JP3558425B2 - 信号切換装置およびスイッチ回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体等のデバイス試験に好適なスイッチ回路に関し、より詳細には、被測定デバイス（以下、「ＤＵＴ」という）のストレス試験用の切換装置、および２つの信号源からの信号の切換えに用いるスイッチ回路に関する。
【０００２】
【技術背景】
微小電圧，微小電流で動作する半導体デバイス等の、経時特性，過負荷特性等（たとえば、半導体絶縁層のストレス印加による経時的な破壊特性）を測定するために、複数の同一規格のＤＵＴ（トランジスタ，ＩＣ，ＬＳＩ等）にストレス信号（一般に、定格電流，定格電圧レベル以上の信号）を長時間（たとえば、１５００〜２０００時間）連続的または断続的に与えて、上記ＤＵＴに流れる電流を定期的に検出する方法が知られている。
【０００３】
図４は、従来の信頼性測定用の切換装置の構成を示すもので、切換装置１′は、微小電流測定装置（以下、単に「測定装置」と言う）１０１からの微小電流測定用信号Ｓ１を入力する測定信号端子１１、該測定装置１０１からのガード信号ＳＧを入力するガード信号端子１２、およびストレス信号源１０２からのストレス信号Ｓ２を入力するストレス信号端子１３を入力端子として持っている。
さらに、切換装置１′は、それぞれが異なるＤＵＴ１０３ａ，１０３ｂ，・・・に接続される、複数のＤＵＴ接続端子１４ａ，１４ｂ・・・を出力端子として持っている。
【０００４】
微小電流測定装置１０１には、たとえば定電圧源からＤＵＴに電圧を印加して該ＤＵＴに流れる電流を測定すること、および／あるいは定電流源からＤＵＴに電流を流して該ＤＵＴの両端の電圧を測定することが可能な電圧電流測定装置が用いられる。
【０００５】
切換装置１′は、３つの入力端子１１，１２，１３と各出力端子１４ａ，１４ｂ，・・・との間に、それぞれ同一構成の切換回路２′ａ，２′ｂ，・・・を有している。各切換回路は、ガード付きスイッチ３３、電流制限抵抗（固定抵抗）５′、ガード付きライン６１，６２、ストレス信号用のガード付きスイッチ４３から構成されている。
測定信号端子１１は、各切換回路のガード付きスイッチ３３、ガード付きライン６１、電流制限抵抗５′、ガード付きライン６２を介してＤＵＴ接続端子（切換回路２′ａでは１４ａ）に接続されている。ガード信号端子１２は、ガード付きスイッチ３３のガードに接続されると共に、ガード付きライン６１，６２のガードに接続されている。入力端子１３は、ガード付きスイッチ４３を介して、ガード付きスイッチ３３の出力側に接続されている。また、ガード付きスイッチ４３のガードは、前記ガード付きライン６１，６２のガードに接続されている。
【０００６】
ストレス信号源１０２により全ＤＵＴ１０３ａ，１０３ｂ，・・・に対してストレス信号Ｓ２が与えられるときには、全ての切換回路２′ａ，２′ｂ，・・・のガード付きスイッチ３３はオフとされ、ガード付きスイッチ４３はオンとされる。ストレス信号Ｓ２により、何れかのＤＵＴが破損すると、多くの場合該ＤＵＴが接続されているＤＵＴ接続端子の電位が急激に降下（極端な場合グランド電位と等しくなる）する。この場合において、電流制限抵抗５′は、ストレス信号源１０２が過負荷となることを防止すると共に、破損していない他のＤＵＴへの供給電流が不足となるのを防止する。
【０００７】
どのＤＵＴが破壊されたかを検出するために、各ＤＵＴを１つずつストレス信号源から切り離すと共に測定装置に接続し、該ＤＵＴに流れる電流を測定する。たとえば、ＤＵＴ１０３ａが破壊されたか否かを検出する場合には、切換回路２′ａのみのガード付きスイッチ３３をオンとし、かつ、この切換回路２′ａのみのガード付きスイッチ４３をオフとする。あるいは切換回路２′ａ以外の切換回路２′ｂ等のガード付きスイッチ４３をもオフとして、ＤＵＴ１０３ｂ等もストレス信号源から切り離すようにしてもよい。測定装置１０１からの微小電流測定用信号Ｓ１は、切換回路２′ａを介してＤＵＴ１０３ａに与えられ、測定装置１０１は、測定用信号Ｓ１の電流値が所定の値を越えるか否かを測定することで、ＤＵＴ１０３ａが破壊されたか否かを検出する。
他のＤＵＴ１０３ｂ等についても、上述と同様、対応する切換回路２′ｂ等の各スイッチを順次切り換えて微小電流測定用信号Ｓ１を与えることで、どのＤＵＴに回路破壊が生じたか否かを検出することができる。
【０００８】
しかし、図４に示した切換装置１′は、以下のような種々の問題を有している。
（１）たとえば、測定装置１０１によりＤＵＴ１０３ａを測定するために、微小電流測定用信号Ｓ１を与える場合、電流制限抵抗５′で電圧降下が生じるため、各ＤＵＴに、本来印加するべき適正な電圧を印加できない。この場合、上記電圧降下分を考慮した補正をすることも不可能ではないが、補正に要する処理が煩雑となる。また、各電流制限抵抗５′は、それぞれ抵抗値にバラツキがあることもあり上記補正は容易ではない。しかも、各電流制限抵抗５′の抵抗値を特定できたとしても、温度変化による影響も考慮しなくてはならず、従来の切換装置１′を用いた測定では、正確な微小電流の測定が困難である。
このため、該ＤＵＴの破壊の前兆を捉えるような微妙な経時変化の測定には上記の切換装置１′を用いることはできない。
【０００９】
（２）図５に、切換回路２′ａの微小電流測定用信号の経路における、ガードと、入力端子１１、ガード付きスイッチ３３の出力側端子、電流制限抵抗５′、および出力端子１４ａとの間の寄生インピーダンス（ＲＣ並列回路）ｚ１，ｚ２，ｚ３，ｚ４を示す。
測定装置１０１により、たとえばＤＵＴ１０３ａに微小電流測定用信号Ｓ１を与えた場合、電流制限抵抗５′で生じる電圧降下により、インピーダンスｚ４に加わる電圧が大きくなる。このため、インピーダンスｚ４の抵抗（Ｒ）を介して漏れ電流が流れてしまい、各ＤＵＴに流れる電流を正確に測定することができない。たとえば、インピーダンスｚ４の抵抗が１ＧΩ、電圧降下が０．２Ｖであるような場合には、誤差電流は０．２ｎＡにもなり、ｐＡオーダでの微小電流の測定は実質上不可能となる。
【００１０】
（３）スイッチ４３がオンとなるときには、インピーダンスｚ４には、スイッチ信号の電圧と、ガード信号の電圧との差分の電圧が加えられる。このことから、ガード付きスイッチ４３のオフ直後では、ｚ４の両端に電位差を生じるために、ｚ４の誘電体にいわゆる誘電吸収が生じ、電流測定のためにスイッチ４３をオフし、スイッチ３３をオンした後も、誘電余効がおさまるまで測定を待たなければならない。ストレス信号源１０２の出力が１００Ｖであるような場合には、誘電分極による電流がｆＡのレベルにまで落ち着くのに数十秒を要することすらあり、図４に示した従来の切換装置１′では、大きな問題となる。
【００１１】
（４）上述の問題を解決するために、電流制限抵抗５′に代えて、電圧降下が電流に依存せず、電流値が設定値を越えないときは抵抗値が０Ω、設定値を越えたときには抵抗値が無限大となるような電流制限回路を採用することが好ましい。このような電流制限回路は、半導体デバイスにより製造されるため、信号経路中に漏れ電流が生じ易い。このため、これを従来の切換装置１′に用いると、漏れ電流のためにかえって微小電流の測定に支障が生じる可能性があった。
【００１２】
【発明の目的】
本発明の目的は、ストレス信号の経路中に介在していた電流制限抵抗の影響を解消することで、ＤＵＴの破壊，その前兆等の測定を正確かつ高速に行うことを可能とする、ＤＵＴの信頼性の測定に好適な信号切換装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、ストレス信号経路と微小電流測定用信号経路の切換回路を工夫することにより、製造コストダウンを図ることができる上記信号切換装置を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、２つの信号源のうち、一方の信号源からの信号がスイッチ回路を介してガード付き信号線に接続されている場合に、該スイッチ回路がオフ状態でありかつ該ガード付き信号線に信号が表れているときに、該スイッチ回路として安価なものを採用できる回路構成を提供することにある。
【００１３】
【発明の概要】
