JPH02259585A - 静電耐圧試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、大規模集積回路（ＬＳ　Ｉ　）等の半導体素
子を内蔵した半導体装置に対する静電耐圧試験を行うた
めの静電耐圧試験装置、特に高速度で、しかも安定的に
試験を行える静電耐圧試験装置に関するものである。

（従来の技術） 半導体装置に内蔵された半導体素子が静電気により破壊
される静電破壊現象を、モデルを用いてシュミレーショ
ンする静電耐圧試験方法には、人体帯電モデルを用いた
方法とデバイス帯電モデルを用いた方法とがある。人体
帯電モデルは、作業衣に静電気の帯電した作業者が半導
体装置の製造時に半導体装置に接触することにより発生
する静電破壊現象において、静電気が半導体素子に及ぼ
す影響を把握するために使用する電気回路等で構成した
モデルである。これに対して、デバイス帯電モデルとは
、半導体装置製造時に半導体装置に接触する機会を介し
て半導体装置のパッケージに静電気が帯電し、その静電
気により静電破壊現象が生じる場合を対象としたもので
、人体帯電モデルと同様に電気回路等で構成されるもの
である。

デバイス帯電モデルには、例えば一定量の電荷を半導体
装置に直接注入するチャージ・トー・デバイス法と半導
体装置のパッケージ表面に一旦、静電気を帯電させるパ
ッケージ帯電法とがある。

半導体素子の微細化、ゲート酸化膜の薄膜化、及び半導
体装置の製造工程における自動化等が進展してきたこと
により、静電耐圧試験方法としてはデバイス帯電モデル
によるものが主流化してきているが、静電破壊現象をよ
り的確に測定できる試験方法としては、パッケージ帯電
法が有力である。

従来、このようなパッケージ帯電法を用いた静電耐圧試
験装置としては、例えば第２図のようなものがあった。

第２図は、従来の静電耐圧試験装置の一構成例を示す概
略の構造図である。

この静電耐圧試験装置は、半導体装置１０載置用の測定
ヘッド２０と、その測定ヘッド２０を用いて半導体装置
１０に対する所定の電気的測定を行うための図示しない
試験装置本体とで構成されている。測定ヘッド２０は、
導電性の金属電極板２１を有し、その金属電極板２１の
対抗する側面に一対の抵抗体２２−１．２２−２が可動
自在に取り付けられている。被試験用の半導体装置１０
は、絶縁体外周部（パッケージ表面）１１ａを有するパ
ッケージ１１内に半導体素子１２が埋設されており、さ
らにその半導体素子１２と電気的接続された複数本の入
出力端子１３がパッケージ１１の両側に突設されている
。そして、絶縁体外周部１．１　ａの全面が金属電極板
２１に密接すると共に、各入出力端子１３が抵抗体２２
−１．２２−２に密接した状態で、半導体装置１０が測
定ヘッド２０に載置されている。さらに、金属電極板２
１及び抵抗体２２−１．２２−２は、直流電源３０を介
して基準電位電極３１、例えばアースに接続され、その
基準電位電極３１がスイッチ３２を介して入出力端子１
３に接続されている。

次に、第３図はデバイス帯電モデルの概略図であり、こ
の図を参照にしつつ第２図の動作を説明する。

スイッチ３２をオフした状態で直流電源３０により所定
電圧Ｖ１を金属電極板２１等に供給する。

一定時間経過後、スイッチ３２．をオン状態にすると、
半導体素子１０と金属電極板２１との間の静電容量であ
るパッケージ容量ＣＰ４こ、電荷Ｑが蓄積される。その
際に、半導体素子内に流れる電流Ｓによって絶縁体外周
部１１ａに帯電静電気電荷１１Ｑが発生し、デバイス帯
電モデルと等価な現象が現れる。そのときの電圧、もし
くは電流変化を試験装置本体で検出し、所定の測定を行
うことにより、静電耐圧試験を行うことができる。

第４図は、上記パッケージ帯電法を具現化した静電耐圧
試験装置機構部の概要の構造図であり、第５図は第４図
中の測定ヘッドの拡大図である。

この第４図および第５図を用いて、静電耐圧試験装置機
構部の動作を説明する。

まず、テーブル１上に設けられた測定ヘッド２０に半導
体装置１０をセットし、テーブル１に埋設された押え棒
３３により固定する。次に、図示しない直流電源により
、例えば３０００Ｖ程度の直流電圧を測定ヘッド２０の
金属電極板２１に印加する。その上、レール３５．３６
上をスライドさせることにより移動するスライド部材３
４をＸまたはＹ方向に移動させ、駆動モータ３５の回転
とカム３６の所定の動作により上下動する放電棒３２を
半導体装置１０の側面部に突設された所定の入出力端子
１３に接触させる。その時、半導体装置１０内の半導体
素子に電流が流れ電荷が蓄えられる。

