JP4391512B2 - 静電耐圧評価装置および静電耐圧評価方法 - Google Patents

静電耐圧評価装置および静電耐圧評価方法 Download PDF

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Description

本発明は、静電耐圧評価装置および静電耐圧評価方法に関するものである。
従来、電子デバイス(半導体装置)が、各種の電子機器に広く用いられている。電子デバイスは、製造過程や電子機器への実装時などにおいて、静電気が帯電してしまうことがある。それゆえ、帯電した静電気が放電することにより、電子デバイスが破壊することがある。よって、電子デバイスの設計時には、静電気に対する耐量を十分に確保することが必要となる。
また、近年では、例えば、ソースドライバLSIやゲートドライバLSIなどの電子デバイスを大型液晶パネルで用いるために、上記電子デバイスの多出力端子化が進められている。さらに、上記多出力端子化が進められている一方で、コストダウンを行うために、上記電子デバイスのチップ縮小化を目指した微細化が進められている。このため、上記微細化によって、電子デバイスに設けられた保護素子、電源ライン、およびGNDラインが、静電破壊に弱くなる方向(小さく、細く、薄く)にある。
また、車載用の表示装置などでは、半導体素子に求められる規格が一層厳しくなっている。これにより、静電破壊試験における静電耐圧評価装置や静電耐圧評価方法の重要性が増している。
静電破壊試験は、静電気放電に対する電子デバイスの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ションする試験である。静電破壊試験では、破壊状況を再現するモデルを作成することにより、電子デバイスの静電破壊に対する耐量を測定している。
ここで、静電破壊のソース・モデルは、その発生要因によって、HBM(human-body model:人体モデル)、CDM(charged-device model:帯電デバイス・モデル)、およびMM(machine model:マシン・モデル)の三つに大別される。
HBMやMMは、電子デバイス自体は帯電していないが、静電帯電した他の物体(人や機械)が電子デバイスの端子に触れることにより放電が起こることによって、電子デバイスが破壊するモードである。
CDMは、電子デバイス自体が、摩擦、誘電または帯電物体との直接な接触により帯電し、電子デバイスの端子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。
以上のように、電子デバイスは、設計時に、上記破壊モードを再現した評価装置によって、静電破壊に対する耐量が測定される。これにより、電子デバイスが製造過程や電子機器へ実装される際、静電破壊が起こらない事が確認されている。
そこで、上記破壊モードを再現し、半導体装置の静電破壊の耐量を評価する方法が、例えば、特許文献1に開示されている。図11および図12を参照しながら、従来の半導体装置の評価方法と、特許文献1に記載されている従来の半導体装置の評価方法とについて説明する。
図11は、従来における、HBMやMMで評価を行うための構成を示す図である。
半導体装置201において、外部電極202a〜202dのうち、基準端子(外部電極202a)と測定端子(外部電極202d)とを選択する。そして、スイッチ203を電源205側にオンして、電源205から供給される高電圧によって、容量204を充電する。その後、スイッチ203を電源205側から半導体装置201側に切り替えることによって、容量204から半導体装置201の基準端子と測定端子との間へ放電を行う。これにより、半導体装置201の破壊が再現され、静電破壊の耐量を評価する。
図12は、特許文献1で提案されている、CDMで評価を行うための構成を示す図である。
半導体装置301は、外部電極302、および、絶縁外囲部303によって外部電極302と絶縁されている接触電極304を備えている。そして、スイッチ305をオンして、電源306により半導体装置自身である接触電極304に電荷を充電する。その後、接触電極304から外部電極302までを通じて放電を行う。これにより、半導体装置301の破壊が再現され、静電破壊の耐量を評価する。
以上のように、静電破壊試験を行ったり、また、電子デバイスに保護回路を設けるなどの対策を行ったりすることで、電子デバイスの静電破壊を防止している。
特開昭57−80577号公報(1982年5月20日公開)
しかしながら、近年、十分に対策を行った電子デバイスが、製造工程における電子機器への実装時に破壊する例が見られる。特に、例えば、液晶テレビなどの大型の表示装置の製造工程において、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどの表示パネルの駆動用デバイスが破壊される例が発生している。
例えば、液晶ディスプレイの表示パネル(以下、液晶パネル)では、複数のソースラインやゲートラインが網目状に設けられている。そして、複数のソースラインやゲートラインに電流を供給するために、駆動用LSIが備えられている。
上記液晶パネルの製造工程にて、液晶パネルの表面を保護するために貼られたラミネートフィルムを剥離すると、液晶パネルの表面が帯電する。それゆえ、帯電した電荷が、液晶パネルのソースラインやゲートラインを通じ、駆動用LSIの出力端子へ加わる。
このとき、駆動用LSIの入力端子が、作業時または測定時に他の物体に接触すると、液晶パネルに帯電した電荷が放電する。詳細には、液晶パネルに帯電した電荷が、駆動用LSIの出力端子から駆動用LSI内部を通過し、駆動用LSIの入力端子を介して、他の物体に流れる。これにより、駆動用LSIが静電破壊してしまう。
すなわち、上記液晶パネルのような表示パネルに帯電した電荷の放電は、表示パネルの駆動用ICの全出力端子に印加されると考えられる。それゆえ、特に大型の表示パネルでは、容量が大きく帯電する電荷も大きいため、上記駆動用ICの全出力端子に印加される放電量は非常に大きなエネルギー量となる。
例えば、37型液晶ディスプレイにおいて、表示パネルのラミネートフィルムを剥離する製造工程で発生する電荷量は、数百nC〜数千nCである。この電荷量は、HBMやMMで発生する電荷量に比べて、非常に大きな電荷量である。HBMで発生する電荷量は数百nC、MMで発生する電荷量は数十nCである。
よって、大型ディスプレイ製造工程において、表示パネルの駆動用LSIに加わるエネルギー量は、従来のHBMやMMが想定するエネルギー量とは桁違いに大きい場合があることがわかった。