本発明の切換装置は、測定装置からの微小電流測定用信号が入力される測定信号端子と、該測定装置からのガード信号が入力されるガード信号端子と、ストレス信号源からのストレス信号が入力されるストレス信号端子とを入力端子として持ち、また、異なるＤＵＴに、前記ストレス信号または前記微小電流測定用信号を出力する、複数のＤＵＴ接続端子を出力端子として持つ。さらに、この切換装置は、前記３つの入力端子と前記各出力端子との間に、それぞれ同一構成の切換回路が形成されている。
【００１４】
微小電流測定用信号およびストレス信号として、直流電流，直流電圧、交流電流，交流電圧、これらの重畳したもの、あるいはパルス等種々の信号が用いられる。ストレス信号源は、複数のＤＵＴに同時にストレス信号を供給しなくてはならないが、測定装置は、１つのＤＵＴのみに微小電流測定用信号を供給できればよい。ストレス信号源や測定装置は、１つの切換装置にただ１つ接続されるとは限らず、複数接続されることもある。ガード信号端子には、通常は測定信号端子に与えられる電圧と同一の値の電圧が与えられる。ＤＵＴには、ＬＳＩ，トランジスタ等の半導体装置の他、抵抗やコンデンサ等の電気素子が含まれる。
【００１５】
本発明の切換装置は、基本的には同一種・複数のＤＵＴに同一のストレスを与え、該ストレスによる影響を経時的に測定するために用いられる。したがって、ＤＵＴ接続端子（出力端子）に接続されるＤＵＴは、原則的には同一種であるが、各出力端子に異なる種類のＤＵＴを振り分けて測定を行うことも可能である。この場合、ＤＵＴの種類に応じて、異なるストレス信号源や異なる測定装置を用いることもできる。
【００１６】
各切換回路は、
（ａ）入力側が前記測定信号端子に接続されたガード付きスイッチと、
入力側が前記ガード信号端子および前記ガード付きスイッチのガードに接続された前記ガード付きスイッチに連動するガード用スイッチと、
からなる第１スイッチ回路、
（ｂ）入力側が前記ストレス信号端子に接続された電流制限回路、
（ｃ）入力側が前記電流制限回路の出力側に接続され、出力側が前記第１スイッチ回路のガード付きスイッチの出力側に接続されたガード出力端子を持つ第２スイッチ回路、
（ｄ）一端が前記第１スイッチ回路のガード付きスイッチの出力側に接続され、他端が前記ＤＵＴ接続端子に接続され、ガードが前記第１スイッチ回路のガード用スイッチの出力側および前記第２スイッチ回路のガード出力端子に接続された、ガード付きライン、
を有している。
【００１７】
第２スイッチ回路は、単一のガード付きスイッチにより構成することもでき、この場合にはガードが該スイッチ回路のガード出力端子となる。また、通常、第２スイッチ回路は、後述する図１および図２において説明するように、２つのスイッチにより構成する（一方のスイッチはガード付きスイッチである）こともできる。さらに、第２スイッチ回路は、後述する図１および図２の構成に限らず、ガード付きスイッチと、そのガードに一方端が接続され他方端が接地されたグランド用スイッチとの２つの相互に連動するスイッチにより構成することもできる。
なお、通常、本発明の切換装置では、上記各スイッチとして、リードリレーが用いられるが、これに限定されるものではない。
また、ＤＵＴ接続端子から引き出されるラインにガードが必要となる場合には、各ＤＵＴ接続端子と対に、ガード用の出力端子（ガード付きラインのガードに接続される）を設けることができる。
【００１８】
本発明においては、電流制限回路として固定抵抗を用いてもよい。また、電流制限回路は微小電流測定用信号の経路中に介在していないので、それ自体が漏れ電流を持つような電流制限回路（たとえば、安価な能動素子等を用いた電子回路部品）を採用してもよい。さらに、電流制限回路を、電流制限値が変更可能な回路により構成してもよい。また、電流制限回路は微小電流測定用信号の経路中に介在していないことから、第１スイッチ回路のガード付きスイッチと前記ＤＵＴ接続端子との間の、同軸ケーブル，基板上パターン等からなるガード付きラインの長さを短縮することも可能となる。
【００１９】
本発明の切換装置は、以下のように動作する。たとえば、ＤＵＴに微小電流測定用信号を送出するとき（微小電流測定時）には、何れか１つの切換回路のみの第１スイッチ回路をオンとすると共に、当該切換回路のみの第２スイッチ回路または全ての切換回路の第２スイッチ回路をオフとする。測定装置からの微小電流測定用信号は、第１スイッチ回路およびガード付きラインを介して何れかのＤＵＴに与えられる。測定装置は、微小電流測定用信号の電流値をｐＡオーダ以上の精度で測定し、該ＤＵＴに破壊の前兆が生じているか否か等を検出することができる。
【００２０】
また、ＤＵＴに微小電流測定用信号を送出しないとき（微小電流非測定時）には、全ての切換回路の第１スイッチ回路をオフとし、全ての切換回路の第２スイッチ回路をオンとする。ストレス信号源からのストレス信号は、電流制限回路、第２スイッチ回路、およびガード付きラインを介して各ＤＵＴに与えられる。何れかのＤＵＴが破壊され、該ＤＵＴが接続されているＤＵＴ接続端子の電位が急激に降下しても、電流制限回路により、ストレス信号源が過負荷になることはなく、破壊されていない他のＤＵＴへのストレス信号の供給不足は生じない。
【００２１】
本発明の切換装置では、第２スイッチ回路を、ガード付きスイッチと、これに連動するガード用スイッチとにより構成することができる。この場合、前記ガード用スイッチの一端が前記ガード付きスイッチの一端に、該ガード用スイッチの他端が該ガード付きスイッチのガードにそれぞれ接続される。ここで、前記ガード付きスイッチの一端および他端が、前記第２スイッチ回路の入力側および出力側となり、前記ガード用スイッチの他端が前記第２スイッチ回路のガード出力端子となる。
【００２２】
また、本発明の切換装置では、第２スイッチ回路を、ガード付きスイッチと、これに連動する入力側スイッチとの直列接続により構成することができる。この場合、前記ガード付きスイッチのガードが、該ガード付きスイッチと前記入力側スイッチとの接続点に接続される。ここで、前記入力側スイッチの前記ガード付きスイッチが接続されていない側が前記第２スイッチ回路の入力側となり、前記ガード付きスイッチの前記入力側スイッチが接続されていない側が前記第２スイッチ回路の出力側となる。また、前記ガード付きスイッチのガードが前記第２スイッチ回路のガード出力端子となる。
【００２３】
本発明のスイッチ回路は、出力側ガード付きスイッチと入力側スイッチとが直列接続され、前記出力側ガード付きスイッチのガードが、該ガード付きスイッチと前記入力側スイッチとの接続点に接続されて構成されるもので、出力側に接続した外部デバイスに、他の信号源からのフォースラインおよびガードラインが接続されている場合に、入力側に接続した信号源から、前記外部デバイスに信号を送出するために用いられる。
このスイッチ回路は、以下のように動作する。たとえば、前記他の信号源からのフォース信号およびガード信号が、前記フォースラインおよび前記ガードラインに表れるときには、前記２つのスイッチを同時にオフする。また、前記他の信号源からのフォース信号およびガード信号が、前記フォースラインおよび前記ガードラインに表れない場合において、前記入力側スイッチの入力側に接続された信号源からの信号を前記外部デバイスに送出するときには、前記２つのスイッチを同時にオンする。
【００２４】
本発明のスイッチ回路では、前記他の信号源からのフォース信号およびガード信号が、前記フォースラインおよびガードラインにそれぞれ表れているとき、すなわち、前記入力側スイッチおよび前記出力側ガード付きスイッチを同時にオフしているときに、出力側ガード付きスイッチの両端子間の電位差は微小で、概ねｍＶ以下であるので、出力側ガード付きスイッチとして、絶縁抵抗が小さい値のものを採用することができる。
【００２５】
【実施例】
図１は、本発明の信号切換装置の実施例を示す図であり、同図において、信号切換装置１は、入力端子として測定信号端子１１，ガード信号端子１２，ストレス信号端子１３の３つの端子を入力端子として持ち、複数のＤＵＴ接続端子１４ａ，１４ｂ，・・・を出力端子として持つ。
