JP3371817B2 - ペンシル型プローブユニット - Google Patents

ペンシル型プローブユニット

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由美子 山下
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【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、静電破壊試験装置
に用いられるペンシル型プローブユニットに関し、特に
デバイス帯電モデル(CDM:Charged Device Model )を
用い、配線基板上に実装されたICチップの静電破壊試
験を行う装置に用いられるペンシル型プローブユニット
に関するものである。 【0002】 【従来の技術】従来より、半導体デバイスの製造元およ
びLSI部品を取り扱う電気機器セットメーカー等で
は、ICチップのESD(Electro-static Discharge)
破壊耐量試験方法として、HBM(Human Body Model)
およびMM(Machine Model )を採用していた。すなわ
ち、これらは帯電した人体等がICチップに接触してか
らICチップへ放電することによって生じる破壊現象を
シミュレートしたものである。 【0003】しかし、現在に至ってはICチップ自体が
帯電し、その電荷が急速に放電することによってICチ
ップの劣化や破壊が生じる現象をモデル化した、CDM
が主流となりつつある。 【0004】このCDMについては、例えば「鈴木功一
他、LSIの静電破壊因子とその新計測法、電子情報通
信学会論文紙、VOL.J80-C-2 No.10 pp335-344,1997」等
にその詳細が記載され、またこのようなCDMを用いた
静電破壊試験装置については、特開平2−259585
号公報、特開平3−15773号公報、特開平5−18
0899号公報等に開示されている。 【0005】これらの公報に記載された試験装置および
試験方法は、何れも単体のICチップの静電破壊試験に
利用した具体例であり、ICチップの破壊耐量を破壊電
圧または絶縁破壊電圧として表示している。また、特開
平9−218241号公報には、これらの公報よりもさ
らに正確な破壊耐量を決定するため、電荷量およびエネ
ルギーのいずれか一方によって破壊耐量を定め、ICチ
ップ単体の破壊耐量を測定環境等に依存することなく、
一義的な量によって正確に表せるようにした試験装置に
ついても開示されている。 【0006】このように、単体のICチップのCDM試
験については、従来から盛んに研究され、実用的で再現
性の良い試験装置および試験方法が数多く提供されてい
る。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】ところで、パーソナル
コンピュータ(以下、パソコンという)やゲーム機等の
普及に伴い、パソコン機能拡張用プリント基板,ICカ
ードおよびゲーム用ICカセット等の部品を、使用者自
らが本体装置に装着する機会が増えており、上記単体の
ICチップ同様に、装着時における静電破壊が問題とな
っている。 【0008】もちろん、このような場合においても静電
破壊モデルとして、部品が帯電してその部品自体から電
荷が極めて短い時間で放電するというデバイス帯電法
(CDM)を適用することができるといえる。 【0009】しかしながら、これらのパソコン機能拡張
用プリント基板,ICカードおよびゲーム用ICカセッ
ト等の部品に対して、従来の単体のICチップ用のデバ
イス帯電法による静電破壊試験装置を使用することは、
プローバの機構上の制約から困難という問題点があっ
た。 【0010】すなわち、単体のICチップの試験におい
ては、その形状が標準化されているため、ICチップを
試験ボード(ステージ)に固定して機械的にプローブを
移動させて試験を行うことができたが、パソコン用機能
拡張ボード等においてはその大きさおよび形状がまちま
ちであるため、従来の試験装置をそのまま利用すること
はできない。 【0011】本発明は、このような課題を解決するため
のものであり、パソコン機能拡張用プリント基板,IC
カードおよびゲーム用ICカセット等が混在し、端子等
の形状が一様でない場合においても、容易に静電破壊試
験を実施することができるペンシル型プローブユニット