したがって、大型ディスプレイの表示パネルにおける故障状況は、従来のHBM、MM、およびCDMといった評価モデルで行っていた、特定端子へ電荷を印加する方法で再現させていた静電破壊とは異なる故障モードであることは明らかである。
それゆえ、従来の静電破壊に対する耐量を評価する方法では、上記のような高エネルギーが駆動用LSIの出力端子に印加された場合の評価は困難であるといった問題点が生じている。
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、半導体装置の故障状況をより良く再現し、半導体装置の静電破壊に対する耐量を評価することができる静電耐圧評価装置および静電耐圧評価方法を提供することにある。
本発明の静電耐圧評価装置は、上記課題を解決するために、複数の入力端子および出力端子を備える測定対象デバイスの静電耐圧を評価する静電耐圧評価装置において、上記入力端子または出力端子に接続可能となっており、上記測定対象デバイスに電荷を付与する第1接続部と、当該第1接続部が接続された端子とは異なる端子に接続可能、かつ、接続した端子を接地可能とする第2接続部とを備え、パルス性の電荷を付与する印加手段と、上記測定対象デバイスの複数の出力端子に接続可能となっており、かつ、これら複数の出力端子を電気的に1つにまとめる共通接続部とを備えており、上記測定対象デバイスの出力端子には、上記共通接続部を介して第1接続部または第2接続部を接続するようになっていることを特徴としている。
上記の構成によれば、測定対象デバイスの出力端子には、共通接続部を介して第1接続部または第2接続部を接続するようになっており、また、第2接続部は、第1接続部が接続された端子とは異なる端子に接続可能、かつ、接続した端子を接地可能となっていることにより、第1接続部から測定対象デバイスに付与される電荷が、測定対象デバイス内を流れる。
それゆえ、例えば、測定対象デバイスの出力端子には、共通接続部を介して第1接続部が接続されている場合、複数の出力端子全部に同時に電荷が印加され、何れかの入力端子が接地されることによって、電荷が接地に通じる入力端子に一斉に流れ込んで破壊が発生する故障状況をより良く再現することが可能となる。
また、各接続される端子毎に、接続された端子に応じて上記故障状況がより良く再現された測定対象デバイスの内部経路に対して、付与された電荷により測定対象デバイスの静電破壊耐量を評価することが可能となる。
したがって、本発明の静電耐圧評価装置では、測定対象デバイスの故障状況をより良く再現し、測定対象デバイスの静電破壊に対する耐量を評価することが可能となる。
また、本発明の静電耐圧評価装置は、上記測定対象デバイスは、表示パネルに備えられる表示駆動用半導体装置であることが好ましい。
ここで、表示パネルに備えられる表示駆動用半導体装置は、複数の出力端子および入力端子を有している。また、表示パネルでは、例えば、製造工程などにおいて、表示パネルの表面一面が帯電してしまうことがある。これにより、帯電した電荷が、表示駆動用半導体装置の複数の出力端子全部に印加される。このとき、表示駆動用半導体装置の何れかの入力端子が何らかによって接地につながれてしまうと、帯電した電荷が放電する。それゆえ、複数の出力端子に印加された電荷が、一斉に接地につながれた入力端子に流れ込んでしまう現象が発生する。
それゆえ、上記の構成によれば、上記発生する現象をより良く再現し、表示駆動用半導体装置の静電破壊に対する耐量を評価することが可能となる。
また、本発明の静電耐圧評価装置は、上記印加手段は、電荷を蓄える容量素子を備えており、当該容量素子の容量は、上記表示駆動用半導体装置が上記表示パネルに備えられる場合に当該表示パネルが帯電したときに蓄積される電荷量に基づいて、当該電荷量と等価となるように設定可能となっていることが好ましい。
上記の構成によれば、充電した容量素子を放電することにより、第1接続部から表示駆動用半導体装置に電荷を付与し、表示駆動用半導体装置に電荷を流すことが可能となる。しかも、容量素子の容量は、表示駆動用半導体装置が表示パネルに備えられる場合に当該表示パネルが帯電したときに蓄積される電荷量に基づいて、当該電荷量と等価となるように設定可能となっていることにより、実際に表示駆動用半導体装置が表示パネルに実装され帯電したときに、表示駆動用半導体装置に流れる電荷量と等価な電荷量を流すことが可能となり、表示駆動用半導体装置の故障状況をさらにより良く再現することが可能となる。
また、本発明の静電耐圧評価装置は、上記印加手段は、上記表示駆動用半導体装置が上記表示パネルに備えられる場合の当該表示パネルの内部インピーダンスに基づいて、当該内部インピーダンスと等価となるように設定可能なインピーダンスを有するインピーダンス素子を備えていることが好ましい。
例えば、上記のように、表示パネルが帯電してしまうことがあるが、このとき、表示パネルは内部インピーダンスを有している。
そこで、上記の構成によれば、印加手段が、表示駆動用半導体装置が表示パネルに備えられる場合の当該表示パネルの内部インピーダンスに基づいて、当該内部インピーダンスと等価となるように設定可能なインピーダンスを有するインピーダンス素子を備えていることにより、実際に表示駆動用半導体装置が表示パネルに実装され帯電したときに、表示駆動用半導体装置に流れ込む電荷と等価な電荷を付与することが可能となり、表示駆動用半導体装置の故障状況をさらにより良く再現することが可能となる。
また、本発明の静電耐圧評価装置は、上記容量素子は、容量が1pF〜1μFであることことが好ましい。これにより、表示駆動用半導体装置が表示パネルに備えられる場合に当該表示パネルが帯電したときに蓄積される電荷量に相当する電荷量を容量素子が備えることになり、表示駆動用半導体装置の故障状況をさらにより良く再現することが可能となる。
また、本発明の静電耐圧評価装置は、上記インピーダンスは、1Ω〜100Ωの抵抗により設けられていることが好ましい。
また、本発明の静電耐圧評価装置は、さらに、上記インピーダンスには、直列に接続される0.1μH〜10μHのインダクタが含まれることが好ましい。
これにより、表示駆動用半導体装置が表示パネルに備えられる場合の当該表示パネルの内部インピーダンスに相当するインピーダンスを生成することになり、表示駆動用半導体装置の故障状況をさらにより良く再現することが可能となる。