測定信号端子１１，ガード信号端子１２には、微小電流測定用信号Ｓ１およびガード信号ＳＧを出力する測定用測定装置１０１が接続され、ストレス信号端子１３には、ストレス信号Ｓ２を出力するストレス信号源（ここでは、直流信号源）１０２が接続されている。また、各ＤＵＴ接続端子１４ａ，１４ｂ，・・・には、同一種のＤＵＴ１０３ａ，１０３ｂ，・・・がそれぞれ接続されている。
【００２６】
３つの入力端子１１，１２，１３と各出力端子１４ａ，１４ｂ，・・・との間には、それぞれ同一構成の切換回路２ａ，２ｂ，・・・が形成されている。各切換回路は、第１スイッチ回路３、第２スイッチ回路４１、電流制限回路５およびガード付きライン６を有して構成されている。
第１スイッチ回路３は、入力側が測定信号端子１１に接続されたガード付きスイッチ３１と、入力側がガード信号端子１２およびガード付きスイッチ３１のガードに接続されたガード用スイッチ３２とからなる。ガード用スイッチ３２はガード付きスイッチ３１に連動するように動作する。
【００２７】
本実施例において、電流制限回路５は電子回路により構成されている。この電流制限回路５は、入力側が前記ストレス信号端子１３に接続されている。
【００２８】
第２スイッチ回路４１は、本実施例では、ガード付きスイッチ４１１と、これに連動するガード用スイッチ４１２とからなり、ガード用スイッチ４１２の一端はガード付きスイッチ４１１の一端に接続され、他端はガード付きスイッチ４１１のガードに接続されている。なお、第２スイッチ回路４１では、ガード付きスイッチ４１１の両端が入出力端となり、ガード用スイッチ４１２の他端（ガード付きスイッチ４１１の一端に接続されていない側）がガード出力端子となっている。
【００２９】
ガード付きライン６は、芯線の一端がガード付きスイッチ３１の出力側に接続され、他端がＤＵＴ接続端子（切換回路２ａでは、１４ａである）に接続されており、ガードがガード用スイッチ３２の出力側およびガード用スイッチ４１２の出力側（すなわち、第２スイッチ回路４１のガード出力端子）に接続されている。なお、図１では、切換装置１の出力端子としてＤＵＴ接続端子１４ａ，１４ｂ，・・・のみを設けたが、ＤＵＴ１０３ａ，１０３ｂ，・・・の近傍にガードが必要な場合には、ガード付きライン６のガードに接続されたガード用の出力端子を設けることができる。
【００３０】
図１からも明らかなように、電流制限回路５は、微小電流測定用信号に影響を与えない位置に設けられるので、電流制限回路５として固定抵抗（抵抗素子）以外の、漏れ電流を持つような電子回路部品を採用しても、微小電流の測定に影響を与えることは殆どない。
また、電流制限回路５を、制限電流値を外部から変更できる電子回路により構成することもできる。
【００３１】
図１の切換装置１において、ＤＵＴに微小電流測定用信号Ｓ１を送出するとき（微小電流非測定時）には、全ての切換回路２ａ，２ｂ，・・・の第１スイッチ回路３をオフ（すなわち、ガード付きスイッチ３１およびガード用スイッチ３２をオフ）とすると共に、全ての切換回路の第２スイッチ回路４１をオン（すなわち、ガード付きスイッチ４１１およびガード用スイッチ４１２はオン）とし、ＤＵＴ１０３ａ，１０３ｂ，・・・にストレス信号（本実施例では直流電圧信号）Ｓ２を与える。
【００３２】
図１の切換装置１において、ＤＵＴに微小電流測定用信号Ｓ１を送出しないとき（微小電流測定時）には、何れか１つの切換回路、たとえば切換回路２ａのみの第１スイッチ回路３をオン（すなわち、ガード付きスイッチ３１およびガード用スイッチ３２をオン）とし、切換回路２ａの第２スイッチ回路４１はオフ（すなわち、ガード付きスイッチ４１１およびガード用スイッチ４１２はオフ）とする。これにより、測定装置１０１は、ＤＵＴ１０３ａに微小電流測定用信号（本実施例では直流電圧信号）Ｓ１が与えられ、その応答（ＤＵＴ１０３ａを流れる電流）が測定される。
【００３３】
切換回路２ａを介してＤＵＴ１０３ａに微小電流測定用信号Ｓ１を与えている期間中、残る全ての切換回路２ｂ等の各第２スイッチ回路４１をオンとすることもできるし、オフとすることもできる。たとえば、微小電流測定用信号Ｓ１とストレス信号Ｓ２とが同一の電圧値の信号である場合には、上記切換回路２ｂ等の各第２スイッチ回路４１をオンとし、また、微小電流測定用信号Ｓ１とストレス信号Ｓ２とが異なる電圧値の信号である場合には、上記切換回路２ｂ等の各第２スイッチ回路４１をオフとすることができる。
なお、微小電流測定用信号Ｓ１とストレス信号Ｓ２とが同一の電圧値の信号であるか否かによらず、上記切換回路２ｂ等の各第２スイッチ回路４１をオンとすることもできるし、オフとすることもできる。
【００３４】
図１の切換回路では、微小電流測定時には、微小電流測定用信号Ｓ１の経路に電流制限回路が介在していないので、ＤＵＴ１０３ａ，１０３ｂ，・・・を流れる電流を極めて高い精度で測定することができ、したがって各ＤＵＴの破壊の前兆等を知ることができる。また、第１スイッチ回路３がオフ、第２スイッチ回路４１がオンのときには、ガード付きライン６全域に亙り、芯線とガードとの間の電位差は実質上ゼロである。したがって、微小電流測定のために、第１スイッチ回路３をオン、第２スイッチ回路４１をオフとしても、いわゆる誘電吸収は生じないので、微小電流測定の待ち時間は実質上ゼロとなり、高速な測定を行うことができる。
【００３５】
図１の切換回路では、第１スイッチ回路３がオン、第２スイッチ回路４１がオフのときには、ガード付きスイッチ４１１の両端子には、微小測定用信号Ｓ１の電圧とストレス信号Ｓ２の電圧とが表れ、ガード用スイッチ４１２の両端子にはガード信号端子１２からのガード信号ＳＧとストレス信号Ｓ２の電圧とが表れる。
ガード付きスイッチ４１１やガード用スイッチ４１２の各両端子間の電位差がゼロないし小さいときには、これらスイッチ４１１，４１２として絶縁抵抗値の低いものを使用できる。
しかし、ガード付きスイッチ４１１やガード用スイッチ４１２の両端子間の電位差が大きい場合（微小電流測定用信号Ｓ１とストレス信号Ｓ２との電圧値が大きく異なる場合）には、ガード付きスイッチ４１１とガード用スイッチ４１２の双方に絶縁抵抗の大きなものを使用しなくてはならない。また、ガード付きスイッチ４１１の入力端と開閉点との間の部分で芯線とガード間にリーク電流が生じたり、これらの間に誘導電荷が生じる。
【００３６】
このようなことが問題になる場合には、図１に示す切換回路２ａ，２ｂ，・・・に代えて、図２に示す切換回路２ａ，２ｂ，・・・を用いることができる。図２に示した切換回路は、図１に示した切換回路と、第２スイッチ回路のみが異なる。
図２の第２スイッチ回路４２は、ガード付きスイッチ４２１と、これに連動する入力側スイッチ４２２との直列接続からなり、ガード付きスイッチ４２１のガードが、ガード付きスイッチ４２１の芯線と入力側スイッチ４２２との接続点に接続されて構成されている。なお、第２スイッチ回路４２では、入力側スイッチ４２２の、ガード付きスイッチ４２１が接続されていない側が入力端となり、ガード付きスイッチ４２１の入力側スイッチ４２２が接続されていない側が第２スイッチ回路４２の出力端子となり、さらにガード付きスイッチ４２１のガードがスイッチ回路４２のガード出力端子となっている。
【００３７】
図２の切換装置１においても、図１の切換装置１と同様にして、微小電流非測定時および微小電流測定時に、第１スイッチ回路３および第２スイッチ回路４２のオン・オフを行う。
図２に示した第２スイッチ回路４２では、微小電流測定時（すなわち第１スイッチ回路３のガード付きスイッチ３１およびガード用スイッチ３２がオン、ガード付きスイッチ４２１および入力側スイッチ４２２がオフのとき）に、ガード付きスイッチ４２１の両端子間の電位差は、微小電流測定用信号Ｓ１とガード信号ＳＧとの電位差に等しくなる。したがって、ガード付きスイッチ４２１として、高絶縁のものを使用しなくてもよくなり、図１に示したガード付きスイッチ４１１よりも安価なものを使用することができる。
