JP2009053074A - 電界検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電場中の空間の２つの部位や電場中の空間に配置された物体の２つの導体部での電界強度差を、小型且つ簡易な構成で精度よく測定することができる電界検出装置を提供する。
【解決手段】電界検出装置１は、ＭＯＳＦＥＴ２と抵抗素子４とを直列接続してなる直列回路９と、ＭＯＳＦＥＴ３と抵抗素子５とを直列接続してなる直列回路１０とを並列に接続して構成されたホイートストンブリッジ回路６を備える。このブリッジ回路６はＭＯＳＦＥＴ２，３のゲートの電位差に応じた出力を発生する。各ゲートには電場中の空間の２つの部位に配置されるアンテナ１１，１２が接続される。あるいは、各ゲートは、電場中に配置される物体の２つの導体部に接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電場中の空間の２つの部位やプリント基板などの物体の２つの導体部に作用する電界の強度の差を測定するための電界検出装置に関する。

種々様々な分野において、電場中の空間の２つの部位に作用する電界の強度の差を測定したり、あるいは、電場中に配置された物体の２つの導体部に作用する電界の強度の差を測定することが望まれる場合が多々ある。なお、以降の説明では、電界の強度の差を単に電界強度差ということがある。

例えばＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ：metal oxide semiconductor、ＦＥＴ：field effect transistor）などの半導体デバイスを搭載するプリント基板の生産現場における実装工程や検査工程などでは、静電気障害による半導体デバイスの損傷や誤動作を防止するために、交流コロナ放電型イオン生成装置などのイオン生成装置（除電装置）によって除電を行ないながら、半導体デバイスをプリント基板に実装したり、該半導体デバイスを実装したプリント基板の動作試験を行なうことがしばしばある。この場合、イオン生成装置の放電電極には高電圧が印加されることから、その高電圧の印加によって発生する電場中にプリント基板が配置されることとなる。そして、放電電極に対するプリント基板の配置位置や、プリント基板の大きさ、形状などによっては、プリント基板上での電界強度の分布が不均一なものとなることがある。このような場合には、プリント基板上の２つの導体部（例えば２つの膜状導体）での電界強度差に起因して、それらの２つの導体部の間で比較的大きな電位差が発生することがある。そして、その電位差によってプリント基板に実装する半導体デバイスの損傷や誤動作を生じる恐れがある。このため、生産現場の実装工程や検査工程における実際の作業を開始する前に、プリント基板の配置箇所内の空間の２つの部位における電界強度差や、その配置箇所に配置したプリント基板上の２つの導体部における電界強度差を観測しておくことが望まれる。

一方、電界の強度を検出するセンサとして、従来、例えば特許文献１に見られるような音叉式振動容量型のセンサが知られている。このセンサは、帯電物などから放射される電気力線を、センサの筐体に設けた検出孔から該筐体内に導入すると共に、該筐体内で圧電素子により振動させた音叉によって交流に変換し、その変換した電気力線を筐体内の電極に入力することによって、該電極から電界の強度に応じた出力を得るようにしたものである。
特開昭５８−２０２８７７号公報

上記のように電場中の空間の２つの部位や、電場中に配置されたプリント基板などの物体の２つの導体部での電界強度差を測定するために、例えば前記特許文献１に見られるような音叉式振動容量型のセンサを２つ使用し、それらの２つのセンサにより各別に空間の２つの部位または物体の２つの導体部に作用する電界の強度を測定し、その測定値の差を求めることが考えられる。

しかしながら、音叉式振動容量型のセンサは、音叉やそれを振動させる駆動装置が必要となるため小型化が困難であると共に高価なものとなりやすい。そして、小型化が困難であることから、例えば膜状導体（配線パターン）が密集しているプリント基板において互いに近接した２つの膜状導体に作用する電界の強度を、２つのセンサにより同時に測定することが困難であると共に、各センサにより電界の強度を測定し得る部位が制約を受けやすい。また、一般に個々のセンサ毎に出力特性のばらつきがあるため、２つのセンサによる電界の強度の測定値の差として得られる電界強度差の精度を高めることが困難である。

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、電場中の空間の２つの部位や電場中の空間に配置された物体の２つの導体部での電界強度差を、小型且つ簡易な構成で精度よく測定することができる電界検出装置を提供することを目的とする。

