JP3003306U - 静電破壊試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子デバイスの静電破壊試験装置において、
従来の機械式接触検出機構の欠点を解決して、例えばフ
ラットパッケージのようなピン形状でも容易に且つ確実
に試験装置側のコンタクトピンとの接触を検出すること
のできる新規な接触検出機構を備えた静電破壊試験装置
を提供する。 【構成】 接地金属板２０上に置かれた試験対象デバイ
スのピン１３に試験装置側のコンタクトピン１２を接触
させて試験装置側からデバイス１０を充電して、その後
放電することにより、デバイスの静電破壊耐量を測定す
る静電破壊試験装置において、コンタクトピン１２がデ
バイスピン１３に接触することによるコンタクトピン１
２から見た静電容量の変化を検出して、コンタクトピン
１２とデバイスピン１３との接触検出を行う。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、電子デバイス、特に半導体集積回路（ＩＣ，ＬＳＩ）の静電破壊耐 量の試験を行う静電破壊試験装置に係り、より詳細には、デバイス帯電モデル（ ＣＤＭ）による静電破壊試験装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

半導体集積回路等の電子デバイスが静電気放電により破壊または劣化すること は広く知られ、これに対する対策が信頼性向上に対する大きな課題の一つである 。電子デバイスがその外部の帯電物体より静電気放電を受けるモデルは、人体モ デル、機械モデルでシミュレートする方法がすでに確立され、広く使用されてい る。 これに対し、電子デバイス自身が摩擦などにより帯電し、この電荷が電子デバ イスのピンより外部金属に急速に放電する時にも破壊してしまうことが近年知ら れてきた。この静電気放電破壊モデルはデバイス帯電モデル（ＣＤＭ）と呼ばれ 、近年、盛んに研究され論文等も種々発表されている（例えば、田中政樹ｅｔ ａｌ、デバイス帯電モデルＥＳＤ試験方法の確立、ＲＣＪ 第２回 ＥＯＳ／Ｅ ＳＤシンポジウム １９９２年１１月）。

【０００３】 このデバイス帯電モデル（ＣＤＭ）による静電破壊耐量の試験方法については 、その原理が例えば特公平５−６６８号公報に開示されており、この公報に開示 された試験方法は、いわゆるコンタクト型ダイレクト・チャージ（接触型直接充 電）方式の一種である。この方式は、図６に示すように、試験対象のデバイスピ ンに高電圧電源Ｅ_V 及び抵抗Ｒ₁ 、抵抗Ｒ₂ からなる充電回路を接触させたまま で、ＳＷ₁ を開放した状態で試験対象デバイスに電荷を充電させ、その後ＳＷ₁ を閉じて充電した電荷を放電させるものである。係るコンタクト型ダイレクトチ ャージは、回路構成が単純なので、自動試験装置が実現しやすく、また、電子デ バイスを接地金属の上に置いて、ピンより直接充電するため帯電量が安定なため 、再現性の高いテストが可能である。

【０００４】 しかしながら、デバイス帯電モデル（ＣＤＭ）による静電破壊試験で重要なこ とは、ＳＷ₁ を閉じた時の試験対象デバイスの容量Ｃ₀ からの放電電流を、ＳＷ ₁ を流れる電流でモニタすることである。図６に示す回路では、モニタされる放 電電流には、充電回路系の浮遊容量Ｃ_A に帯電している電荷の放電による電流も 加算され、デバイスの充電容量Ｃ₀ のみよりの放電電流の検出は困難である。そ こで、本出願人によりデバイス帯電モデルに基づく、放電電流も測定可能であり 、且つ再現性の良好な静電破壊試験装置が特開平５−１８０８９９号公報に開示 されている。

【０００５】 また、デバイス帯電モデル（ＣＤＭ）による静電破壊試験装置には、上記以外 にも充電側と放電側を分離した、充電と放電は、機械的に試験装置側のコンタク トピンをデバイスピンに対して動かして接触させる直接方式や、高圧電極板の上 に試験対象のデバイスを載置して誘導帯電させる方式などがある。