図１に示した第２スイッチ回路４１では、ガード付きスイッチ４１１がオフのときに、該スイッチ４１１の両端子間に１００Ｖの電位差が生じているとすると、ガード付きスイッチ４１１として、その漏れ電流の設計目標を１ｐＡとして、１０１４Ωの仕様のものが必要となる。これに対して、図２に示す第２スイッチ回路４２を用いた場合には、ガード付きスイッチ４２１として、その漏れ電流の設計目標を上記と同様１ｐＡ、芯線とガードとに表れる電圧を１ｍＶとすると、１０９Ωの仕様のものですむことになる。
しかも、図２に示した第２スイッチ回路４２では、ガード付きスイッチ４２１の入力端と開閉点との間の部分で芯線とガードとの間の電位差はゼロであるので、図１に示した第２スイッチ回路４１のガード付きスイッチ４１１のように上記部分にリーク電流が生じたり、これらの間に誘導電荷が生じることもなく、より精度の高い微小電流測定が可能となる。
【００３８】
図２の切換装置１においても、図１の切換装置１と同様、たとえば切換回路２ａを介してＤＵＴ１０３ａに微小電流測定用信号Ｓ１を与えている期間中、残る全ての切換回路２ｂ等の各第２スイッチ回路４１をオフとすることもできる。
この場合、（１）ガード付きスイッチ４２１および入力側スイッチ４２２を共にオフとする態様、（２）ガード付きスイッチ４２１をオン、入力側スイッチ４２２をオフとする態様、の何れであっても上記各第２スイッチ回路４１をオフとすることができる。
（１）の態様では、上記切換回路２ｂ等のガード付きライン６のガードは、ＤＵＴおよび測定装置１０１の何れにも接続されない状態となり、ガードが浮いた電位を持つことになる。上記の浮いたガードは、他の配線等との間に静電容量を持つと共に、ガードと前記他の配線等とは等価的に高抵抗で接続されることになる。このため、微小電流を測定する場合に、前記静電容量や前記高抵抗の影響が微小電流の測定回路に現れ、測定精度が低下する可能性が生じる。
これに対し、（２）の態様では、ガード付きライン６のガードと芯線との電位は同じになるので、（１）の態様のような不都合は生じない。このため、通常は、（１）の態様による第２スイッチ回路４２の切換が行われる。
【００３９】
本発明のスイッチ回路は、図２に示した第２スイッチ回路４２と同様の構成をなすものであり、信頼性測定における微小電流測定以外の用途にも適用される。
以下、図３により説明する。
図３は本発明のスイッチ回路を示すもので、同図においてスイッチ回路７は、入力側スイッチ（通常はガードを持たない）７２と、出力側ガード付きのスイッチ７１との直列接続により構成されている。
このスイッチ回路７は、出力側に接続した外部デバイス２０３に、他の信号源２０１からのフォースラインＬ１およびガードラインＬ２が接続されている場合において、信号源２０２から、外部デバイス２０３に信号Ｓ０を送出する場合に用いられる。
【００４０】
このスイッチ回路７では、出力側ガード付きスイッチ７１の出力側およびそのガードは、フォースラインＬ１およびガードラインＬ２にそれぞれ接続されている。また、出力側ガード付きスイッチ７１のガードは、該スイッチ７１の芯線の入力側に接続されている。
【００４１】
信号源２０１からのフォース信号ＳＦおよびガード信号ＳＧが、フォースラインＬ１およびガードラインＬ２にそれぞれ表れるときには、入力側スイッチ７２および出力側ガード付きのスイッチ７１を同時にオフする。
また、信号源２０１からのフォース信号ＳＦおよびガード信号ＳＧが、信号ラインＬ１およびガードラインＬ２に表れない場合において、信号源２０１からの信号Ｓ０を外部デバイス２０３に送出するときには、入力側スイッチ７２および出力側ガード付きスイッチ７１を同時にオンする。
【００４２】
このスイッチ回路では、信号源２０１からのフォース信号ＳＦおよびガード信号ＳＧが、フォースラインＬ１およびガードラインＬ２にそれぞれ表れているとき、すなわち、入力側スイッチ７２および出力側ガード付きのスイッチ７１を同時にオフしているときに、出力側ガード付きスイッチ７１の芯線とガードとの間の電位差は微小であり、概ねｍＶオーダ以下である。
したがって、図２の第２スイッチ回路４２について説明したと同様、出力側ガード付きスイッチとして、絶縁抵抗の値が小さいものを使用することができ、しかも、出力側ガード付きスイッチ７１の入力端と開閉点との間の部分で芯線とガードとの間にリーク電流が生じたり、これらの間に誘導電荷が生じることもない。
【００４３】
本発明の上記実施例は、例示に過ぎずこれに限定されないことは、当業者には明らかであろう。特に、本発明の切換装置に複数のストレス信号源あるいは複数の微小電流測定装置を接続するように変更修正することが容易なことは、当業者には容易に理解されよう。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の切換装置は、上記のように構成したので、以下のような効果を奏することができる。
（１）微小電流測定用信号の経路には電流制限回路が介在していないので、微小電流測定に際して誤差電流が極めて小さくなり、ｆＡオーダの高精度測定が可能となる。
（２）微小電流測定用信号の経路となるガード付きライン全域に亙り、微小電流測定用信号に電圧降下が生じないため、いわゆる誘電吸収は実質上生じないので、高速な測定が可能となる。
（３）微小電流測定用信号は電流制限回路から干渉を受けにくい、あるいは全く受けないので、電流制限回路として選択の自由度が広くなる。したがって、電流制限回路として、電流制限値を変更できる半導体デバイスからなるものを採用することができる。
（４）上記の効果を有するにもかかわらず、製造コストが従来並である。
【００４４】
また、本発明のスイッチ回路は、上記のように構成したので、漏れ電流が極めて小さい２つの信号源の切換回路を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す図である。
【図２】本発明の信号切換装置の他の実施例を示す図である。
【図３】本発明のスイッチ回路の実施例を示す図である。
【図４】従来の信号切換装置の第２の実施例を示す図である。
【図５】図４の信号切換装置の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 切換装置
１１ 測定信号端子
１２ ガード信号端子
１３ ストレス信号端子
１４ａ，１４ｂ，・・・ ＤＵＴ接続端子
２ａ，２ｂ，・・・ 切換回路
３ 第１回路
３１ 第１回路のガード付きスイッチ
３２ 第１回路のガード用スイッチ
４１ 第２回路
４１１ 第２回路４１のガード付きスイッチ
４１２ 第２回路４１のガード用スイッチ
５ 電流制限回路
６ ガード付きライン
１０１ 測定装置（微小電流測定装置）
１０２ ストレス信号源
１０３ａ，１０３ｂ，・・・ ＤＵＴ
Ｓ１ 微小電流測定用信号
Ｓ２ ストレス信号
ＳＧ ガード信号
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体等のデバイス試験に好適なスイッチ回路に関し、より詳細には、被測定デバイス（以下、「ＤＵＴ」という）のストレス試験用の切換装置、および２つの信号源からの信号の切換えに用いるスイッチ回路に関する。
【０００２】
【技術背景】
微小電圧，微小電流で動作する半導体デバイス等の、経時特性，過負荷特性等（たとえば、半導体絶縁層のストレス印加による経時的な破壊特性）を測定するために、複数の同一規格のＤＵＴ（トランジスタ，ＩＣ，ＬＳＩ等）にストレス信号（一般に、定格電流，定格電圧レベル以上の信号）を長時間（たとえば、１５００〜２０００時間）連続的または断続的に与えて、上記ＤＵＴに流れる電流を定期的に検出する方法が知られている。
【０００３】
図４は、従来の信頼性測定用の切換装置の構成を示すもので、切換装置１′は、微小電流測定装置（以下、単に「測定装置」と言う）１０１からの微小電流測定用信号Ｓ１を入力する測定信号端子１１、該測定装置１０１からのガード信号ＳＧを入力するガード信号端子１２、およびストレス信号源１０２からのストレス信号Ｓ２を入力するストレス信号端子１３を入力端子として持っている。
さらに、切換装置１′は、それぞれが異なるＤＵＴ１０３ａ，１０３ｂ，・・・に接続される、複数のＤＵＴ接続端子１４ａ，１４ｂ・・・を出力端子として持っている。
【０００４】
微小電流測定装置１０１には、たとえば定電圧源からＤＵＴに電圧を印加して該ＤＵＴに流れる電流を測定すること、および／あるいは定電流源からＤＵＴに電流を流して該ＤＵＴの両端の電圧を測定することが可能な電圧電流測定装置が用いられる。