本発明の電界検出装置の第１の態様は、かかる目的を達成するために、電場中の空間の２つの部位における電界の強度の差を測定するための電界検出装置であって、第１のＭＯＳＦＥＴと第１の抵抗素子とを直列に接続してなる第１の直列回路と、第２のＭＯＳＦＥＴと第２の抵抗素子とを直列に接続してなる第２の直列回路とを並列に接続して構成され、その両直列回路の両端間に電源電圧を印加した状態で第１のＭＯＳＦＥＴのゲートと第２のＭＯＳＦＥＴのゲートとの間の電位差に応じた出力を発生するホイートストンブリッジ回路と、前記第１のＭＯＳＦＥＴのゲートに接続された導体から成る第１のアンテナと、前記第２のＭＯＳＦＥＴのゲートに接続された導体から成る第２のアンテナとを備え、前記第１のアンテナおよび第２のアンテナを、前記電場中の空間のうちの電界の強度の差を測定すべき２つの部位にそれぞれ配置した状態で前記ホイートストンブリッジ回路に電源電圧を印加することによって、当該２つの部位の電界の強度の差に応じた出力を前記ホイートストンブリッジ回路から発生させるようにしたことを特徴とする（第１発明）。

この第１発明によれば、前記第１のアンテナおよび第２のアンテナは、それぞれ第１のＭＯＳＦＥＴのゲート、第２のＭＯＳＦＥＴのゲートに接続されているので、これらの第１および第２のアンテナを、電場中の空間のうちの電界強度差を測定すべき２つの部位にそれぞれ配置したとき、第１のＭＯＳＦＥＴのゲート・ソース間に、第１のアンテナの配置部位に作用する電界の強度に応じた電圧が発生する。そして、その電圧に応じて第１のＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン間の電圧が変化する。同様に、第２のＭＯＳＦＥＴのゲート・ソース間に、第２のアンテナの配置部位に作用する電界の強度に応じた電圧が発生する。そして、その電圧に応じて第２のＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン間の電圧が変化する。従って、各アンテナの配置部位に作用する電界の強度が互いに異なると、電源電圧が印加されたホイートストンブリッジ回路が不平衡状態となり、該ホイートストンブリッジ回路から、第１のＭＯＳＥＦＴのゲートと第２のＭＯＳＦＥＴのゲートとの間の電位差に応じた出力が発生する。このとき、第１のＭＯＳＦＥＴのゲートと第２のＭＯＳＦＥＴのゲートとの間の電位差は、第１のアンテナの配置部位と第２のアンテナの配置部位とに作用する電界の強度の差（電界強度差）に応じたものとなるので、ホイートストンブリッジ回路の出力も該電界強度差に応じたものとなる。従って、ホートストンブリッジ回路の出力によって、該電界強度差を測定できることとなる。

この場合、各ＭＯＳＦＥＴは、そのゲートとソースおよびドレイン間の絶縁性が高く、漏れ電流が微小であることから、ゲート・ソース間の電圧がゲートに接続されたアンテナに作用する電界の強度に対して高い依存性を示す。さらに、ホイートストンブリッジ回路の第１および第２の抵抗素子の抵抗値を適切に設定しておくことで、第１および第２のＭＯＳＦＥＴの特性のばらつきが、ホイートストンブリッジ回路の出力に影響を及ぼすのを防止することができる。従って、ホイートストンブリッジ回路の出力によって、両アンテナの配置部位での電界強度差を精度よく測定することができる。また、ホイートストンブリッジ回路は、第１および第２のＭＯＳＦＥＴと第１および第２の抵抗素子とで構成されるので、小型で簡易な構成なものとなる。

