JPH116850A

JPH116850A - 電荷量測定装置

Info

Publication number: JPH116850A
Application number: JP18274898A
Authority: JP
Inventors: Yoko Yaguchi; 洋子矢口; Junichi Yamaguchi; 淳一山口; Koichi Suzuki; 功一鈴木
Original assignee: NEC Corp; NEC Yamagata Ltd
Current assignee: NEC Corp; NEC Yamagata Ltd
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1998-06-29
Publication date: 1999-01-12
Anticipated expiration: 2020-09-28
Also published as: JP3701470B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＬＳＩのような、絶縁体と導電体とを含む物
体の絶縁体部分が静電気を帯びたとき、その静電気によ
って導電体に誘導される電荷のうちの過剰動電荷だけを
選択的に、製造工程中のあるべきその場、その状態で精
度良く測定する。【解決手段】金属棒１４を容量値既知の誘電体４で包
み、その上から金属板１５で包んで、金属板１５を接地
電位にする。被測定物から誘電体４迄の配線と誘電体４
とを、相互間の相対位置が不変であるように一体化す
る。金属板１５が外部からの電磁誘導を遮蔽するので、
被測定物から誘電体４までの配線の変形や電磁誘導によ
る測定値の変動はない。又、誘電体４を、被測定電荷の
移動経路に沿って分布容量となるような構造にし、誘電
体４が被測定物に近い方から順次時間差をもって充電さ
れて行くようにして、被測定物１の高電圧が瞬間的に電
圧計５に加わるのを防ぎ、被測定電荷が電圧計５を通し
てグランドに漏れるのを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電荷量測定装置に
関し、特に、例えばＬＳＩのパッケージとリード端子と
のように、絶縁体と導電体とを含んでなる被測定物の、
絶縁体部分に帯電した静電荷により導電体部分に誘起さ
れる電荷の量あるいは静電エネルギーの測定に用いて有
効な、電荷量の測定方法およびその実施に用いられる電
荷量測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種ＬＳＩに見られるように、半
導体装置の高機能化とこれに伴う高密度化の進展は著し
く、１チップ当りの素子数は指数関数的に増大してきて
いる。そしてこれと共に、半導体装置を構成する各素子
はそのサイズが極めて小さくなり、電界に対する耐性が
低下してきている。一例として、家庭用電気製品に搭載
されるＬＳＩでさえ、これを構成する素子の平面寸法が
１μｍを下回るようになってきており、又、例えばＭＯ
Ｓトランジスタのゲート絶縁膜厚やｐｎ接合の深さな
ど、断面方向の寸法も０．０５μｍを下回っている。こ
れに加えて、半導体装置（以下、ＬＳＩで代表させる）
の静電破壊耐量を低下させるもう一つの要因として、厚
さが１ｍｍ以下というような薄型でしかも大型のパッケ
ージを用いた製品も実用化され、パッケージの静電容
量、換言すれば保持される静電エネルギー量も飛躍的に
増加してきている。このような状況のもとで、ＬＳＩの
静電気による破壊を防止することは、非常に重要な課題
となってきている。

【０００３】静電気によるＬＳＩの破壊は、後述するよ
うに、リード端子に帯電した電荷が移動することに伴な
って、ＬＳＩ内部の各構造部分へエネルギーが供給さ
れ、又は、蓄積された電荷が強電界を形成することにそ
の直接原因を求められるのであるが、破壊に至る過程の
中間段階に介在するパッケージの帯電現象が重要な役割
を果す。製造工程中で或いは取扱い中にＬＳＩが帯電し
破壊するメカニズムとして、通常、下記の二つのモード
が考えられている。

【０００４】第１のモードは、ＬＳＩ外部の高圧帯電体
からＬＳＩのリード端子への直接的な放電（火花放電ま
たは接触放電）であり、その放電エネルギーや電荷がＬ
ＳＩを破壊させる。高圧帯電体としては、ＴＶのＣＲＴ
や、或いは摩擦帯電した人体や絶縁物などが挙げられ
る。摩擦帯電した絶縁物には、例えばプラスチックマガ
ジンのような製造工程中で用いられる治工具類あるい
は、印刷配線基板やＩＣソケットのような実装用部品類
などがある。又、樹脂やセラミックのような絶縁性パッ
ケージで封止されたＬＳＩ自体も含まれる。

