JP5133854B2 - 電源装置および試験装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電源装置および試験装置に関する。
半導体デバイスの試験項目として、半導体デバイス内の回路が正常に機能するかを試験する機能試験、および、半導体デバイスの静止電流等が正常か否かを試験する直流試験等が知られている。例えば機能試験では、所定の試験信号が入力された半導体デバイスが出力する応答信号が、所定の期待値と一致するか否かにより、半導体デバイスの良否を判定する。また、直流試験では、所定の試験信号が入力された半導体デバイスに流れる電源電流が、所定の範囲内か否かにより、半導体デバイスの良否を判定する。
なお機能試験では、半導体デバイスに入力される試験信号に応じて、半導体デバイスが消費する電源電流が大きく変化する。当該電源電流が変動すると、電源と半導体デバイスの間の伝送路のインピーダンスにより、半導体デバイスに印加される電源電圧が変化する。電源は、半導体デバイスに印加される電源電圧を監視して、出力電圧を調整することで、半導体デバイスに印加される電源電圧を一定に制御しようとする。
しかし、電源自身の応答特性、および、電源と半導体デバイス間の伝送路のインピーダンス等によって、電源の応答に遅れが生じる。このため、半導体デバイスに印加される電源電圧の変動に、電源の出力電圧を高速に追従させることは難しい。このような課題に対して、電源電圧の変動を平滑化するバイパスコンデンサを、半導体デバイスの近傍に設けた装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。このような構成で、半導体デバイスの消費電流の変動を、半導体デバイスの近傍に設けたバイパスコンデンサで吸収することができるので、電源電圧の変動を抑制することができる。
また、半導体デバイスの消費電力を低減すべく、近年の半導体デバイスでは電源電圧の低電圧化が著しい。つまり、半導体デバイスが正常に動作できる電源電圧の範囲が小さくなっている。このため、電源電圧の当該範囲内に制御すべく、容量の大きいバイパスコンデンサが用いられている。
特開平2−2953号公報
上述したように、大容量のバイパスコンデンサを、半導体デバイスの近傍における電源供給線と接地電位の間に設けることで、機能試験における半導体デバイスの消費電流の変動に高速に追従して、半導体デバイスに電源電流を供給することができるので、電源電圧の変動を抑制することができる。しかし、電源供給線と接地電位の間に大容量のバイパスコンデンサを設けると、半導体デバイスの静止電流等を精度よく測定することが困難になる。
一般にコンデンサには、充電電流以外に誘電体吸収電流が流れる。誘電体吸収電流は、等価的に高抵抗成分および容量成分が直列に設けられた経路に流れる電流となるので、比較的に大きな時定数で変化する。このため、半導体デバイスの静止電流等を測定すべく、半導体デバイスに電源電圧を印加すると、大容量のバイパスコンデンサにより、誘電体吸収電流が所定の期間流れてしまう。従って、電源電圧印加後すぐに電源電流を測定すると、誘電体吸収電流の影響により、精度よく静止電流等を測定することが難しい。
また、電源電圧印加後に十分時間をおいてから電源電流を測定することも考えられるが、試験時間が長くなってしまい好ましくない。また、電源電圧印加後に機能試験を行ってから直流試験を行うことで、試験を効率化することも考えられる。しかし、CMOS等のリーク電流は、温度上昇に対して指数関数的に増加する。このため、機能試験を行うことで半導体デバイスの温度が上昇してしまうと、その後に測定した静止電流における異常が、温度上昇によるものか、CMOS等の欠陥によるものかを判定することが難しい。このため、電源電圧印加してから短時間経過後に、電源電流を精度よく測定できる方法が求められている。
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様においては、対象デバイスに電力を供給し、対象デバイスに流れる電源電流を測定する機能を有する電源装置であって、設定値に応じた電圧を出力する電力供給部と、電力供給部から対象デバイスに流れる電源電流を測定する測定部と、電源電流を測定する場合に、電力供給部と同期して所定の電圧を出力する同期電源部と、電力供給部から対象デバイスに電力を伝送する伝送路と、伝送路と基準電位の間に設けられるバイパスコンデンサと、同期電源部と伝送路の間に設けられる補償コンデンサとを備える電源装置を提供する。