よって、第１発明の電界検出装置によれば、電場中の空間の２つの部位での電界強度差を、小型且つ簡易な構成で精度よく測定することができる。

また、本発明の電界検出装置の第２の態様は、前記の目的を達成するために、電場中の空間に配置された物体の２つの導体部における電界の強度の差を測定するための電界検出装置であって、第１のＭＯＳＦＥＴと第１の抵抗素子とを直列に接続してなる第１の直列回路と、第２のＭＯＳＦＥＴと第２の抵抗素子とを直列に接続してなる第２の直列回路とを並列に接続して構成され、両直列回路の両端間に電源電圧を印加した状態で第１のＭＯＳＦＥＴのゲートと第２のＭＯＳＦＥＴのゲートとの間の電位差に応じた出力を発生するホイートストンブリッジ回路を備え、前記物体のうちの電界の強度の差を測定すべき２つの導体部に前記第１のＭＯＳＦＥＴのゲートと第２のＭＯＳＦＥＴのゲートとをそれぞれ接続した状態で前記ホイートストンブリッジ回路に電源電圧を印加することによって、当該２つの導体部における電界の強度の差に応じた出力を前記ホイートストンブリッジ回路から発生させるようにしたことを特徴とする（第２発明）。

この第２発明によれば、前記物体のうちの電界の強度の差を測定すべき２つの導体部にそれぞれ第１のＭＯＳＦＥＴのゲート、第２のＭＯＳＦＥＴのゲートが接続されているので、第１のＭＯＳＦＥＴのゲート・ソース間に、該第１のＭＯＳＦＥＴのゲートに接続した導体部に作用する電界の強度に応じた電圧が発生する。そして、その電圧に応じて第１のＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン間の電圧が変化する。同様に、第２のＭＯＳＦＥＴのゲート・ソース間に、該第２のＭＯＳＦＥＴのゲートに接続した導体部に作用する電界の強度に応じた電圧が発生する。そして、その電圧に応じて第２のＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン間の電圧が変化する。従って、物体の２つの導体部に作用する電界の強度が互いに異なると、電源電圧が印加されたホイートストンブリッジ回路が不平衡状態となり、該ホイートストンブリッジ回路から、第１のＭＯＳＥＦＴのゲートと第２のＭＯＳＦＥＴのゲートとの間の電位差に応じた出力が発生する。このとき、第１のＭＯＳＦＥＴのゲートと第２のＭＯＳＦＥＴのゲートとの間の電位差は、各ゲートを接続した物体の２つの導体部に作用する電界の強度の差（電界強度差）に応じたものとなるので、ホイートストンブリッジ回路の出力も該電界強度差に応じたものとなる。従って、ホートストンブリッジ回路の出力によって、該電界強度差を測定できることとなる。

この場合、第１発明と同様に、各ＭＯＳＦＥＴは、そのゲートとソースとの間の絶縁性が高く、漏れ電流が微小であることから、そのゲート・ソース間の電圧が該ゲートに接続された導体部に作用する電界の強度に対して高い依存性を示す。さらに、ホイートストンブリッジ回路の第１および第２の抵抗素子の抵抗値を適切に設定しておくことで、第１および第２のＭＯＳＦＥＴの特性のばらつきが、ホイートストンブリッジ回路の出力に影響を及ぼすのを回避できる。従って、ホイートストンブリッジ回路の出力から物体の２つの導体部での電界強度差を精度よく測定することができる。また、ホイートストンブリッジ回路は、第１および第２のＭＯＳＦＥＴと第１および第２の抵抗素子とで構成されるので、小型で簡易な構成なものとなる。

よって、第２発明の電界検出装置によれば、電場中の空間に配置される物体の２つの導体部での電界強度差を、小型且つ簡易な構成で精度よく測定することができる。

なお、第２発明では、前記物体としては例えば半導体デバイスが実装されるプリント基板が挙げられる（第３発明）。

また、前記第１〜第３発明では、前記第１の抵抗素子または第２の抵抗素子は、可変抵抗素子であることが好ましい（第４発明）。

この第４発明によれば、第１および第２のＭＯＳＦＥＴの特性のばらつきがあっても、可変抵抗素子の抵抗値の調整によって、前記電界強度差が０である場合のホイートストンブリッジ回路の平衡を容易に採ることができる。

なお、第１〜第４発明の電界検出装置においては、ホイートストンブリッジ回路の出力を増幅する増幅回路、あるいは、ホイートストンブリッジ回路に電源電圧を印加する電源、あるいは該増幅回路および電源の両者が含まれていてもよい。ただし、該増幅回路もしくは電源を電界検出装置と別体構成としてもよい。