本発明の静電耐圧評価方法は、上記課題を解決するために、複数の入力端子および出力端子を備える測定対象デバイスの静電耐圧を評価する静電耐圧評価方法において、上記複数の出力端子を電気的に1つにまとめる共通接続部を、当該複数の出力端子に接続するステップと、上記入力端子および共通接続部を介した出力端子の何れか一方の端子に、パルス性の電荷を付与するとともに、他方の端子を接地するステップとを含むことを特徴としている。
上記の構成によれば、複数の出力端子を電気的に1つにまとめる共通接続部を、当該複数の出力端子に接続した後、入力端子および共通接続部を介した出力端子の何れか一方の端子に、パルス性の電荷を付与するとともに、他方の端子を接地することにより、入力端子および共通接続部を介した出力端子の何れか一方の端子から付与されたパルス性の電荷が、測定対象デバイス内を流れる。
それゆえ、例えば、共通接続部を介した出力端子にパルス性の電荷を付与する場合、複数の出力端子全部に同時に電荷が印加され、何れかの入力端子が接地されることによって、電荷が接地に通じる入力端子に一斉に流れ込んで破壊が発生する故障状況をより良く再現することが可能となる。
また、各接続する端子毎に、接続した端子に応じて上記故障状況をより良く再現した測定対象デバイスの内部経路に対して、付与された電荷により測定対象デバイスの静電破壊耐量を評価することが可能となる。
したがって、本発明の静電耐圧評価方法では、測定対象デバイスの故障状況をより良く再現し、測定対象デバイスの静電破壊に対する耐量を評価することが可能となる。
また、本発明の静電耐圧評価方法は、上記測定対象デバイスは、表示パネルに備えられる表示駆動用半導体装置であることが好ましい。
ここで、表示パネルに備えられる表示駆動用半導体装置は、複数の出力端子および入力端子を有している。また、表示パネルでは、例えば、製造工程などにおいて、表示パネルの表面一面が帯電してしまうことがある。これにより、帯電した電荷が、表示駆動用半導体装置の複数の出力端子全部に印加される。このとき、表示駆動用半導体装置の何れかの入力端子が何らかによって接地につながれてしまうと、帯電した電荷が放電する。それゆえ、複数の出力端子に印加された電荷が、一斉に接地につながれた入力端子に流れ込んでしまう現象が発生する。
それゆえ、上記の構成によれば、上記発生する現象をより良く再現し、表示駆動用半導体装置の静電破壊に対する耐量を評価することが可能となる。
本発明の静電耐圧評価装置は、以上のように、入力端子または出力端子に接続可能となっており、測定対象デバイスに電荷を付与する第1接続部と、当該第1接続部が接続された端子とは異なる端子に接続可能、かつ、接続した端子を接地可能とする第2接続部とを備え、パルス性の電荷を付与する印加手段と、上記測定対象デバイスの複数の出力端子に接続可能となっており、かつ、これら複数の出力端子を電気的に1つにまとめる共通接続部とを備えており、上記測定対象デバイスの出力端子には、上記共通接続部を介して第1接続部または第2接続部を接続するようになっている、という構成を有している。
また、本発明の静電耐圧評価方法は、複数の出力端子を電気的に1つにまとめる共通接続部を、当該複数の出力端子に接続するステップと、入力端子および共通接続部を介した出力端子の何れか一方の端子に、パルス性の電荷を付与するとともに、他方の端子を接地するステップとを含む、という方法を有している。
それゆえ、複数の出力端子全部に同時に電荷が印加され、何れかの入力端子が接地されることによって、電荷が接地に通じる入力端子に一斉に流れ込んで破壊が発生する故障状況をより良く再現することが可能となり、上記故障状況のような新しい故障モードに対応することが可能となる。
また、各接続される端子毎に、接続された端子に応じて上記故障状況がより良く再現された測定対象デバイスの内部経路に対して、付与された電荷により測定対象デバイスの静電破壊耐量を評価することが可能となる。
したがって、本発明の静電耐圧評価装置および静電耐圧評価方法では、測定対象デバイスの故障状況をより良く再現し、測定対象デバイスの静電破壊に対する耐量を評価することが可能となる。
本発明の一実施形態について図1〜図10に基づいて説明すれば、以下の通りである。
本実施の形態の静電耐圧評価装置は、例えば、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどの表示パネルに備えられる表示駆動用LSIに関して、該表示駆動用LSIにおける入力端子の保護素子、電源ライン、およびGNDラインでの静電破壊に対する信頼性試験に用いられる装置である。
以下では、上記表示駆動用LSIの一例として、液晶パネルの駆動用ドライバを用いて、該ソースドライバの静電気に対する破壊耐量の評価について説明する。なお、本実施の形態の静電耐圧評価装置では、上記ソースドライバの故障状態を再現することにより、破壊耐量の評価を行っている。
それゆえ、始めに、ソースドライバを備えた液晶パネルの構成について簡単に説明し、その次に、実際の製造工程においてソースドライバに故障が発生する例について説明する。そして、最後に、上記故障状態を再現する本実施の形態の静電耐圧評価装置を用いた静電破壊耐量の評価方法について説明する。
まず、図4および図5を参照しながら、ソースドライバを備えた液晶パネルの構成について説明する。
図4は、液晶パネル100の一構成例を示す斜視図である。
図5は、ガラス基板109をアクティブ素子(TFT)107が搭載された面に垂直な方向から見た構成図である。なお、図5では、簡略化のために、TFT107、ゲートライン108、ソースライン111、および表示制御信号、電源、およびGNDの配線141は、1つまたは1本ずつしか図示していないが、それぞれ複数設けられている。
液晶パネル100は、図4に示すように、表示面から順番に、偏光板101、ガラス基板102、カラーフィルタ(RGB)103、対向電極104、配向膜105、画素電極106、ガラス基板109、および偏光板110が重ねられることにより構成されている。
また、液晶パネル100は、アクティブマトリクス型の駆動方式となっている。そこで、画素電極106に電圧を与えるために、ガラス基板109上に、TFT107、ゲートライン108、およびソースライン111が設けられている。
TFT107は、図5に示すように、ドレインが画素電極106に接続され、ソースがソースライン111に接続され、ゲートがゲートライン108に接続されている。また、TFT107は、マトリクス状に複数備えられ、その間を、複数のゲートライン108、および複数のソースライン111が網目をなすように設けられている。