【０００５】第２のモードは、絶縁性のパッケージが帯
電し又は充電され、その帯電により金属製リード端子に
静電誘導された電荷がグランドに向って放電（この場合
も火花放電または接触放電）することによるエネルギー
の供給や、強電界の形成に基づく破壊である。従って、
このモードでのＬＳＩの破壊は、ＬＳＩとグランドとの
相対位置関係およびパッケージの帯電量に密接に関係し
ている。このモードにおけるパッケージの帯電には、第
１モードでの放電の結果として起る場合と、それとは別
に、ＬＳＩの製造工程中あるいは実装作業中などでのＬ
ＳＩの取り扱いに付随して必然的に発生する場合とがあ
る。すなわち、第１モードでの放電エネルギーや電荷量
がＬＳＩ内部の微小構造部分を破壊させるに十分な量で
あったとしても、放電の時定数が長いときは、ＬＳＩ内
部に熱エネルギーや電荷の集中が起らず、ＬＳＩが破壊
されないまま大きな電荷が残留する。一方、ＬＳＩの製
造工程、特に通常「後工程」と呼ばれる組み立て工程や
検査工程では、（パッケージに封入された）ＬＳＩを高
圧エアーを使った吸着ノズルで吸着して移動させたり、
長尺のレール上を滑らせるなどして移動させる作業が必
ず行われる。このとき、ＬＳＩと空気あるいはレールと
の摩擦によって、ＬＳＩのパッケージが帯電する。摩擦
帯電はその外にも、ＬＳＩがマガジンとよばれるケース
に収納されているときであっても、マガジンとＬＳＩと
が擦れ合って発生する。又、たとえＬＳＩが静止してい
るときでも、例えば検査工程での低温温度特性検査など
では、結露防止のために乾燥空気をＬＳＩに吹き付ける
ので、このような場合にもパッケージの摩擦帯電が生じ
る。

【０００６】上記のようなＬＳＩの静電気による破壊に
対して、第１モードでの破壊については、従来、ＬＳＩ
チップへの保護回路の付加や内蔵およびその回路の工夫
・改良、リストストラップに代表される人体内電荷の除
電あるいはイオナイザーによる帯電防止など、さまざま
な対策がなされ効果を上げている。問題は、第２モード
での破壊に対する対策であるが、どのような対策を講じ
るにしろ、ＬＳＩを帯電破壊させるに至るエネルギー或
いは電荷量を正確に把握することが欠かせない。本発明
は、主に、このような必要性に基づいてなされたもので
ある。

【０００７】上記のような必要性に対し、主な測定対象
をＬＳＩに絞った電荷量（延いては静電エネルギー量）
測定方法または測定装置は、これまで特には見当たらな
い。このようなことから、従来、他の技術分野で用いら
れる測定装置をＬＳＩでの測定に流用しているのが現状
である。例えば、良く知られているファラデーケージが
ある。これは物体に帯電した静電電荷量を測定する装置
であって、図７（ａ）に示されるように、被測定物（例
えば、ＬＳＩ）１を入れるカップ状の金属板２とこれと
同芯円状で接地電位にされた金属板３とで、一定の容量
値Ｃを持つ誘電体４を挟んだ構造となっている。被測定
物１を内側のカップ状金属板２の中に入れると、静電誘
導によって金属板２と金属板３との間に電位差Ｖが生じ
るので、この電位差Ｖを電圧計５によって測定すること
により、被測定物１の静電電荷量Ｑを、Ｑ＝ＣＶによっ
て求める装置である。ファラデーケージはその動作原理
から明らかなように、ガウスの定理をそのまま実現した
ものであり、被測定物１として例えばＬＳＩを選べば、
内部にリード端子が有ろうと無かろうとそのこととは無
関係に、パッケージ表面に帯電した全静電電荷量を測定
できる。

【０００８】又、特開昭５３−１１６１８２号公報に
は、被測定物の静電荷を誘導する集電部に自己放電式除
電器を用いたことを特徴とする静電電荷量測定装置が開
示されている。これは、図７（ｂ）に示すように、例え
ばブラシ状の自己放電式除電器６に被測定物１の電荷を
誘導し、これを一定の容量値Ｃを持つ誘電体４に蓄積さ
せ、そのときの電位差Ｖと容量値Ｃとから、Ｑ＝ＣＶに
よって被測定物の静電電荷量Ｑを測定するものである。
この装置は、同公報にも記載されているように、ファラ
デーケージの欠点を改善しようとするものである。すな
わち、ファラデーケージでは、その形状からして、被測
定物をサンプリングしてカップ状金属中に持ち込まなけ
ればならない。このことから、被測定物が本来あるべ
きその場、その状態での測定ができない、被測定物の
形状に制限が加わったり、例えば長尺物におけるよう
に、被測定物によっては測定不能な場合がある、更に
は、サンプリング時の各種摩擦の発生状況の変動によ
って測定値が変動し、測定精度が十分でなかったりする
が、上記公報記載の静電電荷量測定装置によれば、ファ
ラデーケージのそのような欠点が解消する。

【０００９】ファラデーケージ或いは上記公報記載の静
電電荷量測定装置を用いれば、多少の改善、工夫は当然
必要ではあるものの、帯電したＬＳＩパッケージの全静
電電荷量を測定することは可能である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、特開
昭５３−１１６１８２号公報記載の静電電荷量測定装置
あるいはファラデーケージを流用すれば、ＬＳＩのパッ
ケージに帯電した全静電電荷量を測定することが可能で
あり、その測定結果をＬＳＩの静電気破壊防止対策立案
の資とすることができる。しかしながら、測定対象をＬ
ＳＩに限定して考えた場合、ＬＳＩに静電気破壊をもた
らすものが、リード端子を通してＬＳＩ内部の各構造部
分に供給される放電エネルギー又は電荷の蓄積に伴う強
電界の形成であることを考慮すると、ＬＳＩパッケージ
に帯電した全静電電荷量ではなく、リード端子を通して
グランドに流れる過剰動電荷（後述する）又はリード端
子とグランドとの間の浮遊容量に蓄積される静電エネル
ギーを、直接しかも各リード端子ごとに測定する方が、
ＬＳＩの静電気破壊防止により直接的に結び付く。以下
に、本発明者らの研究結果に基づいて、過剰動電荷の考
え方と、その過剰動電荷が前述した第２モードでの静電
気破壊に果す役割とを述べ、過剰動電荷量測定の有効性
について説明する。