【０００６】 これらの方式に共通して重要な点は、試験対象のデバイスに対して充放電を行 う、試験装置側のコンタクトピンが、試験対象のデバイスのピンに正しく接触し ていることを検出して確認することである。両者が接触していない状態で試験装 置側から充電を開始しても、試験対象のデバイスは充電されないので、放電時の ストレスは無く、充電電圧を上昇させても破壊せず、静電破壊に非常に強いと言 う誤まった結果を得てしまう。

【０００７】 従来、特開平５−１８０８９９号公報で開示された静電破壊試験装置では、図 ７に示すような機械的な方法で試験装置側のコンタクトピンとデバイスピンとの 接触を検出していた。 即ち、装置アーム１０１にスライド可能に取り付けられたプローブ部１０２の 先端のコンタクトピン１０６が、接地金属板１２０上に固定されたＤＵＴ（試験 対象のデバイス）１００Ａのピン１１６にむかって下降する。尚、装置アーム１ ０１は、Ｘ軸、Ｙ軸方向に位置合わせを行った後に下降する。この時、ＤＵＴ１ ００Ａが例えば、図示するようなデュアルインライン・パッケージで、ピンが上 に向かって出ているような形状であれば、コンタクトピン１０６の先端が、ＤＵ Ｔのピン１１６の先端に正しく接触すると、プローブ部１０２の下降は、そこで 停止し、スライド機構により装置アーム１０１のみが下降する。したがってプロ ーブ部１０２は装置アーム１０１に対して相対的に上昇することになる。その結 果遮蔽板１１３が光センサ１０７のスリット内に入り光を遮断すると、コンタク トピン１０６とＤＵＴのピン１１６の接触を検出する。装置アーム１０１の下降 距離の最大値は、序めＤＵＴのピンの先端位置を記憶しておくことにより、決め ておくことができるので、ＤＵＴのピン形状の変化やＤＵＴの設置位置のずれに より、正しく接触しない場合は、装置アーム１０１が最大値まで下降しても光セ ンサ１０７内の光は遮断されず、接触が検出されない。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、ＤＵＴのピンがデュアルインライン型のように上方に出るので はなく、フラット・パッケージに代表されるピンが水平に出るようなデバイス形 状、つまりＤＵＴ１００Ｂの形状の場合には、正しく接触を検出することが難し い。というのは、ＤＵＴ１００Ｂのピン形状の場合にはＤＵＴ１００Ｂのピンの 変形を防ぐ目的でピンの下に絶縁物（または極めて高抵抗の物質）による支持台 １１５を設置するのが一般的である。このようにすると、コンタクトピン１０６ が、ＤＵＴ１００Ｂのピン以外の部分に下降しても、コンタクトピン１０６の先 端は支持台１１５に接触して、プローブ部１０２はスライド上昇して光センサ１ ０７が働き接触と判定してしまう。装置アーム１０１の下降制御部は、コンタク トピン１０６とデバイスピンの接触を安定に確保するために、コンタクトピン１ ０６の先端が接触した後０．５mm程度下降させているが、ＤＵＴ１００Ｂのピン 厚は通常０．２mm以下なので、ピン以外の支持台１１５の上にコンタクトピン１ ０６が降りても、センサ１０７は働いてしまうのである。

【０００９】 本考案は上記事情に鑑みて為されたものであり、電子デバイスの静電破壊試験 装置において、従来の機械式接触検出機構の欠点を解決して、例えばフラットパ ッケージのようなピン形状でも容易に且つ確実に試験装置側のコンタクトピンと の接触を検出することのできる新規な接触検出機構を備えた静電破壊試験装置を 提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案の静電破壊試験装置は、接地金属板上に置かれた試験対象デバイスのピ ンに試験装置側のコンタクトピンを接触させて該試験装置側から前記デバイスを 充電して、その後放電することにより、前記デバイスの静電破壊耐量を測定する 静電破壊試験装置において、前記コンタクトピンが前記デバイスピンに接触する ことによる前記コンタクトピンから見た静電容量の変化を検出して、前記コンタ クトピンと前記デバイスピンとの接触検出を行うことを特徴とする。

【００１１】

【作用】

接地金属板の支持台上に置かれたＤＵＴのピンは、接地金属板との間に静電容 量を形成する。デバイス帯電モデルでは、この容量に対する充放電によるＤＵＴ の破壊耐量を各ピンごとに測定する。コンタクトピンの先端がＤＵＴのピンに接 触する前後で、コンタクトピン側から見た静電容量に変化が生じるので、この変 化を検出することにより、コンタクトピンとデバイスピンとの電気的な接触検出 が可能となる。