本発明の第１実施形態を図１および図２を参照して説明する。図１は本実施形態の電界検出装置の回路構成を示す図、図２は図１の電界検出装置の出力特性を例示するグラフである。なお、本実施形態は、前記第１発明に関する実施形態である。

図１に示すように、本実施形態の電界検出装置１は、ＭＯＳＦＥＴ２，３および抵抗素子４，５をそれぞれ各辺に備えたホイートストンブリッジ回路６と、このホイートストンブリッジ回路６（以下、単にブリッジ回路６という）に直流電源電圧を印加する直流電源７と、ブリッジ回路６の出力を増幅する差動増幅器８とを備える。

ＭＯＳＦＥＴ２，３は本実施形態の例ではｎチャネルのＭＯＳＦＥＴである。ただし、ＭＯＳＦＥＴ２，３として、例えばｐチャネルのＭＯＳＦＥＴを使用してもよい。なお、ＭＯＳＦＥＴ２，３は、ディプレション形およびエンハンスメント形のいずれでもよい。

また、本実施形態の例では、抵抗素子４，５のうちの一方、例えば抵抗素子４は固定抵抗値の抵抗素子であり、他方の抵抗素子５は、その抵抗値を調整し得る可変抵抗素子である。ただし、抵抗素子４，５のうちの抵抗素子４を可変抵抗素子により構成してもよく、あるいは両者を固定抵抗値の抵抗素子により構成してもよい。なお、抵抗素子４，５の抵抗値は、例えば数百Ω程度である。

補足すると、ＭＯＳＦＥＴ２，３は、それぞれ本発明における第１のＭＯＳＦＥＴ、第２のＭＯＳＦＥＴに相当し、抵抗素子４，５は、それぞれ本発明における第１の抵抗素子、第２の抵抗素子に相当する。

ブリッジ回路６は、ＭＯＳＦＥＴ２と抵抗素子４とを直列に接続してなる直列回路９と、ＭＯＳＦＥＴ３と抵抗素子５とを直列に接続してなる直列回路１０とを並列に接続して構成されている。この場合、ＭＯＳＦＥＴ２，３のドレインにそれぞれ抵抗素子４，５が接続されている。そして、直列回路９のＭＯＳＦＥＴ２側の一端（ＭＯＳＦＥＴ２のソース）と、直列回路１０のＭＯＳＦＥＴ３側の一端（ＭＯＳＦＥＴ３のソース）とが互いに接続されると共に、直列回路９の抵抗素子４側の他端と直列回路１０の抵抗素子５側の他端とが互いに接続されている。これにより、直列回路９，１０が並列に接続されている。

補足すると、直列回路９，１０はそれぞれ本発明における第１の直列回路、第２の直列回路に相当する。

ＭＯＳＦＥＴ２，３のゲートにはそれぞれ導体からなるアンテナ１１，１２が接続線１３，１４を介して接続され、各ゲートに導通している。この場合、接続線１３，１４を撓ませることによって、アンテナ１２，１３の位置を動かし得るようになっている。なお、アンテナ１２，１３はそれぞれ本発明における第１のアンテナ、第２のアンテナに相当するものである。

また、ＭＯＳＦＥＴ２のゲートとソースとが抵抗素子１５を介して接続され、ＭＯＳＦＥＴ３のゲートとソースとが抵抗素子１６を介して接続されている。これらの抵抗素子１５，１６は、電場中でアンテナ１２，１３に作用する電界の強度に応じて各ＭＯＳＦＥＴ２，３のソース・ドレイン間に発生する電圧の感度を適切な感度に設定するためのものである。これらの抵抗素子１５，１６は、高抵抗値の抵抗素子（例えばＭΩオーダの抵抗素子）である。なお、抵抗素子１５，１６は必ずしも必要ではなく、省略してもよい。

直流電源７は例えば電池により構成されたものであり、ブリッジ回路６の直列回路９，１０の両端間に接続されている。この場合、直流電源７の負極が直列回路９，１０のＭＯＳＦＥＴ２，３側の一端（ＭＯＳＦＥＴ２，３のソース）に接続され、直流電源７の正極が直列回路９，１０の抵抗素子４，５側の他端に接続されている。そして、直流電源７の負極は（ひいてはＭＯＳＦＥＴ２，３のソースは）接地されている。