そして、テーブル１に埋設された端子ブロック３４が半
導体装置１０の所定の入出力端子１３に接触し、続いて
放電棒３２が上昇して入出力端子１３から離れる。この
時、半導体装置１０内に蓄えられている電荷が端子ブロ
ック３４を通して除電される。その後、この端子ブロッ
ク３４は図示しない測定用装置に接続され、半導体装置
１０内の半導体素子の状態がチエツクされる。以上のサ
イクルを繰り返すことで静電耐圧試験を行うことができ
る。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記構成の静電耐圧試験装置では、次の
ような課題があった。

第２図中のスイッチ３２は、そのスイッチング動作を第
３図中の放電棒３２の上下動によって行う。つまり放電
棒３２と半導体装置１０の入出力端子１３とが接融ある
いは開離することによってオン・オフ状態を作り出して
いる。放電棒３２の上下動は、駆動モータ３５の回転で
カム３６を回転させることにより行われので微細な動作
が要求される駆動モータ３５の回転速度の限界によって
、スイッチ３２のスイッチング動作の速度が制限される
。

その上、静電耐圧試験を繰り返し行う場合、直流電源を
オフして金属電極板２１に印加された所定の電圧■１を
一旦、基準電位に戻す必要があるが、その際、第２図に
示すように金属電極板２１と直流電源３０とが直接に接
続されているので、直流電源、３０の立ち下がり速度に
より基準電位に戻るまで一定の時間を要する。再び、直
流電源をオンして金属電極板２１に所定の電圧Ｖ１を印
加する際においても、直流電源３０の支ち上り速度によ
り一定の時間を要する。

これにより、繰り返し行われる静電耐圧試験の処理速度
に多大な時間がかかるという問題があり、それを解決す
ることが困難であった。

本発明は、前記従来技術の持っていた課題として、静電
耐圧試験装置の処理速度の高速化が阻害されるという点
について解決した静電耐圧試験装置を提供するものであ
る。

（課題を解決するための手段） 本発明は、前記課題を解決するために、側面部に複数本
の入出力端子が突設されたパッケージ内に半導体素子を
内蔵した半導体装置に対して、前記パッケージ及び入出
力端子に直流電源により所定の直流電圧を印加するため
の測定ヘッドを備えた静電耐圧試験装置において、少な
くとも、前記測定ヘッドと基準電位または前記直流電源
とを切換え接続する第１のトランスファ型リレースイッ
チく以下、単に第１のリレースイッチという）と、前記
第１のリレースイッチの直流電源側に並列接続されな抵
抗体と、さらに前記基準電位を前記入出力端子に接続す
る第２のトランスファ型リレースイッチ（以下、単に第
２のリレースイッチという）とを設けたものである。

（作用） 本発明によれば、以上のように静電耐圧試験装置を構成
しなので、第１のリレースイッチは、第１の制御信号に
より直流電源と基準電位とを切り換え接続し、半導体装
置へ所定の電圧を印加する速度および半導体装置を基準
電位に戻す速度を迅速化する。さらに、抵抗体は第１の
リレースイッチの動作時に発生する容量変化によっても
たらされる半導体装置内の電荷の移動を防ぎ、電荷が安
定化するように働く。第２のリレースイッチは、第２の
制御信号により入出力端子と基準電位とを接続し、半導
体装置を迅速に帯電または放電するように働く。

したがって、前期課題を解決できるのである。

（実施例） 第１図は本発明の実施例であり、静電耐圧試験装置の一
構成例を示す概略の構造図である。　この静電耐圧試験
装置は、半導体装置５０載置用の測定ヘッド６０と、そ
の測定ヘッド６０を用いて半導体装置５０に対する所定
の電気的測定を行うための図示しない試験装置本体とで
構成されている。測定ヘッド６０は、ステンレス鋼また
は黄銅（Ｃｕ−Ｚｕ金合金等からなる略直方体状で導電
性の金属電極板６１を有し、その金属電極板６１の対抗
する側面には、それぞれ体積抵抗率１０１０Ω程度を有
する材料、例えばフェノール樹脂からなる一対の抵抗体
６２−１．６２−２が可動自在に取り付けられている。