上記の構成により、TFT107は、ゲートライン108から与えられた電気信号によりオンされ、ソースライン111に流れる電気信号を画素電極106に与える。画素電極106へ与えられた電気信号は、対向電極104との間の電圧として画素電極106に蓄えられる。そして、この電圧の大きさによって画素電極106内の液晶の透過レベルが決まり、表示が行われる。また、図4に示すように、偏光板110側から光を照射することによって、液晶パネル100では、表示面の偏光板101側から画像を表示することが可能となっている。
次いで、図5を参照しながら、ゲートライン108およびソースライン111に電気信号を供給する構成について説明する。
ガラス基板109は、板状の形状を有しており、図5に示すように、ガラス基板109の4辺のうち1辺に、ソースドライバ120が備えられている。また、ソースドライバ120を備えている辺と直交する1辺にゲートドライバ130が備えられている。
ソースドライバ120は、複数の出力端子および複数の入力端子を有している。各出力端子は各ソースライン111にそれぞれ接続されている。各入力端子は、プリント基板(PWD)140上に形成された表示制御信号、電源、およびGNDの配線141にそれぞれ接続されている。なお、図5では、ソースドライバ120は6つ備えられているが、これに限らず、個数や大きさは設計に応じて変更が可能である。また、ソースドライバ120の内部の構成については、詳細に後述する。
ゲートドライバ130は、複数の出力端子および複数の入力端子を有している。各出力端子は各ゲートライン108にそれぞれ接続されている。各入力端子は、PWD140上に形成された表示制御信号、電源、およびGNDの配線141にそれぞれ接続されている。なお、図5では、ゲートドライバ130は1つ備えられているが、これに限らず、個数や大きさは設計に応じて変更が可能である。
PWD140上に形成された表示制御信号、電源、およびGNDの配線141は、フィルムケーブル(FPC)145により、液晶パネル100の外部と接続することが可能となっている。
このため、上記配線141は、液晶パネル100の外部に設けられている、例えば、コントロール基板(図示せず)などとの電気信号のやりとりを行うことが可能となっている。コントロール基板には、表示制御信号や電源を発生させる素子が配置されている。
これにより、コントロール基板にて生成された表示制御信号や電源電圧が、FPC145およびPWD140の配線141を介して、ソースドライバ120およびゲートドライバ130へ供給されることによって、液晶パネル100は駆動される。すなわち、ソースドライバ120およびゲートドライバ130は、液晶パネル100の駆動用ドライバとして用いられている。
ここで、液晶パネル100の製造工程では、ガラス基板109に画素電極106やTFT107などを形成した後、液晶パネル100の表面保護のために、ラミネートフィルム115を液晶パネル100の表面および裏面に貼り付けている。詳細には、図4に示した偏光板101の表面、および偏光板110の表面において、図5に示すような範囲に、ラミネートフィルム115を貼り付けている。
そして、その後、各ソースドライバ120の各出力端子およびゲートドライバ130の各出力端子を、各ソースライン111および各ゲートライン108とそれぞれ接続させるように、各ソースドライバ120およびゲートドライバ130をガラス基板109に圧着している。
さらにその後、加工した液晶パネル100に貼り付けられたラミネートフィルム115を剥がした後、FPC145をコントロール基板に接続することにより、液晶パネル100の動作確認を行う。
このとき、ラミネートフィルム115を剥がし、FPC145をコントロール基板に接続した時点で、ソースドライバ120およびゲートドライバ130に故障が発生する場合がある。
そこで、次に、図6〜10を参照しながら、一例として、ソースドライバ120に故障が発生する場合について説明する。なお、以下に説明する故障例が、従来では想定されていなかった新しい故障モードである。
図6は、液晶パネル100からソースドライバ120までの構成を説明するための図である。なお、図6では、図4に示した光の入射側をパネルの裏側(裏面)、反対側をパネルの表側(表面)として、ソースドライバ120の出力と、ソースライン111の容量との関係を示している。
ソースドライバ120は、図6に示すように、ダイオード121〜123、CMOS124、およびCMOS125を備えている。
ダイオード121〜123は、出力保護素子として用いられている。CMOS124は、VCC側の出力バッファとして用いられている。また、CMOS125は、GND側の出力バッファとして用いられている。
ソースドライバ120の出力は、ソースライン111に接続されている。なお、図6では、m個の各ソースドライバ120に対して、ソースライン111が総数n本接続されている場合を示している。
ここで、各ソースライン111は、図4に示したように、ガラス基板109と対向電極104との間に設置されている。
このため、各ソースライン111とガラス基板109との間の容量(ソースライン・ガラス基板間容量116)と、各ソースライン111と対向電極104との間の容量(ソースライン・対向電極間容量117)とが存在している。
次いで、上記構成において、裏面のラミネートフィルム115を剥離した場合について説明する。
図7は、裏面のラミネートフィルム115を剥離した場合の帯電モデルを示す図である。
ラミネートフィルム剥離により、裏面の偏光板110/ガラス基板109が帯電する。なお、偏光板110とラミネートフィルム115との間に何らかの物質が存在する場合でも、同様に帯電するとする。ここで、帯電電荷を+Qbとする。
これにより、ソースライン111の両面が誘電帯電し、ソースライン111は、裏面のガラス基板側が負(−Qb)、表面の対向電極側が正(+Qb)となる。
また、ソースライン111の対向電極側が正に帯電したことにより、例えば、対向電極104のソースライン111側の面が負(−Qb)となる。すると、対向電極104のソースライン111側の面が負に帯電したことにより、さらに同様に他の部分も誘電帯電が起こり、偏光板101の空気中への露出面が負(−Qb)となる。
このため、ソースライン111から偏光板110までの領域に容量Cb、ソースライン・対向電極間容量117に容量Cq、および、対向電極104から偏光板101までの領域に容量Cfが蓄えられることになる。
なお、ここではまだ、FPC145をコントロール基板に接続していないので、ソースドライバ120の入力端子は開放(open)状態となっている。
次いで、図7に示したように液晶パネル100が帯電した後、FPC145をコントロール基板に接続したときに、ソースドライバ120のGND入力端子が他の入力端子よりも先に接地した場合について説明する。