【００１１】始めに、過剰動電荷の概念について説明す
る。過剰動電荷は、新しく発見された電荷でも概念でも
なく、多くの電気磁気学の教科書の冒頭にでてくる静電
誘導現象のうちの一つの電荷に名称をつけたものであ
る。図８（ａ）に示すようなある形のグランド面７で囲
まれた空間に電荷量Ｑがあるとき、この空間には、電荷
量Ｑと空間を占る物質の比誘電率および、電荷量Ｑとグ
ランド面までの距離により決まる電場が形成され、それ
ぞれの場所ごとに電位が定まる。いま、この空間に中性
の小さな金属片８を入れたとする。金属片８の電位は、
その位置の、金属片を入れる前の電位となる。

【００１２】次いで、図８（ｂ）に示すように、細い導
線９で金属片８を接地すると、金属片８及び導線９の位
置の電位を０とするように、正の電荷が金属片８からグ
ランド７に流れ出て同じ量の負の電荷が残る。又は、反
対の表現で、グランド７から負の電荷が流れ込む。どち
らの表現でも構わないが、両方の表現を混在させるとま
ぎらわしいので、今後、前者の「流れ出す」を使うこと
とし、この流れ出す電荷に「過剰動電荷」という名前を
つける。金属片８をグランド７に接続したときに流れ出
る過剰動電荷の量は、金属片８をグランド７に接続した
後に定まる電場に対応する量である。この量は、グラン
ド７に接続した金属片８の電位が０になるように残った
負の電荷の量に等しい。これまでの説明から明らかなよ
うに、過剰動電荷量は、帯電部位（電荷量Ｑの位置）、
金属片８及びグランド面７相互間の相対位置関係と、帯
電電荷量Ｑとに密接に関係している。従って、過剰動電
荷量を測定する場合には、被測定物があるべきその場、
その状態で測定しなければならない。

【００１３】次に、上記の考え方に基づいて、パッケー
ジが帯電したＬＳＩの過剰動電荷による破壊のモデルを
図９に示す。同図を参照して、絶縁性の樹脂（パッケー
ジ）１０の中に、２本の金属製リード端子１１_L ，１１
_R と、その中間に金属製ワイヤー１２で接続されたｐｎ
接合（ＬＳＩの構造部分の一例）が配置されている。樹
脂１０表面には、製造工程中の摩擦あるいは第１モード
での放電などにより、正の静電荷が帯電している。同図
には、この樹脂１０表面の静電荷によって、リード端子
１１_L ，１１_R やワイヤー１２、チップの一部に負の電
荷が誘導固定化し、正の電荷が過剰動電荷となるイメー
ジを描いた。始めの状態では、左右のリード端子１１
_L ，１１_R 、ワイヤー１２及びｐｎ接合とも全て同電位
である。次に、右側のリード端子１１_R が、火花放電あ
るいは接触放電によって接地電位になったとすると、全
ての過剰動電荷は、グランドに向って極めて早い速度で
移動する。その移動速度は回路の分布定数で定まること
になるが、ｐｎ接合部は降伏状態であってもリード端子
１１_L ，１１_R やワイヤー１２に比べて高い抵抗または
電位障壁を持つので、過剰動電荷が全て流出しつくすま
では、左右のリード端子間またはｐｎ接合の両端には電
位差が加わり続ける。ＬＳＩの静電気による破壊は、接
合型であれば、この電位差の間を過剰動電荷が通過する
際に残す熱エネルギーにより、ＭＯＳ型であれば、過剰
動電荷が作る電界中の電位差そのものによって発生す
る。

【００１４】上述の過剰動電荷の量は、樹脂１０表面の
正の静電荷に誘導された電荷であるので、前述したファ
ラデーケージや特開昭５３ー１１６１８２号公報記載の
静電電荷量測定装置によって樹脂表面の静電電荷量を測
定することにより、知ることはできる。但し、この方法
によってＬＳＩの過剰動電荷量を見積る場合、以下の点
を考慮しなければならない。

【００１５】ＬＳＩパッケージの帯電状態およびＬＳ
Ｉとグランドとの相対位置関係、したがってリード端子
の過剰動電荷量は、製造工程、検査工程での置かれた状
態ごと或いは取り扱いの仕方ごとによって大きく異なる
ので、あるべきその場、あるべきその状態のままで測定
しなければならない。この点から、ファラデーケージ
は、ＬＳＩの過剰動電荷量測定には実際上適用不可能で
あるといえる。