【０００５】
切換装置１′は、３つの入力端子１１，１２，１３と各出力端子１４ａ，１４ｂ，・・・との間に、それぞれ同一構成の切換回路２′ａ，２′ｂ，・・・を有している。各切換回路は、ガード付きスイッチ３３、電流制限抵抗（固定抵抗）５′、ガード付きライン６１，６２、ストレス信号用のガード付きスイッチ４３から構成されている。
測定信号端子１１は、各切換回路のガード付きスイッチ３３、ガード付きライン６１、電流制限抵抗５′、ガード付きライン６２を介してＤＵＴ接続端子（切換回路２′ａでは１４ａ）に接続されている。ガード信号端子１２は、ガード付きスイッチ３３のガードに接続されると共に、ガード付きライン６１，６２のガードに接続されている。入力端子１３は、ガード付きスイッチ４３を介して、ガード付きスイッチ３３の出力側に接続されている。また、ガード付きスイッチ４３のガードは、前記ガード付きライン６１，６２のガードに接続されている。
【０００６】
ストレス信号源１０２により全ＤＵＴ１０３ａ，１０３ｂ，・・・に対してストレス信号Ｓ２が与えられるときには、全ての切換回路２′ａ，２′ｂ，・・・のガード付きスイッチ３３はオフとされ、ガード付きスイッチ４３はオンとされる。ストレス信号Ｓ２により、何れかのＤＵＴが破損すると、多くの場合該ＤＵＴが接続されているＤＵＴ接続端子の電位が急激に降下（極端な場合グランド電位と等しくなる）する。この場合において、電流制限抵抗５′は、ストレス信号源１０２が過負荷となることを防止すると共に、破損していない他のＤＵＴへの供給電流が不足となるのを防止する。
【０００７】
どのＤＵＴが破壊されたかを検出するために、各ＤＵＴを１つずつストレス信号源から切り離すと共に測定装置に接続し、該ＤＵＴに流れる電流を測定する。たとえば、ＤＵＴ１０３ａが破壊されたか否かを検出する場合には、切換回路２′ａのみのガード付きスイッチ３３をオンとし、かつ、この切換回路２′ａのみのガード付きスイッチ４３をオフとする。あるいは切換回路２′ａ以外の切換回路２′ｂ等のガード付きスイッチ４３をもオフとして、ＤＵＴ１０３ｂ等もストレス信号源から切り離すようにしてもよい。測定装置１０１からの微小電流測定用信号Ｓ１は、切換回路２′ａを介してＤＵＴ１０３ａに与えられ、測定装置１０１は、測定用信号Ｓ１の電流値が所定の値を越えるか否かを測定することで、ＤＵＴ１０３ａが破壊されたか否かを検出する。
他のＤＵＴ１０３ｂ等についても、上述と同様、対応する切換回路２′ｂ等の各スイッチを順次切り換えて微小電流測定用信号Ｓ１を与えることで、どのＤＵＴに回路破壊が生じたか否かを検出することができる。
【０００８】
しかし、図４に示した切換装置１′は、以下のような種々の問題を有している。
（１）たとえば、測定装置１０１によりＤＵＴ１０３ａを測定するために、微小電流測定用信号Ｓ１を与える場合、電流制限抵抗５′で電圧降下が生じるため、各ＤＵＴに、本来印加するべき適正な電圧を印加できない。この場合、上記電圧降下分を考慮した補正をすることも不可能ではないが、補正に要する処理が煩雑となる。また、各電流制限抵抗５′は、それぞれ抵抗値にバラツキがあることもあり上記補正は容易ではない。しかも、各電流制限抵抗５′の抵抗値を特定できたとしても、温度変化による影響も考慮しなくてはならず、従来の切換装置１′を用いた測定では、正確な微小電流の測定が困難である。
このため、該ＤＵＴの破壊の前兆を捉えるような微妙な経時変化の測定には上記の切換装置１′を用いることはできない。
【０００９】
（２）図５に、切換回路２′ａの微小電流測定用信号の経路における、ガードと、入力端子１１、ガード付きスイッチ３３の出力側端子、電流制限抵抗５′、および出力端子１４ａとの間の寄生インピーダンス（ＲＣ並列回路）ｚ１，ｚ２，ｚ３，ｚ４を示す。
測定装置１０１により、たとえばＤＵＴ１０３ａに微小電流測定用信号Ｓ１を与えた場合、電流制限抵抗５′で生じる電圧降下により、インピーダンスｚ４に加わる電圧が大きくなる。このため、インピーダンスｚ４の抵抗（Ｒ）を介して漏れ電流が流れてしまい、各ＤＵＴに流れる電流を正確に測定することができない。たとえば、インピーダンスｚ４の抵抗が１ＧΩ、電圧降下が０．２Ｖであるような場合には、誤差電流は０．２ｎＡにもなり、ｐＡオーダでの微小電流の測定は実質上不可能となる。
【００１０】
（３）スイッチ４３がオンとなるときには、インピーダンスｚ４には、スイッチ信号の電圧と、ガード信号の電圧との差分の電圧が加えられる。このことから、ガード付きスイッチ４３のオフ直後では、ｚ４の両端に電位差を生じるために、ｚ４の誘電体にいわゆる誘電吸収が生じ、電流測定のためにスイッチ４３をオフし、スイッチ３３をオンした後も、誘電余効がおさまるまで測定を待たなければならない。ストレス信号源１０２の出力が１００Ｖであるような場合には、誘電分極による電流がｆＡのレベルにまで落ち着くのに数十秒を要することすらあり、図４に示した従来の切換装置１′では、大きな問題となる。
【００１１】
（４）上述の問題を解決するために、電流制限抵抗５′に代えて、電圧降下が電流に依存せず、電流値が設定値を越えないときは抵抗値が０Ω、設定値を越えたときには抵抗値が無限大となるような電流制限回路を採用することが好ましい。このような電流制限回路は、半導体デバイスにより製造されるため、信号経路中に漏れ電流が生じ易い。このため、これを従来の切換装置１′に用いると、漏れ電流のためにかえって微小電流の測定に支障が生じる可能性があった。
【００１２】
【発明の目的】
本発明の目的は、ストレス信号の経路中に介在していた電流制限抵抗の影響を解消することで、ＤＵＴの破壊，その前兆等の測定を正確かつ高速に行うことを可能とする、ＤＵＴの信頼性の測定に好適な信号切換装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、ストレス信号経路と微小電流測定用信号経路の切換回路を工夫することにより、製造コストダウンを図ることができる上記信号切換装置を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、２つの信号源のうち、一方の信号源からの信号がスイッチ回路を介してガード付き信号線に接続されている場合に、該スイッチ回路がオフ状態でありかつ該ガード付き信号線に信号が表れているときに、該スイッチ回路として安価なものを採用できる回路構成を提供することにある。
【００１３】
【発明の概要】
本発明の切換装置は、測定装置からの微小電流測定用信号が入力される測定信号端子と、該測定装置からのガード信号が入力されるガード信号端子と、ストレス信号源からのストレス信号が入力されるストレス信号端子とを入力端子として持ち、また、異なるＤＵＴに、前記ストレス信号または前記微小電流測定用信号を出力する、複数のＤＵＴ接続端子を出力端子として持つ。さらに、この切換装置は、前記３つの入力端子と前記各出力端子との間に、それぞれ同一構成の切換回路が形成されている。
【００１４】
微小電流測定用信号およびストレス信号として、直流電流，直流電圧、交流電流，交流電圧、これらの重畳したもの、あるいはパルス等種々の信号が用いられる。ストレス信号源は、複数のＤＵＴに同時にストレス信号を供給しなくてはならないが、測定装置は、１つのＤＵＴのみに微小電流測定用信号を供給できればよい。ストレス信号源や測定装置は、１つの切換装置にただ１つ接続されるとは限らず、複数接続されることもある。ガード信号端子には、通常は測定信号端子に与えられる電圧と同一の値の電圧が与えられる。ＤＵＴには、ＬＳＩ，トランジスタ等の半導体装置の他、抵抗やコンデンサ等の電気素子が含まれる。
【００１５】
本発明の切換装置は、基本的には同一種・複数のＤＵＴに同一のストレスを与え、該ストレスによる影響を経時的に測定するために用いられる。したがって、ＤＵＴ接続端子（出力端子）に接続されるＤＵＴは、原則的には同一種であるが、各出力端子に異なる種類のＤＵＴを振り分けて測定を行うことも可能である。この場合、ＤＵＴの種類に応じて、異なるストレス信号源や異なる測定装置を用いることもできる。
【００１６】