図8は、ソースドライバ120のGND入力端子が他の入力端子よりも先に接地した場合の、電荷がソースライン111からソースドライバ120を通じて放電するモデルを示す図である。
ソースドライバ120のGND入力端子が他の入力端子よりも先に接地すると、図8に示すように、ソースライン111に帯電した正の電荷は、ソースドライバ120の出力端子へ流れ込み、ダイオード121および123、並びにダイオード122を介して、GNDラインへと通じ、接地へと移動する。
このとき、電流(Id)は数A〜数十A流れ、図8の右上のグラフに示すように、時間(t)の経過と共に減少するように流れる。また、パルス性の電荷が流れている。但し、ソースライン111に接続されるソースドライバ120の出力端子は総数n本あり、また、ゲートドライバ130からの放電も考えられる。それゆえ、ソースライン111の1出力を通過して放電する電荷量は、液晶パネル全体に帯電した電荷の1/n以下になる。
このため、従来の静電破壊耐量の評価方法でも破壊しないと確認されたレベルの出力保護素子であれば、出力保護素子すなわちダイオード121〜123は、破壊しない。
しかしながら、各出力端子からソースドライバ120のGNDラインへと、電荷が一斉に流れ込むことになるため、GNDラインに十分な電流容量がない箇所があれば、その箇所で破壊が発生する。すなわち、静電破壊はパルス性の電荷流入で発生している。なお、負電荷はソースライン111に保持される。
一方、図7に示したように液晶パネル100が帯電した後、FPC145をコントロール基板に接続したときに、ソースドライバ120のVCC入力端子が他の入力端子よりも先に接地した場合について説明する。
図9は、ソースドライバ120のVCC入力端子が他の入力端子よりも先に接地した場合の、電荷がソースライン111からソースドライバ120を通じて放電するモデルを示す図である。
ソースドライバ120のVCC入力端子が他の入力端子よりも先に接地すると、図9に示すように、ソースライン111に帯電した正の電荷は、ソースドライバ120の出力端子へ流れ込み、電源方向が順方向となるダイオード121を主に介して、VCCラインを通り、コントロール基板の電源回路150から接地へと移動する。なお、電源回路150のインピーダンスはゼロとしている。
このときも、図8に示したGND入力端子が先に接地する場合と同様に、各出力端子からソースドライバ120のVCCラインへと、電荷が一斉に流れ込むことになる。それゆえ、VCCラインに十分な電流容量がない箇所があれば、その箇所で破壊が発生する。なお、負電荷はソースライン111に保持される。
さらに、図7に示したように液晶パネル100が帯電した後、FPC145をコントロール基板に接続したときに、ソースドライバ120の特定入力端子が他のピンよりも先に接地した場合について説明する。
図10は、ソースドライバ120の特定入力端子が他の入力端子よりも先に接地した場合の、電荷がソースライン111からソースドライバ120を通じて放電するモデルを示す図である。
ここで、ソースドライバ120には、図10に示すように、入力端子側に、入力バッファとしてトランジスタ161,162、入力保護素子としてダイオード163,164が備えられているとする。
ソースドライバ120の特定入力端子が他の入力端子よりも先に接地すると、図10に示すように、ソースライン111に帯電した正の電荷は、ソースドライバ120の出力端子へ流れ込み、ダイオード121〜123を通じ、VCCラインおよびGNDラインを介して、ダイオード163,164から特定入力端子を通り、接地へと移動する。
このとき、各出力端子からソースドライバ120のVCCラインおよびGNDラインへと電荷が一斉に流れ込み、この電荷による電流や電圧が、入力保護素子に加わることになる。それゆえ、入力保護素子に電流容量がない箇所や耐圧が低い箇所があれば、その箇所で破壊が発生する。
また、上記のように電荷が流れ込む場合は、特定入力端子に全ソースライン111の正電荷が一斉に流れ込むため、特に入力保護素子にとっては、最も厳しいとされる故障状態となる。なお、負電荷はソースライン111に保持される。
以上、図6〜10を参照した説明において、液晶パネル100に帯電する電荷が逆の場合、または、表面のラミネートフィルム115を剥がした場合、または、ゲートドライバ130での放電も、同様なモデルで電荷の移動を説明することができる。
次に、図1を参照しながら、上記ソースドライバ120の故障状態を再現した本実施の形態の静電耐圧評価装置の構成について説明する。
図1は、本実施の形態の静電耐圧評価装置の一構成例を示す模式図である。
本実施の形態の静電耐圧評価装置は、測定対象デバイスに電荷を与えることによって、静電耐圧を評価する装置である。静電耐圧評価装置は、図1に示すように、電荷を出力する印加装置10(印加手段)、および測定対象デバイスとしてのソースドライバ120を備えている。
印加装置10は、静電パルスを出力するシミュレータ装置として、一般的に知られているESDシミュレータである。静電パルスはパルス性の電荷である。印加装置10は、スイッチ11、コンデンサ12(容量素子)、抵抗13、第1接続部15、および第2接続部16を備えている。
スイッチ11は、印加装置10から出力する電荷のオン/オフを切り替えるためのものである。また、スイッチ11は、コンデンサ12が接続されている側と反対側の、抵抗13の電極に接続されている。
コンデンサ12は、電源(図示せず)によって充電された電荷を放電することによって、印加装置10からパルス性の電荷を出力するための電圧を発生するものである。また、コンデンサ12は、その容量が、ソースライン111と接地との間に帯電する容量と等価な容量(ソースライン対地等価容量C)となるように設定される。すなわち、ソースライン対地等価容量Cは、ソースライン111をn本接続したときに、全ソースライン111と対向する部材との間に帯電する静電容量である。
詳細には、実際に、ソースドライバ120が液晶パネル100(所定の装置)に備えられる場合、最終的に空気を伝達して接地へとつながる、偏光板110/ガラス基板109が帯電したり、偏光板101/ガラス基板102が帯電したりすることによって、ソースドライバ120の出力端子に接続されるソースライン111が誘電帯電したときに蓄積される電荷量に基づいて、コンデンサ12の容量は前記電荷量と等価な電荷量となるように設定される。すなわち、液晶パネル100が帯電したときに蓄積される電荷量に基づいて、コンデンサ12の容量は前記電荷量と等価な電荷量となるように設定される。