【００１６】一般に、絶縁体表面の静電荷は移動しに
くく、したがって分布が不均一になることが多い。その
ような場合は、たとえＬＳＩパッケージの全静電電荷量
が分ったとしても、リード端子ごとの過剰動電荷量はそ
の静電電荷量から見積ることは難しい。このような場合
はどうしても、リード端子に誘導される過剰動電荷量を
直接測定しなければならない。この観点から、特開昭５
３ー１１６１８２号公報記載の静電電荷量測定装置は、
集電部として用いた自己放電式除電器の集電効果を高め
るためにブラシ式の電極を用いているので、ＬＳＩのよ
うにピッチの極く狭いリード端子ごとの過剰動電荷量を
測定する用途には、実際上使用不能である。

【００１７】これまでの説明から明らかなように、製造
工程の設備・治工具あるいはＬＳＩ自体のパッケージや
チップを、ＬＳＩを破壊させることのないように設計し
たり、またＬＳＩの取り扱い方法を検討するためには、
ＬＳＩの製造工程中で、あるべきその場、あるべきその
状態における、リード端子ごとの過剰動電荷量を正確に
測定する方法および装置が欠かせない。

【００１８】尚、一般に静電気は、電位は高いものの電
荷量としては小さい場合が多い。例えば図７（ｂ）にお
いて、被測定物１の容量Ｃ₁ の値が１ｐＦで、帯電した
電荷量Ｑ₁ が１０ｎＣであるとすると、被測定物１の接
地電位に対する電圧Ｖ₁ は、Ｖ₁ ＝Ｑ₁ ／Ｃ₁ ＝１０×
１０^-9／１×１０^-12 （Ｃ／Ｆ）＝１０，０００Ｖにも
なる。このような微少電荷高電圧の被測定物を測定する
には、測定系はその回路形式がどのようなものであれ、
その点を十分に考慮したものでなくてはならない。すな
わち、電荷変換部（測定系のうち、被測定電荷を蓄積し
又は流して、電圧または電流に変換する部分をこのよう
に呼ぶこととする。図７（ｂ）の場合は誘電体４）のイ
ンピーダンス（つまり、誘電体４の静電容量の逆数）
は、被測定物のインピーダンスに比べて実質上０と見做
せる程度に十分低くなくてはならない。若しそうでない
と、被測定電荷は、全量が誘電体４に誘導・蓄積される
ことにならず、被測定物の容量値に応じた量が被測定物
に残り、正しい測定が行われないことになってしまう。
一方、測定部（測定系のうち、変換部の電圧または電流
を測定する部分をこのように呼ぶこととする。この場合
は、電圧計５）は、入力インピーダンスが十分に高く、
しかも耐圧が十分に大きくなくてはならない。これら
は、微少電荷を全量確実に変換部に誘導するために必要
である。測定部の入力インピーダンスが低かったり内部
抵抗が不足していると、ただでさえ微少な被測定電荷が
測定部の方に漏れ、測定精度が低下してしまう。

【００１９】一方、測定系が上記のような条件を満たす
とき、被測定物から測定系までの配線系にも十分な配慮
が払われなければならない。例えば、図７（ｂ）におい
て、被測定物１から電圧計５までの配線１３に裸線を用
いると、外部からの電磁波の誘導を拾い易い。この誘導
による電圧は電圧計５の高い入力インピーダンスに加わ
り電圧測定値を変動させる。一方、電磁誘導の影響を避
けるため、配線１３を同軸ケーブルなどにすると、測定
のためにケーブルを動かしたときに発生するピエゾ効果
により、やはり配線１３に電圧が生じ電圧計５の測定値
が変動してしまう。

【００２０】測定系および配線系に対するこのような配
慮は、ＬＳＩの過剰動電荷の測定のみならず、測定対象
がどのようなものであれ、一般に微少電荷高電圧の静電
荷の量を測定する際にも必要なことである。

【００２１】従って本発明は、ＬＳＩのリード端子の過
剰動電荷量だけを、製造工程でのあるべきその場、ある
べきその状態において、しかもリード端子ごとに測定す
る方法およびその実施に用いる測定装置を提供すること
を目的とするものである。

【００２２】本発明の他の目的は、上記のような過剰動
電荷の測定方法および測定装置を用いて、ＬＳＩのリー
ド端子とグランドとの間の浮遊容量を測定し、更には、
パッケージが帯電したＬＳＩのリード端子に蓄積される
静電エネルギー量を求め、また、ＬＳＩに静電気破壊を
引き起すに足る静電エネルギー又は電荷量を測定する測
定装置を提供することである。

【００２３】本発明はまた、過剰動電荷量および静電電
荷量の測定装置において、被測定物から測定系までの配
線の変形や電磁誘導などに起因する測定値の変動のな
い、精度の高い電荷量測定装置を提供することを目的と
するものである。

【００２４】本発明は更に、過剰動電荷量および静電電
荷量の測定装置において、被測定電圧が高電圧であるこ
とに起因して、被測定電荷の一部が測定部を通して電荷
変換部位外に漏れることに基づく測定精度の低下を防止
した、精度の高い測定装置を提供することを目的とする
ものである。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明の電荷量測定装置
は、絶縁体と導電体とを含んで構成される被測定物の前
記導電体に蓄積されている電荷を、接触放電又は火花放
電などにより放電させ誘導する探針と、前記探針によっ
て誘導された前記電荷を蓄積するための、一方の電極が
接地電位にされた容量値既知のキャパシタと、前記キャ
パシタの電極間電圧を測定する手段とを備えることを特
徴とする。

