors CS1 to CS16 arranged three-dimensionally in the space axis direction, signal change time axis direction, and signal amplitude direction when eight bonding normal bonding wires are measured by the sensor array module 20 of 16 channels. 2 shows a current magnetic field distribution pattern which is a distribution pattern of current magnetic field distribution waveforms represented by planes, (a-1) is a plan view of bonding wires B1 to B8, and (a-2) is a view of each current sensor channel. (B-1) is a side view of the bonding wire, (b-2) is a side view of the measurement data, (c-1) is a perspective view of the bonding wire, (c-2) Is a perspective view of the measurement data, (d) is a front view of the measurement data, (e) is a side view of the bonding wire firmly bonded to the substrate, and (f) is a bonding state of (e). Time A current magnetic field waveform diagram showing the normal response. In this normal bonding state, the three-dimensional distribution of the current magnetic field distribution waveform measurement data of all the current sensor channels shows small undulations of the bonding wires B1 to B8 as shown in the front view of (d). Thus, the signal waveform measured using the sensor array module 20 includes the time axis direction (test pulse signal change direction), the spatial axis direction (the arrangement direction of the plurality of current sensors CS1 to CS16 of the sensor array module 20), and each current sensor. The characteristics can be grasped by complex wavefront changes such as ocean waves indicated by the output signal amplitude direction (signal intensity).

一方、図6は、8本のボンディングワイヤのうち、6番目のボンディングワイヤB6が接合不良の時の各ボンディングワイヤB1〜B8に流れる電流を16チャンネルのセンサアレイモジュール20で測定した場合、前記同様に立体的に表した電流磁界分布波形図を示すものであり、(a−1)はボンディングワイヤの平面視図、(a−2)は各電流センサチャンネルの測定データの平面視図、(b−1)はボンディングワイヤの側面視図、(b−2)は測定データの側面視図、(c−1)はボンディングワイヤの斜視図、(c−2)は測定データの斜視図、(d)は測定データの正面視図、(e)はボンディングワイヤの片方が接合不良で、微小な抵抗を有している状態の側面視図、(f)は(e)の状態の応答を示す電流磁界波形図である。このようにボンディングワイヤの一部に接合不良があると、それが抵抗値の上昇となり、電流が小さくなりそれが電流磁界波形振幅の減少となって現れ、また試験パルス応答の微妙な応答遅延となって現れる。この電流磁界分布波形値を、予め設定した基準となる電流磁界分布波形と比較することにより、ボンディングワイヤB6の不良を検査することができる。しかしながら、実際には次の図7に示すように多くの機構的な位置合わせばらつきや製造上のばらつき、あるいはIGBT試験用検査装置40の内部の試験用電源供給電極や試験用負荷のインダクタなどから発生する、強力な環境磁界ノイズなどが外乱となって発生するため、単純な差分検査では電力用半導体デバイス10の不良検査は難しい。   On the other hand, FIG. 6 shows a case where the current flowing through each of the bonding wires B1 to B8 when the sixth bonding wire B6 is defective in bonding among the eight bonding wires is measured by the 16-channel sensor array module 20. FIG. 3A shows a three-dimensional current magnetic field distribution waveform diagram, (a-1) is a plan view of a bonding wire, (a-2) is a plan view of measurement data of each current sensor channel, (b) -1) is a side view of the bonding wire, (b-2) is a side view of the measurement data, (c-1) is a perspective view of the bonding wire, (c-2) is a perspective view of the measurement data, (d ) Is a front view of the measurement data, (e) is a side view of one of the bonding wires having a poor resistance and a minute resistance, and (f) is a current indicating a response in the state of (e). Magnetic field waveform diagram . In this way, if there is a bonding failure in a part of the bonding wire, it will increase the resistance value, the current will decrease, which will result in a decrease in the current magnetic field waveform amplitude, and a subtle response delay of the test pulse response. It appears. By comparing this current magnetic field distribution waveform value with a preset current magnetic field distribution waveform, a defect of the bonding wire B6 can be inspected. However, in practice, as shown in FIG. 7 below, there are many mechanical alignment variations, manufacturing variations, test power supply electrodes inside the IGBT test inspection apparatus 40, inductors for test loads, and the like. Since the generated strong environmental magnetic field noise is generated as a disturbance, it is difficult to perform a defect inspection of the power semiconductor device 10 by a simple differential inspection.

各ボンディングワイヤB1〜B8に流れる電流のばらつきは、接合不良の他に、図7に示すように、ボンディングワイヤB1〜B8の形状や傾きのばらつきによっても生じる。すなわち、ボンディングワイヤB1〜B8は、全てがきれいに直線上に並んでいるのではなく、電力用半導体デバイス10の素子内の垂直方向に流れる「面電流」を向上させるために図5の(a−1)(b−1)(c−1)、図6の(a−1)(b−1)(c−1)及び図7の(a)に示すように、千鳥状に配置されることが多い。また、ボンディングワイヤB1〜B8をデバイス電極面や基板電極端子面に圧着接合する際、完全に垂直ではなく、図7(b)に示すように多少の傾きが生じる。さらに、センサアレイモジュール20の電流センサCS1〜CS16のコイルC1〜C16のボンディングワイヤB1〜B8に対する近接位置には、センサアレイモジュール20をIGBT試験用検査装置40の内部のデバイス試験治具に固定する際の多少の相対位置ばらつき(±Δx、±Δy、±Δz)が生じる。このような各種の影響が複雑に影響し合うと、図7(d)に示すように、センサアレイモジュール20のコイルC1〜C16は均一に配置されていても、全電流センサCS1〜CS16の各チャンネルが検出する電流磁界波形には、図7(c−2)に示すようにばらつきが生じる。これらのばらつきは各電流センサの電流磁界分布検出の際の信号入力の偏差値(図7(c−1))として認識される。一般にこれら相対位置ばらつきは、各電流センサCS1〜CS16の出力信号値の求める標準信号レベルに対して傾向的な信号影響を伴うことが多い。このことは後の図11の第二判定基準201の判定閾値1、判定閾値2及び判定閾値3を用いたフロアノイズ判定として応用される。
なお、機構的な相対位置のばらつきによる電流磁界分布波形のばらつきは、図6に示す接合不良による電流磁界分布波形のばらつきとは傾向が異なる。このことを踏まえ、ボンディングワイヤB1〜B8の接合不良を、前記機構的な位置合わせ相対バラツキによる影響や、図2のセンサアレイモジュール20の電流センサCS1〜CS16を構成するアンプ回路A1〜A16の信号ノイズ比(以降S/N比という)を劣化させるLSI回路の熱雑音の影響、あるいは同じく図2で説明した試験電流端子50から発生する試験電流端子磁界TTCの影響など測定環境を取り巻く各種外乱ノイズを伴う電流センサCS1〜CS16の出力信号の中から、高精度に識別するために、本発明では、以下に示す方法で診断するようにしている。
Variations in the current flowing through the bonding wires B1 to B8 are caused by variations in the shapes and inclinations of the bonding wires B1 to B8, as shown in FIG. That is, not all of the bonding wires B1 to B8 are neatly arranged in a straight line, but in order to improve the “surface current” flowing in the vertical direction in the element of the power semiconductor device 10, (a− in FIG. 1) As shown in (b-1) (c-1), (a-1), (b-1), (c-1) in FIG. 6 and (a) in FIG. There are many. In addition, when the bonding wires B1 to B8 are pressure bonded to the device electrode surface or the substrate electrode terminal surface, the bonding wires B1 to B8 are not completely vertical but have a slight inclination as shown in FIG. Further, the sensor array module 20 is fixed to a device test jig inside the IGBT test inspection apparatus 40 at a position close to the bonding wires B1 to B8 of the coils C1 to C16 of the current sensors CS1 to CS16 of the sensor array module 20. There are some relative positional variations (± Δx, ± Δy, ± Δz). When such various effects affect each other in a complicated manner, as shown in FIG. 7D, even if the coils C1 to C16 of the sensor array module 20 are arranged uniformly, each of the current sensors CS1 to CS16 is arranged. The current magnetic field waveform detected by the channel varies as shown in FIG. These variations are recognized as deviation values (FIG. 7 (c-1)) of signal input when detecting the current magnetic field distribution of each current sensor. In general, these variations in relative position often have a trending signal effect on the standard signal level obtained by the output signal values of the current sensors CS1 to CS16. This is applied as floor noise determination using determination threshold 1, determination threshold 2, and determination threshold 3 of the second determination criterion 201 in FIG.
Note that the variation in the current magnetic field distribution waveform due to the mechanical relative position variation is different from the variation in the current magnetic field distribution waveform due to the bonding failure shown in FIG. Based on this, the bonding failure of the bonding wires B1 to B8 is caused by the influence of the mechanical alignment relative variation and the signals of the amplifier circuits A1 to A16 constituting the current sensors CS1 to CS16 of the sensor array module 20 of FIG. Various disturbance noises surrounding the measurement environment such as the influence of thermal noise of LSI circuits that deteriorate the noise ratio (hereinafter referred to as S / N ratio) or the influence of the test current terminal magnetic field TTC generated from the test current terminal 50 described in FIG. In order to discriminate with high accuracy from the output signals of the current sensors CS1 to CS16 accompanying the above, in the present invention, diagnosis is performed by the following method.