を提供することを目的とする。 【0012】 【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、所定の直流電圧を発生しかつ負極
がグランドと接続された直流電源と,この直流電源の正
極に接続された抵抗とを有した本体装置にケーブルを介
して接続されるペンシル型プローブユニットに、複数の
ICチップが実装されかつこのICチップと電気的に接
続された複数の端子を有した配線基板の静電破壊試験に
際し、上記配線基板の端子に押し当てられる金属プロー
ブと、この金属プローブと上記本体装置の抵抗との間に
上記ケーブルを介して接続された第1のスイッチ手段
と、上記金属プローブと上記本体装置のグランドとの間
に上記ケーブルを介して接続された第2のスイッチ手段
と、手動により操作される第3のスイッチ手段と、この
第3のスイッチ手段の手動操作に応じて上記第1のスイ
ッチ手段をオンとし、所定時間経過後、上記第1のスイ
ッチ手段をオフとするとともに上記第2のスイッチ手段
をオンとする制御手段とを設けたものである。 【0013】 【0014】 【0015】このように構成することにより本発明は、
パソコン機能拡張用プリント基板,ICカードおよびゲ
ーム用ICカセット等が混在し、端子等の形状が一様で
ない場合においても、容易に静電破壊試験を実施するこ
とができる。 【0016】 【発明の実施の形態】次に、本発明の一つの実施の形態
について図を用いて説明する。図1は、本発明の一つの
実施の形態を示す斜視図である。同図に示すように、絶
縁体テーブル5の上には、LSI等の種々のICチップ
が実装されたプリント配線基板4が載置されている。 【0017】なお、ここでいうICチップとは以下のよ
うなものをさす。すなわち、パソコン等の拡張用ボード
おいてはセラミックや樹脂等のパッケージに収容された
状態でICチップをボード上に実装するが、ICカード
等においてはベアチップのまま実装することが多い。し
たがって、本発明におけるICチップとは、パッケージ
に収容されたものおよびベアチップの何れも含むものと
する。 【0018】また、プリント配線基板4の縁には複数の
端子が形成されるとともに、これらの端子は、パソコン
やゲーム機本体との接続に使用されるコネクタ4aを構
成している。さらに、絶縁体テーブル5とグランド面と
の間は電気的に絶縁されており、ここでは浮遊容量C1
が存在するものと仮定する。 【0019】一方、絶縁体テーブル5の傍らには静電破
壊試験装置が設置され、この静電破壊試験装置は、本体
装置3とケーブル3aとプローブユニット2とで構成さ
れている。 【0020】この本体装置3は、直流電圧を発生する電
源,電荷量測定器およびオシロスコープ等を備えてい
る。そして、プローブユニット2はその先端にコネクタ
4aと接触させるための金属プローブ1を備え、側面に
は充電および放電を制御するための機械的なスイッチで
あるボタンスイッチBSW1,BSW2を備えている。 【0021】また、プローブユニット2はその形状がペ
ンシル型をしており、作業者はペンを握る要領で取り扱
う使うことができる。もちろん、ボタンスイッチBSW
1,BSW2もプローブユニット2を握った状態で操作
できるような位置に設けられており、人差し指で押すこ
とにより簡単に操作できる。 【0022】したがって、作業者は試験対象であるプリ
ント配線基板4のコネクタ4aに金属プローブ1を押し
当ててから、ボタンスイッチBSW1を押下することに
より、本体装置3で発生した直流電圧をケーブル3aお
よび金属プローブ1を介してコネクタ4aに印加して充
電を行う。 【0023】その後、所定時間が経過して充電が完了す
ると、プローブユニット2内のスイッチの接続は自動的
に切り替わって金属プローブ1と直流電源との接続が切
れ、代わりに金属プローブ1はグランドと接続される。
その結果、今度は逆に配線基板4に充電された電荷は、
コネクタ4a,金属プローブ1およびケーブル3aを介
してグランド面に放電される。なお、その際にボタンス
イッチBSW2を適宜押下することにより、充電電荷量
や放電電圧を測定し、その結果を本体装置3上に表示さ
せることもできる。 【0024】次に、図1に係る静電破壊試験装置の詳細
について説明する。図2は、図1に係る静電破壊試験装
置の詳細を示すブロック図である。同図に示すように、