第2の態様においては、対象デバイスを試験する試験装置であって、対象デバイスに電力を供給する電源装置と、電源装置が対象デバイスに供給する電源電流に基づいて、対象デバイスの良否を判定する判定部とを備え、電源装置は、設定値に応じた電圧を出力する電力供給部と、電力供給部から対象デバイスに電力を伝送する伝送路と、電力供給部から対象デバイスに流れる電源電流を測定する測定部と、電源電流を測定する場合に、電力供給部と同期して所定の電圧を出力する同期電源部と、伝送路と基準電位の間に設けられるバイパスコンデンサと、同期電源部と伝送路の間に設けられる補償コンデンサとを有する試験装置を提供する。
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図1は、対象デバイス300を試験する試験装置200の構成例を示す図である。対象デバイス300は、半導体デバイス等であってよい。試験装置200は、判定部210、機能試験部220、および、電源装置100を備える。
機能試験部220は、対象デバイス300に対して機能試験を行う。例えば機能試験部220は、対象デバイス300に所定の試験信号を入力してよい。また、機能試験部220は、当該試験信号に応じて対象デバイス300が出力する応答信号のデータパターンが、所定の期待値パターンと一致するか否かを判定してよい。
電源装置100は、対象デバイス300に電源電力を供給する。また、対象デバイス300の直流試験を行う場合、電源装置100は、対象デバイス300に供給される電源電圧または電源電流を測定してよい。直流試験を行う場合、機能試験部220は、所定のデータパターンを有する試験信号を、対象デバイス300に印加してよい。以下では、所定のデータパターンを有する試験信号が印加された後の、対象デバイス300の静止電流(IDDQ)を測定する例を説明する。
判定部210は、対象デバイス300の良否を判定する。例えば機能試験を行う場合、判定部210は、機能試験部220における応答信号と期待値パターンとの比較結果に基づいて、対象デバイス300の良否を判定してよい。また、直流試験を行う場合、判定部210は、電源装置100における電源電流の測定結果に基づいて、対象デバイス300の良否を判定してよい。
図2は、電源装置100の構成例を示す図である。電源装置100は、電力供給部10、伝送路20、電源側コンデンサ22、リレー24、バイパスコンデンサ30、同期電源部50、および、補償コンデンサ60を備える。また、抵抗26およびインダクタ28は、伝送路20の抵抗成分および誘導成分を示す。
電力供給部10は、設定値に応じた電圧を出力する。本例の電力供給部10は、DAC11、差動アンプ12、ボルテージフォロワ13、検出用抵抗14、測定部15、および、ADC16を有する。
DAC11は、与えられるデジタル設定値に応じたアナログ電圧を出力する。デジタル設定値は、対象デバイス300に印加すべき電源電圧の値に応じて設定される。ボルテージフォロワ13は、対象デバイス300に印加される電源電圧を検出して、差動アンプ12に入力する。ボルテージフォロワ13は、対象デバイス300の近傍における伝送路20の電圧を検出してよい。例えばボルテージフォロワ13は、対象デバイス300に接続されるプローブカード、または、対象デバイス300を載置するソケットボードにおける伝送路20の電圧を検出してよい。
差動アンプ12は、ボルテージフォロワ13が検出した電源電圧が、DAC11の出力電圧と略一致するように、電力供給部10が出力する電圧を調整する。例えば差動アンプ12は、DAC11の出力電圧およびボルテージフォロワ13の出力電圧を、所定の抵抗比で分圧した入力電圧が入力されてよい。差動アンプ12は、当該入力電圧に応じた電圧を出力する。
検出用抵抗14は、差動アンプ12と対象デバイス300の間の伝送路20に設けられる。測定部15は、検出用抵抗14の両端の電位差を検出することで、電力供給部10から対象デバイス300に流れる電源電流を測定する。ADC16は、測定部15が検出した電位差を、デジタル値に変換する。ADC16は、当該デジタル値を、判定部210に通知してよい。
電源側コンデンサ22は、電力供給部10の近傍において、伝送路20および接地電位の間に設けられる。例えば電源側コンデンサ22は、電力供給部10が形成される試験基板に設けられてよい。また、リレー24は、電源側コンデンサ22を伝送路20に接続するか否かを切り替える。例えばリレー24は、機能試験を行う場合に、電源側コンデンサ22を伝送路20に接続して、直流試験を行う場合に、電源側コンデンサ22を伝送路20から切り離してよい。
このような構成により、機能試験における対象デバイスの消費電流の変動に追従して、電源側コンデンサ22から電源電流を供給することができ、且つ、直流試験時には、電源側コンデンサ22の影響を排除することができる。ただし、伝送路20におけるインピーダンスにより、電源側コンデンサ22のみでは、対象デバイスの消費電流の変動に高速に追従することが難しい。このため、本例の電源装置100は、対象デバイス300の近傍にバイパスコンデンサ30を更に設けている。