ブリッジ回路６を構成する直列回路９のＭＯＳＦＥＴ２と抵抗素子４との間の箇所と、直列回路１０のＭＯＳＦＥＴ３と抵抗素子５との間の箇所とがブリッジ回路６の一対の出力部６ａ，６ｂとなっている。そして、この出力部６ａ，６ｂに差動増幅器８が接続されている。本実施形態の例では、差動増幅器８は、オペアンプ１７を使用して構成されたものである。より詳しくは、オペアンプ１７の負入力が抵抗素子１８を介してブリッジ回路６の出力部６ａに接続されると共に、帰還抵抗としての抵抗素子１９を介してオペアンプ１７の出力部に接続されている。また、オペアンプ１７の正入力が抵抗素子２０を介してブリッジ回路６の出力部６ｂに接続されると共に、抵抗素子２１を介して接地されている。なお、抵抗素子１８，２０の抵抗値は互いに同一であり（例えば１ｋΩ）、抵抗素子１９，２１の抵抗値（例えば２ｋΩ）は互いに同一である。

このように構成された差動増幅器８は、ブリッジ回路６の出力部６ａ，６ｂの間に発生する電位差に比例する電圧信号をオペアンプ１７から出力する。なお、差動増幅器８は、上記した構成に限られるものではない。例えば、トランジスタなどのディスクリート素子を使用して差動増幅器を構成してもよい。

以上が本実施形態の電界検出装置１の構成である。なお、電界検出装置１のアンテナ１１，１２および接続線１３，１４以外の部分（ブリッジ回路６、直流電源７、および差動増幅器８）は、図示しない筐体に収容されている。ただし、ブリッジ回路６と、直流電源７および差動増幅器８の両者もしくはその一方とを別体構成として、それらを接続線で接続するようにしてもよい。また、直流電源７をブリッジ回路６と別体構成とする場合、交流電源からＡＣ／ＤＣコンバータを介して直流電源電圧を生成するような直流電源を使用してもよい。

次に本実施形態の電界検出装置１を使用して、電場中の空間の２つの部位における電界の強度の差（電界強度差という）を測定する手法を説明する。

本実施形態の電界検出装置１では、電界強度差の測定を行う前に、アンテナ１１，１２を接地させた状態（アンテナ１１，１２を等電位に保持した状態）で、ブリッジ回路６が平衡するように、換言すれば、ブリッジ回路６の出力部６ａ，６ｂの間の電位差が０に保持されるように可変抵抗素子である抵抗素子５の抵抗値を調整しておく。ここで、ＭＯＳＦＥＴ２，３は、互いに同一の仕様の製品であっても、一般には、それぞれの特性のばらつきがある。そこで、アンテナ１１，１２を接地させた状態で、抵抗素子５の抵抗値を調整することによって、ブリッジ回路６の平衡を採るようにしている。この場合、抵抗素子５が可変抵抗素子であるので、その抵抗値を容易に調整できる。

このようにブリッジ回路６の平衡を採った電界検出装置１のアンテナ１１，１２を、電場中の空間内で電界強度差を測定しようとする２つの部位に配置する。このとき、各ＭＯＳＦＥＴ２，３のゲートに導通しているアンテナ１１，１２には、それぞれの配置位置に作用する電界の強度に応じた量の電荷が集中すると共に、その電荷と逆極性の電荷が各ＭＯＳＦＥＴ２，３のゲートに集中するため、各ＭＯＳＦＥＴ２，３のゲート・ソース間に、各アンテナ１１，１２の配置位置に作用する電界の強度に応じた電圧が発生する。そして、そのゲート・ソース間の電圧に応じて各ＭＯＳＦＥＴ２，３のソース・ドレイン間の抵抗、ひいては電圧が変化する。

この場合、各アンテナ１１，１２の配置位置での電界の強度が互いに異なると、ＭＯＳＦＥＴ２のソース・ドレイン間の電圧とＭＯＳＦＥＴ３のソース・ドレイン間の電圧との差に応じてブリッジ回路６の出力部６ａ，６ｂの間に電位差が発生する。そして、この電位差が差動増幅器８で増幅されて、該差動増幅器８から出力される。