金属プローブ1にはスイッチSW1,SW2が接続され
ている。これらスイッチSW1,SW2としては、放電
時等にチャタリングが起こらないようにするため、水銀
リレー等で構成されることが望ましい。 【0025】そして、これらスイッチSW1,SW2は
制御手段2aからの制御信号によってオンおよびオフが
制御されるようになっており、制御手段2aにはボタン
スイッチBSW1が接続され、作業者によってこのボタ
ンスイッチBSW1が押下されると、制御手段2aはス
イッチSW1,SW2の接続をそれぞれ切り替える。な
お、動作については後述する。 【0026】また、スイッチSW1には100k〜10
MΩの抵抗R1が接続され、充電時における急激な電荷
の移動を防止するようになっており、抵抗R1とスイッ
チSW2との間には1000V以上の直流電源が接続さ
れている。 【0027】なお、プローブユニット2内のGNDライ
ン(すなわち、スイッチSW2とグランドとの間に接続
された配線)は、なるべく理想的な高速放電が起こるよ
うにするため、可能な限り大きな導体で構成する必要が
ある。例えば、プローブユニット2内に金属プレートま
たは金属棒を設置したり、プローブユニット2内の実装
基板の裏面に金属をプリントしたり、プローブユニット
2のボディに金属をメッキしたり等するとよい。この際
に用いる金属は、面積および厚さ共に可能な限り大きく
することにより、低インピーダンスかつ低インダクタン
スなものとし、なるべく金属プローブ1の先端に近い位
置に接続されることが望ましい。 【0028】ここで、本実施の形態の動作について説明
する。まず、試験対象であるプリント配線基板4をグラ
ンド面上の絶縁体テーブル5に載置する。次いで、スイ
ッチSW1,SW2の両者をオフ状態とし、金属プロー
ブ1をプリント配線基板4のコネクタ4aの端子に接触
させる。このとき、接触時の電荷の移動によってICチ
ップが破壊されるのを防止するため、スイッチSW1を
オン状態で接触させてもよい。 【0029】次いで、直流電源VをDC1000Vに設
定してからスイッチSW1をオン状態にし、この状態を
充電が終了するまで保持し、その後オフ状態にする。次
いで、スイッチSW2をオン状態にすることにより、電
荷を極めて短い時間で放電させる。 【0030】なお、これらの充電および放電の一連の動
作は、作業者のボタンスイッチBSW1の押下により、
制御手段2aが駆動されてその働きによって自動的に実
施される。 【0031】[第2の実施の形態]図3は、本発明の第
2の実施の形態を示すブロック図である。同図におい
て、図1と同一符号のものは同一または同等の部品を示
し、本実施の形態においてはプリント配線基板4に充電
された電荷量を測定できるように、電荷量測定器6をさ
らに設けた点に特徴を有する。 【0032】この電荷量測定器6は、例えば特開平7−
325119号公報に開示されている過剰動電荷量測定
器を用いるとよい。すなわち、プローブユニット2内に
は、金属プローブ1に接続されたスイッチSW3と、こ
のスイッチSW3に接続された抵抗R2と、この抵抗R
2に接続されたオペアンプOPとを備え、オペアンプO
Pの2個の入力端子間にはコンデンサC2が接続されて
いる。また、本体装置3には電荷量測定器6が設けら
れ、オペアンプOPからの出力が供給されて電荷量を測
定するようになっている。 【0033】次に本実施の形態の動作について説明す
る。金属プローブ1をコネクタの4aの端子に接触さ
せ、ボタンスイッチBSW1を押下して充電を行うまで
の手順は第1の実施の形態と同様である。 【0034】次いで、ボタンスイッチBSW2を押下す
ることにより制御手段2aを駆動し、その制御によって
スイッチSW3をオン状態にさせる。その結果、抵抗R
2,コンデンサC2,オペアンプOPおよび電荷量測定
器6の働きにより、過剰動電荷量Q[nC]が測定さ
れ、その結果は電荷量測定器6の表示部に表示される。
その後、再度ボタンスイッチBSW1を押下することに
よって上記充電された電荷を放電するようにすれば、デ
バイス帯電法による静電破壊耐量を、電荷量によって表
示させることができる。 【0035】[第3の実施の形態] 図は、本発明の第3の実施の形態を示すブロック図で
ある。同図において、図1と同一または同等の部品には
同一符号を付しており、本実施の形態においてはプロー
ブユニット2内に電流プローブ7a(例えばCT−2