伝送路20は、差動アンプ12と、対象デバイス300の電源端子とを電気的に接続する。伝送路20は、電力供給部10が出力する電源電力を、対象デバイス300に伝送する。伝送路20は、パターン配線、ケーブル等を含んでよい。例えば伝送路20は、電力供給部10が格納されるテストヘッドと、対象デバイス300が載置されるソケットボード等とを接続するケーブルを含んでよい。
バイパスコンデンサ30は、対象デバイス300の近傍において、伝送路20および接地電位の間に設けられる。例えばバイパスコンデンサ30は、対象デバイス300に接続されるプローブカード、または、対象デバイス300を載置するソケットボードに設けられてよい。ここで、直流試験時のバイパスコンデンサ30の影響を除去すべく、バイパスコンデンサ30を伝送路20に接続するか否かを切り替えるリレーを設けることも考えられる。しかし、バイパスコンデンサ30は、対象デバイス300の近傍に配置されるので、バイパスコンデンサ30に対応するリレーを設けるのは好ましくない。
本例の電源装置100は、同期電源部50および補償コンデンサ60を設けることで、直流試験時におけるバイパスコンデンサ30の影響を補償する。同期電源部50は、電源電流を測定する直流試験時に、電力供給部10と同期して所定の電圧を出力する。例えば同期電源部50は、電力供給部10が出力電圧を出力するのと略同時に、当該出力電圧の略2倍の電圧を出力してよい。同期電源部50は、電力供給部10と同一の構成を有してよい。
また、同期電源部50は、補償コンデンサ60に印加される電圧が帰還されてよい。同期電源部50は、補償コンデンサ60に印加される電圧が所定の電圧となるように、出力電圧を調整してよい。
補償コンデンサ60は、同期電源部50と伝送路20の間に設けられる。補償コンデンサ60と伝送路20の接続点は、バイパスコンデンサ30と伝送路20の接続点の近傍であってよい。例えば補償コンデンサ60は、対象デバイス300を載置するソケットボード、または、対象デバイス300に接続されるプローブカードにおける伝送路20に接続されてよい。また、補償コンデンサ60は、バイパスコンデンサ30と同一の基板(例えば、ソケットボード、プローブカード等の基板)に設けられてよい。
補償コンデンサ60は、バイパスコンデンサ30の容量に応じた容量を有する。具体的には、補償コンデンサ60は、バイパスコンデンサ30に流れる誘電体吸収電流Ic2aと略同一の誘電体吸収電流Ic2bが流れるような容量を有する。例えば、同期電源部50が、電力供給部10が出力する電源電圧Vdd1の略2倍の電圧Vdd2を出力する場合、補償コンデンサ60は、バイパスコンデンサ30と略同一の特性を有してよい。
例えば、補償コンデンサ60は、バイパスコンデンサ30の容量と略同一の容量を有してよい。この場合、補償コンデンサ60およびバイパスコンデンサ30は、同一の材料、製造プロセス、および、電極間距離により形成されることが好ましい。誘電体吸収電流は、コンデンサにおける誘電体材料の面積に比例するので、これらの条件により、補償コンデンサ60およびバイパスコンデンサ30に同一の電圧が印加されたときの誘電体吸収電流を略同一にすることができる。
そして、同期電源部50が、電力供給部10と略同時に、電源電圧の略2倍の電圧を出力することで、補償コンデンサ60およびバイパスコンデンサ30に印加される電圧を略同一にすることができる。このため、バイパスコンデンサ30に流れる誘電体吸収電流Ic2aを、補償コンデンサ60から供給することができる。従って、電力供給部10が出力する電源電流Ioと、負荷電流Iddとが略同一となるので、電源電流Ioを測定することで、負荷電流Iddを測定することができる。
以上説明したように、本例の電源装置100によれば、直流試験時においてバイパスコンデンサ30に流れる誘電体吸収電流Ic2aの影響を除去して、対象デバイス300に流れる負荷電流Iddを測定することができる。このため、対象デバイス300の良否を精度よく判定することができる。
図3は、コンデンサの等価回路の一例を示す図である。一般にコンデンサに流れる電流には、容量成分Cに流れる電流I1、抵抗成分Rpに流れる電流I2、および、誘電体吸収電流I3がある。
図4は、容量成分Cに流れる電流I1、抵抗成分Rpに流れる電流I2、および、誘電体吸収電流I3の時間変化の一例を示す図である。コンデンサに電圧Vinが印加されると、電流I1、電流I2、および、誘電体吸収電流I3が流れる。上述したように、誘電体吸収電流I3は、高インピーダンスの負荷に流れる電流と等価であるので、図4に示すように、大きい時定数で変化する。
