JP2001091572A - 電子デバイスの静電破壊試験方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子デバイスについての静電気放電による破
壊耐量の測定の信頼性を高めることができる電子デバイ
スの静電破壊試験を実現する。 【解決手段】 荷電板１１０上に試料デバイス２００を
定置する。試料デバイス２００の１つの端子２０１ｅに
接触針１０１を接触させる。接触針１０１と接続され
た、接地されたスイッチＳＷ２を所定時間オンにして試
料デバイス２００の除電をするとともに、接地されたス
イッチＳＷ３を所定時間オンにして、高抵抗体２１を介
して荷電板１１０の除電をする。除電完了後に、高電圧
電源Ｅからの高電圧を、高抵抗体２１を介して試料デバ
イス２００に印加して、試料デバイス２００に単極電荷
を誘導帯電せしめる。その後、スイッチＳＷ２をオンに
して試料デバイス２００に蓄えられた単極電荷を放電す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子デバイスの静電
破壊試験方法と装置に関する。具体的には、半導体集積
回路や磁気抵抗素子などの電子デバイスについての静電
気放電に対する破壊耐量の測定の信頼性を高めることが
できる電子デバイスの静電破壊試験方法と装置を提供せ
んとするものである。

【０００２】

【従来の技術】各種の電子機器に用いられる電子デバイ
スは、その製造過程や電子機器への実装時などにおい
て、静電気放電により破壊または劣化（以下、単に「破
壊」という）することがある。したがって、電子デバイ
スの設計に際しては、静電気放電に対する耐性を充分に
確保することが必要となる。この静電気放電に対する破
壊耐量を測定するために、電子デバイスにおける静電気
放電をシミュレートする試験が静電破壊試験であり、近
時その重要性が指摘されているところである。

【０００３】ここで、電子デバイスの製造過程や電子機
器への実装時などにおいて、実際に静電破壊が発生する
モード（態様）には、大別してつぎの２つがある。

【０００４】１つは、電子デバイス自体は静電気は帯電
していないが、静電気帯電した他の物体が電子デバイス
の近くに存在する場合に発生するモードである。すなわ
ち、外部の帯電物体が、電子デバイスの端子に接触して
放電が起こり、これにより電子デバイスが破壊するモー
ドである。このモードには、外部の帯電物体が人体や機
械である場合が代表的なものとしてあり、それぞれ「人
体モデル」（ＨＢＭ：Human Body Model）、「機械モデ
ル」（ＭＭ：Machine Model）と呼ばれている。

【０００５】もう１つは、電子デバイス自体が摩擦や誘
導あるいは帯電物体との直接的な接触により帯電してい
る場合に発生するモードである。すなわち、このような
原因により電荷が蓄えられている電子デバイスの端子な
どの金属部分に、外部の導体が接触したときに起こる放
電によって、電子デバイスが破壊するモードである。こ
のモードは、電子デバイス自体が帯電していることか
ら、「デバイス帯電モデル」（ＣＤＭ：Charged Device
Model）と呼ばれている。

【０００６】前者の人体モデルや機械モデルは従前より
知られており、これをシミュレートする試験方法はすで
に確立されている。これに対して、後者のデバイス帯電
モデルは、近年に至ってその存在が指摘され、人体モデ
ルや機械モデルとは区別して考察されるようになったも
のである。

【０００７】そこで、このデバイス帯電モデルをシミュ
レートするための静電破壊試験装置が、種々提案されて
いる。ここにおけるデバイス帯電モデルをシミュレート
するためには、電子デバイスに帯電せしめる必要がある
が、その方法としては、電子デバイスの端子を介して直
接電子デバイスに充電する直接充電方式と、高電圧電源
に接続された荷電板と、これに対向した、接地された金
属板とによって形成される平等電界において、荷電板上
に電子デバイスを置くことにより帯電させる誘導帯電方
式とがある。

【０００８】しかし、電子デバイスの製造過程において
は、誘導による帯電に起因する電子デバイスの破壊が多
発しており、現在最も関心が持たれ重要視されているの
が、誘導帯電によるデバイス帯電モデル（ＦＩＣＤＭ：
Field Induced Charged Device Model ）である。そこ
で、この誘導帯電によるデバイス帯電モデルをシミュレ
ートするために用いられている、誘導帯電方式による静
電破壊試験装置の従来例の構成概念を、図１２に示し説
明する。

【０００９】図１２において、１１０は、試料デバイス
２００に電荷を誘導帯電せしめるための金属製の荷電板
であり、試料デバイス２００は、荷電板１１０の上面お
よび各側面を覆う絶縁物１２０を介して荷電板１１０上
に置かれる。この荷電板１１０には、直流の高電圧を発
生する高電圧電源Ｅからの高電圧（たとえば１０００
Ｖ）が、スイッチＳＷ１および高抵抗値（たとえば１０
０ＭΩ）の抵抗器Ｒの直列接続を介して印加される。高
抵抗値の抵抗器Ｒを用いているのは、試料デバイス２０
０への帯電が高速過ぎて、帯電時に試料デバイス２００
が破壊されないように、時間をかけて帯電させるためで
ある。また、絶縁物１２０を用いているのは、荷電板１
１０に触れて感電するのを防止し、また、試料デバイス
２００の端子２０１ａ〜ｈと荷電板１１０との間隔が狭
い場合は、荷電板１１０に高電圧を印加したときに放電
が起こる可能性があることから、これを防ぐためであ
る。放電の可能性がない場合は、絶縁物１２０を用いな
いこともある。