【００２６】本発明の電荷量測定装置は、上記の構成に
加えて、キャパシタが、探針によって誘導される被測定
電荷の移動経路に沿って、分布容量構造又は微少容量値
の複数のキャパシタの並列接続構造となっているように
しているので、被測定電荷の高い電圧による電圧計の破
壊や被測定電荷の漏出を防ぐことができ、その分、測定
精度が高いができる。

【００２７】又、少くとも、探針と、探針からキャパシ
タに至る経路と、キャパシタとを、相互間の相対位置が
不変であるように一体化構造にすると共に、その一体化
構造体に対して外部からの電磁遮蔽を施しているので、
被測定物からキャパシタ迄の配線の変形や配線に加わる
電磁誘導に起因する測定値の変動が防がれる。

【００２８】上記のような、配線系と測定系とを固定・
一体化構造にすることと、被測定電荷蓄積用キャパシタ
容量を分布容量化することとは、測定対象がＬＳＩのリ
ード端子に誘導された過剰動電荷である場合に限らず、
一般にその量が微少で高電圧である静電荷の量を測定す
る場合にも測定精度向上効果をもたらす。

【００２９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の好適な実施例につ
いて、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１
の実施例による電荷量測定装置の断面図である。図１を
参照して、この測定装置は、先端が尖ったステンレス製
金属棒（長さ；１５０ｍｍ）１４を、誘電体４で包み、
更にその外側をステンレス製の金属板１５で包んで、被
測定物に近接または接触させる探針と、電荷蓄積用キャ
パシタと、探針からキャパシタ迄の配線とを一体化し
た、鉛筆形状の構造となっている。誘電体４は、厚さ
０．０５ｍｍのセラミック（比誘電率；８．５）からな
り、金属棒１４と金属板１５との間の容量値は１，００
０ｐＦである。ＬＳＩの場合、比較的高く帯電した場合
でも、リード端子の過剰動電荷量は数ｎＣ程度である。
又、リード端子の静電容量は、パッケージにより大小あ
るが、大略、数ｐＦ程度である。上記のような微少電荷
量の測定を目的とすることから、本実施例では、リード
端子の容量値に対して誘電体４の容量値を数百倍と十分
大きくして、そのインピーダンスを無視できるようにし
た。すなわち、誘電体４に被測定電荷が移された後に被
測定物１に残る電荷量が、誘電体４に蓄積された電荷量
に対して無視できる程度に小さくなるようにして、測定
精度を高めた。外側の金属板１５の太さは、直径２０ｍ
ｍφである。

【００３０】この測定装置で被測定物の過剰導電荷量Ｑ
を測定するには、外側の金属板１５を接地電位にし、金
属棒１４の尖った先端を被測定物に近接または接触させ
て過剰動電荷を誘電体４に蓄積させ、そのときの金属棒
１４と金属板１５との間の電圧値Ｖと誘電体４の容量値
ＣとからＱ＝ＣＶで求めるのであるが、全体が金属板１
５で包まれその金属板１５が接地電位にされているの
で、外部からの電磁誘導を遮断できる。又、探針と配線
とを兼ねた金属棒１４は剛体であるので、探針や配線の
変形、撓みによる測定値の変動もない。尚、本実施例で
は、誘電体４として硬度の高いセラミックを用いている
が、外側の金属板１５が剛体であるので、誘電体４は必
らずしも剛性を持つものではなく、弾性体あるいは塑性
体であっても、配線の変形、撓みは生じない。

【００３１】図２は、上記の測定装置をＬＳＩの製造工
程に適用した例を示す図である。この例では、図２
（ａ）に示すように、ＬＳＩ１６を斜めに設置した金属
レール１７上を滑らせ、上から下へ搬送した場合に発生
するリード端子の過剰動電荷を測定した。このような搬
送方法は、ＬＳＩの製造工程中ではよく用いられる方法
である。先ず、図１に示すように、測定装置最外側の金
属板１５をグランドに接続し、内側の金属棒１４の末端
とグランドとの間に電圧計５を接続した上で、金属棒１
４と金属板１５とを短絡させ誘電体４を十分放電させ
る。次に、図２（ｂ）に示す部分拡大図のように、金属
棒１４の尖った先端をレール１７を滑り降りてきたＬＳ
Ｉ１６のリード端子１８に接触させ、そのときの電圧計
５の値を読み、Ｑ＝ＣＶにより、過剰動電荷量Ｑを算出
する。電圧計５の指示値は、電圧値Ｖを容量値Ｃで換算
して、電荷量Ｑが直読できるような表示にしてもよい。