【００１２】

【実施例】

以下、図１乃至図５を参照しながら本考案の第１乃至第２実施例の静電破壊試 験装置について説明する。

【００１３】 図１は、このような静電容量の変化を検出する本考案の第１実施例の接触検出 機構を示す。 この接触検出機構は、デバイス帯電モデルによる静電破壊試験装置の一部分を 為すものであり、高周波電源１７、増幅器１６、帰還静電容量Ｃ_S 、接触検出部 １８等の接触検出手段２１を備え、二重シールド同軸ケーブル１９により充放電 プローブ部１１のＳＷ₂ の端子Ｂ側に接続される。 図中、破線で囲った充放電プローブ部１１は、図７に示すプローブ部１０２に 相当するもので、接地金属板１２０上に配置したＤＵＴ１００Ｂの上部空間中を 、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸方向に自由に移動できるように図示しない機械装置に取り付 けられている。このプローブ部１１はコンピュータにより位置制御され、コンピ ュータは、ＤＵＴの全てのピン位置を序め記憶しておくことができる。

【００１４】 デバイス帯電モデルに基づくデバイスへの充電を行うためには、先ずＤＵＴの どれか特定のピン１３にコンタクトピン１２の先端を接触させる必要がある。こ の時にはＳＷ₁ を開とし、ＳＷ₂ をＢ側に切り換えた状態で、ＤＵＴのピン１３ をねらって充放電プローブ１１のコンタクトピン１２を下降させる。コンタクト ピン１２とＤＵＴのピン１３が接触する以前は、ＳＷ₁ 、Ｒ₁ 、ＳＷ₂ およびこ れらの配線を全て含めた浮遊容量をＣ_XSとして、ＤＵＴ１０のピン１３の接地金 属板２０に対する静電容量をＣ_X として、高周波電源電圧をＶ_S とすると、接触 検出手段の出力電圧Ｖ₀ は、（１）式のようになる。

【数１】 充放電プローブ部が下降して、コンタクトピン１２がＤＵＴ１３のピンに接触 すると、浮遊容量Ｃ_XSに並列にＤＵＴの接地金属間容量Ｃ_X が加わるため、上記 出力電圧Ｖ₀ は、（２）式のようになる。

【数２】 つまりＤＵＴの容量Ｃ_X が浮遊容量Ｃ_XSに加算されるため出力電圧Ｖ₀ が大き くなる。もし、コンタクトピン１２がＤＵＴのピン１３に接触するまで下降しな いか、または、下降しても、絶縁物または高抵抗の物質で製作された支持台１５ に接触した場合にはＤＵＴ１０の容量Ｃ_X が付加されないので、出力電圧Ｖ₀ は 式（１）のままとなり、出力電圧Ｖ₀ の増大は観測されない。 従って式（１）で表わされる出力電圧Ｖ₀ より式（２）で表わされる出力電圧 Ｖ₀ が増加することを接触検出部１８により検出することにより、コンタクトピ ン１２がＤＵＴ１０のピン１３に正しく接触したかどうかを検出できる。

【００１５】 上記によりコンタクトピン１２とデバイスピン１３の接触を検出した後にＳＷ ₂ をＢ側よりＡ側に切り換え、高電圧直流電源１４より高抵抗値抵抗Ｒ₂ と、抵 抗Ｒ₁ を経由してＤＵＴ１０を充電する。充電が完了するまで待って、その後に ＳＷ₁ を閉じて充電した電荷を擬似接地金属体１５へ放電することにより、デバ イス帯電モデル方式による充放電が完了する。同一高電圧値で複数回充放電する 場合には、高電圧直流電源１４の設定電圧を変更せず、ＳＷ₁ の開閉をくり返す 。その後デバイスの他のピンの充放電を行った後、ＤＵＴ１０が壊されていない かどうかを測定し、壊れていないピンに対しては、高電圧直流電源１４の設定電 圧値を上昇させて、同様にテストを継続する。