【００１０】他方、荷電板１１０の上方には、試料デバ
イス２００の各端子２０１ａ〜ｈに接触するための金属
製の針状材である接触針１０１と、荷電板１１０との間
で平等電界を形成するための、これと対向した接地金属
板１０２とを主要な構成要素とするプローブ部１００が
配置されている。平等電界を形成するのは、試験装置と
しての再現性（ばらつきのない試験結果）を向上させる
ためである。なお、プローブ部１００は、Ｘ軸方向（図
面上で左右方向）、Ｙ軸方向（紙面に垂直方向）および
Ｚ軸方向（図面上で上下方向）において移動可能となっ
ている。

【００１１】プローブ部１００における接地金属板１０
２は、一般に円板状に形成されており、大地の電位に維
持するため接地されている。この接地金属板１０２は、
試料デバイス２００に対して充分な大きさを（たとえば
７倍の大きさ）有することが必要とされている。そし
て、接地金属板１０２の下面中央に接触針１０１が取り
付けられている。また、試料デバイス２００に蓄えられ
た電荷の放電時に生ずる放電電流を検出するための電流
検出器１０３が、接触針１０１と接続されている。この
電流検出器１０３には、インダクタンス成分を無視する
ことができる低抵抗値（通常１Ω）の抵抗器が用いられ
る。

【００１２】ここで、この種の試験装置では、装置間で
測定結果にばらつきが生じないようにするために、通常
放電電流波形を観測して、ピーク値、パルス幅、振動周
期、振動の減衰時定数などを、装置間で比較してその間
の相関をとる。その場合、電子デバイス２００の代わり
に、プリント基板を用いた所定の容量（４ｐＦまたは３
０ｐＦ）の平行平板コンデンサを試料として使用して、
放電電流波形が一定の規格範囲内に入っていることを定
期的に確認することが義務づけられている（たとえば、
ＪＥＤＥＣ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＪＥＤＳ２２−Ｃ１０
１，ＥＳＤＡＳＴＡＮＤＡＲＤ ＥＳＤ−Ｓ5.3 ，日本
電子機械工業会暫定規格 ＥＩＡＪＥＤＸ−４７０
２）。なお、４ｐＦの平行平板コンデンサを用いた場
合、放電電流は、そのパルスの立上がり時間は２００ｐ
ｓ以下であり、パルス幅は４００ｐｓ以下である。

【００１３】つぎに、以上のように構成された装置を用
いて試料デバイス２００の静電破壊試験を行う方法につ
いて説明する。まず、試料デバイス２００を荷電板１１
０の上に絶縁物１２０を介して定置する。図１２では、
ＤＩＰ（デュアル・インライン・パッケージ）型の半導
体集積回路が試料デバイス２００として示されており、
各端子２０１ａ〜ｈが上を向くようにして荷電板１１０
上に絶縁物１２０を介して置く。このとき、接触針１０
１は試料デバイス２００の端子２０１ａ〜ｈより離して
おく。

【００１４】そこで、スイッチＳＷ１をオンにして、高
電圧電源Ｅからの高電圧を、抵抗器Ｒを介して荷電板１
１０に印加し、これにより試料デバイス２００に帯電せ
しめる。その後、プローブ部１００を下降せしめて接触
針１０１を試料デバイス２００のいずれかの端子（たと
えば端子２０１ａ）に接触せしめる。すると、試料デバ
イス２００に蓄えられた電荷は、接触針１０１を介して
接地金属板１０２に急速に放電する。なお、放電は、接
触針１０１と端子２０１ａとの接触の直前に、空気を通
して行われる。

【００１５】接触針１０１と端子２０１ａとの接触によ
る放電が完了すれば、試験は終了する。そこで、接触針
１０１を試料デバイス２００の端子２０１ａより離す。
以上の手順による試験は、同一の端子２０１ａについて
一般に３回繰り返される。

【００１６】上記方法を用いた、設定された電圧による
試験が完了したならば、試料デバイス２００自身の特性
試験を行い、破壊の有無をチェックする。その場合、出
力電圧が可変の高電圧電源Ｅを用いて、荷電板１１０へ
の印加電圧を順次変え、その都度試料デバイス２００の
特性試験を行えば、試料デバイス２００が破壊する電圧
を知り、したがって破壊耐量を知ることができるのであ
る。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１２
に示した従来例によると、つぎのような解決すべき課題
がある。すなわち、試料デバイス２００の同一の端子２
０１ａについて繰り返し試験を行った場合、得られる放
電電流波形にばらつきが生じ、試験装置としての再現性
が悪いという問題点がある。そのため、たとえば、印加
された試験電圧では、本来は試料デバイス２００は破壊
しないのに、その電圧では破壊されるものと誤って評価
してしまうような可能性もある。逆に、破壊されるべき
試験電圧であるにもかかわらず、試料デバイス２００は
破壊しないものと評価してしまう可能性もある。

【００１８】その原因の１つは、従来例では、試料デバ
イス２００および荷電板１１０に蓄えられた電荷が、放
電の際にすべて流失するのではなく、一部の電荷が残留
していることによる。その結果、１回の試験が終了した
後に続けて試験をする場合に、試料デバイス２００およ
び荷電板１１０に残留している電荷が、次回の試験時の
放電電流波形に影響を及ぼすのである。