【００３２】図１に示す測定装置では、金属棒１４と金
属板１５との間のキャパシタは、被測定物との接触点
（金属棒１４の尖った先端）から電圧計５の入力部（金
属棒１４末端部）までの経路に沿った分布容量となって
いる。従って、上記の測定過程中、被測定電荷のリード
端子から金属棒１４への移動はピコ秒オーダーの高速で
行われるが、誘電体４は、金属棒１４先端からの距離に
応じた配線抵抗によって生じる時定数差によって、被測
定点（金属棒１４先端）に近い方から順次時間差をもっ
て充電されて行く。そのため、たとえリード端子の帯電
時の電位が非常に高電位であるとしても、その高電位が
瞬間的に電圧計５に加わることはなく、電圧計５が破壊
することはない。又、被測定電荷が誘電体４に蓄積され
る前に電圧計５を通してグランドに漏れてしまうことも
なく、全量誘電体４に蓄積される。例えば、被測定物と
してのリード端子の容量が１ｐＦ、過剰動電荷量が１０
ｎＣであるとすると、このリード端子は１０，０００Ｖ
に帯電している。いま、上述したような誘電体４の分布
容量的な順次充電がないとすると、金属棒１４先端をリ
ード端子に接触させた瞬間に金属棒１４末端の電圧が１
０，０００Ｖになることになる。その結果、電圧計５に
１０，０００Ｖもの電圧が瞬間的に加わり、この印加電
圧と電圧計５の内部抵抗とによって決る量の被測定電荷
が、電圧計５を通じてグランドに流れてしまうことにな
る。すなわち、たとえ電圧計５の破壊を免れたとして
も、被測定電荷の一部が誘電体４に蓄積されずに電圧計
５に漏れてしまい、被測定電荷量を正確に測定できなく
なる。

【００３３】本実施例においては、誘電体４の構造を分
布容量となるようにしたが、勿論、図３（ａ）に示すよ
うに、集中定数的に、容量値既知の微小キャパシタを並
列に接続して所定の容量値となるように構成してもよ
い。但しその場合は、各微小キャパシタごとの時定数の
差が確実に表れるように、それぞれの微小キャパシタに
抵抗体ｒを直列に接続する方が好ましい。或いは、金属
棒１４の抵抗値を適当に設計することによって、金属棒
１４自体の抵抗により、被測定電荷の移動経路に沿う抵
抗値が順次増大するようにして、各微小キャパシタが段
階的に充電されて行くようにしてもよい。更には、図３
（ｂ）に示すように、金属棒１４末端部と電圧計５との
間に抵抗体Ｒ₁ を設けると、電圧計５への急峻な電圧印
加をより確実に緩和して、電圧計５の破損および被測定
電荷の漏れを改善できる。又、図３（ｃ）に示すよう
に、抵抗体Ｒ₂ を、金属棒１４先端部と誘電体４との間
に設けても同様の効果が得られる。但し、この抵抗体Ｒ
₂ は、当然のことながら、金属棒１４や誘電体４と共に
一体化しなければならない。なお又、これまでの各種の
構造において、電圧計５の前段に、高い入力インピーダ
ンスを低いインピーダンスに変換する増幅回路やインピ
ーダンス変換回路を設け、この回路も金属棒１４および
誘電体４と共に固定・一体化すると、一体化部分から電
圧計５入力部までの配線への電磁誘導や配線の変形・撓
みなどによる測定値の変動も除去できるので、測定精度
をより高めることができる。

【００３４】尚、本実施例では、金属棒１４をプローブ
と配線とを兼ねて、先端から末端までを一本の剛体で構
成したが、先端部分の形状や構造を工夫することによっ
て、様々な使い方ができる。例えば先端部分に、リン青
銅のようなばね性金属あるいはカーボンを添加した導電
性ゴムなどのような、弾性のある細い導電体部分を設け
れば、図４に示すように、測定装置を製造工程現場に固
定して、金属レール１７を滑り降りてくるＬＳＩ１６の
リード端子１８の過剰動電荷を連続的に測定することが
できる。又、図５に示すように、先端にドーナツ状の金
属板１９を取り付けた円筒状の絶縁体２０を複数個用
い、それらを例えば自動車や携帯ラジオなどにおける伸
縮式棒アンテナのように組み合せれば、被測定物の形状
がＬＳＩのリード端子のように線状で面積の小さい場合
のみならず、或る程度の面積がある場合でも、その面積
に合せて最適な接触面積を選択することができる。上記
いずれの変形例においても、電荷を蓄積するための電気
蓄積部２１は、キャパシタと配線とが一体化されていれ
ば、図１に示すような分布容量型の構成であってもよい
し、或いは、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すよう
な、集中定数型の構成であってもよい。

【００３５】又これまでは、被測定物が絶縁体部分と導
電体部分とが混在する構造であるときに、導電体部分に
誘導された電荷のうちの過剰動電荷を測定する場合につ
いて説明したが、これまでの説明から明らかなように、
被測定点から誘電体までの配線とキャパシタとを一体化
することによる測定精度の向上と、キャパシタが分布容
量的に時間差を持って順次充電されることによる測定精
度の向上とは、測定対象が過剰動電荷に限られるもので
はない。上記の作用は、微少電荷高電圧の測定における
測定精度向上に効果をもたらすものであるので、本発明
を、例えば特開昭５３ー１１６１８２号公報記載の静電
電荷量測定装置のように、集電部に導電性ブラシ型の自
己放電式除電器を備えた測定装置に適用すれば、絶縁性
で大面積の被測定物に帯電した静電電荷量をより精度よ
く測定できる。或いは、被測定物との接触部を金属製や
導電性ゴム製あるいは導電性プラスチック製などのロー
ラーで構成しても、集電部がブラシの場合と同様の効果
が得られる。