ここで、所定の装置とは、測定対象デバイスが実装されることが想定されている装置のことであり、ソースドライバ120であれば、実装されることが想定されている装置は、例えば、液晶パネル100である。
例えば、前述したように、液晶パネル100の裏面のラミネートフィルム115を剥離した場合、図7に示したように、±Qbの電荷が帯電した。そこで、±Qbの電荷がソースドライバ120に流れ込んでくる際の、ソースドライバ120の静電破壊耐圧について評価したいのであれば、コンデンサ12の電荷量を±Qbとすればよい。この場合、発生する電圧Vは、V=±Qb/Cとなる。
また、液晶パネル100の表面のラミネートフィルム115を剥離した場合について評価するのであれば、コンデンサ12の電荷量を±Qfとすればよい。さらに、液晶パネル100の両面のラミネートフィルム115を剥離した場合について評価するのであれば、コンデンサ12の電荷量をQb+Qfとすればよい。但し、ソースライン対地等価容量Cは、帯電した液晶パネルの位置(接地面からの高さ)による位置エネルギーも考慮して決定する必要がある。
さらに、コンデンサ12は可変コンデンサを用いてもよく、容量が1pF〜1μFの範囲であれば、ソースライン111に帯電する電荷量と等価となるように設定できる点で好ましい。
抵抗13は、コンデンサ12とスイッチ11との間に、コンデンサ12と直列に接続されている。また、抵抗13は、ソースライン111の内部インピーダンスと等価なインピーダンス(ソースライン等価インピーダンスZ)を形成するために設けられている。
詳細には、実際に、ソースドライバ120が液晶パネル100に備えられる場合、液晶パネル100やソースドライバ120の出力端子に接続されるソースライン111の内部インピーダンスに基づいて、抵抗13の抵抗値は、前記内部インピーダンスと等価なインピーダンスを生成するように設定される。
つまりは、液晶パネル100が帯電することによって、電荷は、液晶パネル100の内部およびソースライン111を介して、ソースドライバ120に流れることにより、液晶パネル100全体の内部インピーダンスに基づいて、抵抗13の抵抗値は、前記内部インピーダンスと等価なインピーダンスを生成するように設定される。
また、抵抗13は可変抵抗を用いてもよい。さらに、ソースライン111の内部インピーダンスは、液晶パネル100の構造や材質から求めることが可能であり、抵抗値が1Ω〜100Ωの範囲の抵抗により設けられていれば、ソースライン111の内部インピーダンスと等価となるように設定できる点で好ましい。
第1接続部15は、抵抗13が接続されている側と反対側の、スイッチ11の電極から配線されている接続部である。また、第1接続部15は、スイッチ11が接続されている側と反対側が、外部と接続可能となっている。スイッチ11がオンのとき、コンデンサ12が放電すると、抵抗13およびスイッチ11を介して、電荷が第1接続部15から出力される。
第2接続部16は、抵抗13が接続されている側と反対側の、コンデンサ12の電極から配線されている接続部であると共に、印加装置10の印加基準になっている。それゆえ、印加基準をGND(0V)とすることにより、第2接続部16に電荷を入力させることができる。また、第2接続部16は、コンデンサ12およびGNDが接続されている側と反対側が、外部と接続可能となっている。
以上の構成により、第1接続部15と第2接続部16との間にソースドライバ120を接続すると、スイッチ11がオンでコンデンサ12が放電することにより、ソースドライバ120に電圧が加わるので、電荷がソースドライバ120内を流れることになる。
次いで、ソースドライバ120において、外部からの電荷を入出力させる構成について説明する。
まず、ソースドライバ120への電荷の入出力は、ICソケットを介して行われる。ICソケットを使用する理由は、評価毎にソースドライバ120を評価基板に実装すると、半田付けや複数の評価基板が必要となるので、これらを不要とするためである。
ICソケットにソースドライバ120を取り付ける際、半田付けは必要ない。また、ICソケットを評価基板に取り付ける際にも、半田付けは必要ない。さらに、ICソケットが具備された評価基板を使用することにより、ソースドライバ120を付け替えて、ICソケットおよび評価基板を繰り返し使用することができる。
ここで、本実施の形態の静電耐圧評価装置では、上述した故障状態を再現し、液晶パネル100に設けられたソースドライバ120の静電破壊耐量を評価する。ソースドライバ120には、複数の出力端子が各ソースライン111に接続されて備えられている。それゆえ、電荷の放電時には、放電した電荷が全出力端子に同時に流れ込んでくる。
そこで、上記ソースドライバ120に電荷が流れ込んでくる状態を再現するために、図1に示すように、ソースドライバ120の複数の出力端子からの配線を電気的に1つにまとめた部分を設ける。上記電気的に1つにまとめた部分は外部と接続可能であり、共通接続部51とする。
共通接続部51としては、ICソケットの端子において、ソースドライバ120の複数の出力端子が共通に接続されるように、配線を1つにまとめて接続させる構成がある。または、ICソケットの端子において、ソースドライバ120の複数の出力端子が共通に接続されるように、評価基板のプリント基板パターンで1つにまとめて接続させる構成がある。上記2つの構成では、評価基板や評価装置内にスイッチやリレーを追加する必要がないので安価に実現でき、実用的である。
さらには、ICソケットの端子から、ソースドライバ120の複数の出力端子と1:1対応で複数本の端子を出す。そして、評価基板や評価装置内にスイッチやリレーを配置させ、スイッチやリレーで上記複数本の端子を制御して、複数本の端子を評価装置の1端子に電気的に共通に接続させる構成もある。すなわち、共通接続部51は、ソースドライバ120の内部で構成させるのではなく、評価基板や評価装置内で、ソースドライバ120の複数の出力端子からの配線を電気的に1つにまとめて構成すればよい。
また、ソースドライバ120を取り付けるICソケットには、ソースドライバ120の複数の入力端子と1:1に対応するように、外部と接続可能な端子が出されている。ここで、上記端子を被測定端子52とする。
なお、ICソケットは、ソースドライバ120すなわち測定対象デバイスの形状およびサイズや、測定対象デバイスの複数の出力端子からの配線を電気的に1つにまとめる構成などに応じて、好適に選択すればよい。