【００１９】また、放電が気中で行われるため、接触針
１０１および端子２０１ａそれぞれの接点部の形状、放
電による変形や酸化などによる汚染、あるいは接触針１
０１の接近速度や接近角度、気圧あるいは湿度などの環
境条件で、放電毎に電流が減少したりして変化すること
も、試験結果にばらつきが生ずる原因となる。

【００２０】さらに、荷電板１１０との間で平等電界を
形成するための接地金属板１０２に接触針１０１が取り
付けられていることから、接触針１０１を下降せしめて
試料デバイス２００の端子２０１ａ〜ｈに接触させると
きに、接地金属板１０２も同時に下降する。そのため、
一定の電圧に充電された荷電板１１０と接地金属板１０
２との間の距離が変化し、これに伴って試料デバイス２
００に対する電界、静電容量および電荷量が変化する。
これも試験結果のばらつきの原因となる。

【００２１】すなわち、試験時には、試料デバイス２０
０に対して充分な大きさを有する接地金属板１０２が、
試料デバイス２００に向かって接近して、その間の距離
が小さくなってくる。これに反比例して試料デバイス２
００の接地金属板１０２に対する静電容量Ｃが増大す
る。試料デバイス２００の静電容量Ｃが増大すれば、試
料デバイス２００の電圧Ｖは、誘導により帯電した電荷
量ｑは一定であるとすると、ｑ＝ＣＶしたがってＶ＝ｑ
／Ｃであるので、減少する。

【００２２】また、荷電板１１０の極性が正であり、接
地金属板１０２が負電荷を帯びているとして、その場合
に、接地金属板１０２が試料デバイス２００に接近する
と、試料デバイス２００に存在していた正電荷は減少す
る（減少度合は、接地金属板１０２の接近速度に依存す
る）。このように、接地金属板１０２が下降して試料デ
バイス２００に接近してくると、試料デバイス２００の
電圧Ｖも電荷量ｑも減少するのである。

【００２３】ここで、本願発明者は、荷電板１１０上に
マイラー等の絶縁物を敷設し、その上にガラスエポキシ
板を誘電体として置き、この上に静電容量が４ｐＦの銅
パターンの片面コンデンサを置いたうえで、この片面コ
ンデンサに向けて接地金属板１０２を下降せしめて、こ
れに伴う静電容量の変化を測定した。

【００２４】測定の結果、接地金属板１０２と荷電板１
１０との間の静電容量は、当初１ｐＦであったものが最
終的には１０〜２０ｐＦに変化し、接地金属板１０２と
片面コンデンサとの間の静電容量は、０．５ｐＦであっ
たものが５ｐＦに変化した。なお、片面コンデンサの自
由空間に対する静電容量は、０．５ｐＦであり、また、
片面コンデンサと荷電板１１０との間の静電容量は４ｐ
Ｆであって、これは接地金属板１０２と荷電板１１０と
の間の距離が変化しても不変である。

【００２５】また、本願発明者は、つぎのような実験を
行った。実験の内容は、接地された方形状のステンレス
板Ａ（300mm×300mm×2．0mm）の上面に、テフロン製の
テープ（80mm×50mm×0．95mm）を置き、その上に、銅
製のテープ（18mm×10mm×0．1mmで静電容量が約４ｐＦ
または45mm×30mm×0．1mmで静電容量が約３０ｐＦ）を
置く。そして、その上方に、ステンレス板Ａと対向する
ように所定の距離を置いて、接地された方形状のステン
レス板Ｂ（150mm×150mm×1．5mm）を配置する。テフロ
ン製のテープは、その表面をアルコールで拭いて汚れを
落とし、かつ、除電をしておく。

【００２６】そこで、上方のステンレス板Ｂの中央部に
穿設された直径４mmの孔部を介して、直流の高電圧電源
と接続された接触子を銅製のテープに接触せしめて電圧
（＋５００Ｖおよび−５００Ｖ）を印加して充電する。
その後、電荷量測定器のプローブ先端のピンを、上方の
ステンレス板Ｂの孔部を介して銅製のテープに接触せし
めて、これに帯電した電荷量を測定する。これを、各ス
テンレス板Ａ，Ｂ間の距離ｄを2．0mm、4．0mmおよび1
0．0mmと順次変えて、それぞれにつき３回行う。なお、
環境条件は、温度が２２℃、湿度が４３〜４５％であ
る。

【００２７】図１３および図１４は、以上の実験によっ
て得られた測定データを示すものであり、図１３は、静
電容量が約４ｐＦの銅製のテープを用いた場合の測定デ
ータを示し、図１４は、静電容量が約３０ｐＦの銅製の
テープを用いた場合の測定データを示している。これら
から明らかなように、各ステンレス板Ａ，Ｂ間の距離が
変化すると、銅製のテープに帯電する電荷量は変化す
る。

【００２８】以上の説明から理解され得るように、荷電
板１１０と接地金属板１０２との間の距離が変化する
と、上述のように試料デバイス２００に対する電界、静
電容量および電荷量が変化するのである。