【００３６】これまで述べたように、本発明の電荷量測
定装置を用いると、ＬＳＩのパッケージに帯電した静電
荷に応じてリード端子に誘導され、ＬＳＩ内部の素子の
静電気破壊の直接原因となる過剰動電荷の量を直接知る
ことができるが、この電荷量測定装置に更に直流電源と
切り換えスイッチとを設けると、次に述べるように、リ
ード端子のグランドに対する容量を測定することが可能
である。又、このことを利用して、ＬＳＩのパッケージ
が静電気を帯びているときにリード端子に蓄積されてい
る静電エネルジーを知ることができる、更には、ＬＳＩ
が静電気破壊を起すときのエネルギーや電荷量を求める
ことができる。

【００３７】図６は、本発明の第２の実施例の構成を示
す回路図である。図６を参照して、本実施例は、電荷量
測定装置に加えて直流電源２２を備えている。そして、
電荷蓄積部２１の金属棒１４の末端部が、スイッチ２
３、２４及び２５によって、グランド、直流電源２２及
び電圧計５に切り換えて接続されるようになっている。
本実施例においては、被測定物１としてのＬＳＩのリー
ド端子のグランドに対する容量およびパッケージが帯電
しているときにリード端子に蓄積される静電エネルギー
を以下の手順により測定する。

【００３８】第１番目に、スイッチ２３を短絡させ、金
属棒１４と金属板１５との間の誘電体４を放電させて、
蓄積電荷を０にする。その後、スイッチ２３を開放する
第２番目に、金属棒１４の尖った先端を被測定物１（Ｌ
ＳＩのリード端子）に接触させると共にスイッチ２５を
短絡させて、誘電体４の電圧Ｖ_M を測定する。これまで
の操作により、ＬＳＩのパッケージが静電荷を帯びてい
るときに、リード端子とグランドとの間に蓄積される過
剰動電荷量Ｑ_L1を、Ｑ_L1＝Ｃ_P ・Ｖ_M （但し、Ｃ_P は誘電体４の容量値で既
知）として求める。

【００３９】第３番目に、スイッチ２４を短絡させ、金
属棒１４末端から先端を通して、ＬＳＩのリード端子１
に電圧Ｖを印加する。その後、スイッチ２４を開放する
と共に金属棒１４の先端をリード端子１から離し、初期
状態に戻す。その後、第１番目および第２番目の操作を
行なって、リード端子１が電圧値Ｖで充電されたときに
リード端子１に蓄積される電荷量Ｑ_L2を測定する。この
操作により、リード端子１のグランドに対する静電容量
値Ｃ_L が、Ｃ_L ＝Ｑ_L2／Ｖとして求まる。

【００４０】第４番目に、第３番目の操作により求めた
リード端子１の静電容量値Ｃ_L と、第２番目の操作によ
り求めておいた、ＬＳＩのパッケージが静電気を帯びて
いるときにリード端子１に蓄積されている過剰動電荷量
Ｑ_L1とから、パッケージが帯電しているときにリード端
子に蓄積されている静電エネルギーＥを、Ｅ＝（１／２）×（Ｑ_L1 ² ）／Ｃ_L として算出する。

【００４１】このようにして、ＬＳＩのパッケージが例
えば製造工程中に静電気を帯びたときに、リード端子に
蓄積される静電エネルギーが求まり、その帯電が許され
得るものかどうかを判定することができる。

【００４２】ここで、図６において、直流電源２２とし
て出力電圧可変の電源を用いれば、上記の第３番目の操
作を、被測定物１への印加電圧Ｖを低い方からＬＳＩが
破壊を起すまで、順次電圧を変えながら繰り返すことに
よって、ＬＳＩが静電気破壊を起す瞬間の電荷量、延い
ては静電エネルギーを求めることができる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電荷量測
定装置によれば、絶縁体と導電体とを含んで構成される
被測定物の絶縁体が帯電し静電荷を帯びているとき、そ
の静電荷により導電体に誘導された電荷のうち、過剰動
電荷の量だけを選択的に測定できる。従って、ファラデ
ーケージなどのような従来の静電電荷量測定装置で測定
する場合とは異って、ＬＳＩに静電気破壊を及ぼす直接
原因であるリード端子の過剰動電荷を、パッケージに帯
電した静電気を介してではなく、直接しかもＬＳＩが製
造工程中であるべきその場、その状態のままで測定でき
る。その場合、被測定電荷を集電・誘導する探針を、細
く尖った形状にすることにより、リード端子ごとの過剰
動電荷を測定できる。