図2に関連して説明した電源装置100は、バイパスコンデンサ30に流れる誘電体吸収電流と略同一の電流を、補償コンデンサ60からバイパスコンデンサ30に供給するので、当該誘電体吸収電流が伝送路20に流れる電流に与える影響を除去することができる。このため、バイパスコンデンサ30の誘電体吸収電流が無視できる大きさになるのを待たずに、対象デバイス300に供給される電流を精度よく測定することができる。
図5は、電源装置100の他の構成例を示す図である。本例の電源装置100は、図2に関連して説明した電源装置100の構成に加え、リレー62およびリレー64を更に備える。他の構成は、図2に関連して説明した構成と同一であってよい。
リレー62は、電源電流を測定しない場合に、補償コンデンサ60を伝送路20から切り離す。例えばリレー62は、機能試験を行う場合に、補償コンデンサ60を伝送路20から切り離してよい。また、リレー62は、直流試験を行う場合に、補償コンデンサ60を伝送路20に接続してよい。このような構成により、機能試験を行う場合に、補償コンデンサ60の影響を排除することができる。
リレー64は、補償コンデンサ60が伝送路20から切り離された場合に、補償コンデンサ60を放電させる。例えばリレー64は、機能試験を行う場合に、補償コンデンサ60を、伝送路20に代えて接地電位に接続してよい。また、リレー64は、補償コンデンサ60の両端の電極を電気的に接続することで、補償コンデンサ60を放電させてもよい。
図6は、電源装置100の他の構成例を示す図である。本例の電源装置100は、複数の対象デバイス300に電源電力を供給する。図6では、2つの対象デバイス300に電源電力を供給する構成を示す。
電源装置100は、複数の電力供給部10、複数の伝送路20、複数のバイパスコンデンサ30、複数の電源側コンデンサ22、および、複数の補償コンデンサ60を有する。電力供給部10、伝送路20、バイパスコンデンサ30、電源側コンデンサ22、および、補償コンデンサ60は、複数の対象デバイス300に対応してそれぞれ複数設けられる。電力供給部10、伝送路20、バイパスコンデンサ30、電源側コンデンサ22、および、補償コンデンサ60は、図2から図5に関連して説明した電力供給部10、伝送路20、バイパスコンデンサ30、電源側コンデンサ22、および、補償コンデンサ60と同一であってよい。
なお、図6においては、リレー62およびリレー64を設けない構成を示したが、電源装置100は、それぞれのバイパスコンデンサ30に対してリレー62およびリレー64を有してよい。また、本例の同期電源部50は、複数の補償コンデンサ60に対して並列に電圧を印加する。このように、同期電源部50を複数の対象デバイス300に対して共通に用いることで、電源装置100の回路規模を低減することができる。
また、図2から図6に関連して説明した電源装置100における補償コンデンサ60は、容量が可変のコンデンサであってよい。例えば補償コンデンサ60は、並列に設けられた複数の微小コンデンサと、伝送路20および同期電源部50の間に接続する微小コンデンサの個数を制御する容量制御部とを有してよい。
それぞれの容量制御部は、対応する補償コンデンサ60に流れる誘電体吸収電流が、対応するバイパスコンデンサ30に流れる誘電対吸収電流と略同一となるように、対応する補償コンデンサ60の容量を調整してよい。補償コンデンサ60の容量の調整は、対象デバイス300の電源電流を測定する前に行うことが好ましい。
例えば、電源装置100は、電力供給部10および同期電源部50から略同時に電圧を出力させたときの、補償コンデンサ60およびバイパスコンデンサ30に流れる電流をそれぞれ測定することで、補償コンデンサ60の容量を調整してよい。また、電源装置100は、対象デバイス300に代えて定電流回路を接続して、電力供給部10および同期電源部50から略同時に電圧を出力させたときに伝送路20に流れる電流が、定電流回路の電流に対して変化しないように、補償コンデンサ60の容量を調整してもよい。
このように、補償コンデンサ60を可変容量とすることで、対象デバイス300に流れる電流を、より精度よく測定することができる。また、それぞれの補償コンデンサ60の容量をそれぞれ独立に調整することで、各チャネルにおける特性のバラツキを吸収することができ、共通の同期電源部50を用いて各チャネルの電流を精度よく補償することができる。
また、試験装置200には、同一構成の電源モジュールが複数設けられる。試験装置200は、複数の対象デバイス300の直流試験を行う場合に、いずれかの電源モジュールを同期電源部50として機能させ、他の電源モジュールを電力供給部10として機能させてよい。