【００２９】しかし、実際の誘導による電子デバイスの
帯電過程においては、接地金属板１０２に相当するもの
は存在せず、帯電物体しか存在しない。したがって、図
１２に示した従来例では、厳密には、実際の誘導帯電に
よるデバイス帯電モデルをシミュレートしているとはい
えないのである。しかも、接地金属板１０２が存在する
と、その位置関係により誘導電荷量や電荷分布が左右さ
れ、また、試料デバイス２００の形状等のいかんによっ
て不定あるいは定量化することができない結果となる。

【００３０】そのうえ、接地金属板１０２が試料デバイ
ス２００に接近した状態では、試料デバイス２００の端
子２０１ａ〜ｈと接地金属板１０２との間に分布容量が
形成される。そのため、接触針１０１と試験対象である
端子２０１ａとの間で発生する放電による電流は、その
すべてが必ずしも電流検出器１０３を通らない事態が生
ずる。その結果、試料デバイス２００のサイズや構造に
よっては、放電電流波形にばらつきが生じ、試験再現性
が低下することがあった。

【００３１】その他にも、接地金属板１０２を用いてい
たことによる不具合が生じていた。すなわち、荷電板１
１０と接地金属板１０２との間で平等電界を形成するた
めには、接地金属板１０２は、試料デバイス２００の大
きさに対して充分な大きさがなければならない。そのた
め、プローブ部１００の重量が大きくなってしまい、プ
ローブ部１００の駆動系の負担が大きくなるという課題
である。

【００３２】また、試験時には、試料デバイス２００全
体が接地金属板１０２によって覆われるように、荷電板
１１０と接地金属板１０２との間の平等電界の中に、必
ず試料デバイス２００全体が置かれていなければならな
い。その結果、試料デバイス２００が僅かでも平等電界
からはみ出したまま試験を行うと、適正な試験とはなら
ないのである。

【００３３】以上の解決すべき課題以外にも、荷電板１
１０と試料デバイス２００との間に介在させる絶縁物１
２０についての未解決の課題がある。すなわち、絶縁物
１２０の厚さは、たとえば国際規格であるＥＳＤＡ（Ｅ
ＳＤ Ａssociation）規格では、最大で０．１３mmに制
限されている。しかし、絶縁物１２０が薄いと、絶縁破
壊が起こる危険性がある。他方、絶縁物１２０を厚くす
ると、荷電板１１０と試料デバイス２００との間の静電
容量が減少し、放電時の電流ピークが確保されないとい
う問題点がある。

【００３４】また、試料デバイス２００の端子２０１ａ
〜ｈの気中放電による変形や酸化による汚染などの未解
決の課題も、図１２に示した従来例にはあった。

【００３５】

【課題を解決するための手段】そこで、上記課題を解決
するために、本発明はなされたものである。そのため
に、本発明では、従来、電子デバイスに電荷を誘導帯電
せしめる荷電板との間で平等電界を形成すべく配設され
ていた接地金属板は用いずに、荷電体上に置かれた電子
デバイスの端子に、あらかじめ接触針を接触せしめたう
えで、電子デバイスおよび荷電体に存在する電荷を除去
し、除電完了後に高電圧電源からの高電圧を高抵抗体を
介して荷電体に印加して電子デバイスに単極電荷を誘導
帯電せしめ、その後、電子デバイスの自由空間に対する
容量に蓄えられた単極電荷を接触針を介して放電するよ
うにした。

【００３６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１に示し
説明する。ここで、図１は、本実施の形態の構成概念を
示しており、図１２に示した構成要素に対応する構成要
素については、図１２における符号と同一の符号を付し
ている。

【００３７】図１において、図１２の従来例の構成と異
なるところは、高抵抗値の抵抗器Ｒを用いずに、荷電板
１１０の下面中央に抵抗値が少なくとも１００ＭΩの高
抵抗体２１を配していること、この高抵抗体２１にスイ
ッチＳＷ１および高電圧電源Ｅを直列に接続しているこ
と、および荷電板１１０を除電すなわち残留電荷を除去
せしめるためのスイッチＳＷ３が高抵抗体２１に接続さ
れていることである。抵抗器Ｒの代わりに高抵抗体２１
を用いているのは、抵抗器Ｒを用いると、高電圧電源Ｅ
より高電圧を出力した際に抵抗器Ｒの金属のリード線に
高周波が流れ、それがノイズとなって障害要素となるか
らである。

【００３８】また、プローブ部１０は、接触針１０１
と、接地された小さな金属体１１と、電流検出器１０３
を介して接触針１０１と金属体１１とを接続するための
スイッチＳＷ２とにより構成し、荷電板１１０との間で
平等電界を形成するための接地金属板１０２（図１２）
を配置していない点も、図１２の従来例の構成と異なっ
ている。ここにおけるスイッチＳＷ２は、試験時の電荷
放電用として用いられるとともに、試験開始前における
試料デバイス２００の残留電荷の除電用として用いられ
る。

【００３９】このスイッチＳＷ２は、図２に示すよう
に、箱状の樹脂製のケース１２内に配設されている。ケ
ース１２は、その上部開口が板状の金属体１１により覆
われており、その中央部に電流検出器１０３が配設さ
れ、この電流検出器１０３を介してスイッチＳＷ２と金
属体１１とが接続されている。試験時に得られる試料デ
バイス２００からの放電電流は、パルス幅がたとえば４
００ｐｓの高速パルスであり、これを周波数帯域がたと
えば３．５ＧＨｚのオシロスコープにより観測する。し
たがって、ここに用いるスイッチＳＷ２には、高周波特
性を考慮した高耐圧のリレー（たとえば水銀リレー）を
使用するのが好ましい。