【００１６】 上記式（１）および式（２）では簡単化のために図１の充放電プローブ部１１ の内部の抵抗Ｒ₁ を無視している。このＲ₁ は同図の抵抗Ｒ₂ に比べ低い抵抗値 で、ＳＷ₁ を閉じてＤＵＴ１０に帯電した電荷を放電する時に、ＳＷ₂ およびＳ Ｗ₂ のＡ端子から抵抗Ｒ₂ までの配線による浮遊容量に充電している電荷の急速 な放電を阻止する目的で使用している。抵抗Ｒ₁ を加えると、式（１）、式（２ ）はそれぞれ下記となる。

【００１７】

【数３】

【００１８】

【数４】

【００１９】 ここでｊは複素数の虚数部を示す符号、ωは角周波数であり高周波電源の正弦 波の周波数をｆ（Ｈ_Z ）として下式で表される。 ω＝２πｆ 式（１）、式（２）は式（３）、式（４）において虚数部ωＣ_XSＲ₁ 、ω（Ｃ _XS ＋Ｃ_X ）Ｒ₁ が無視できる時の近似式であることがわかる。

【００２０】 ＳＷ₂ のＢ側は、二重シールド同軸ケーブル１９の中心導体を介して増幅器１ ６の一方の入力端に接続される。増幅器１６の他の入力端は、二重シールド同軸 ケーブル１９の内側シールドと高周波電源（Ｖ_S ）に接続される。 高周波電源の電圧Ｖ_S は１ＭＨ_Z 程度の正弦波を使用し、帰還容量Ｃ_S は増幅 器１６の出力側電圧を入力側にフィードバックするものであり、浮遊容量Ｃ_XS、 ＤＵＴ充電容量Ｃ_X の値の範囲により、また増幅器１６のダイナミックレンジの 大きさにより数ｐＦ〜数１０ｐＦの範囲で設定する。この容量Ｃ_S は式（１）か ら式（４）を見てわかる通り閉ループ増幅器の利得Ｖ_O ／Ｖ_S を決定する重要な 容量であるから、充分安定なコンデンサを使用する必要がある。

【００２１】 抵抗Ｒ₁ の値は、容量Ｃ_XS、Ｃ_S および高周波電源の周波数ｆ、そして容量Ｃ _X の範囲により、近似式、式（１）、式（２）が比較的少ない誤差で成立するよ うに、また前述した抵抗Ｒ₁ の機能が満足できるように１ＫΩ〜１０ＫΩの範囲 に設定する。

【００２２】 二重シールド同軸ケーブル１９は、その最外部シールドは接地され、内部シー ルドは高周波電源Ｖ_S で励振されているので、増幅器１６の反転入力端子に接続 されている中心導線はすべて仮想接地と考えることができる。従って長い同軸ケ ーブルを使い、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動可能な充放電プローブ部と接続しても、 その持つ容量は無視できる。

【００２３】 出力電圧Ｖ₀ の振幅の変化を検出するには、接触検出部１８として図２に示す ように検波器２１により正弦波を直流に変換した後、直流比較器２２で、基準電 圧（Ｖ_REF ）と比較する。 浮遊容量Ｃ_XSを序め測定しておけば、式（２）により充電容量Ｃ_X の値を直接 測定することもできる。この場合は、図３に示すように出力電圧Ｖ₀ を検波器に より直流に変換した後、Ａ−Ｄ変換器でデジタル電圧に変換し、これをコンピュ ータに読み取った後に非直線部を補正して行う。

【００２４】 図４及び図５は、本考案の第２実施例のコンタクトピンから見たデバイスピン の静電容量の変化の検出機構を示す。 上記第１実施例では、試験対象デバイスピンに試験装置側のコンタクトピンを 接触させて、接触の前後の容量の変化を検出している。この時にはコンタクトピ ンの先端はデバイスピンと点接触するような形状とするのが一般的である。 これに対して、以下に述べる本考案の第２の実施例は、コンタクトピンの先端 面をデバイスピンに対して平行にして、接触させる事なく接近させる。