被試験用の半導体装置５０は、例えばフラット型の構造
を有するもので、絶縁体外周部（パッケージ表面）５１
ａを有するパッケージ５１内に半導体素子５２が埋設さ
れており、さらにその半導体素子５２と電気的接続され
た複数本の入出力端子５３がパッケージ５１の両側に突
設されている。そして、絶縁体外周部５１ａの全面が金
属電極板６１に密接すると共に、各入出力端子５３が抵
抗体６２−１．６２−２に密接した状態で、半導体装置
５．０が測定ヘッド６０に載置されている。

さらに、この静電耐圧試験装置には第１および第２の制
御信号８１．８２により切り換え動作する第１および第
２のリレースイッチ７０．８０を備えている。この第１
のリレースイッチ７０は、共通電極７０−１、電極７０
−２および電極７〇−３を有し、その共通電極７０−１
は金属電極板６１及び抵抗体６２−１．６２−２に、電
極７０−２は直流電源７３を介して基準電位電極７２に
、電極７０−３は基準電位電極７２、例えばアースにそ
れぞれ接続されている。そして、抵抗体７４が共通電極
７０−１と電極７０−２とに並列接続されている。

第２のリレースイッチ８０は共通電極８０−１、電極８
０−２および電極８０−３を有し、共通電極８０−１は
入出力端子５３に、電極８０−２は短絡電流防止用の抵
抗体８１を介して基準電位電極７２に、電極８０−３は
基準電位電極７２に、それぞれ接続されている。

第６図は、第１図中のリレースイッチ７０の一構成例を
示す構造図であり、この図を参照にしつつ第１図の動作
を説明する。

先ず、制御信号Ｓ２によりリレースイッチ８０を電極８
０−３に切り換えた状態で制御信号Ｓ１によりリレース
イッチ７０を電極７０−３に切り換え接続し、直流電源
７３により所定電圧■１、例えば３０００Ｖを金属電極
板６１等に供給する。

すると、半導体素子５２の内部で中和した形で存在して
いた電荷が加えられた電界によりプラス電荷とマイナス
電荷とに分離する誘電分極を起こす。

その時、リレースイッチ８０を電極８０−２に切り換え
接続すると、半導体素子５２と金属電極板６１との間の
静電容量であるパッケージ容量Ｃｑに見合った電荷が、
抵抗体８１を介して緩やかに移動してパッケージ容量Ｃ
ｑに蓄積される。その際に、半導体素子内に流れる電流
によって絶縁体外周部５１ａに帯電静電気電荷が発生し
、デバイス帯電モデルと等価な現象が現れる。

次に、電荷の移動が終了するまでの所定の時間が経過し
なところで、リレースイッチ８０を電極８０−３に切り
換え接続し、入出力端子５３と基準電位電極７２とを短
絡させる。さらに、リレースイッチ７０を電極７０−３
に切り換え接続すると、金属電極板６１の電位が基準電
位電極の電位と同電位になる。これにより、半導体装置
５０内に蓄積された電荷は、リレースイッチ８０を介す
る経路を通って除去される。その後、図示しない測定装
置により半導体素子５２の状態のチエツクがなされる。

以上のサイクルによって、静電耐圧試験を行うことがで
きる。

ところで、リレースイッチ７０を電極７０−３に切り換
え接続する際、リレースイッチ７０の電極間に発生して
いる容量のため半導体装置５０内の電荷が移動し、半導
体装置５０に印加されている電圧■１が電圧降下を起こ
す。即ち、第６図に示すように、共通電極７０−１と電
極７０−２との間の空間を透電体とする容量Ｃｘが発生
し、共通電極７０−１と電極７０−２とが接触する過程
で画電極７０−１．７０−２間の距離りが変化するため
容量Ｃｘが次式のように変化する。

Ｃｘ＝εＳ／Ｌ 但し、　ε；定数 Ｓ：電極７０−１または７０−２の面積この式から明ら
かなように、容量Ｃｘは可変コンデンサとしての働きを
有し、さらに容３１．Ｃｘとパッケージ容量Ｃｑとは直
列接続されていると見做すことができる。したがって、
半導体装置５０に印加されている電圧■１が容量Ｇｘの
影響により、その容量Ｃｘ分だけ分圧され、次式に示す
ように正確な電圧値でなくなる。