【００４０】なお、電流検出器１０３には、たとえば、
抵抗値が１Ωのディスク型の抵抗器が用いられ、その内
部電極に同軸ケーブルの中心導体が接続され、外部電極
に外部導体シールド層が接続される。そして、この同軸
ケーブルを介して放電時の電流はオシロスコープに伝送
され、波形表示がなされることになる。

【００４１】このように、本発明による静電破壊試験装
置では、荷電板１１０および試料デバイス２００の残留
電荷を除去するための構成を用いていることと、荷電板
１１０との間で平等電界を形成するための大きな接地金
属板１０２（図１２）を用いていないことが、図１２に
示した従来例の構成と大きく異なるところである。

【００４２】ここで、本発明の基礎にある誘導による電
荷生成についての考え方を説明する。従来、帯電体Ａを
中性の導体Ｂに近付けると、静電誘導により導体Ｂは分
極帯電し、導体Ｂにおける帯電体Ａに近い部位には、帯
電体Ａとは異種の電荷が現れ、帯電体Ａから遠い部位に
は帯電体Ａと同種の電荷が現れる分極状態が生ずるもの
と、一般には考えられている。そして、分極状態にある
導体Ｂを接地した場合は、帯電体Ａとは異種の電荷が大
地に流失されると説明されている。

【００４３】しかし、そうであるならば、たとえば、半
導体集積回路に誘導帯電せしめた場合において、蓄えら
れている電荷を端子を介して放電したとすると、端子に
よって（たとえば、一方の端の端子と他方の端の端子と
によって）流失する放電電流の極性は異なるはずであ
る。しかし、実際には、ピーク電流値は異なるものの、
どの端子の場合も電流の極性はすべて同一であり、その
極性は誘導電荷の極性と同じである。すなわち、ＤＣＩ
において生成される電荷は、単極電荷（正または負の一
方のみの電荷）である。

【００４４】本願発明者が行った実験によると、帯電体
Ａと中性の導体Ｂが、空間を介して固定されている場
合、帯電体Ａの電圧が変化しなければ、導体Ｂには誘導
は起きない。帯電体Ａの電圧が上昇または下降したとき
にのみ、導体Ｂの誘導が起きる。その場合、誘導電荷
は、導体Ｂの帯電体Ａに対する静電容量と、導体Ｂの自
由空間に対する静電容量に蓄えられ、その誘起電圧は、
帯電体Ａの電圧が変化したときの差分に比例する。この
現象は、近傍に接地金属板１０２（図１２）が存在する
か否かにかかわらず起こる。また、帯電体Ａや導体Ｂの
形状および大きさのいかんを問わず、導体Ｂの電荷の極
性はいずれの部位でも同一である。したがって、電荷流
失を行うための導体Ｂにおける接地の部位のいかんを問
わない。

【００４５】これを式に表すと、下記のようになる。 Ｖ＝ｋ（Ｕ₂−Ｕ₁）［Ｖ］ 上式において、Ｖは導体Ｂの誘起電圧（正負を問わな
い）、ｋは係数（帯電体Ａの表面積、帯電体Ａと導体Ｂ
との間の距離、帯電体Ａの大地からの距離などによ
る。）、Ｕ₁ は帯電体Ａの変化前の電圧（このときの導
体Ｂは中性とする）、Ｕ₂ は帯電体Ａの変化後の電圧
（時間経過または変化に要する時間の長短は問わない）
である。

【００４６】このように、帯電体Ａによって導体Ｂに誘
起される電圧は、帯電体Ａの電圧変化の差分に比例す
る。電圧の変化率（ｄＶ／ｄｔ）に比例するものではな
い。この動的な誘導現象すなわち帯電体Ａの電圧が変化
したときにのみ導体Ｂに電圧が誘起される現象を、以下
においてはＤＣＩ（Dynamic Charge Induction）と呼ぶ
ことにする。

【００４７】このＤＣＩについて、図３および図４を用
いてさらに具体的に説明する。図３において、いま荷電
板１１０の上に絶縁板１２１を介在させて試料デバイス
２００が置かれている。絶縁板１２１の使用目的は、試
料デバイス２００を保持させるためである。そこで、出
力電圧が可変の各高電圧電源Ｅａ，Ｅｂのそれぞれにス
イッチＳＷａを切り換えて、かつ、図４（ａ）に示すよ
うに、印加電圧を順次変化せしめて荷電板１１０に電圧
を加えたとする。

【００４８】このとき、試料デバイス２００に誘起され
る電圧は、図４（ｂ）に示すように、荷電板１１０への
印加電圧の差分である。たとえば、図４（ａ）におい
て、荷電板１１０への印加電圧が０Ｖから＋５００Ｖに
変化したとすると、試料デバイス２００の誘起電圧は、
図４（ｂ）に示すように、＋５００Ｖである。また、荷
電板１１０への印加電圧が＋１５００Ｖから＋５００Ｖ
に変化したとすると、試料デバイス２００の誘起電圧
は、−１０００Ｖである。なお、図４（ｂ）における１
点鎖線は、放電用のスイッチＳＷｂ（図３）がオンにな
るタイミングを示している。