以上説明した電源装置100によれば、直流試験時におけるバイパスコンデンサ30に流れる誘電体吸収電流の影響を排除して直流電流等を測定することができる。また、試験装置200は、従来の試験装置の構成に同期電源部50を追加することで実現できる。このため、既存の試験装置を、試験装置200として容易に機能させることができる。また、一般に試験装置には複数の電源装置が備えられている。既存の試験装置において、いずれかの電源装置を同期電源部50として機能させることで、既存の試験装置を試験装置200として機能させてもよい。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
対象デバイス300を試験する試験装置200の構成例を示す図である。 電源装置100の構成例を示す図である。 コンデンサの等価回路の一例を示す図である。 容量成分Cに流れる電流I1、抵抗成分Rpに流れる電流I2、および、誘電体吸収電流I3の時間変化の一例を示す図である。 電源装置100の他の構成例を示す図である。 電源装置100の他の構成例を示す図である。
符号の説明
10・・・電力供給部、11・・・DAC、12・・・差動アンプ、13・・・ボルテージフォロワ、14・・・検出用抵抗、15・・・測定部、16・・・ADC、20・・・伝送路、22・・・電源側コンデンサ、24・・・リレー、26・・・抵抗、28・・・インダクタ、30・・・バイパスコンデンサ、50・・・同期電源部、60・・・補償コンデンサ、62・・・リレー、64・・・リレー、100・・・電源装置、200・・・試験装置、210・・・判定部、220・・・機能試験部、300・・・対象デバイス

Claims (12)

  1. 対象デバイスに電力を供給し、前記対象デバイスに流れる電源電流を測定する機能を有する電源装置であって、
    設定値に応じた電圧を出力する電力供給部と、
    前記電力供給部から前記対象デバイスに流れる前記電源電流を測定する測定部と、
    前記電源電流を測定する場合に、前記電力供給部と同期して所定の電圧を出力する同期電源部と、
    前記電力供給部から前記対象デバイスに電力を伝送する伝送路と、
    前記伝送路と基準電位の間に設けられるバイパスコンデンサと、
    前記同期電源部と前記伝送路の間に設けられる補償コンデンサと
    を備える電源装置。
  2. 前記補償コンデンサに流れる誘電体吸収電流が、前記バイパスコンデンサに流れる誘電体吸収電流と略等しい
    請求項1に記載の電源装置。
  3. 前記補償コンデンサは、前記バイパスコンデンサの容量に応じた容量を有する
    請求項2に記載の電源装置。
  4. 前記同期電源部は、前記電力供給部の出力電圧の略2倍の電圧を出力し、
    前記補償コンデンサは、前記バイパスコンデンサと略同一の特性を有する
    請求項2に記載の電源装置。
  5. 前記同期電源部は、前記電力供給部が前記出力電圧を出力するのと略同時に、電圧を出力する
    請求項4に記載の電源装置。
  6. 前記電源装置は、複数の前記対象デバイスに対応して、複数の前記電力供給部、複数の前記伝送路、複数の前記バイパスコンデンサ、複数の前記測定部、および、複数の前記補償コンデンサを備え、
    前記同期電源部は、複数の前記補償コンデンサに対して並列に電圧を印加する
    請求項5に記載の電源装置。
  7. 前記電源電流を測定しない場合に、前記補償コンデンサを前記伝送路から切り離すリレーを更に備える
    請求項5に記載の電源装置。
  8. 前記補償コンデンサは、前記バイパスコンデンサと同一の基板に形成される
    請求項4に記載の電源装置。
  9. 前記補償コンデンサは、容量が可変のコンデンサである
    請求項6に記載の電源装置。
  10. 対象デバイスを試験する試験装置であって、
    前記対象デバイスに電力を供給する電源装置と、
    前記電源装置が前記対象デバイスに供給する電源電流に基づいて、前記対象デバイスの良否を判定する判定部と
    を備え、
    前記電源装置は、
    設定値に応じた電圧を出力する電力供給部と、
    前記電力供給部から前記対象デバイスに電力を伝送する伝送路と、
    前記電力供給部から前記対象デバイスに流れる前記電源電流を測定する測定部と、
    前記電源電流を測定する場合に、前記電力供給部と同期して所定の電圧を出力する同期電源部と、
    前記伝送路と基準電位の間に設けられるバイパスコンデンサと、
    前記同期電源部と前記伝送路の間に設けられる補償コンデンサと
    を有する試験装置。
  11. 前記試験装置は、前記対象デバイスの機能試験を行う機能試験部を更に備える
    請求項10に記載の試験装置。
  12. 前記電源装置は、前記機能試験を行う場合、前記補償コンデンサを前記伝送路から切り離すリレーを有する
    請求項11に記載の試験装置。
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