本発明においては、図8に示す電流磁界の三次元分布の正面視図のように、予め採取した接合不良がない正常な電力用半導体デバイスにおける各ボンディングワイヤB1〜B8の電流磁界分布である標準サンプル平均信号(b)と検査サンプル信号(a)の差分を取ると、サンプル差分積分信号(c)で示すように、時間軸(図奥行き方向)に積算する差分の積分が得られる。この信号差分値の時間軸方向に積算したサンプル差分積分信号(c)において、フロアノイズDよりもピークが高い部分がボンディングワイヤ接合不良部分であると判定できる。このフロアノイズDは、主にボンディングワイヤ接合不良が発生すると、減少した電流は他の正常なボンディングワイヤに分流する性質があるために生じるなどに起因するものである。   In the present invention, as shown in the front view of the three-dimensional distribution of the current magnetic field shown in FIG. 8, the standard is the current magnetic field distribution of the bonding wires B1 to B8 in a normal power semiconductor device that has been obtained in advance and has no poor bonding. When the difference between the sample average signal (b) and the inspection sample signal (a) is taken, as shown by the sample difference integration signal (c), the integration of the difference integrated on the time axis (in the depth direction in the figure) is obtained. In the sample difference integrated signal (c) obtained by integrating the signal difference values in the time axis direction, it can be determined that the portion having a peak higher than the floor noise D is a bonding wire bonding defective portion. This floor noise D is mainly due to the fact that when a bonding wire bonding failure occurs, the reduced current is caused by the property of diverting to other normal bonding wires.

図9は図8に示したサンプル差分積分信号(c)のいくつかの不良パターンを示すものであり、図9(a)はピークが1つ際立っており、電流センサCS12近傍で大きなボンディングワイヤ接合不良を検出している場合、(b)はピークが複数(電流センサCS6と電流センサCS12の近傍の2つ)離れている場合、(c)はピークが複数(電流センサCS10と電流センサCS12の2つの近傍)近接している場合、(d)はピークが電流センサCS1の端に寄っている場合、(e)は電流センサCS1の端で且つピークが低い場合、(f)は全体的に非常に低いピークが生じているが、電流センサCS1またはCS2近傍または電流センサCS8及びCS10近傍の所々でフロアノイズレベルDを超えている場合を示している。特に(e)や(f)のような条件のサンプル差分積分信号(図8(c))のボンディングワイヤ接合不良部の信号レベルの低いものや全体的にランダムなものが存在すると不良判定が難しくなる。   FIG. 9 shows some defective patterns of the sample differential integration signal (c) shown in FIG. 8. FIG. 9 (a) shows one peak, and a large bonding wire joint is formed near the current sensor CS12. When a defect is detected, (b) has a plurality of peaks (two in the vicinity of current sensor CS6 and current sensor CS12), and (c) has a plurality of peaks (of current sensor CS10 and current sensor CS12). (D) is close to the edge of the current sensor CS1, (e) is the edge of the current sensor CS1 and the peak is low, (f) Although a very low peak occurs, the case where the floor noise level D is exceeded in the vicinity of the current sensor CS1 or CS2 or in the vicinity of the current sensors CS8 and CS10 is shown. In particular, it is difficult to determine a defect when there is a low signal level of the bonding wire bonding defective portion of the sample differential integration signal (FIG. 8C) under the conditions of (e) and (f) or a random signal as a whole. Become.

ところで、本発明の実施の形態では、信号差分を求める元になる標準サンプル平均信号[基準波形](b)と検査サンプル信号[現在測定波形](a)は、既に図2のセンサアレイモジュール20の曝される環境磁界ノイズで説明したように、信号測定を行ったIGBT試験用検査装置40の装置機構構造特有の環境磁界ノイズを含んだ信号となる。このことは前述の信号差分で個々の電力用半導体デバイスのボンディングワイヤ電流磁界分布のばらつき判定を行う場合、大きな外乱ノイズとなり支障を来す場合がある。このため、環境磁界ノイズの影響を標準サンプル平均信号(b)[基準波形]算出の元となるN個の標準波形信号サンプル取得時に前もって除去する処理を行っておくことは、標準サンプル平均信号(b)[基準波形]データの検査装置間の可搬性を高める効果がある。   Incidentally, in the embodiment of the present invention, the standard sample average signal [reference waveform] (b) and the test sample signal [current measurement waveform] (a) from which the signal difference is obtained are already obtained from the sensor array module 20 of FIG. As described with reference to the ambient magnetic field noise, the signal includes the ambient magnetic field noise peculiar to the device mechanism structure of the IGBT test inspection apparatus 40 that has performed signal measurement. This is a case where the disturbance of bonding wire current magnetic field distribution of each power semiconductor device is determined based on the signal difference as described above, which may cause a great disturbance noise and cause trouble. For this reason, performing the process of removing the influence of the environmental magnetic field noise in advance when acquiring the N standard waveform signal samples from which the standard sample average signal (b) [reference waveform] is calculated is the standard sample average signal ( b) [Reference waveform] There is an effect of improving the portability of data between inspection apparatuses.

その一つの例は、既に図2で説明したようにセンサアレイモジュール20の電力用半導体デバイス10のボンディングワイヤB1〜B8の電流磁界計測の位置の基準位置52とボンディングワイヤB1〜B8から遠ざかった偏位位置53で同じ試験パルス信号応答の差分を取るものである。   As one example, as already described with reference to FIG. 2, the reference position 52 of the current magnetic field measurement positions of the bonding wires B1 to B8 of the power semiconductor device 10 of the sensor array module 20 and the deviation away from the bonding wires B1 to B8. The difference of the same test pulse signal response is taken at the position 53.