【００４９】このようなＤＣＩの原理によるならば、荷
電板１１０に接地金属板１０２（図１２）を対向させて
平等電界を形成する必要がないので、電子デバイスのよ
うな小型で任意の形状かつ微小な静電容量（一般に数ｐ
Ｆから数十ｐＦ）の物体に対しては、一定の条件（帯電
体Ａの表面積、帯電体Ａと導体Ｂとの間の距離、帯電体
Ａの大地からの距離など）さえ確保されれば、再現性が
良好な単極電荷の生成を実現することができる。

【００５０】また、ＤＣＩによる電荷生成は、荷電板１
１０と試料デバイス２００との間の静電容量に依存する
ことはなく、自由空間に対する静電容量に依存する。し
たがって、試料デバイス２００の形状等や荷電板１１０
と試料デバイス２００との間に介在させる絶縁物１２０
の厚さの双方に拘束されない試験が可能となる。この
点、既に述べたようにＥＳＤＡ規格では、絶縁物の厚さ
は最大で０．１３mmに制限されている。

【００５１】図５は、荷電板１１０と試料デバイス２０
０との間の距離に関して、本願発明者が行った実験の内
容およびその結果を示すものである。実験の内容は、図
５（ａ）に示すように、荷電板１１０の上面に所定の厚
さＴの絶縁板１２１を置き、この絶縁板１２１の上に、
静電容量が４ｐＦの平行平板コンデンサ３００を置く。
そこで、高電圧電源Ｅａより荷電板１１０に＋５００Ｖ
の電圧を印加して、荷電板１１０上面のＡ点および平行
平板コンデンサ３００上面のＢ点の電位を、表面電位計
によりそれぞれ測定するものである。

【００５２】図５（ｂ）は、絶縁板１２１の厚さＴを
０．５〜９．０mmの範囲で変えての実験によりそれぞれ
得られた、Ａ点およびＢ点の各電圧値を示すものであ
る。ここに示された実験結果から明らかなように、荷電
板１１０に＋５００Ｖの電圧を印加した場合は、絶縁物
１２１の厚さＴに関係なく、荷電板１１０への印加電圧
＋５００Ｖと実質的に同値の電圧が平行平板コンデンサ
３００に誘起されるのである。

【００５３】したがって、ＤＣＩの原理によるならば、
図１２の従来例におけるような誘導される電荷量が絶縁
物１２０の厚さによって異なるということはなく、既述
したように、試料デバイス２００の形状等や荷電板１１
０と試料デバイス２００との間に介在させる絶縁物１２
０の厚さに拘束されない試験が可能となる。

【００５４】つぎに、図１に示した、ＤＣＩに基づく構
成の静電破壊試験装置を用いて試験をする方法につい
て、装置各部の動作タイミングを示すタイム・チャート
である図６および図７を併用して説明する。

【００５５】図１において、まず試料デバイス２００を
荷電板１１０の上に絶縁物１２０を介して各端子２０１
ａ〜ｈが上を向くようにして定置する。そこで、装置全
体を制御する制御部によって制御される駆動機構によ
り、プローブ部１０をＸ軸方向（図面上で左右方向）お
よびＹ軸方向（紙面に垂直方向）において移動せしめ
て、接触針１０１と試料デバイス２００の端子２０１ｅ
との位置合わせをする。

【００５６】位置合わせが完了したならば、プローブ部
１０をＺ軸方向（図面上で上下方向）において下降せし
めて、接触針１０１を端子２０１ｅに接触せしめる。す
なわち、荷電板１１０に高電圧を印加する前に、接触針
１０１を端子２０１ｅに接触させておく。この点が、図
１２に示した従来例による方法とは異なっている。

【００５７】そこで、試験を開始するに先立って、図６
（ｃ）および（ｅ）に示すように、試料デバイス２００
および荷電板１１０の除電用の各スイッチＳＷ２，ＳＷ
３をそれぞれオンにして、試料デバイス２００および荷
電板１１０に存在する電荷を除くための除電を行う。試
料デバイス２００の除電時間ｔ_a はたとえば４００ｍｓ
であり、荷電板１１０の除電時間ｔ_b は３００ｍｓであ
る。

【００５８】試料デバイス２００および荷電板１１０の
除電が完了したならば、図７（ａ）に示すように、帯電
用のスイッチＳＷ１をオンにして、高電圧電源Ｅからの
高電圧を、高抵抗体２１を介して荷電板１１０に印加す
る。これにより、図７（ｂ）に示すように、荷電板１１
０の電圧が上昇し、高電圧電源Ｅの出力電圧が＋５００
Ｖであるならば、やがて荷電板１１０の電圧Ｖ１は＋５
００Ｖとなる。これに伴い、図７（ｆ）に示すように、
試料デバイス２００の誘起電圧Ｖ_DCI も＋５００Ｖとな
る。

【００５９】その後、図７（ｃ）に示すように、放電用
でもあるスイッチＳＷ２をオンにすると、試料デバイス
２００に蓄えられた電荷が放電され、図７（ｄ）に示す
ように、高速パルスの放電電流が発生する。これを、プ
ローブ部１０に配設された電流検出器１０３に接続され
た同軸ケーブルを介して、周波数帯域がたとえば３．５
ＧＨｚのオシロスコープにより観測する。この放電によ
り、図７（ｆ）に示すように、試料デバイス２００の電
圧は０Ｖとなる。なお、スイッチＳＷ２は、図７（ｃ）
に示すように、つぎの試験の開始前までオンにしてお
き、その間試料デバイス２００の除電を行う。