以上の構成において、印加装置10の第1接続部15を共通接続部51に接続させ、印加装置10の第2接続部16を、ソースドライバ120の複数の入力端子のうち、評価を行う入力端子に接続されている被測定端子52に接続させる。
第1接続部15および第2接続部16の接続が完了した後、印加装置10の第1接続部15から静電パルスを出力させる。すると、第1接続部15と第2接続部16との間が、共通接続部51、ソースドライバ120の出力端子、内部回路、および入力端子、並びに被測定端子52を介して接続されているので、ソースドライバ120に電荷を流すことが可能となる。
詳細には、印加装置10では、スイッチ11をオフにしてコンデンサ12をある電圧で充電後、スイッチ11をオンに切り替える。そして、コンデンサ12を放電させることにより、ソースドライバ120に、印加時間が数ns〜10μsのパルス電圧を印加する。その後、再度スイッチ11をオフに切り替えて、コンデンサ12を前回よりも高い電圧で充電する。なお、コンデンサ12へは、数十V〜数KV(例えば、30V〜1KV)の範囲の電圧が印加され充電される。
上記のようなコンデンサ12の充放電状態を繰り返しながら、コンデンサ12への印加電圧を徐々に高くしていき、ソースドライバ120にパルス電圧の印加を繰り返す。また、ソースドライバ120へのパルス電圧の印加に応じて、パルス電流も徐々に増えている。
実際に、ソースドライバ120の破壊を発生させるような、ソースドライバ120を介し接地までに至る電荷は、元々パルス性の電荷が流れている。よって、印加装置10から、コンデンサ12の放電によって静電パルスを出力することにより、パルス性の電荷流入で破壊するソースドライバ120の静電破壊を再現している。
また、印加装置10から出力される静電パルスは、一回分の放電量(すなわち電荷量)が、例えば図8を参照して説明した、ソースライン111からソースドライバ120を介し接地までに至る電荷量と同じである。これにより、静電パルスを印加した後にソースドライバ120の故障の有無を判断することによって、ソースドライバ120の静電破壊耐量を定量的に評価することが可能となる。
また、徐々にパルス電流を増加させることにより、本実施の形態の静電耐圧評価装置において評価されたソースドライバ120が耐えられる最大パルス電流と、実際の表示パネルの製造工程で発生する静電破壊電流値との大小関係から、ソースドライバ120が静電破壊するか否かを判断することが可能となる。
さらに、印加装置10の第2接続部16は、ソースドライバ120の複数の入力端子と1:1に対応するように設けられた複数の被測定端子52を選択しながら、選択した被測定端子52と接続させることにより、ソースドライバ120内の何れのラインが弱いかを、それぞれ評価することが可能となる。
したがって、液晶パネル100に帯電した電荷が、ソースライン111からソースドライバ120に流れ込み、ある入力端子を介して接地へと抜けていくモデルを再現し、静電破壊耐圧を評価することが可能となる。上記モデルは、図8〜10を参照して前述したモデルと同じである。
以上により、本実施の形態の静電耐圧評価装置は、ソースドライバ120の出力端子に接続可能となっており、ソースドライバ120に電荷を与える第1接続部15と、第1接続部15が接続された端子とは異なる端子に接続可能、かつ、接続した端子を接地可能とする第2接続部16とを備え、コンデンサ12を放電することによりパルス性の電荷を与える印加装置10と、ソースドライバ120の複数の出力端子に接続可能となっており、かつ、これら複数の出力端子を電気的に1つにまとめる共通接続部51とを備えており、ソースドライバ120の出力端子には、共通接続部51を介して第1接続部15を接続するようになっている、という構成を有している。
よって、ソースライン対地等価容量Cのコンデンサ12と、ソースライン等価インピーダンスZを発生する抵抗13とを直列に接続させ、充電したコンデンサ12を放電させることにより、印加装置10の第1接続部15から出力される電荷を、液晶パネル100に帯電した電荷が、放電によってソースライン111を介してソースドライバ120に流れ込む電荷と同様の電荷とすることが可能となる。
また、印加装置10の第1接続部15は、ソースドライバ120の複数の出力端子からの配線を電気的に1つにまとめた共通接続部51に接続され、かつ、印加装置10の第2接続部16は被測定端子52に接続されていることにより、コンデンサ12の放電により第1接続部15から出力される電荷が、共通接続部51を介して、ソースドライバ120の複数の出力端子全部に同時に与えられ、また、接続した被測定端子52に応じた測定対象デバイスの内部経路に電荷が流れる。
それゆえ、液晶パネル100において帯電してから放電したときに、電荷がソースドライバ120の複数の出力端子に同時に印加され、何れかの入力端子が接地されることによって、接地に通じる入力端子に電荷が一斉に流れ込んでくる状態と同様の状態をより良く再現することが可能となる。
さらに、各接続される被測定端子52毎に、接続された被測定端子52に応じて上記のような故障状況がより良く再現されたソースドライバ120の内部経路に対して、第1接続部15から出力された電荷により、ソースドライバ120の静電破壊耐量を評価することが可能となる。
したがって、本実施の形態の静電耐圧評価装置では、ソースドライバ120の故障状況をより良く再現し、ソースドライバ120の静電破壊に対する耐量を評価することが可能となる。それゆえ、本実施の形態の静電耐圧評価装置は、新しい故障モードに対応した静電耐圧を評価する装置となっている。
また、本実施の形態の静電耐圧評価装置は、図2に示すように、印加装置10から、ソースドライバ120に電荷を与える方向を逆にしてもよい。
図2は、本実施の形態の静電耐圧評価装置の他の構成例を示す模式図である。
印加装置10の第2接続部16を共通接続部51に接続させ、印加装置10の第1接続部15を被測定端子52に接続させる。この構成では、例えば、液晶パネルの製造工程において、何らかの原因で、ソースドライバ120の入力端子に電荷が流れ込んでくることによる故障を想定して、ソースドライバ120の静電破壊耐圧を測定することが可能となる。
また、液晶パネルの静電破壊工程調査をしたところ、ソースラインの内部インピーダンスに、インダクタンスを含むケースもあることがわかった。そこで、本実施の形態の静電耐圧評価装置は、図3に示すように、印加装置10にインダクタ14を備えてもよい。
図3は、印加装置10にインダクタ14を備える構成を示す模式図である。