このとき、ブリッジ回路６の出力部６ａ，６ｂの間の電位差、ひいては、差動増幅器８の出力電圧は、アンテナ１１，１２の配置位置での電界強度差に応じたものとなる。従って、差動増幅器８の出力電圧によって、アンテナ１１，１２を配置した電場中の空間の２つの部位における電界強度差を測定することができることとなる。

この場合、アンテナ１１，１２の一方の配置位置を固定して、他方のアンテナの配置位置を可変的に設定するようにすれば、固定した配置位置での電界の強度を基準として、電場中の空間内の電界の強度の分布を測定することもできる。

図２は本実施形態の電界検出装置１の出力特性を例示するグラフである。このグラフは、アンテナ１１，１２のうちの一方を接地すると共に、他方のアンテナを平行板電極間に配置して、該平行板電極間に複数種類の電圧を印加することで、該他方のアンテナに複数種類の強度の電界を作用させた場合における差動増幅器８の出力電圧の計測結果を示すグラフである。このグラフの横軸は上記他方のアンテナに作用する電界の強度、縦軸は差動増幅器８の出力電圧である。この場合、平行板電極間に印加した電圧は、一定周波数（５０Ｈｚ）の矩形波電圧である。

図２に示すように、電界検出装置１の出力特性は、上記他方のアンテナに作用する電界の強度に対してほぼリニアに差動増幅器８の出力電圧が変化する特性となることが確認された。

以上説明した電界検出装置１によれば、ＭＯＳＦＥＴ２，３および抵抗素子４，５により構成されたブリッジ回路６を含む小型で且つ簡単な構成で、電場中の空間の２つの部位での電界強度差を測定することができる。この場合、アンテナ１１，１２をＭＯＳＦＥＴ２，３のゲートに接続しているので、各ＭＯＳＦＥＴ２，３のゲート・ソース間の電圧が、各アンテナ１１，１２に作用する電界の強度に対して高い依存性を示すこととなる。また、ブリッジ回路６を構成することによって、電界検出装置１の出力特性が、ＭＯＳＦＥＴ２，３の特性のばらつきの影響を受けないようにすることができる。その結果、電場中の空間の２つの部位における電界強度差を精度よく測定することができる。

次に、本発明の第２実施形態を図３を参照して説明する。図３は本実施形態の電界検出装置の回路構成と、該電界検出装置による電界強度差の測定対象としての物体とを示す図である。なお、本実施形態は、前記第２発明に関する実施形態である。また、本実施形態の説明において、第１実施形態と同一の構成部分については、第１実施形態と同一の参照符号を用いて説明を省略する。

図３を参照して、本実施形態の電界検出装置３１は、電場中に配置される物体の一例としてのプリント基板Ｗの２つの導体部での電界強度差を測定するものである。プリント基板Ｗは、図３に仮想線で示す如くＩＣチップなどの半導体デバイスＤが実装される基板であり、その表面や裏面に図示を省略する導体部としての膜状導体のパターン（配線パターン）が形成されている。プリント基板Ｗに実装される半導体デバイスの各端子は、半田付けにより所定の膜状導体に導通される。

本実施形態の電界検出装置３１は、その一部の構成のみが第１実施形態の電界検出装置１と相違している。その相違点を説明すると、ＭＯＳＦＥＴ２，３のゲートにそれぞれ接続された接続線３２，３３が各ゲートから導出されている。これらの接続線３２，３３を介してプリント基板Ｗの所望の膜状導体にＭＯＳＦＥＴ２，３のそれぞれのゲートを接続して導通させることが可能となっている。従って、本実施形態では、ＭＯＳＦＥＴ２，３のゲートにはアンテナが接続されていない。これ以外の電界検出装置３１の構成は、第１実施形態と全く同一である。

次に本実施形態の電界検出装置３１を使用して、プリント基板Ｗの２つの部位における電界強度差を測定する手法を説明する。なお、本実施形態の電界検出装置３１においても第１実施形態と同様に、事前にブリッジ回路６の平衡が採られている。すなわち、ＭＯＳＦＥＴ２，３のゲートをそれぞれ接続線３２，３３を介して接地した状態で、ブリッジ回路６が平衡するように（ブリッジ回路６の出力部６ａ，６ｂの間に発生する電位差が０になるように）事前に抵抗素子５の抵抗値が調整されている。