前記の二つの偏位位置における信号波形計測の方法は具体的に、センサアレイモジュール20の計測位置を基準位置52と偏位位置53の二つの位置に移動し、それぞれ同じ試験パルス信号STにて計測する方法と、センサアレイモジュール20の電流センサCS1〜CS16の構造のコイル位置を基準位置52と偏位位置53の両方に設ける機構的構造を取る方法によっても可能である。
なおコイル位置を複数設け信号差分を取る方法は前記の電流センサ出力後のアナログ演算やディジタル演算によっても可能であるし、また基準位置52と偏位位置53のそれぞれのコイルの磁束に対する起電力の極性方向の異なる巻き線方向の異なるコイル信号出力極性で相殺するよう結線することによっても実現可能である。
また、前記の複数のコイルC1〜C8は磁気抵抗素子など他の磁気検出素子に置き換えられても構わない。
基準位置52と偏位位置53での信号波形の差分をとることにより、鋭敏な電流センサ周囲に複雑な形状で、ともすると電流センサ検出信号に有害な誘導磁界影響を与えてしてしまう恐れのある防磁シールドのような特殊な構造を付加することなく、環境磁界ノイズ信号を相殺することができる。
Specifically, the method of measuring the signal waveform at the two displacement positions moves the measurement position of the sensor array module 20 to the two positions of the reference position 52 and the displacement position 53, respectively, and generates the same test pulse signal ST . It is also possible to use a method of measuring the current and the coil position of the structure of the current sensors CS <b> 1 to CS <b> 16 of the sensor array module 20 at a reference position 52 and a displacement position 53.
Note that a method for obtaining a signal difference by providing a plurality of coil positions can be performed by analog calculation or digital calculation after the output of the current sensor, and the electromotive force with respect to the magnetic flux of each coil at the reference position 52 and the displacement position 53 can be obtained. It can also be realized by making connections so as to cancel out coil signal output polarities in different winding directions and different winding directions.
The plurality of coils C1 to C8 may be replaced with other magnetic detection elements such as a magnetoresistive element.
By taking the difference between the signal waveforms at the reference position 52 and the displacement position 53, the magnetic shield has a complex shape around the sensitive current sensor and may possibly have a detrimental effect on the current sensor detection signal. The environmental magnetic field noise signal can be canceled without adding a special structure such as a shield.

本発明の実施例では、標準サンプル平均信号(b)[基準波形]を測定するIGBT試験用検査装置40と検査サンプル信号(a)[現在測定波形]を測定するIGBT試験用検査装置40とが同じ装置であることを前提として説明しており、センサアレイモジュール20のコイルC1〜C16に及ぼす環境磁界ノイズ(図2に示す例として試験電流端子磁界TTCなど)の影響は同等であると考えることができ、後に説明する(3)式の電流センサ別差分積算値D(i,j)及び後に説明する(4)式の電流センサ総合差分積算値DA(i)の演算結果には環境磁界ノイズが差し引き相殺されていることになる。
そこで、本発明の実施例の形態では、電流センサCS1〜CS16の高さを異ならせてそれらの差分を取ることによりノイズを相殺するという工程を省略し、環境ノイズを含んだままの基準波形と測定波形を用いることとした。以下、説明する。
In the embodiment of the present invention, the IGBT test inspection device 40 that measures the standard sample average signal (b) [reference waveform] and the IGBT test inspection device 40 that measures the test sample signal (a) [current measurement waveform] are provided. The explanation is based on the premise that they are the same device, and the influence of environmental magnetic field noise (such as the test current terminal magnetic field TTC as an example shown in FIG. 2) on the coils C1 to C16 of the sensor array module 20 is considered to be equivalent. The calculation results of the current sensor-specific difference integrated value D (i, j ) in equation (3) described later and the current sensor total difference integrated value D A (i) in equation (4) described later include the environmental magnetic field. The noise is deducted and offset.
Therefore, in the embodiment of the present invention, the step of canceling noise by differentiating the heights of the current sensors CS1 to CS16 and taking the difference between them is omitted, and the reference waveform including the environmental noise is included. The measurement waveform was used. This will be described below.

図11(a)に示す各マス目の数値は、標準サンプル平均信号[基準波形]と検査サンプル信号[現在測定波形]の各サンプル時間タイミングにおける符号付き(図10の電流センサ出力信号(b)の0V基準を中心)差分値である。説明図では説明簡略化のため、1や4などに置数しているが、実際は図11(b−1)に示すボンディングワイヤの磁界電流を検出する電流センサCS1〜CS16の出力値(図11(b−2)参照)(約±1000.0mV)の差分値であり実際は±300.0mV前後の値で変位する。
サンプル差分積分信号(図8の(c)と図9の(a)〜(f)の例)は、図11(c)に示す各電流センサ(CS1〜CS16)の積分計算区間Tiの積算値である各電流センサ差分積算値の連なりを示す情報である。
The numerical value of each square shown in FIG. 11 (a) is signed at each sample time timing of the standard sample average signal [reference waveform] and the inspection sample signal [current measurement waveform] (current sensor output signal (b) in FIG. 10). This is a difference value. In the explanatory diagram, for simplification of explanation, the number is set to 1 or 4 or the like, but actually, the output values of the current sensors CS1 to CS16 (FIG. 11) for detecting the magnetic field current of the bonding wire shown in FIG. (Refer to (b-2)) (It is a difference value of about ± 1000.0 mV), and the actual displacement is about ± 300.0 mV.
The sample difference integration signal (examples of (c) in FIG. 8 and (a) to (f) in FIG. 9) is an integrated value of the integral calculation section Ti of each current sensor (CS1 to CS16) shown in FIG. 11 (c). It is the information which shows the series of each current sensor difference integrated value which is.

前記積分計算区間Tiにおいて(a)の各マス目の差分値を積算することの利点は、一つのサンプル時間のタイミングの瞬時値、すなわち(a)のマス目の値にスパイクノイズなどの急峻な変化を捉えた場合、時間軸積分により全体に平準化できることと、また、ボンディングワイヤ接合不良が発生した場合、信号の特徴的な変化が現れ易い点、すなわち差分値が大きくなり易い点(実施例では図10のSCで信号の最初の立ち下がり前後を指定している(Ti))近傍の時間積分により、検出信号のS/N比をより向上できることにある。 The advantage of integrating the difference value of each square in (a) in the integration calculation section Ti is that the instantaneous value of the timing of one sample time, that is, the value of the square in (a) is steep such as spike noise. When the change is captured, it can be leveled as a whole by time axis integration, and when a bonding wire bonding failure occurs, the characteristic change of the signal is likely to appear, that is, the difference value is likely to increase (Example) in the time integral of the first and falling Specifies the longitudinal (Ti)) near the signal S C of FIG. 10, in being able to further improve the S / N ratio of the detection signal.

本実施例では、評価基準として、第一判定基準200と第二判定基準201の二つの基準値を設ける。以下にそれぞれの判定基準の算出設定方法の説明を行う。   In this embodiment, two reference values, a first determination criterion 200 and a second determination criterion 201, are provided as evaluation criteria. A method for calculating and setting each criterion will be described below.

図11(f)の第一判定基準200は、各マス目のサンプリング差分値の絶対値の全電流センサCS1〜CS16及び積分計算区間Tiにおける積算値を元に計算される。第一判定基準200の目的は全ての電流センサの差分信号を一度に評価し、本来ボンディングワイヤ電流磁界分布ばらつき不良は多くないことを前提に検査判定速度を高めることを目的としている。
まず任意の電流センサ出力値の任意のサンプリング時点における振幅の、不良の含まれない電力用半導体デバイスの予め計測したサンプル個体数Nで平均した、平均値を(2)式により求める。
The first determination criterion 200 in FIG. 11 (f) is calculated based on the integrated values of all the current sensors CS1 to CS16 and the integral calculation section T i of the absolute value of the sampling difference value of each square. The purpose of the first determination criterion 200 is to evaluate the differential signals of all current sensors at once and to increase the inspection determination speed on the premise that there are not many defective bonding wire current magnetic field distribution variations.
First, an average value obtained by averaging the amplitude of an arbitrary current sensor output value at an arbitrary sampling time point with a sample number N of pre-measured power semiconductor devices that do not include a defect is obtained by Equation (2).