インダクタ14は、抵抗13とスイッチ11との間に、コンデンサ12および抵抗13と直列に接続されている。なお、コンデンサ12および抵抗13と直列に接続されていれば、インダクタ14は、コンデンサ12と抵抗13との間に設けられていてもよい。
また、インダクタンスを含むケースの場合、抵抗値が1Ω〜100Ωの範囲の抵抗と、インダクタンスが0.1μH〜10μHのインダクタ14とが直列接続された構成により設けられていれば、ソースライン111の内部インピーダンスと等価となるように設定できる点で好ましい。
また、上記静電耐圧評価装置では、測定対象デバイスとしてソースドライバ120を用いたが、これに限らず、ゲートドライバ130であっても同様に評価することが可能である。
また、上記静電耐圧評価装置では、印加装置10の第2接続部16は、ソースドライバ120の複数の入力端子と1:1に対応するように設けられた被測定端子52から、選択した被測定端子52と接続させることにより、ソースドライバ120の静電破壊耐量を測定するが、これに限らず、複数の被測定端子52を第2接続端子と接続させて、複数の被測定端子52をまとめて評価してもよい。
また、抵抗13、または、抵抗13およびインダクタ14は、コンデンサ12が放電するときに、第1接続部15と第2接続部16との間にかかる電圧の時間に対する変化量を決定するものでもある。それゆえ、抵抗13、または、抵抗13およびインダクタ14の設置場所は放電回路内のどの場所でも測定に影響はない。しかしながら、放電の電流の方向は、抵抗13、または、抵抗13およびインダクタ14の設置場所に応じて決まるので注意が必要である。
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
本発明は、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどの表示パネルの駆動用LSIに関して、該駆動用LSIにおける入力端子の保護素子、電源ライン、およびGNDラインの静電破壊の信頼性試験に適用できるが、これに限らず、その他の分野にも適用することができる。例えば、製造工程において、自機が帯電し放電することにより、放電した電荷が一斉に流れ込んでくる入出力端子を有する半導体装置などに適用することができる。
本発明における静電耐圧評価装置の実施の一形態を示す構成図である。 本発明における静電耐圧評価装置の他の実施の形態を示す構成図である。 本発明における静電耐圧評価装置のさらに他の実施の形態を示す構成図である。 液晶パネルの内部構成を示す斜視図である。 液晶パネルの接続構成を示す構成図である。 上記液晶パネルとソースドライバとの構成を示す模式図である。 裏面のラミネートフィルムを剥離した場合の帯電モデルを示す模式図である。 電荷がソースラインからソースドライバを通じて放電するモデルを示す模式図である。 電荷がソースラインからソースドライバを通じて放電する他のモデルを示す模式図である。 電荷がソースラインからソースドライバを通じて放電するさらに他のモデルを示す模式図である。 従来のHBMやMMで評価を行うための構成を示す構成図である。 従来のCDMで評価を行うための構成を示す構成図である。
符号の説明
10 印加装置(印加手段)
11 スイッチ
12 コンデンサ(容量素子)
13 抵抗
14 インダクタ
15 第1接続部
16 第2接続部
51 共通接続部
52 被測定端子
100 液晶パネル(表示パネル)
108 ゲートライン
111 ソースライン
115 ラミネートフィルム
120 ソースドライバ(測定対象デバイス、表示駆動用半導体装置)
130 ゲートドライバ(測定対象デバイス、表示駆動用半導体装置)

Claims (6)

  1. 複数の入力端子および出力端子を備える測定対象デバイスの静電耐圧を評価する静電耐圧評価装置において、
    上記入力端子または出力端子に接続可能となっており、上記測定対象デバイスに電荷を付与する第1接続部と、
    当該第1接続部が接続された端子とは異なる端子に接続可能、かつ、接続した端子を接地可能とする第2接続部とを備え、パルス性の電荷を付与する印加手段と、
    上記測定対象デバイスの複数の出力端子に接続可能となっており、かつ、これら複数の出力端子を電気的に1つにまとめる共通接続部とを備えており、
    上記測定対象デバイスの出力端子には、上記共通接続部を介して第1接続部または第2接続部を接続するようになっており、
    上記出力端子に接続された接続部とは異なる接続部は、上記入力端子のいずれか1つに選択的に接続可能であり、
    上記測定対象デバイスは、表示パネルに備えられる表示駆動用半導体装置であり、
    上記印加手段は、電荷を蓄える容量素子を備えており、
    当該容量素子の容量は、上記表示駆動用半導体装置が上記表示パネルに備えられる場合に当該表示パネルが帯電したときに蓄積される電荷量に基づいて、当該電荷量と等価となるように設定可能となっていることを特徴とする静電耐圧評価装置。
  2. 上記印加手段は、上記表示駆動用半導体装置が上記表示パネルに備えられる場合の当該表示パネルの内部インピーダンスに基づいて、当該内部インピーダンスと等価となるように設定可能なインピーダンスを有するインピーダンス素子を備えていることを特徴とする請求項1に記載の静電耐圧評価装置。
  3. 上記容量素子は、容量が1pF〜1μFであることを特徴とする請求項に記載の静電耐圧評価装置。
  4. 上記インピーダンスは、1Ω〜100Ωの抵抗により設けられていることを特徴とする請求項に記載の静電耐圧評価装置。
  5. さらに、上記インピーダンスには、直列に接続される0.1μH〜10μHのインダクタが含まれることを特徴とする請求項に記載の静電耐圧評価装置。
  6. 複数の入力端子および出力端子を備える測定対象デバイスの静電耐圧を評価する静電耐圧評価方法において、
    上記複数の出力端子を電気的に1つにまとめる共通接続部を、当該複数の出力端子に接続するステップと、
    上記入力端子および共通接続部を介した出力端子の何れか一方の端子に、パルス性の電荷を付与するとともに、他方の端子を接地するステップとを含み、
    上記測定対象デバイスは、表示パネルに備えられる表示駆動用半導体装置であり、
    上記共通接続部を介した出力端子にパルス性の電荷を付与する場合、上記入力端子のいずれか1つを選択的に接地し、
    上記共通接続部を介した出力端子を接地する場合、上記入力端子のいずれか1つに選択的にパルス性の電荷を付与することを特徴とする静電耐圧評価方法。
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