本実施形態では、電界検出装置３１は、図示を省略する交流コロナ放電型イオン生成装置などのイオン生成装置による除電を行いながら、プリント基板Ｗに半導体デバイスＤを実装したり、あるいは、その実装後の動作試験を行なう生産現場において、実際の実装作業や動作試験を開始する前に、プリント基板Ｗの２つの膜状導体における電界強度差を測定するために使用される。すなわち、その生産現場においては、イオン生成装置の放電電極に印加される高電圧によって発生する電場中にプリント基板Ｗが配置されるので、イオン生成装置とプリント基板Ｗとの位置関係などによっては、プリント基板の互いに異なる膜状導体に作用する電界の強度が異なり、ひいては、それらの膜状導体の間で比較的大きな電位差が発生することがある。そして、このような状態でプリント基板Ｗに半導体デバイスＤを実装したり、あるいは、その実装後に動作試験を行なうと、半導体デバイスＤの損傷や誤動作を生じる恐れがある。

そこで、事前に、イオン生成装置による電場中にプリント基板Ｗを配置した状態で、電界検出装置３１を使用してプリント基板Ｗの２つの膜状導体における電界強度差を測定しておく。

この場合、プリント基板Ｗの厚み方向の両面のうちの一方の面側（図３では上面側）に該プリント基板Ｗと間隔を存してイオン生成装置が設置される。また、電界検出装置３１は、イオン生成装置とプリント基板Ｗとの間の電場に影響を及ぼさないように、プリント基板Ｗの厚み方向の両面のうちの他方の面側（図３では下面側）に配置される。そして、電界検出装置３１の接続線３２，３３を、プリント基板Ｗの電界強度差を測定しようとする２つの膜状導体にそれぞれ接続して導通させておく。例えば、プリント基板Ｗの膜状導体のうちの接地用の膜状導体と、該プリント基板Ｗに実装する任意の半導体デバイスＤのゲート信号用の膜状導体とに接続線３２，３３をそれぞれ接続する。なお、その接続のために接続線３２，３３の一部がプリント基板Ｗのイオン生成装置に対向する面側（図３では上面側）に延出してもよい。

この状態で、イオン生成装置の運転が行なわれ、プリント基板Ｗは、イオン生成装置の運転によって発生する電場中に晒される。

このとき、プリント基板Ｗに対する接続線３２，３３のそれぞれの接続部位には、それぞれに作用する電界の強度に応じた量の電荷が集中すると共に、その電荷と逆極性の電荷が各ＭＯＳＦＥＴ２，３のゲートに集中するため、各ＭＯＳＦＥＴ２，３のゲート・ソース間に、プリント基板Ｗに対する接続線３２，３３のそれぞれの接続部位に作用する電界の強度に応じた電圧が発生する。そして、そのゲート・ソース間の電圧に応じて各ＭＯＳＦＥＴ２，３のソース・ドレイン間の抵抗、ひいては電圧が変化する。

この場合、プリント基板Ｗに対する接続線３２，３３のそれぞれの接続部位での電界の強度が互いに異なると、ＭＯＳＦＥＴ２のソース・ドレイン間の電圧とＭＯＳＦＥＴ３のソース・ドレイン間の電圧との差に応じてブリッジ回路６の出力部６ａ，６ｂの間に電位差が発生する。そして、この電位差が差動増幅器８で増幅されて、該差動増幅器８から出力される。

このとき、ブリッジ回路６の出力部６ａ，６ｂの間の電位差、ひいては差動増幅器８の出力電圧は、プリント基板Ｗに対する接続線３２，３３のそれぞれの接続部位における電界強度差に応じたものとなる。従って、差動増幅器８の出力電圧によって、イオン生成装置による電場中に配置されたプリント基板Ｗの２つの膜状導体における電界強度差を測定することができることとなる。

この場合、プリント基板Ｗに対する接続線３２，３３の一方の接続部位を固定して、他方の接続線の接続部位を可変的に設定するようにすれば、固定した接続部位での電界の強度を基準として、プリント基板Ｗの各膜状導体での電界の強度の分布を測定することもできる。