(X (i,j,k):電力用半導体デバイスの一つの個体計測するところの、一つの電流センサチャンネルの、一つのサンプリング時点での符号付き信号振幅値,i:1からN個の電力用半導体デバイスのサンプル個体数を与える値。j:1からC個までの任意の電流センサ(CS1〜CS16)数を与える値で最大をCとする。k:1からTまでの積分計算区間Tiの任意のサンプリング時間位置を与える値で最大をTとする。) (X (i, j, k) : Signed signal amplitude value at one sampling time point of one current sensor channel for one individual measurement of a power semiconductor device, i: 1 to N powers A value giving the number of individual semiconductor device samples j: A value giving the number of arbitrary current sensors (CS1 to CS16) from 1 to C, where the maximum is C. Integration calculation interval T from k: 1 to T (It is a value that gives an arbitrary sampling time position of i , and the maximum is T.)

次に(3)式で各電流センサ別に積分計算区間の任意のサンプリング時点での前記正常なN個のサンプル信号と前記標準サンプル平均信号XA(j.k)との差を取り各電流センサ毎のN個の分散を求める。信号は図10のSCに示すように0V基準値を中心に極性付振幅の為各信号の絶対値を取り積分計算区間Tiで時間積分する。積分結果は二つの信号の差分面積を意味する。 Next, the difference between the normal N sample signals and the standard sample average signal X A (jk) at an arbitrary sampling point in the integration calculation interval for each current sensor is calculated by the equation (3) and Find N variances. As shown in S C of FIG. 10, the signal is an amplitude with polarity around the 0V reference value, and the absolute value of each signal is taken and integrated over time in the integration calculation section T i . The integration result means the difference area between the two signals.

次に(4)式で各電流センサ別差分積算値であるD(i,j)を全電流センサ(CS1〜CS16)で積算した値であり、電流センサ総合差分積算値を求める。
Next, D (i, j), which is the difference integrated value for each current sensor in equation (4), is the value obtained by integrating all current sensors (CS1 to CS16), and the current sensor total difference integrated value is obtained.

次にN個の正常な電流センサ総合差分積DA(i)の標準偏差値を正規化した、第一判定基準200の偏差値(図11の(f)参照)を(5)式で求める。
算出結果、標準偏差値と存在確率により正常品判定基準である最適な判定閾値1(本実施例では図10の許容マージンm=1σ[約68.2%幅の存在確率]として設定)を選択する。一方不良品判定の判定閾値2(実施例では2σ[約95.4%幅の存在確率]として設定)などに使用する場合には検査治具の位置精度ばらつきなどを含んだ実際の製造ラインの歩留まりなどを事前に充分評価し最適な値を設定する必要がある。
Next, the deviation value of the first criterion 200 (see (f) in FIG. 11) obtained by normalizing the standard deviation values of the N normal current sensor total difference products D A (i) is obtained by Expression (5). .
Based on the calculation result, the standard deviation value and the existence probability, the optimum judgment threshold value 1 which is a normal product judgment standard (in this embodiment, set as the allowable margin m = 1σ in FIG. 10 [existence probability of about 68.2% width]) is selected. To do. On the other hand, when used for determination threshold value 2 (determined as 2σ [existence probability of about 95.4% width] in the embodiment) or the like for inferior product determination, It is necessary to fully evaluate the yield in advance and set an optimal value.

(6)式は図10に示す検査サンプル信号(a)[現在測定波形]の絶対値と標準サンプル平均信号(b)[基準波形]の絶対値との差分をすべての電流センサCS1〜CS16と積分計算区間Tiで積分した値(電流センサ総合差分面積)であり、評価対象の絶対値をとって分散評価する式である。ここで、電流センサCS1〜CS16すべての波形値の絶対値をとらずそのまま加算するとボンディングワイヤ接合不良部の減少電流分と他の正常なボンディングワイヤに分流した増加電流分が相殺され、0になる可能性が高いため、本判定では、絶対値を取り総量で評価することとしている。 Equation (6) represents the difference between the absolute value of the test sample signal (a) [currently measured waveform] and the standard sample average signal (b) [reference waveform] shown in FIG. This is a value (current sensor total difference area) integrated in the integral calculation section T i , and is an expression for evaluating dispersion by taking the absolute value of the evaluation target. Here, if the absolute values of the waveform values of all of the current sensors CS1 to CS16 are not taken, they are added as they are, and the decreased current amount of the bonding wire bonding defective portion and the increased current portion diverted to other normal bonding wires are offset and become zero. Since there is a high possibility, in this determination, the absolute value is taken and evaluated by the total amount.

(XS(j,k):検査サンプル信号(図10(a))[現在測定波形]の任意のセンサの任意のサンプリング時間位置における信号振幅値)
以上、(6)式で与えられる検査サンプル信号(図10(a))[現在測定波形]DASを前記判定閾値1(1σ)と前記判定閾値2(2σ)で評価することにより正常・異常判定を行う。
具体的には1σ以内の場合は「正常」とし、2σ以上の場合には「異常」とする。この判定で主に判断できる不良品判定内容は図9に示す(a)〜(d)に示すようなボンディングワイヤ接合不良部がはっきりしているパターンの場合(フロアノイズDに比較してボンディングワイヤ接合不良部のピークが際立っている場合)である。1σと2σの間の場合は、各種方法が考えられるが、本実施例では以降に述べる第二判定基準201に引き継ぐ処理を行う。
(X S (j, k) : Inspection sample signal (FIG. 10A) [Signal amplitude value at any sampling time position of any sensor of [currently measured waveform])
Above, (6) test sample signal given by the equation (FIG. 10 (a)) is normal or abnormal by evaluating in the Current measured waveform] D AS the determination threshold value 1 (1 [sigma) and the determination threshold value 2 (2 [sigma]) Make a decision.
Specifically, it is “normal” if it is within 1σ, and “abnormal” if it is 2σ or more. Defective product determination content that can be mainly determined by this determination is a pattern in which bonding wire bonding failure portions are clear as shown in FIGS. 9A to 9D (bonding wire compared to floor noise D). This is the case where the peak of the defective joint is conspicuous. In the case of between 1σ and 2σ, various methods are conceivable, but in this embodiment, processing to be taken over by the second determination criterion 201 described later is performed.

前記第一判定基準200において各電流センサCS1〜CS16の総合差分積算値(e)を算出する利点は、センサアレイモジュール20の電流センサCS1〜CS16を構成する各アンプ回路A1〜A16の互いに相関の無い熱雑音など回路内在ノイズを積算により軽減できることである。これによって電流センサ総合差分積算値(e)のS/N比の改善が期待でき、より判定確度の高い判定を実現可能である。
次に各電流センサCS1〜CS16毎に設定された第二判定基準201について説明する。
The advantage of calculating the total difference integrated value (e) of each of the current sensors CS1 to CS16 in the first determination criterion 200 is that the amplifier circuits A1 to A16 constituting the current sensors CS1 to CS16 of the sensor array module 20 are correlated with each other. The noise in the circuit such as no thermal noise can be reduced by integration. As a result, an improvement in the S / N ratio of the current sensor total difference integrated value (e) can be expected, and determination with higher determination accuracy can be realized.
Next, the second determination criterion 201 set for each of the current sensors CS1 to CS16 will be described.

図11(d)の第二判定基準201は各電流センサ毎に設定された評価値であり、第一判定基準200に比べるとより詳細な評価が可能となるが、その分判定に時間が掛かる。   The second determination criterion 201 in FIG. 11D is an evaluation value set for each current sensor, and a more detailed evaluation is possible as compared with the first determination criterion 200, but the determination takes time accordingly. .

各電流センサ別CS1〜CS16の個々の第二判定基準201の偏差値(図11の(d)参照)を前記第一判定基準200の手順と同様に(7)式で求める。   Deviation values (see (d) of FIG. 11) of the individual second determination criteria 201 for each current sensor CS <b> 1 to CS <b> 16 are obtained by Equation (7) in the same manner as the procedure of the first determination criteria 200.