各切換回路は、
（ａ）入力側が前記測定信号端子に接続されたガード付きスイッチと、
入力側が前記ガード信号端子および前記ガード付きスイッチのガードに接続された前記ガード付きスイッチに連動するガード用スイッチと、
からなる第１スイッチ回路、
（ｂ）入力側が前記ストレス信号端子に接続された電流制限回路、
（ｃ）入力側が前記電流制限回路の出力側に接続され、出力側が前記第１スイッチ回路のガード付きスイッチの出力側に接続されたガード出力端子を持つ第２スイッチ回路、
（ｄ）一端が前記第１スイッチ回路のガード付きスイッチの出力側に接続され、他端が前記ＤＵＴ接続端子に接続され、ガードが前記第１スイッチ回路のガード用スイッチの出力側および前記第２スイッチ回路のガード出力端子に接続された、ガード付きライン、
を有している。
【００１７】
第２スイッチ回路は、単一のガード付きスイッチにより構成することもでき、この場合にはガードが該スイッチ回路のガード出力端子となる。また、通常、第２スイッチ回路は、後述する図１および図２において説明するように、２つのスイッチにより構成する（一方のスイッチはガード付きスイッチである）こともできる。さらに、第２スイッチ回路は、後述する図１および図２の構成に限らず、ガード付きスイッチと、そのガードに一方端が接続され他方端が接地されたグランド用スイッチとの２つの相互に連動するスイッチにより構成することもできる。
なお、通常、本発明の切換装置では、上記各スイッチとして、リードリレーが用いられるが、これに限定されるものではない。
また、ＤＵＴ接続端子から引き出されるラインにガードが必要となる場合には、各ＤＵＴ接続端子と対に、ガード用の出力端子（ガード付きラインのガードに接続される）を設けることができる。
【００１８】
本発明においては、電流制限回路として固定抵抗を用いてもよい。また、電流制限回路は微小電流測定用信号の経路中に介在していないので、それ自体が漏れ電流を持つような電流制限回路（たとえば、安価な能動素子等を用いた電子回路部品）を採用してもよい。さらに、電流制限回路を、電流制限値が変更可能な回路により構成してもよい。また、電流制限回路は微小電流測定用信号の経路中に介在していないことから、第１スイッチ回路のガード付きスイッチと前記ＤＵＴ接続端子との間の、同軸ケーブル，基板上パターン等からなるガード付きラインの長さを短縮することも可能となる。
【００１９】
本発明の切換装置は、以下のように動作する。たとえば、ＤＵＴに微小電流測定用信号を送出するとき（微小電流測定時）には、何れか１つの切換回路のみの第１スイッチ回路をオンとすると共に、当該切換回路のみの第２スイッチ回路または全ての切換回路の第２スイッチ回路をオフとする。測定装置からの微小電流測定用信号は、第１スイッチ回路およびガード付きラインを介して何れかのＤＵＴに与えられる。測定装置は、微小電流測定用信号の電流値をｐＡオーダ以上の精度で測定し、該ＤＵＴに破壊の前兆が生じているか否か等を検出することができる。
【００２０】
また、ＤＵＴに微小電流測定用信号を送出しないとき（微小電流非測定時）には、全ての切換回路の第１スイッチ回路をオフとし、全ての切換回路の第２スイッチ回路をオンとする。ストレス信号源からのストレス信号は、電流制限回路、第２スイッチ回路、およびガード付きラインを介して各ＤＵＴに与えられる。何れかのＤＵＴが破壊され、該ＤＵＴが接続されているＤＵＴ接続端子の電位が急激に降下しても、電流制限回路により、ストレス信号源が過負荷になることはなく、破壊されていない他のＤＵＴへのストレス信号の供給不足は生じない。
【００２１】
本発明の切換装置では、第２スイッチ回路を、ガード付きスイッチと、これに連動するガード用スイッチとにより構成することができる。この場合、前記ガード用スイッチの一端が前記ガード付きスイッチの一端に、該ガード用スイッチの他端が該ガード付きスイッチのガードにそれぞれ接続される。ここで、前記ガード付きスイッチの一端および他端が、前記第２スイッチ回路の入力側および出力側となり、前記ガード用スイッチの他端が前記第２スイッチ回路のガード出力端子となる。
【００２２】
また、本発明の切換装置では、第２スイッチ回路を、ガード付きスイッチと、これに連動する入力側スイッチとの直列接続により構成することができる。この場合、前記ガード付きスイッチのガードが、該ガード付きスイッチと前記入力側スイッチとの接続点に接続される。ここで、前記入力側スイッチの前記ガード付きスイッチが接続されていない側が前記第２スイッチ回路の入力側となり、前記ガード付きスイッチの前記入力側スイッチが接続されていない側が前記第２スイッチ回路の出力側となる。また、前記ガード付きスイッチのガードが前記第２スイッチ回路のガード出力端子となる。
【００２３】
本発明のスイッチ回路は、出力側ガード付きスイッチと入力側スイッチとが直列接続され、前記出力側ガード付きスイッチのガードが、該ガード付きスイッチと前記入力側スイッチとの接続点に接続されて構成されるもので、出力側に接続した外部デバイスに、他の信号源からのフォースラインおよびガードラインが接続されている場合に、入力側に接続した信号源から、前記外部デバイスに信号を送出するために用いられる。
このスイッチ回路は、以下のように動作する。たとえば、前記他の信号源からのフォース信号およびガード信号が、前記フォースラインおよび前記ガードラインに表れるときには、前記２つのスイッチを同時にオフする。また、前記他の信号源からのフォース信号およびガード信号が、前記フォースラインおよび前記ガードラインに表れない場合において、前記入力側スイッチの入力側に接続された信号源からの信号を前記外部デバイスに送出するときには、前記２つのスイッチを同時にオンする。
【００２４】
本発明のスイッチ回路では、前記他の信号源からのフォース信号およびガード信号が、前記フォースラインおよびガードラインにそれぞれ表れているとき、すなわち、前記入力側スイッチおよび前記出力側ガード付きスイッチを同時にオフしているときに、出力側ガード付きスイッチの両端子間の電位差は微小で、概ねｍＶ以下であるので、出力側ガード付きスイッチとして、絶縁抵抗が小さい値のものを採用することができる。
【００２５】
【実施例】
図１は、本発明の信号切換装置の実施例を示す図であり、同図において、信号切換装置１は、入力端子として測定信号端子１１，ガード信号端子１２，ストレス信号端子１３の３つの端子を入力端子として持ち、複数のＤＵＴ接続端子１４ａ，１４ｂ，・・・を出力端子として持つ。
測定信号端子１１，ガード信号端子１２には、微小電流測定用信号Ｓ１およびガード信号ＳＧを出力する測定用測定装置１０１が接続され、ストレス信号端子１３には、ストレス信号Ｓ２を出力するストレス信号源（ここでは、直流信号源）１０２が接続されている。また、各ＤＵＴ接続端子１４ａ，１４ｂ，・・・には、同一種のＤＵＴ１０３ａ，１０３ｂ，・・・がそれぞれ接続されている。
【００２６】
３つの入力端子１１，１２，１３と各出力端子１４ａ，１４ｂ，・・・との間には、それぞれ同一構成の切換回路２ａ，２ｂ，・・・が形成されている。各切換回路は、第１スイッチ回路３、第２スイッチ回路４１、電流制限回路５およびガード付きライン６を有して構成されている。
第１スイッチ回路３は、入力側が測定信号端子１１に接続されたガード付きスイッチ３１と、入力側がガード信号端子１２およびガード付きスイッチ３１のガードに接続されたガード用スイッチ３２とからなる。ガード用スイッチ３２はガード付きスイッチ３１に連動するように動作する。
【００２７】
本実施例において、電流制限回路５は電子回路により構成されている。この電流制限回路５は、入力側が前記ストレス信号端子１３に接続されている。
【００２８】
第２スイッチ回路４１は、本実施例では、ガード付きスイッチ４１１と、これに連動するガード用スイッチ４１２とからなり、ガード用スイッチ４１２の一端はガード付きスイッチ４１１の一端に接続され、他端はガード付きスイッチ４１１のガードに接続されている。なお、第２スイッチ回路４１では、ガード付きスイッチ４１１の両端が入出力端となり、ガード用スイッチ４１２の他端（ガード付きスイッチ４１１の一端に接続されていない側）がガード出力端子となっている。