なお、以上説明した各実施形態において、各ＭＯＳＦＥＴ２，３のゲートとソースとの間に所定の周波数域の通過特性を有するフィルタを介装するようにしてもよい。このようにすると、第１実施形態におけるアンテナ１１，１２に作用する電界、あるいは、第２実施形態におけるプリント基板Ｗに作用する電界のうち、所定の周波数域の電界に関する電界強度差に応じた出力をブリッジ回路６に発生させるようにすることができる。

また、前記第２実施形態では、物体としてのプリント基板Ｗに電界検出装置３１を適用する場合を例に採って説明したが、プリント基板Ｗ以外の物体についても電界検出装置３１を使用して、該物体の２つの導体部での電界強度差を測定するようにすることも可能である。例えば電場中に配置される半導体デバイスの２つの端子（導体部）に前記接続線３２，３３を接続することによって、それらの２つの端子における電界強度差を測定するようにすることもできる。

本発明の第１実施形態の電界検出装置の回路構成を示す図。 図１の電界検出装置の出力特性を例示するグラフ。 本発明の第２実施形態の電界検出装置の回路構成と、該電界検出装置による電界強度差の測定対象としての物体とを示す図。

符号の説明

１，３１…電界検出装置、２…ＭＯＳＦＥＴ（第１のＭＯＳＦＥＴ）、３…ＭＯＳＦＥＴ（第２のＭＯＳＦＥＴ）、４…抵抗素子（第１の抵抗素子）、５…抵抗素子（第２の抵抗素子）、６…ホイートストンブリッジ回路、７…直流電源、９…直列回路（第１の直列回路）、１０…直列回路（第２の直列回路）、１１…アンテナ（第１のアンテナ）、１２…アンテナ（第２のアンテナ）、Ｗ…プリント基板（物体）、Ｄ…半導体デバイス。

Claims (4)

1. 電場中の空間の２つの部位における電界の強度の差を測定するための電界検出装置であって、
   第１のＭＯＳＦＥＴと第１の抵抗素子とを直列に接続してなる第１の直列回路と、第２のＭＯＳＦＥＴと第２の抵抗素子とを直列に接続してなる第２の直列回路とを並列に接続して構成され、その両直列回路の両端間に電源電圧を印加した状態で第１のＭＯＳＦＥＴのゲートと第２のＭＯＳＦＥＴのゲートとの間の電位差に応じた出力を発生するホイートストンブリッジ回路と、
   前記第１のＭＯＳＦＥＴのゲートに接続された導体から成る第１のアンテナと、
   前記第２のＭＯＳＦＥＴのゲートに接続された導体から成る第２のアンテナとを備え、
   前記第１のアンテナおよび第２のアンテナを、前記電場中の空間のうちの電界の強度の差を測定すべき２つの部位にそれぞれ配置した状態で前記ホイートストンブリッジ回路に電源電圧を印加することによって、当該２つの部位の電界の強度の差に応じた出力を前記ホイートストンブリッジ回路から発生させるようにしたことを特徴とする電界検出装置。
2. 電場中の空間に配置された物体の２つの導体部における電界の強度の差を測定するための電界検出装置であって、
   第１のＭＯＳＦＥＴと第１の抵抗素子とを直列に接続してなる第１の直列回路と、第２のＭＯＳＦＥＴと第２の抵抗素子とを直列に接続してなる第２の直列回路とを並列に接続して構成され、両直列回路の両端間に電源電圧を印加した状態で第１のＭＯＳＦＥＴのゲートと第２のＭＯＳＦＥＴのゲートとの間の電位差に応じた出力を発生するホイートストンブリッジ回路を備え、
   前記物体のうちの電界の強度の差を測定すべき２つの導体部に前記第１のＭＯＳＦＥＴのゲートと第２のＭＯＳＦＥＴのゲートとをそれぞれ接続した状態で前記ホイートストンブリッジ回路に電源電圧を印加することによって、当該２つの導体部における電界の強度の差に応じた出力を前記ホイートストンブリッジ回路から発生させるようにしたことを特徴とする電界検出装置。
3. 請求項２記載の電界検出装置において、前記物体は半導体デバイスが実装されるプリント基板であることを特徴とする電界検出装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電界検出装置において、前記第１の抵抗素子または第２の抵抗素子は、可変抵抗素子であることを特徴とする電界検出装置。

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