(7)式で表される電流センサ別偏差値TSjは本実施例の場合、電流センサはCS1〜CS16の16チャンネルあるので、各独立の16通りの判定閾値1が存在し、本実施例では各電流センサ毎の異なる標準偏差値のσ値が存在する。同様に判定閾値2にも各電流センサ毎に最適値の判定閾値2(本実施例では各電流センサ毎の異なる標準偏差値の2σ)が存在する。
実際の不良品判定の第二判定基準201の閾値2(たとえば2σ)などに使用する場合には製造過程特有の傾向値が存在することも考えられ、実際の製造ラインの歩留まりなどを考慮し最適な値を設定する必要がある。
In the case of the present embodiment, the current sensor-specific deviation value T Sj represented by the equation (7) has 16 channels of CS1 to CS16, so that there are 16 independent determination threshold values 1 respectively. Then, there are σ values of different standard deviation values for each current sensor. Similarly, the determination threshold value 2 has an optimum determination threshold value 2 for each current sensor (in this embodiment, 2σ, which is a different standard deviation value for each current sensor).
When used for the threshold value 2 (for example, 2σ) of the second determination criterion 201 for actual defective product determination, there may be a tendency value peculiar to the manufacturing process, which is optimum in consideration of the yield of the actual manufacturing line. It is necessary to set a correct value.

(8)式は図10に示す検査サンプル信号(a)[現在測定波形]と標準サンプル平均信号(b)[基準波形]との差分の絶対値を各電流センサ別に積分計算区間Tiで時間積分した評価対象の分散値である。
積分の結果、検査サンプル信号(a)[現在測定波形]の方が標準サンプル平均信号(b)[基準波形]よりも振幅が大きい場合には(8)式の積分結果の極性は+(プラス)になる。逆に小さい場合には−(マイナス)になる。
(8) the inspection sample signal (a) [Current measured waveform] a standard sample average signal (b) [reference waveform] and the absolute value of the integration calculation interval T i at time by the current sensors of the difference shown in FIG. 10 This is the integrated variance value of the evaluation target.
As a result of integration, when the amplitude of the test sample signal (a) [currently measured waveform] is larger than that of the standard sample average signal (b) [reference waveform], the polarity of the integration result of equation (8) is + (plus )become. Conversely, when it is small, it becomes-(minus).


以上(8)式の各電流センサ出力別の積算値DSjを第二判定基準201の判定閾値1及び判定閾値2で評価することにより「正常」・「異常」及び「判定不能」(曖昧)の判定を行う。具体的な判定は以下の通りである。
1σ以内の場合は「正常」とし、jで与えられる電流センサ(CS1〜CS16)出力の内1つでも2σ以上の場合には「異常」とする。この「異常」判定例は図9の(e)のような例である。1σと2σの間の場合は、判定不能(曖昧)と見なし、フロアノイズ評価を行う。

By evaluating the integrated value D Sj for each current sensor output of the formula (8) with the determination threshold 1 and the determination threshold 2 of the second determination criterion 201, “normal” / “abnormal” and “determination impossible” (ambiguous) Judgment is made. The specific determination is as follows.
If it is within 1σ, it is “normal”, and if one of the current sensor (CS1 to CS16) outputs given by j is 2σ or more, it is “abnormal”. This “abnormal” determination example is an example as shown in FIG. If it is between 1σ and 2σ, it is considered that the determination is impossible (ambiguous), and floor noise evaluation is performed.

フロアノイズ評価では、第二判定基準201の「判定不能」範囲における(8)式の各電流センサ別振幅差分DSjの大きさと極性のばらつき(値の±極性分散)の評価を合わせて行う。 In the floor noise evaluation, evaluation of the amplitude difference D Sj for each current sensor and the variation in polarity (value ± polarity dispersion) in the equation (8) in the “determination impossible” range of the second determination criterion 201 is performed.

各電流センサ出力(CS1〜CS16)出力のDSjがすべて同一極性方向に偏り(+または−)が見られる場合は同一傾向オフセット(特性の偏り)として「正常」とする。この「正常」判定はあくまでも、電力用半導体デバイス10の各ボンディングワイヤ(B1〜B8)に分散する電流が同一傾向を持っており、偏りが無いと言う判定であり、IGBT試験用検査装置40にてパルス応答特性試験に問題があればその判定に従うものである。一方各電流センサ出力にランダムな極性分散(+と−が混在)する場合は、1σから1.5σ程度の大きさであれば「正常」とみなし、1.5σ以上の大きさのランダム極性分散が認められると特性の偏りの傾向性が見られず傾向オフセットとはみなされ難いため「疑わしい」とみなす。「疑わしい」判定の例としては図9の(f)のようなパターンである。なお、各電流センサ出力別のランダム極性分散の場合の大きさ判定閾値3(本実施例では1.5σとしている。)は、実際の製造ラインの不良状態を解析し、最適値が選択される必要がある。 When all of the current sensor output (CS1 to CS16) outputs D Sj are biased in the same polarity direction (+ or −), the same tendency offset (characteristic bias) is set to “normal”. This “normal” determination is a determination that the currents distributed to the bonding wires (B1 to B8) of the power semiconductor device 10 have the same tendency and that there is no bias. If there is a problem in the pulse response characteristic test, the determination is followed. On the other hand, when random polarity dispersion (+ and-are mixed) in each current sensor output, if the magnitude is about 1σ to 1.5σ, it is regarded as “normal”, and random polarity dispersion with a magnitude of 1.5σ or more. If it is recognized, the tendency of characteristic bias is not seen and it is difficult to consider it as a trend offset, so it is considered “suspicious”. An example of “suspicious” determination is a pattern as shown in FIG. Note that the magnitude determination threshold value 3 (1.5σ in this embodiment) in the case of random polarity dispersion for each current sensor output is analyzed to determine the defective state of the actual production line, and the optimum value is selected. There is a need.

前記第二判定基準201において各電流センサ別差分積算値(c)で評価する利点は、各電流センサCS1〜CS16出力毎に空間分布する図9の(a)〜(f)までに示すサンプル差分積分信号の値をそのまま評価することが可能となり、各電流センサ毎の確度でボンディングワイヤ接合不良の判定を行うことが可能となる点である。   The advantage of evaluating the difference integrated value (c) for each current sensor in the second determination criterion 201 is that the sample differences shown in FIG. 9 (a) to (f) are spatially distributed for each output of the current sensors CS1 to CS16. The value of the integrated signal can be evaluated as it is, and the bonding wire bonding failure can be determined with the accuracy of each current sensor.

図12は、第一判定基準200の実測例を示すものであり、複数のサンプル波形信号に対して図11(e)の電流センサ総合差分積算値をプロットし、(9)式の標準サンプル平均値の電流センサ総合積算値平均DACを標準偏差値の存在確率の中心値として判定閾値1及び判定閾値2(実施例ではそれぞれ1σ[約68.2%幅の存在確率]、2σ[約95.4%幅の存在確率])を設定する。 FIG. 12 shows an actual measurement example of the first determination criterion 200. The current sensor total difference integrated value of FIG. 11 (e) is plotted against a plurality of sample waveform signals, and the standard sample average of the equation (9) is plotted. each in determination threshold value 1 and the determination threshold value 2 (example as the center value of the existence probability of the standard deviation value a current sensor overall integrated value average D AC value 1 [sigma [existence probability of approximately 68.2% width], 2 [sigma] [about 95 .4% width existence probability]).