【００２５】 コンタクトピンの位置１，位置２はＤＵＴピンとコンタクトピンとの位置関係 を解りやすくするために図示したもので、コンタクトピン１２Ａは、幅広形状の １本のピンである。ＤＵＴピン１２Ａとコンタクトピン１３Ａを接触させなくて も、接近させると、両者が近づけば容量変化が生じ、その結果図２に示す検波器 の出力は増加する。コンタクトピンを位置２より右方向へ移動すると図２の検波 器の出力は図５の通りとなる。この時のパルスの数はコンタクトピン１２Ａがそ の上を通過したＤＵＴ１０Ａのピン１３Ａの数と一致する。プローブ部の右方向 への移動距離は、移動を制御するコンピュータが算出するので、上記によりパル ス出力が高レベル（Ｈ）となる時の位置を記録すれば、自動的にＤＵＴピン１３ Ａの位置を検出し、コンピュータに登録することができる。例えば図４に示すよ うなＱＦＰデバイス１０Ａでは、この動作を四辺のピンに対してくり返すことに よりＤＵＴ１０Ａの全てのピンの位置を能率良く検出して、コンピュータに登録 できる。

【００２６】 尚、以上の説明はフラットパッケージのようなピンが水平方向に突出した構造 のデバイスについて説明したが、チップキャリアパッケージ（ＰＬＣＣ）等の高 密度タイプの各種のパッケージにも適用できるのは勿論のことである。このよう に本考案の趣旨を逸脱することなく、種々の変形実施例が可能である。

【００２７】

【考案の効果】

以上に説明したように、本考案によれば静電破壊試験装置において試験装置側 のコンタクトピンとデバイスピンの接触もしくは接近が電気的に検出され、より 容易に且つより確実に接触もしくは接近の検出を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】静電破壊試験装置における本考案の第１実施例
の接触検出機構の説明図。

【図２】接触検出部の回路図。

【図３】接触検出部の回路図。

【図４】本考案の第２実施例の静電容量変化の検出機構
の説明図。

【図５】ピン位置に応じて出力電圧が変化する様子を示
す説明図。

【図６】デバイス帯電モデルにおける静電破壊試験装置
の原理を示す説明図。

【図７】従来の静電破壊試験装置におけるプローブ部分
の説明図。

【符号の説明】

１０ ＤＵＴ（試験対象デバイス） １１ 充放電プローブ部 １２ コンタクトピン １３ デバイスピン １４ 高電圧電流電源 ２０ 接地金属板

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 接地金属板上に置かれた試験対象デバイ
   スのピンに試験装置側のコンタクトピンを接触させて該
   試験装置側から前記デバイスを充電して、その後放電す
   ることにより、前記デバイスの静電破壊耐量を測定する
   静電破壊試験装置において、前記コンタクトピンが前記
   デバイスピンに接触することによる前記コンタクトピン
   から見た静電容量の変化を検出して、前記コンタクトピ
   ンと前記デバイスピンとの接触検出を行うことを特徴と
   する静電破壊試験装置。
2. 【請求項２】 接地金属板上に置かれた試験対象デバイ
   スのピンに試験装置側のコンタクトピンを接触させて該
   試験装置側から前記デバイスを充電して、その後放電す
   ることにより、前記デバイスの静電破壊耐量を測定する
   静電破壊試験装置において、前記コンタクトピンには放
   電を制御するスイッチ（ＳＷ₁ ）と抵抗（Ｒ₁ ）を介し
   て充電用の高電圧電源系と接触検出系とを切換えるスイ
   ッチ（ＳＷ₂ ）が接続され、該スイッチの前記接触検出
   系は二重シールド同軸ケーブルの中心導体を介して増幅
   器の一方の入力端に接続され、他の入力端は該二重シー
   ルド同軸ケーブルの内側シールドと高周波電源（Ｖ_S ）
   に接続され、該二重シールドの外側シールドは前記接触
   検出系と共通のグランドに接続され、該増幅器の出力振
   幅の変化を検出することにより、前記コンタクトピンが
   前記デバイスピンと接触することに伴う容量の変化を検
   出することを特徴とする静電破壊試験装置。
3. 【請求項３】 接地金属板上に置かれた試験対象デバイ
   スのピンに試験装置側のコンタクトピンを接触させて該
   試験装置側から前記デバイスを充電して、その後放電す
   ることにより、前記デバイスの静電破壊耐量を測定する
   静電破壊試験装置において、前記コンタクトピンが前記
   デバイスピンに接近することによる前記コンタクトピン
   から見た静電容量の変化を検出して、前記デバイスピン
   の位置検出を行うことを特徴とする静電破壊試験装置。