等)の構成を取り入れ、本体装置3にはこの電流プロー
ブ7aと接続したオシロスコープ7を設けている。すな
わち、このように構成することにより、放電時における
波形をオシロスコープ7に表示させることができる。 【0036】ここで、本実施の形態の動作について説明
する。まず、金属プローブ1をコネクタ4aの端子に接
触させ、ボタンスイッチBSW1を押下することにより
充電を行う。その後、スイッチSW1をオフ状態とする
とともにスイッチSW2をオン状態にし、電荷を極めて
短い時間で放電させる。このとき放電される電流は、電
流プローブ7aによって検出され、その放電波形はオシ
ロスコープ7に表示される。 【0037】なお、上記各実施の形態の金属プローブ1
を、半導体ウエハーと電気的なコンタクトを取るため
に、特別に細く作られた針状プローブに付け替えれば、
半導体ウエハーを試験する場合にも適用できる。また、
プローブユニット2は、作業者が手で持つことができる
程度にコンパクトなものであるため、機械的に保持する
こともでき、自動機への転用も容易である。 【0038】 【発明の効果】以上説明したとおり本発明は、本体装置
にケーブルを介してペンシル型プローブユニットを接続
し、このペンシル型プローブユニットに第1のスイッチ
手段,第2のスイッチ手段,第3のスイッチ手段および
制御手段を設け、第3のスイッチ手段の手動操作に応じ
て制御手段を介して第1のスイッチ手段をオンとし、所
定時間経過後、第1のスイッチ手段をオフとするととも
に第2のスイッチ手段をオンとするようにしたことによ
り、作業者は配線基板上の所望の端子を選択して静電破
壊試験を実施することができる。したがって、単体のI
Cチップのみでなく、あらゆる構造を持つ電気部品の試
験に利用することができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】 本発明の一つの実施の形態を示す斜視図であ
る。 【図2】 図1に係る静電破壊試験装置を示すブロック
図である。 【図3】 本発明のその他の実施の形態を示すブロック
図である。 【図4】 本発明のその他の実施の形態を示すブロック
図である。 【符号の説明】 1…金属プローブ、2…プローブユニット、2a…制御
手段、3…本体装置、4…プリント配線基板、5…絶縁
体テーブル、6…電荷量測定器、7…オシロスコープ、
3a…ケーブル、4a…コネクタ、7a…電流プロー
ブ、SW1,SW2…スイッチ、BSW1,BSW2…
ボタンスイッチ、R1,R2…抵抗、C1…浮遊容量、
C2…コンデンサ、V…直流電源。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−231458(JP,A) 特開 平1−312479(JP,A) 特開 平5−180899(JP,A) 実開 昭63−99694(JP,U) 実公 昭38−27977(JP,Y1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 31/26 - 31/30

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 所定の直流電圧を発生しかつ負極がグラ
    ンドと接続された直流電源と,この直流電源の正極に接
    続された抵抗とを有した本体装置にケーブルを介して接
    続されるペンシル型プローブユニットであって、 複数のICチップが実装されかつこのICチップと電気
    的に接続された複数の端子を有した配線基板の静電破壊
    試験に際し、前記配線基板の端子に押し当てられる金属
    プローブと、 この金属プローブと前記本体装置の抵抗との間に前記ケ
    ーブルを介して接続された第1のスイッチ手段と、 前記金属プローブと前記本体装置のグランドとの間に前
    記ケーブルを介して接続された第2のスイッチ手段と、 手動により操作される第3のスイッチ手段と、 この第3のスイッチ手段の手動操作に応じて前記第1の
    スイッチ手段をオンとし、所定時間経過後、前記第1の
    スイッチ手段をオフとするとともに前記第2のスイッチ
    手段をオンとする制御手段とを備えたことを特徴とする
    ペンシル型プローブユニット。
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