なお、図12のデータプロットでは25個の標準サンプルの中にも正常品でありながら前記2σ(閾値2)を超えるサンプルも存在する。このため図12のσ値はあくまでも一例を示すものであり、電力用半導体デバイスの歩留まり等を考慮し、判定閾値1、判定閾値2として最適なものを選択設定する必要がある。 In the data plot of FIG. 12, there are samples that exceed 2σ (threshold value 2) among the 25 standard samples, although they are normal products. Therefore, the σ value in FIG. 12 is merely an example, and it is necessary to select and set the optimum determination threshold 1 and determination threshold 2 in consideration of the yield of the power semiconductor device.

図13は、本発明のボンディングワイヤ電流磁界分布検査診断方法の処理ステップを示すフローチャートである。これは、図3のGO/NO GO判定機能ブロック133で処理され(2)式から(8)式をもって評価判定される内容を示し、比較データメモリ132内に格納される標準サンプル平均信号データ、第一判定基準200にかかる評価閾値1及び評価閾値2、第二判定基準201にかかる評価閾値1、評価閾値2及び評価閾値3、そして同じく図3の特徴点マーキング機能ブロック131で標準サンプル平均信号データに設定された積分計算区間情報が用いられる。以下、各ステップについて説明する。   FIG. 13 is a flowchart showing the processing steps of the bonding wire current magnetic field distribution inspection diagnostic method of the present invention. This shows the content processed by the GO / NO GO determination function block 133 of FIG. 3 and evaluated and determined by the equations (2) to (8), and the standard sample average signal data stored in the comparison data memory 132, Evaluation threshold 1 and evaluation threshold 2 according to the first determination criterion 200, evaluation threshold 1, evaluation threshold 2 and evaluation threshold 3 according to the second determination criterion 201, and the standard sample average signal in the feature point marking function block 131 of FIG. The integration calculation interval information set in the data is used. Hereinafter, each step will be described.

ステップS100:図1のセンサアレイモジュール20の各電流センサ(CS1〜CS16)出力の検査サンプル信号(図10(a))[現在測定波形]と標準サンプル平均信号(図10(b))[基準波形]差分を作成する。
ステップS110:各電流センサチャンネル差分信号の図10の積分計算区間Tiにおいて積分を行う(図11の(c)参照)。
ステップS120:各電流センサチャンネル間積分を行う(図11の(e)参照)。
以上スッテプS100〜S120の一連の処理は(6)式に示されたDASを算出することを意味する。
Step S100: Inspection sample signals (FIG. 10 (a)) [current measurement waveform] and standard sample average signal (FIG. 10 (b)) [reference] of each current sensor (CS1 to CS16) output of the sensor array module 20 of FIG. Waveform] Create a difference.
Step S110: Integration is performed in the integration calculation section Ti in FIG. 10 of each current sensor channel difference signal (see (c) in FIG. 11).
Step S120: Integration between each current sensor channel is performed (see (e) of FIG. 11).
Above series of processes Suttepu S100~S120 means that calculates a D AS shown in (6).

ステップS130:DASを第一判定基準200にかかる判定閾値1(1σ)及び判定閾値2(2σ)を用いて検査サンプル信号(図10(a))[現在測定波形]の積分計算区間(図3の特徴点マーキング表示G4の関心領域マーカで示す領域、及び図10のTiで示す区間)内での標準偏差値評価を行う。
ステップS140:完全に許容内(1σ以内)であればステップS150に進み、“正常”と判定する。完全に許容外(2σより外)であればステップS180に進み、“不良”と判定する。判定が曖昧(1σと2σの間)であればステップS160の第二判定基準201による電流センサ毎の偏差値評価に移行する。ステップS140の判定で“正常”あるいは“不良”が確定できると最も早く検査が終了する。
Step S130: D AS a according to the first criterion 200 determination threshold 1 (1 [sigma) and the determination threshold value 2 (2 [sigma]) the test sample signals using a (FIG. 10 (a)) [Current measured waveform on the integration calculation section (FIG. 3, the standard deviation value evaluation is performed within the region indicated by the region-of-interest marker in the feature point marking display G4 and the section indicated by Ti in FIG.
Step S140: If it is completely within the allowable range (within 1σ), the process proceeds to Step S150, where it is determined as “normal”. If it is completely out of tolerance (outside 2σ), the process proceeds to step S180 to determine “defective”. If the determination is ambiguous (between 1σ and 2σ), the process proceeds to deviation value evaluation for each current sensor based on the second determination criterion 201 in step S160. When “normal” or “bad” can be determined in the determination in step S140, the inspection is completed as soon as possible.

ステップS160:(8)式で表される各電流センサ出力別の差分値DSjを各電流センサ毎に設定される第二判定基準201にかかる各判定閾値1(1σ)及び各判定閾値2(2σ)を用いて各電流センサチャンネルの標準偏差値で評価する。なお、差分値DSjはステップS110にてすでに各電流センサ毎に作成されている。第二判定基準201を用いる場合、電流センサ毎のばらつき範囲で詳細に評価可能であるが処理時間が掛かる。
ステップS170:完全に許容内(1σ以内)であれば前述ステップS150に進み、“正常”と判定する。完全に許容外(2σより外)であれば前述ステップS180に進み、 “不良”と判定する。判定が曖昧(1σと2σの間)であればステップS190の第二判定基準201を用いたフロアノイズの評価に移行する。
Step S160: Each determination threshold value 1 (1σ) and each determination threshold value 2 (for the second determination criterion 201 set for each current sensor is set to the difference value D Sj for each current sensor output expressed by the equation (8). 2σ) is used to evaluate the standard deviation value of each current sensor channel. The difference value D Sj is already created for each current sensor in step S110. When the second determination criterion 201 is used, detailed evaluation can be performed within a variation range for each current sensor, but processing time is required.
Step S170: If it is completely within the permissible range (within 1σ), the process proceeds to step S150 described above, and “normal” is determined. If it is completely out of tolerance (outside 2σ), the process proceeds to step S180 described above, and is determined to be “defective”. If the determination is ambiguous (between 1σ and 2σ), the process proceeds to floor noise evaluation using the second determination criterion 201 in step S190.

ステップS190:(8)式で表される各電流センサ毎の差分値DSjを各電流センサ毎に設定される第二判定基準201にかかる各判定閾値1(1σ)、各判定閾値2(2σ)及び判定閾値3(1.5σ)を用いて1σと2σの間の偏り度合いを判別することによりフロアノイズの性質の評価を行う。
ステップS200:各電流センサ毎の差分値DSjがランダム(+側と−側に分かれている状態)で且つ大きく判定閾値3の1.5σ以上である場合はステップS210に進み、“疑わしい”と判定する。揃って1σと2σの+側または−側のどちらか一方側に偏ったもの、あるいは前記ランダムであっても判定閾値3の1.5σよりも小さい値であれば傾向性のある特性オフセットあるいは小さなフロアノイズと見なし、ステップS220に進み、“正常”と判定する。
なお、このフロアノイズ判定を含む各電流センサ毎の判定を行う第二判定基準201の判定閾値1(本実施例では1σ)、判定閾値2(本実施例では2σ)及び判定閾値3(本実施例では1.5σ)は電力用半導体デバイスの特性ばらつきの度合いを考慮し、見直すことによって、より精度の高いものに改善できる。
Step S190: Each of the determination thresholds 1 (1σ) and each of the determination thresholds 2 (2σ) according to the second determination criterion 201 set for each current sensor by using the difference value D Sj for each current sensor represented by the equation (8). ) And determination threshold 3 (1.5σ), and the degree of bias between 1σ and 2σ is determined to evaluate the nature of the floor noise.
Step S200: If the difference value D Sj for each current sensor is random (in a state where it is divided into the + side and the − side) and is largely greater than or equal to 1.5σ of the determination threshold 3, the process proceeds to Step S210 and “suspect” judge. If the values are all biased to one of the positive and negative sides of 1σ and 2σ, or the random value is smaller than 1.5σ of the determination threshold 3, the characteristic offset tends to be small. The floor noise is considered, and the process proceeds to step S220 to determine “normal”.
Note that the determination threshold 1 (1σ in the present embodiment), the determination threshold 2 (2σ in the present embodiment), and the determination threshold 3 (present embodiment) of the second determination criterion 201 for performing the determination for each current sensor including the floor noise determination. In the example, 1.5σ) can be improved to a higher accuracy by reviewing the degree of variation in characteristics of the power semiconductor device.