【００４４】又、本発明の電荷測定装置は、少なくと
も、探針と、探針から被測定電荷蓄積用キャパシタに至
る経路と、キャパシタとを、相互間の相対位置が不変で
あるように一体化すると共に、その一体化物に対して外
部からの電磁遮蔽を施した構造となっているので、被測
定物からキャパシタまでの配線の変形や電磁誘導による
測定値の変動が防止され、測定精度が高い。

【００４５】又、本発明の電荷量測定装置では、電荷蓄
積用キャパシタの構造を、被測定電荷の移動経路に沿っ
て、分布容量構造または複数のキャパシタを並列接続し
た構造とすることにより、電圧計の破壊や被測定電荷の
漏れを防止し、測定精度を高めている。

【００４６】上記のような、配線系と測定系とを固定・
一体化構造にすることと、被測定電荷蓄積用キャパシタ
を分布容量化することとは、測定対象がＬＳＩのリード
端子に誘導された過剰動電荷である場合に限らず、一般
にその量が微小で高電圧である静電荷の電荷量を測定す
る場合にも測定精度向上効果をもたらす。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による電荷量測定装置の
構造を示す断面図である。

【図２】本発明の第１の実施例による電荷量測定装置
を、ＬＳＩの製造工程に適用する場合の様子を模式的に
示す外観図および部分拡大図である。

【図３】本発明の第１の実施例による電荷量測定装置の
第１の変形例のいくつかを示すす回路図である。

【図４】本発明の第１の実施例の実施例による電荷量測
定装置の第２の変形例を示す外観図である。

【図５】本発明の第１の実施例の実施例による電荷量測
定装置の第３の変形例の構造を示す模式的断面図であ
る。

【図６】本発明の第２の実施例の構成を模式的に示す等
価回路図である。

【図７】分図（ａ）は、従来の静電電荷量測定装置とし
てのファラデーカップの模式的断面図である。分図
（ｂ）は、従来の静電電荷量測定装置の他の例の構成を
示す模式的等価回路図である。

【図８】導電体における過剰動電荷を説明するためのモ
デル図である。

【図９】過剰動電荷によるＬＳＩの静電気破壊のメカニ
ズムを説明するためのモデル図である。

【符号の説明】

１被測定物２，３金属板４誘電体５電圧計６除電器７グランド面８金属片９導線１０樹脂１１_L ，１１_R リード端子１２ワイヤー１３配線１４金属棒１５金属板１６ＬＳＩ１７レール１８リード端子１９金属部分２０絶縁体２１電荷蓄積部２２直流電源２３，２４，２５スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木功一東京都港区五丁目７番１号日本電気株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁体と導電体とを含んで構成される被
測定物の前記導電体に蓄積されている電荷を、接触放電
又は火花放電などにより放電させ誘導する探針と、前記探針によって誘導された前記電荷を蓄積するため
の、一方の電極が接地電位にされた容量値既知のキャパ
シタと、前記キャパシタの電極間電圧を測定する手段とを備えた
電荷量測定装置。
【請求項２】前記キャパシタが、前記探針によって誘
導される被測定電荷の移動経路に沿って、分布容量構造
となっていることを特徴とする請求項１記載の電荷量測
定装置。
【請求項３】前記キャパシタが、前記探針によって誘
導される被測定電荷の移動経路に沿って、微少容量値の
複数のキャパシタの並列接続構造となっていることを特
徴とする請求項１記載の電荷量測定装置。
【請求項４】前記探針と、前記探針から前記キャパシ
タに至る経路と、前記キャパシタとが、相互間の相対位
置が不変であるように一体化構造にされていると共に、
前記一体化構造体に対して外部からの電磁遮蔽が施され
ている構造であることを特徴とする請求項１または２記
載の電荷量測定装置。
【請求項５】前記複数のキャパシタはそれぞれ抵抗素
子を介して前記接地電位に接続されていることを特徴と
する請求項３記載の電荷量測定装置。
【請求項６】絶縁体と導電体とを含んで構成される被
測定物の前記導電体に蓄積されている電荷を放電させ誘
導する棒状の第１の導電体と、前記棒状の導電体の周り
を囲むように形成された筒状の第２の導電体と、前記第
1の導電体と前記第２の導電体との間に設けられたキャ
パシタとを備えることを特徴とする電荷量測定装置。
【請求項７】前記キャパシタは、前記第１の導電体及
び前記第２の導電体との間に設けられた複数個の微少容
量キャパシタによって構成されていることを特徴とする
請求項６記載の電荷量測定装置。
【請求項８】前記第１の導電体及び前記第２の導電体
の間の電圧を測定する電圧計を備えることを特徴とする
請求項６記載の電荷量測定装置。
【請求項９】前記第１の導電体と固定・一体化して設
けられた増幅回路を備えることを特徴とする請求項６記
載の電荷量測定装置。
【請求項１０】前記第１の導電体と固定・一体化して
設けられたインピーダンス変換回路を備えることを特徴
とする請求項６記載の電荷量測定装置。
【請求項１１】前記微少容量キャパシタと前記第１の
導電体もしくは前記第２の導電体との間には抵抗素子が
形成されていることを特徴とする請求項７記載の電荷量
測定装置。