Ｖ２＝ＣｘｘＶ１／（Ｃｑ＋Ｃｘ） 但し、ｖ２：分圧された後の半導体装置５０に印加され
る電圧 そこで、第１の抵抗体７４を通して電荷を補充して電圧
■１を維持させている。

本実施例では、次のような利点を有している。

（ａ）　　制御信号Ｓ１により切り換え動作できるリレ
ースイッチ７０で直流電源７３と基準電位電極７２とを
切り換えるようにしたので、従来のように、直流電源を
所定電圧Ｖ１から基準電位へ泣ち下げる際の立ち下がり
時間と、基準電位から所定電圧■１へ立ち上げる際の立
上がり時間が必要でなくなり、繰り返し行われる静電耐
圧試験に要する時間を短縮できる。

（ｂ）　　入出力端子５３と基準電位電極７２との接続
または開離を、制御信号Ｓ２で動作するリレースイッチ
８０で行うようにしたので、従来のように駆動モータを
用いて放電棒の上下動させる必要がなくなり、それに要
する時間が短縮できる。

（Ｃ）　　第１のリレースイッチ７０を電極７〇−３に
切り換える際、第１のリレースイッチ７０に生起する空
気コンデンサＣｘによる電圧降下を避けるため抵抗体７
４を設けている。これにより、半導体装置５０に所定の
直流電圧を正確に供給することができる。

なお、本発明は図示の実施例に限定されず、種々の変形
が可能である。その変形例としては、例えば次のような
ものがある。

（α）　半導体装置５０は図示のものに代えて、例えば
パッケージ５１の四方に入出力端子５３を有するＤＩＰ
（Ｄｕａｌ　　Ｉｎ１ｉｎｅ　　Ｐａｃｋａｇｅ）型の
構造のものを用いるようにしてもよい。

（β）　リレースイッチ７０を電極７０−２に、リレー
スイッチ８０を電極７０−３に、それぞれ切り換えてお
けば、従来通りの放電棒の接触によって行うパッケージ
帯電モデルをモニタすることもできる。

（γ）　リレースイッチ７０．８０及び測定ヘッド６０
の形状、構造、及び使用材料は、必要に応じて種々の変
形が可能である。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように本発明によれば、直流電源と
測定ヘッドとが直接に接続されず、第１のリレースイッ
チの切り換え動作で接続されるので、繰り返し試験のサ
イクル移行時において、直流電源をオン・オフさせる必
要がなくなり、この時の直流電源の立ち上がり及び立ち
下がりに要する時間が不要となる。その上、入出力端子
と基準電位との接触または開離を第２のリレースイッチ
で行うようにしなので、従来のように放電棒の上下動に
よる入出力端子と基準電位との接触または開離をする必
要がなくなり、それに要する時間を短縮することができ
る。

したがって、繰り返し行われる静電耐圧試験の操作時間
を大幅に短縮でき、高速化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す静電耐圧試験装置の構造
図、第２図は従来の静電耐圧試験装置の構造図、第３図
はデバイス帯電モデルの概略図、第４図は従来の静電耐
圧試験装置の機構部の構造図、第５図は第４図中の測定
ヘッドの拡大図、第６図は第１図中のリレースイッチの
一構成例を示す図である。 ５０・・・・・・半導体装置、５１・・・・・・パッケ
ージ、５２・・・・・半導体素子、５３・・・・・・入
出力端子、６０・・・・・・測定ヘッド、７０．８０・
・・・・・第１および第２のリレースイッチ、７３・・
・・・・直流電源、７４・・・・・・抵抗体、７２・・
・・・・基準電位電極、Ｓｌ・・・・・・第１の制御信
号、Ｓ２・・・・・・第２の制御信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 側面部に複数本の入出力端子が突設されたパッケージ内
   に半導体素子を内蔵した半導体装置に対して、前記パッ
   ケージ及び入出力端子に直流電源により所定の直流電圧
   を印加するための測定ヘッドを備えた静電耐圧試験装置
   において、 第１の制御信号により前記測定ヘッドと基準電位または
   前記直流電源とを切換え接続する第１のトランスファ型
   リレースイッチと、 前記第１のトランスファ型リレースイッチの直流電源側
   に並列接続された抵抗体と、 第２の制御信号により前記入出力端子に前記基準電位を
   接続する第２のトランスファ型リレースイッチとを設け
   たことを特徴とする静電耐圧試験装置。