以上、図13のボンディングワイヤ電流磁界分布検査診断方法の処理ステップを示すフローチャートの実施例は、判定の高速化と高精度化を達成する例であり、高精度追求のみであれば、ステップS110から直接ステップS160に移行し、各電流センサ(CS1〜CS16)出力を、第二判定基準201を用いて個別に評価するソフトウエア構成のフローチャートも可能である。
また、判定の高速化のみを追求する場合には、第一判定基準200に第二判定基準201と同様な判定閾値3(判定値の例として1.2σ)を設け、ステップ190のフロアノイズの評価と同様な構成を取り、ステップS140の偏差値評価判定で判定が「曖昧」と判断された場合にステップS190のフロアノイズの評価に移行するようにフローチャートを構成することにより実現可能である。
As described above, the embodiment of the flowchart showing the processing steps of the bonding wire current magnetic field distribution inspection diagnostic method in FIG. 13 is an example of achieving high speed and high accuracy of determination. A flowchart of a software configuration in which the process directly proceeds to step S160 and each current sensor (CS1 to CS16) output is individually evaluated using the second determination criterion 201 is also possible.
Further, in the case of pursuing only high-speed determination, the first determination criterion 200 is provided with a determination threshold 3 (1.2σ as an example of a determination value) similar to the second determination criterion 201, and the floor noise of step 190 is determined. This can be realized by adopting the same configuration as the evaluation and configuring the flowchart so as to shift to the floor noise evaluation in step S190 when the determination is “ambiguous” in the deviation value evaluation determination in step S140.

以上説明したように、本実施の形態によれば、電力用半導体デバイスの配線材である複数のボンディングワイヤに流れる電流分布の偏りなどの異常を、電流磁界を検出することにより非接触で検査診断し、配線不良などによるデバイスの長期信頼性を損なう恐れのある隠れた瑕疵等の原因を検査、診断、検出し、不良品を排除することができる。   As described above, according to the present embodiment, an abnormality such as an uneven distribution of current flowing in a plurality of bonding wires that are wiring members of a power semiconductor device is detected in a non-contact manner by detecting a current magnetic field. In addition, it is possible to inspect, diagnose, and detect the cause of hidden defects or the like that may impair the long-term reliability of the device due to defective wiring, and eliminate defective products.

本発明は、電力用半導体デバイス、特にIGBTのパッケージング時のボンディングワイヤ接合不良判定を高精度で行うことができる技術として、電気機器および電子機器の電源やインバータ等に広く使われている電力用半導体デバイスの製品の使用中の故障を低減させ、信頼性を著しく向上させることができる。   The present invention relates to a power semiconductor device, particularly a power device widely used in power supplies, inverters, and the like of electric equipment and electronic equipment, as a technique capable of accurately determining bonding wire bonding failure during packaging of an IGBT. Failure during use of semiconductor device products can be reduced, and reliability can be significantly improved.

10 電力用半導体デバイス(IGBT)
20 センサアレイモジュール
40 IGBT試験用検査装置
50 試験電流端子
51 試験電流
52 基準位置
53 偏位位置
100 電流磁界分布解析装置
110 高速ディジタイザ
120 ソフトウエア解析演算処理部
122 高速ディジタイザ制御機能ブロック
123 自動レンジデータ取得機能ブロック
124 データ取り込み機能ブロック
125 取得データメモリ
126 周波数成分補正機能ブロック
128 データ選択機能ブロック
129 データ表示制御機能ブロック
130 データ保存/読み出し機能ブロック
131 特徴点マーキング機能ブロック
132 比較データメモリ
133 GO/NO GO判定機能ブロック
200 第一判定基準
201 第二判定基準
10 Power semiconductor devices (IGBT)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Sensor array module 40 IGBT test | inspection apparatus 50 Test current terminal 51 Test current 52 Reference position 53 Deviation position 100 Current magnetic field distribution analyzer 110 High-speed digitizer 120 Software analysis calculation processing part 122 High-speed digitizer control function block 123 Automatic range data Acquisition function block 124 Data acquisition function block 125 Acquisition data memory 126 Frequency component correction function block 128 Data selection function block 129 Data display control function block 130 Data storage / read function block 131 Feature point marking function block 132 Comparison data memory 133 GO / NO GO determination functional block 200 First determination criterion 201 Second determination criterion

Claims (12)