【００２９】
ガード付きライン６は、芯線の一端がガード付きスイッチ３１の出力側に接続され、他端がＤＵＴ接続端子（切換回路２ａでは、１４ａである）に接続されており、ガードがガード用スイッチ３２の出力側およびガード用スイッチ４１２の出力側（すなわち、第２スイッチ回路４１のガード出力端子）に接続されている。なお、図１では、切換装置１の出力端子としてＤＵＴ接続端子１４ａ，１４ｂ，・・・のみを設けたが、ＤＵＴ１０３ａ，１０３ｂ，・・・の近傍にガードが必要な場合には、ガード付きライン６のガードに接続されたガード用の出力端子を設けることができる。
【００３０】
図１からも明らかなように、電流制限回路５は、微小電流測定用信号に影響を与えない位置に設けられるので、電流制限回路５として固定抵抗（抵抗素子）以外の、漏れ電流を持つような電子回路部品を採用しても、微小電流の測定に影響を与えることは殆どない。
また、電流制限回路５を、制限電流値を外部から変更できる電子回路により構成することもできる。
【００３１】
図１の切換装置１において、ＤＵＴに微小電流測定用信号Ｓ１を送出するとき（微小電流非測定時）には、全ての切換回路２ａ，２ｂ，・・・の第１スイッチ回路３をオフ（すなわち、ガード付きスイッチ３１およびガード用スイッチ３２をオフ）とすると共に、全ての切換回路の第２スイッチ回路４１をオン（すなわち、ガード付きスイッチ４１１およびガード用スイッチ４１２はオン）とし、ＤＵＴ１０３ａ，１０３ｂ，・・・にストレス信号（本実施例では直流電圧信号）Ｓ２を与える。
【００３２】
図１の切換装置１において、ＤＵＴに微小電流測定用信号Ｓ１を送出しないとき（微小電流測定時）には、何れか１つの切換回路、たとえば切換回路２ａのみの第１スイッチ回路３をオン（すなわち、ガード付きスイッチ３１およびガード用スイッチ３２をオン）とし、切換回路２ａの第２スイッチ回路４１はオフ（すなわち、ガード付きスイッチ４１１およびガード用スイッチ４１２はオフ）とする。これにより、測定装置１０１は、ＤＵＴ１０３ａに微小電流測定用信号（本実施例では直流電圧信号）Ｓ１が与えられ、その応答（ＤＵＴ１０３ａを流れる電流）が測定される。
【００３３】
切換回路２ａを介してＤＵＴ１０３ａに微小電流測定用信号Ｓ１を与えている期間中、残る全ての切換回路２ｂ等の各第２スイッチ回路４１をオンとすることもできるし、オフとすることもできる。たとえば、微小電流測定用信号Ｓ１とストレス信号Ｓ２とが同一の電圧値の信号である場合には、上記切換回路２ｂ等の各第２スイッチ回路４１をオンとし、また、微小電流測定用信号Ｓ１とストレス信号Ｓ２とが異なる電圧値の信号である場合には、上記切換回路２ｂ等の各第２スイッチ回路４１をオフとすることができる。
なお、微小電流測定用信号Ｓ１とストレス信号Ｓ２とが同一の電圧値の信号であるか否かによらず、上記切換回路２ｂ等の各第２スイッチ回路４１をオンとすることもできるし、オフとすることもできる。
【００３４】
図１の切換回路では、微小電流測定時には、微小電流測定用信号Ｓ１の経路に電流制限回路が介在していないので、ＤＵＴ１０３ａ，１０３ｂ，・・・を流れる電流を極めて高い精度で測定することができ、したがって各ＤＵＴの破壊の前兆等を知ることができる。また、第１スイッチ回路３がオフ、第２スイッチ回路４１がオンのときには、ガード付きライン６全域に亙り、芯線とガードとの間の電位差は実質上ゼロである。したがって、微小電流測定のために、第１スイッチ回路３をオン、第２スイッチ回路４１をオフとしても、いわゆる誘電吸収は生じないので、微小電流測定の待ち時間は実質上ゼロとなり、高速な測定を行うことができる。
【００３５】
図１の切換回路では、第１スイッチ回路３がオン、第２スイッチ回路４１がオフのときには、ガード付きスイッチ４１１の両端子には、微小測定用信号Ｓ１の電圧とストレス信号Ｓ２の電圧とが表れ、ガード用スイッチ４１２の両端子にはガード信号端子１２からのガード信号ＳＧとストレス信号Ｓ２の電圧とが表れる。
ガード付きスイッチ４１１やガード用スイッチ４１２の各両端子間の電位差がゼロないし小さいときには、これらスイッチ４１１，４１２として絶縁抵抗値の低いものを使用できる。
しかし、ガード付きスイッチ４１１やガード用スイッチ４１２の両端子間の電位差が大きい場合（微小電流測定用信号Ｓ１とストレス信号Ｓ２との電圧値が大きく異なる場合）には、ガード付きスイッチ４１１とガード用スイッチ４１２の双方に絶縁抵抗の大きなものを使用しなくてはならない。また、ガード付きスイッチ４１１の入力端と開閉点との間の部分で芯線とガード間にリーク電流が生じたり、これらの間に誘導電荷が生じる。
【００３６】
このようなことが問題になる場合には、図１に示す切換回路２ａ，２ｂ，・・・に代えて、図２に示す切換回路２ａ，２ｂ，・・・を用いることができる。図２に示した切換回路は、図１に示した切換回路と、第２スイッチ回路のみが異なる。
図２の第２スイッチ回路４２は、ガード付きスイッチ４２１と、これに連動する入力側スイッチ４２２との直列接続からなり、ガード付きスイッチ４２１のガードが、ガード付きスイッチ４２１の芯線と入力側スイッチ４２２との接続点に接続されて構成されている。なお、第２スイッチ回路４２では、入力側スイッチ４２２の、ガード付きスイッチ４２１が接続されていない側が入力端となり、ガード付きスイッチ４２１の入力側スイッチ４２２が接続されていない側が第２スイッチ回路４２の出力端子となり、さらにガード付きスイッチ４２１のガードがスイッチ回路４２のガード出力端子となっている。
【００３７】
図２の切換装置１においても、図１の切換装置１と同様にして、微小電流非測定時および微小電流測定時に、第１スイッチ回路３および第２スイッチ回路４２のオン・オフを行う。
図２に示した第２スイッチ回路４２では、微小電流測定時（すなわち第１スイッチ回路３のガード付きスイッチ３１およびガード用スイッチ３２がオン、ガード付きスイッチ４２１および入力側スイッチ４２２がオフのとき）に、ガード付きスイッチ４２１の両端子間の電位差は、微小電流測定用信号Ｓ１とガード信号ＳＧとの電位差に等しくなる。したがって、ガード付きスイッチ４２１として、高絶縁のものを使用しなくてもよくなり、図１に示したガード付きスイッチ４１１よりも安価なものを使用することができる。
図１に示した第２スイッチ回路４１では、ガード付きスイッチ４１１がオフのときに、該スイッチ４１１の両端子間に１００Ｖの電位差が生じているとすると、ガード付きスイッチ４１１として、その漏れ電流の設計目標を１ｐＡとして、１０１４Ωの仕様のものが必要となる。これに対して、図２に示す第２スイッチ回路４２を用いた場合には、ガード付きスイッチ４２１として、その漏れ電流の設計目標を上記と同様１ｐＡ、芯線とガードとに表れる電圧を１ｍＶとすると、１０９Ωの仕様のものですむことになる。
しかも、図２に示した第２スイッチ回路４２では、ガード付きスイッチ４２１の入力端と開閉点との間の部分で芯線とガードとの間の電位差はゼロであるので、図１に示した第２スイッチ回路４１のガード付きスイッチ４１１のように上記部分にリーク電流が生じたり、これらの間に誘導電荷が生じることもなく、より精度の高い微小電流測定が可能となる。
【００３８】
図２の切換装置１においても、図１の切換装置１と同様、たとえば切換回路２ａを介してＤＵＴ１０３ａに微小電流測定用信号Ｓ１を与えている期間中、残る全ての切換回路２ｂ等の各第２スイッチ回路４１をオフとすることもできる。
この場合、（１）ガード付きスイッチ４２１および入力側スイッチ４２２を共にオフとする態様、（２）ガード付きスイッチ４２１をオン、入力側スイッチ４２２をオフとする態様、の何れであっても上記各第２スイッチ回路４１をオフとすることができる。
（１）の態様では、上記切換回路２ｂ等のガード付きライン６のガードは、ＤＵＴおよび測定装置１０１の何れにも接続されない状態となり、ガードが浮いた電位を持つことになる。上記の浮いたガードは、他の配線等との間に静電容量を持つと共に、ガードと前記他の配線等とは等価的に高抵抗で接続されることになる。このため、微小電流を測定する場合に、前記静電容量や前記高抵抗の影響が微小電流の測定回路に現れ、測定精度が低下する可能性が生じる。