【００６０】放電電流波形が得られたならば、図７
（ｅ）に示すように、荷電板１１０の除電用のスイッチ
ＳＷ３をオンにして、荷電板１１０を除電する。除電時
間ｔ１はたとえば３００ｍｓとする。しかし、一度の除
電によりすべての残留電荷が流失するのではなく、一度
除電をすることによって見かけ上電荷がなくなっても、
その後、時間の経過とともに再び残留電荷が現れること
が本願発明者の実験によって確認されている。

【００６１】すなわち、最初の除電（除電時間ｔ１）が
終了すると、その後に再び荷電板１１０の残留電荷が現
れて、図７（ｂ）に示すように、荷電板１１０の残留電
荷による電圧Ｖ２は、荷電板１１０への印加電圧が＋５
００Ｖであればたとえば＋３０Ｖとなる。そこで、図７
（ｅ）に示すように、スイッチＳＷ３を再びオンにし
て、最初の除電時間ｔ１の数分の１程度の除電時間ｔ２
をもって、２回目の除電を行う。

【００６２】２回目の除電が終了すると、その後再び残
留電荷が現れて、図７（ｂ）に示すように、荷電板１１
０の残留電荷による電圧Ｖ３は、たとえば＋２Ｖとな
る。そこで、２回目の除電の時間ｔ２と同じ程度の除電
時間ｔ３をもって、３回目の除電を行う。３回目の除電
を行えば、図７（ｂ）に示すように、荷電板１１０の電
圧は０Ｖになって必要な除電が完了する。試験を繰り返
し行う場合は、つぎの試験を開始する準備が完了したこ
とになる。

【００６３】以上のような試料デバイス２００および荷
電板１１０の除電を行えば、両者の残留電荷による放電
電流波形のばらつきを回避することができ、再現性が良
好な静電破壊試験装置を実現することが可能となる。

【００６４】図８は、電子デバイスの代わりに静電容量
が４ｐＦの平行平板コンデンサを用い、かつ、厚さが
０．５mmの絶縁物１２０を用いて、荷電板１１０への印
加電圧を＋５００Ｖとして、本装置により除電動作を伴
う試験を４回行った場合に得られた放電電流波形を示す
ものである。他方、図９は、本装置により同一条件のも
とで除電動作を伴わないで得られた放電電流波形を示す
ものである。

【００６５】両者を比較すると、除電動作を伴う場合
は、放電電流波形には殆どばらつきがない。これに対し
て、除電動作を伴わない場合は、放電電流波形にばらつ
きが生ずることが明らかである。なお、図８および図９
ともに、図中の垂直軸（電流軸）の１ＤＩＶ（１目盛）
は２Ａ、水平軸（時間軸）の１ＤＩＶは５００ｐｓであ
る。

【００６６】また、図１０は、静電容量が３０ｐＦの平
行平板コンデンサを用いて、４ｐＦの平行平板コンデン
サの場合と同一の条件のもとで、除電動作を伴う試験を
４回行った場合の放電電流波形を示し、図１１は、除電
動作を伴わない場合の放電電流波形を示している。除電
動作を伴う場合は、放電電流波形はほぼ一致してばらつ
きが見られないのに対して、除電動作を伴わない場合
は、放電電流波形に大きなばらつきが生じている。な
お、図１０および図１１における電流軸の１ＤＩＶは４
Ａ、時間軸の１ＤＩＶは５００ｐｓである。

【００６７】以上においては、試験に先立って試料デバ
イス２００および荷電板１１０を各々除電する手段とし
て、試料デバイス２００および荷電板１１０をそれぞれ
スイッチＳＷ２，ＳＷ３を介して接地する場合を例に挙
げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、その他の除電手段を用いる場合にも、本発明
は適用され得るものである。

【００６８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によるならば、あらかじめ試料デバイスおよび荷電板双
方に存在する残留電荷を除去してから試験を行うので、
残留電荷による放電電流への影響を回避することができ
る。その結果、同一の試料デバイスについて繰り返し試
験を行った場合に、放電電流波形にばらつきが生ずるこ
とがない。すなわち、試験装置としての良好な再現性が
得られ、信頼性の高い試験を実現することができる。

【００６９】また、接触針を試料デバイスの端子に接触
させておいてから試料デバイスに帯電させるので、従来
例におけるような気中放電に伴う、接触針および端子そ
れぞれの接点部の形状、接触針の接近速度あるいは湿気
などの環境条件による放電電流への影響や、接触針およ
び試料デバイスの端子の酸化による汚染などの問題も生
じない。しかも、従来例におけるような荷電板との間で
平等電界を形成するための接地金属板の下降に伴う、試
料デバイスに対する電界、静電容量および電荷量の変化
や誘導電荷量の変化に起因する試験結果のばらつきがな
い。

【００７０】さらに、荷電板と試料デバイスとの間に介
在させる絶縁物の厚さに左右されない試験が可能なの
で、絶縁物の絶縁破壊に対処するためにより厚い絶縁物
を用いた試験を行うこともできる。