複数の電力用半導体デバイスのそれぞれと基板間を、複数のボンディングワイヤで接合した電力用半導体デバイスのボンディングワイヤ電流磁界分布検査診断方法において、
前記複数のボンディングワイヤに流れる電流により生じる磁界を検出するとともに、前記磁界に応じた電流を各ボンディングワイヤの電流としてそれぞれ出力する複数の電流センサを設け、
前記電流センサにより予め採取した基準の電流磁界分布パターンと、新たに採取した電流磁界分布パターンの特徴点比較を行い、予め指定された特徴点の差異を評価し、一定の評価値以上の差異が認められた場合に異常として診断する
ことを特徴とする電力用半導体デバイスのボンディングワイヤ電流磁界分布検査診断方法。
In a bonding wire current magnetic field distribution inspection diagnostic method for a power semiconductor device in which each of a plurality of power semiconductor devices and a substrate are bonded with a plurality of bonding wires,
A plurality of current sensors for detecting a magnetic field generated by currents flowing through the plurality of bonding wires and outputting a current corresponding to the magnetic field as a current of each bonding wire are provided,
A feature point comparison between a reference current magnetic field distribution pattern previously collected by the current sensor and a newly collected current magnetic field distribution pattern is performed, and a difference between pre-designated feature points is evaluated. A bonding wire current magnetic field distribution inspection diagnostic method for a power semiconductor device, characterized by diagnosing an abnormality when recognized.
予め採取した基準となる電流磁界分布パターンと、新たに採取した電流磁界分布パターンに対して、波形の時間軸を含めた各電流センサの電流磁界信号波形の差分を時間軸に積算したサンプル差分積分信号を、電流センサ配列の空間軸上にプロットし、空間的な偏りの発生を異常特徴として評価検出し、異常判定を行う請求項1記載の電力用半導体デバイスのボンディングワイヤ電流磁界分布検査診断方法。   Sample difference integration that integrates the current magnetic field distribution pattern of each current sensor, including the time axis of the waveform, with the time axis for the current magnetic field distribution pattern that has been collected in advance and the newly collected current magnetic field distribution pattern. 2. A method of bonding wire current magnetic field distribution inspection and diagnosis for a power semiconductor device according to claim 1, wherein the signal is plotted on the spatial axis of the current sensor array, the occurrence of spatial deviation is evaluated and detected as an abnormal feature, and the abnormality is determined. . 予め採取した基準となる電流磁界標準信号と、新たに採取した電流磁界検査信号に対して、各電流センサの電流磁界信号の差分をサンプル期間毎に求め、前記差分を時間軸に積算し、得られた電流センサ別差分積算値と予め設定された判定基準とを比較して、異常判定を行う請求項1記載の電力用半導体デバイスのボンディングワイヤ電流磁界分布検査診断方法。   The difference between the current magnetic field signal of each current sensor is obtained for each sampling period with respect to the current magnetic field standard signal as a reference collected in advance and the newly collected current magnetic field inspection signal, and the difference is integrated on the time axis. The bonding wire current magnetic field distribution inspection diagnostic method for a power semiconductor device according to claim 1, wherein abnormality determination is performed by comparing the difference integrated value for each current sensor and a predetermined criterion. 前記複数の電流センサの各出力信号の振幅及び周波数特性に対し、全ての出力特性がほぼ一致するように予め補正を行うことを特徴とする請求項1から3のいずれかの項に記載の電力用半導体デバイスのボンディングワイヤ電流磁界分布検査診断方法。   The power according to any one of claims 1 to 3, wherein correction is performed in advance so that all output characteristics substantially coincide with amplitude and frequency characteristics of output signals of the plurality of current sensors. Method for inspection of bonding wire current magnetic field distribution of semiconductor device. 前記基準の電流磁界分布パターン及び前記新たに採取した電流磁界分布パターンは、それぞれ、前記電流センサにより検出した電流磁界から本来採取すべき電流磁界信号を著しく妨害する、検査環境に存在する不要な磁界輻射ノイズである環境ノイズ(以下、単に「環境ノイズ」という。)を除去した信号を用いることを特徴とする請求項1から4のいずれかの項に記載の電力用半導体デバイスのボンディングワイヤ電流磁界分布検査診断方法。   The reference current magnetic field distribution pattern and the newly collected current magnetic field distribution pattern are respectively unnecessary magnetic fields existing in the inspection environment that significantly disturb the current magnetic field signal to be collected from the current magnetic field detected by the current sensor. 5. The bonding wire current magnetic field of the power semiconductor device according to claim 1, wherein a signal from which environmental noise (hereinafter simply referred to as “environmental noise”) as radiation noise is removed is used. Distribution inspection diagnostic method. 前記基準の電流磁界分布パターン及び前記新たに採取した電流磁界分布パターンは、それぞれ、前記電流センサにより検出した環境ノイズを含む原信号を用いることを特徴とする請求項1から4のいずれかの項に記載の電力用半導体デバイスのボンディングワイヤ電流磁界分布検査診断方法。   5. The original signal including environmental noise detected by the current sensor is used for each of the reference current magnetic field distribution pattern and the newly collected current magnetic field distribution pattern. 6. A bonding wire current magnetic field distribution inspection diagnostic method for a power semiconductor device according to 1. 複数の電力用半導体デバイスのそれぞれと基板間を、複数のボンディングワイヤで接合した電力用半導体デバイスのボンディングワイヤ電流磁界分布検査診断装置において、
前記複数のボンディングワイヤに流れる電流により生じる磁界を検出するとともに、前記磁界に応じた電流を各ボンディングワイヤの電流としてそれぞれ出力する複数の電流センサと、
前記電流センサにより予め採取した基準の電流磁界分布パターンと、新たに採取した電流磁界分布パターンの特徴点比較を行い、予め指定された特徴点の差異を評価し、一定の評価値以上の差異が認められた場合に異常として診断する異常診断手段と
を設けたことを特徴とする電力用半導体デバイスのボンディングワイヤ電流磁界分布検査診断装置。
In a bonding wire current magnetic field distribution inspection diagnostic device for a power semiconductor device in which each of a plurality of power semiconductor devices and a substrate are joined by a plurality of bonding wires,
A plurality of current sensors for detecting a magnetic field generated by currents flowing through the plurality of bonding wires and outputting a current corresponding to the magnetic field as a current of each bonding wire;
A feature point comparison between a reference current magnetic field distribution pattern previously collected by the current sensor and a newly collected current magnetic field distribution pattern is performed, and a difference between pre-designated feature points is evaluated. An abnormality diagnosis means for diagnosing an abnormality when recognized is provided. A bonding wire current magnetic field distribution inspection diagnostic device for a power semiconductor device.
前記異常診断手段は、
予め採取した基準となる電流磁界分布パターンと、新たに採取した電流磁界分布パターンに対して、波形の時間軸を含めた各電流センサの電流磁界信号波形の差分を時間軸に積算する差分積算手段と、
前記差分積算手段により積算されたサンプル差分積分信号を、前記電流センサ配列の空間軸上にプロットし、空間的な偏りの発生を異常特徴として評価検出し、異常判定を行う異常判定手段と
を含むことを特徴とする請求項7記載の電力用半導体デバイスのボンディングワイヤ電流磁界分布検査診断装置。
The abnormality diagnosis means includes
Difference accumulation means for integrating the difference between current magnetic field signal waveforms of each current sensor including the time axis of the waveform with respect to the current magnetic field distribution pattern as a reference collected in advance and the newly collected current magnetic field distribution pattern along the time axis When,
An abnormality determination unit that plots the sample difference integration signal integrated by the difference integration unit on the spatial axis of the current sensor array, evaluates and detects the occurrence of a spatial bias as an abnormal feature, and performs abnormality determination 8. The bonding wire current magnetic field distribution inspection diagnostic apparatus for a power semiconductor device according to claim 7.
前記異常診断手段は、
予め採取した基準となる電流磁界標準信号と、新たに採取した電流磁界検査信号に対して、各電流センサの電流磁界信号の差分をサンプル期間毎に求め、前記差分を時間軸に積算する電流センサ別差分積算手段と、
得られた電流センサ別差分積算値と予め設定された判定基準とを比較して、異常判定を行う異常判定手段と
を含むことを特徴とする請求項7記載の電力用半導体デバイスのボンディングワイヤ電流磁界分布検査診断装置。
The abnormality diagnosis means includes
A current sensor that obtains a difference between current magnetic field signals of each current sensor for each sampling period with respect to a current magnetic field standard signal that is a previously collected reference and a newly collected current magnetic field inspection signal, and integrates the difference over a time axis Another difference accumulation means;
8. The bonding wire current of the power semiconductor device according to claim 7, further comprising: an abnormality determination unit that compares the obtained difference integrated value for each current sensor with a predetermined determination criterion to perform abnormality determination. Magnetic field distribution inspection diagnostic equipment.
前記複数の電流センサの各出力信号の振幅及び周波数特性に対し、全ての出力特性がほぼ一致するように予め補正を行う電流センサ別出力特性補正手段を有することを特徴とする請求項7から9のいずれかの項に記載の電力用半導体デバイスのボンディングワイヤ電流磁界分布検査診断装置。   10. The output characteristic correction means for each current sensor for correcting in advance so that all output characteristics substantially coincide with the amplitude and frequency characteristics of the output signals of the plurality of current sensors. The bonding wire current magnetic field distribution inspection diagnostic apparatus for a power semiconductor device according to any one of the above. 前記異常診断手段において、前記基準の電流磁界分布パターン及び前記新たに採取した電流磁界分布パターンは、それぞれ、前記電流センサにより検出した環境ノイズを除去した信号を用いることを特徴とする請求項7から10のいずれかの項に記載の電力用半導体デバイスのボンディングワイヤ電流磁界分布検査診断装置。   8. The abnormality diagnosis unit, wherein the reference current magnetic field distribution pattern and the newly collected current magnetic field distribution pattern each use a signal from which environmental noise detected by the current sensor is removed. The bonding wire current magnetic field distribution inspection diagnostic apparatus for a power semiconductor device according to any one of 10 items. 前記異常診断手段において、前記基準の電流磁界分布パターン及び前記新たに採取した電流磁界分布パターンは、それぞれ、前記電流センサにより検出した環境ノイズを含む原信号を用いることを特徴とする請求項7から10のいずれかの項に記載の電力用半導体デバイスのボンディングワイヤ電流磁界分布検査診断装置。   In the abnormality diagnosis means, the reference current magnetic field distribution pattern and the newly collected current magnetic field distribution pattern each use an original signal including environmental noise detected by the current sensor. The bonding wire current magnetic field distribution inspection diagnostic apparatus for a power semiconductor device according to any one of 10 items.
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