これに対し、（２）の態様では、ガード付きライン６のガードと芯線との電位は同じになるので、（１）の態様のような不都合は生じない。このため、通常は、（１）の態様による第２スイッチ回路４２の切換が行われる。
【００３９】
本発明のスイッチ回路は、図２に示した第２スイッチ回路４２と同様の構成をなすものであり、信頼性測定における微小電流測定以外の用途にも適用される。
以下、図３により説明する。
図３は本発明のスイッチ回路を示すもので、同図においてスイッチ回路７は、入力側スイッチ（通常はガードを持たない）７２と、出力側ガード付きのスイッチ７１との直列接続により構成されている。
このスイッチ回路７は、出力側に接続した外部デバイス２０３に、他の信号源２０１からのフォースラインＬ１およびガードラインＬ２が接続されている場合において、信号源２０２から、外部デバイス２０３に信号Ｓ０を送出する場合に用いられる。
【００４０】
このスイッチ回路７では、出力側ガード付きスイッチ７１の出力側およびそのガードは、フォースラインＬ１およびガードラインＬ２にそれぞれ接続されている。また、出力側ガード付きスイッチ７１のガードは、該スイッチ７１の芯線の入力側に接続されている。
【００４１】
信号源２０１からのフォース信号ＳＦおよびガード信号ＳＧが、フォースラインＬ１およびガードラインＬ２にそれぞれ表れるときには、入力側スイッチ７２および出力側ガード付きのスイッチ７１を同時にオフする。
また、信号源２０１からのフォース信号ＳＦおよびガード信号ＳＧが、信号ラインＬ１およびガードラインＬ２に表れない場合において、信号源２０１からの信号Ｓ０を外部デバイス２０３に送出するときには、入力側スイッチ７２および出力側ガード付きスイッチ７１を同時にオンする。
【００４２】
このスイッチ回路では、信号源２０１からのフォース信号ＳＦおよびガード信号ＳＧが、フォースラインＬ１およびガードラインＬ２にそれぞれ表れているとき、すなわち、入力側スイッチ７２および出力側ガード付きのスイッチ７１を同時にオフしているときに、出力側ガード付きスイッチ７１の芯線とガードとの間の電位差は微小であり、概ねｍＶオーダ以下である。
したがって、図２の第２スイッチ回路４２について説明したと同様、出力側ガード付きスイッチとして、絶縁抵抗の値が小さいものを使用することができ、しかも、出力側ガード付きスイッチ７１の入力端と開閉点との間の部分で芯線とガードとの間にリーク電流が生じたり、これらの間に誘導電荷が生じることもない。
【００４３】
本発明の上記実施例は、例示に過ぎずこれに限定されないことは、当業者には明らかであろう。特に、本発明の切換装置に複数のストレス信号源あるいは複数の微小電流測定装置を接続するように変更修正することが容易なことは、当業者には容易に理解されよう。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の切換装置は、上記のように構成したので、以下のような効果を奏することができる。
（１）微小電流測定用信号の経路には電流制限回路が介在していないので、微小電流測定に際して誤差電流が極めて小さくなり、ｆＡオーダの高精度測定が可能となる。
（２）微小電流測定用信号の経路となるガード付きライン全域に亙り、微小電流測定用信号に電圧降下が生じないため、いわゆる誘電吸収は実質上生じないので、高速な測定が可能となる。
（３）微小電流測定用信号は電流制限回路から干渉を受けにくい、あるいは全く受けないので、電流制限回路として選択の自由度が広くなる。したがって、電流制限回路として、電流制限値を変更できる半導体デバイスからなるものを採用することができる。
（４）上記の効果を有するにもかかわらず、製造コストが従来並である。
【００４４】
また、本発明のスイッチ回路は、上記のように構成したので、漏れ電流が極めて小さい２つの信号源の切換回路を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す図である。
【図２】本発明の信号切換装置の他の実施例を示す図である。
【図３】本発明のスイッチ回路の実施例を示す図である。
【図４】従来の信号切換装置の第２の実施例を示す図である。
【図５】図４の信号切換装置の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 切換装置
１１ 測定信号端子
１２ ガード信号端子
１３ ストレス信号端子
１４ａ，１４ｂ，・・・ ＤＵＴ接続端子
２ａ，２ｂ，・・・ 切換回路
３ 第１回路
３１ 第１回路のガード付きスイッチ
３２ 第１回路のガード用スイッチ
４１ 第２回路
４１１ 第２回路４１のガード付きスイッチ
４１２ 第２回路４１のガード用スイッチ
５ 電流制限回路
６ ガード付きライン
１０１ 測定装置（微小電流測定装置）
１０２ ストレス信号源
１０３ａ，１０３ｂ，・・・ ＤＵＴ
Ｓ１ 微小電流測定用信号
Ｓ２ ストレス信号
ＳＧ ガード信号
Claims (5)
- 微小電流測定装置からの微小電流測定用信号が入力される測定信号端子と、該測定装置からのガード信号が入力されるガード信号端子と、ストレス信号源からのストレス信号が入力されるストレス信号端子と、
を入力端子として持つと共に、
異なる被測定デバイスに、前記微小電流測定用信号または前記ストレス信号を出力する、複数の被測定デバイス接続端子を出力端子として持ち、かつ、
前記３つの入力端子と前記各出力端子との間に、それぞれ同一構成の切換回路が形成されてなる、
信号切換装置であって、
前記各切換回路は、
（ａ）入力側が前記測定信号端子に接続されたガード付きスイッチと、
入力側が前記ガード信号端子および前記ガード付きスイッチのガードに接続された前記ガード付きスイッチに連動するガード用スイッチと、
からなる第１スイッチ回路、
（ｂ）入力側が前記ストレス信号端子に接続された電流制限回路、
（ｃ）入力側が前記電流制限回路の出力側に接続され、出力側が前記第１スイッチ回路のガード付きスイッチの出力側に接続されたガード出力端子を持つ第２スイッチ回路、
（ｄ）一端が前記第１スイッチ回路のガード付きスイッチの出力側に接続され、他端が前記被測定デバイス接続端子に接続され、ガードが前記第１スイッチ回路のガード用スイッチの出力側および前記第２スイッチ回路のガード出力端子に接続されたガード付きライン、
を有してなることを特徴とする前記信号切換装置。 - 前記第２スイッチ回路が、ガード付きスイッチと、これに連動するガード用スイッチとからなり、
前記ガード用スイッチの一端が前記ガード付きスイッチの一端に、該ガード用スイッチの他端が前記ガード付きスイッチのガードにそれぞれ接続され、
前記ガード付きスイッチの一端および他端を、前記第２スイッチ回路の入力側および出力側とし、前記ガード用スイッチの他端を前記第２スイッチ回路のガード出力端子とすることを特徴とする請求項１に記載の信号切換装置。 - 前記第２スイッチ回路が、ガード付きスイッチと、これに連動する入力側スイッチとの直列接続からなり、
前記ガード付きスイッチのガードが、該ガード付きスイッチと前記入力側スイッチとの接続点に接続され、
前記入力側スイッチの前記ガード付きスイッチが接続されていない側を前記第２スイッチ回路の入力側とし、前記ガード付きスイッチの前記入力側スイッチが接続されていない側を前記第２スイッチ回路の出力側とし、前記ガード付きスイッチのガードを前記第２スイッチ回路のガード出力端子とすることを特徴とする請求項１に記載の信号切換装置。 - 前記電流制限回路が、電流制限値を変更できることを特徴とする請求項１〜３に記載の信号切換装置。
- 出力側ガード付きスイッチと、入力側スイッチとが直列接続され、前記出力側ガード付きスイッチのガードが、該ガード付きスイッチと前記入力側スイッチとの接続点に接続されて構成され、
前記出力側ガード付きスイッチの出力側に外部デバイスを接続すると共に、前記入力側スイッチの入力側に信号源を接続し、
前記ガード付きスイッチの出力側およびガードに、他の信号源からのフォースラインおよびガードラインをそれぞれ接続して使用することを特徴とするスイッチ回路。
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