【００７１】そのうえ、従来例のように、荷電板との間
で平等電界を形成する必要がないため、サイズの大きい
接地金属板の配設が不要となり、プローブ部の構成を簡
易なものとすることができる。このことは、プローブ部
の製造および保守上極めて有利である。同時に、プロー
ブ部が著しく軽量化される結果、プローブ部を移動せし
めるための駆動力は格段に小さくてすむ。加えて、装置
の使用が重ねられることによって生ずるプローブ部の駆
動系の部材の磨耗、磨耗によるガタ、ガタによる接触針
と電子デバイスの端子との位置合わせの精度の低下を改
善するという効果も得られる。

【００７２】また、試験時に、荷電板と接地金属板との
間の平等電界の中に試料デバイス全体が確実に置かれて
いるか否かを確認しなければならないという必要もない
ので、試験を行う者の負担を軽減することができる。し
たがって、本発明によりもたらされる効果は、著しく大
きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す構成概念図である。

【図２】図１に示したプローブ部の構成を示す構成図で
ある。

【図３】図１に示した静電破壊試験装置が依拠する原理
を説明するための説明図である。

【図４】図３とともに図１に示した静電破壊試験装置が
依拠する原理を説明するための説明図である。

【図５】図３および図４により説明した原理に基づく誘
起電圧を説明するための説明図である。

【図６】図１に示した静電破壊試験装置各部の動作タイ
ミングを示すタイム・チャートである。

【図７】図６とともに図１に示した静電破壊試験装置各
部の動作タイミングを示すタイム・チャートである。

【図８】図１に示した静電破壊試験装置により除電動作
を伴う試験を行った場合に得られる放電電流波形の一例
を示す波形図である。

【図９】図１に示した静電破壊試験装置により除電動作
を伴わない試験を行った場合に得られる放電電流波形の
一例を示す波形図である。

【図１０】図１に示した静電破壊試験装置により除電動
作を伴う試験を行った場合に得られる放電電流波形の他
の例を示す波形図である。

【図１１】図１に示した静電破壊試験装置により除電動
作を伴わない試験を行った場合に得られる放電電流波形
の他の例を示す波形図である。

【図１２】従来例の構成を示す構成概念図である。

【図１３】対向した２つの金属板の間の距離の変化に伴
う、一方の金属板の上に置かれた金属片の電荷量の変化
の一例を示すデータ表示図である。

【図１４】対向した２つの金属板の間の距離の変化に伴
う、一方の金属板の上に置かれた金属片の電荷量の変化
の他の例を示すデータ表示図である。

【符号の説明】

１０ プローブ部 １１ 金属体 １２ ケース ２１ 高抵抗体 １００ プローブ部 １０１ 接触針 １０２ 接地金属板 １０３ 電流検出器 １１０ 荷電板 １２０ 絶縁物 １２１ 絶縁板 ２００ 試料デバイス ２０１ａ〜２０１ｈ 端子 ３００ 平行平板コンデンサ Ｅ，Ｅａ，Ｅｂ 高電圧電源 Ｒ 抵抗器 ＳＷ１〜ＳＷ３，ＳＷａ，ＳＷｂ スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本田 昌實 東京都稲城市平尾２丁目56番８号 株式会 社インパルス物理研究所内 Ｆターム(参考） 2G003 AA00 AA07 AC00 AE09 AG03 AH00 2G032 AA00 AB00 AF01 AL00

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 任意形状の電子デバイス（２００）に単
   極電荷を誘導帯電せしめるための荷電体（１１０）の上
   に置かれた前記電子デバイスの端子（２０１ａ〜ｈ）に
   接触針（１０１）を接触せしめ、 前記接触針が前記端子に接触した後に前記電子デバイス
   に存在する電荷を除去する第１の除電および前記荷電体
   に存在する電荷を除去する第２の除電をし、 前記第１および第２の除電がそれぞれ完了した後に高電
   圧発生手段（Ｅ）からの高電圧を高抵抗体（２１）を介
   して前記荷電体に印加して前記電子デバイスに前記単極
   電荷を誘導帯電せしめ、 前記電子デバイスが誘導帯電せしめられた後に前記電子
   デバイスに蓄えられた前記単極電荷を前記接触針を介し
   て放電する電子デバイスの静電破壊試験方法。
2. 【請求項２】 任意形状の電子デバイス（２００）に単
   極電荷を誘導帯電せしめるための荷電体（１１０）と、 前記荷電体の上に置かれた前記電子デバイスの端子（２
   ０１ａ〜ｈ）に接触するための接触針（１０１）と、 高抵抗体（２１）を介して前記荷電体に高電圧を印加す
   るための高電圧発生手段（Ｅ）と、 前記高抵抗体を介して前記荷電体と前記高電圧発生手段
   とを接続するための接続手段（ＳＷ１）と、 前記電子デバイスに蓄えられた前記単極電荷を前記接触
   針を介して放電するための放電手段（ＳＷ２）と、 前記電子デバイスに存在する電荷を除去するための第１
   の除電手段と、 前記荷電体に存在する電荷を除去するための第２の除電
   手段（ＳＷ３）とを具備した電子デバイスの静電破壊試
   験装置。
3. 【請求項３】 前記放電手段が前記第１の除電手段でも
   ある請求項２記載の静電破壊試験装置。