JP5936579B2 - 電流印加装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体に電流を印加する電流印加装置に関する。特に、大電流を印加する必要があるパワー半導体の検査に用いられる電流印加装置に関する。

従来、プローブヘッドの先端を半導体に当接させて通電する大電流用プローブピンに関する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された技術では、プローブピンは、電気通電用の接触部が複数形成されて分散配置されている当接部材と、棒状の導電体からなり先端に当接部材が取り付けられると共に後端に電線端部を接続されるプランジャと、半導体に当接部材を当接させるようプランジャを付勢するコイルバネと、を備える。そして、当接部材の周縁部が放射状に分岐して接触部をなし、当接部材の中央部がプランジャの先端面の凹みの中で留具挿通孔に差し込んだ留め具にてプランジャに固定され、接触部が凹みの内周縁より外周側へ延びている。
この特許文献１の技術によると、当接部材の接触部は、半導体に当接すると凹みの内周縁を支承点にしてシーソーのように揺動する。そして、揺動時には、当接部材の接触部の中央部寄り部分の変形によって接触圧力の変動が緩和され、半導体の表面のプローブピン当接部位に多少の凹凸やうねりがあっても、当接部材の多数の接触部と半導体の表面との接触状態が揃って安定するとされている。

特開２０１１−１３７７９１号公報

ところで、プローブ装置において半導体の表面に接触するコンタクト電極を使い捨てにすることが考えられている。このプローブ装置に異常時の大電流が印加された場合に、コンタクト電極がプローブ装置よりも先に破壊され、破壊されたコンタクト電極が電流を遮断し、プローブ装置が大電流から保護されることが望まれる。

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、異常時の大電流が印加された場合にコンタクト電極が先に破壊される電流印加装置を提供することにある。

（１） 半導体（例えば、後述のパワー半導体１００）の表面と接触して電流を印加するコンタクト電極（例えば、後述の接触体２）と、前記コンタクト電極を押圧する押圧体（例えば、後述の押圧体アッセンブリ３）と、を直列に接続して前記半導体に電流を印加する電流印加装置（例えば、後述のプローブ装置１）であって、前記コンタクト電極は、前記半導体の表面（例えば、後述の表面１００ｆ）と面接触する表面（例えば、後述の表面２１ｆ）を有し、前記コンタクト電極の表面は、前記半導体の表層に差し込まれる複数の微小突起（例えば、後述の微小突起２５）を有し、前記押圧体に印加される押圧体電力（例えば、後述の押圧体電力Ｉ^２・Ｒ_１）が前記押圧体の耐電力（例えば、後述の耐電力Ｗ_１）よりも小さいときに、前記コンタクト電極に印加されるコンタクト電極電力（例えば、後述の接触体電力Ｉ^２・Ｒ_２）が前記コンタクト電極の耐電力（例えば、後述の耐電力Ｗ_２）よりも大きくなるように構成され、前記複数の微小突起の各々は、等しい形状であり、異常電流が印加された場合に１個の微小突起に印加される突起電力が１個の微小突起の耐電力よりも大きくなる関係が成立するように同様に構成されたことを特徴とする電流印加装置。

（１）の発明によれば、コンタクト電極と押圧体とを直列に接続して半導体に電流を印加する電流印加装置に異常時の大電流が印加された場合に、押圧体電力が押圧体の耐電力よりも小さく、コンタクト電極の半導体と接触する表面に印加されるコンタクト電極電力が当該表面の耐電力よりも大きい。
ここで、コンタクト電極は、安価かつ製造容易であり、使い捨てに適したものである。一方、押圧体は、高価かつ製造困難であり、耐久性を確保し、異常時の大電流が印加されてジュール熱によって破壊される場合に修理を必要とする。
本発明は、電流印加装置に異常時の大電流が印加された場合に、コンタクト電極が押圧体よりも先に破壊される。そして、破壊されたコンタクト電極は、異常時の大電流を遮断し、押圧体を大電流から保護する。これによって、押圧体を修理することなく寿命まで使用することができる。

（２） 前記押圧体電力は、前記押圧体自体の抵抗（例えば、後述のＲ_１１）と、前記押圧体と前記コンタクト電極との間の接触抵抗（例えば、後述のＲ_１２）と、に基づき算出され、前記コンタクト電極電力は、前記コンタクト電極自体の抵抗（例えば、後述のＲ_２１）と、前記コンタクト電極と前記半導体との間の接触抵抗（例えば、後述のＲ_２２）と、に基づき算出され、前記押圧体に印加される押圧体電力が前記押圧体の耐電力よりも小さいときに、前記コンタクト電極に印加されるコンタクト電極電力が前記コンタクト電極の耐電力よりも大きくなるように構成されたことを特徴とする（１）に記載の電流印加装置。

（２）の発明によれば、押圧体電力は、押圧体自体の抵抗と、押圧体とコンタクト電極との間の接触抵抗と、に基づき算出され、コンタクト電極電力は、コンタクト電極自体の抵抗と、コンタクト電極と半導体との間の接触抵抗と、に基づき算出される。そして、押圧体の耐電力よりも小さい押圧体電力と、コンタクト電極の表面の耐電力よりも大きいコンタクト電極電力を算出できる。これによって、電流印加装置に異常時の大電流が印加された場合に、押圧体電力が押圧体の耐電力よりも小さく、半導体と接触する側のコンタクト電極の表面に印加されるコンタクト電極電力が当該表面の耐電力よりも大きい関係を構成することができる。

（３） 前記押圧体は、複数の弾性体（例えば、後述の押圧ピン３１）を有し、前記押圧体に印加される押圧体電力（例えば、後述の押圧体電力Ｉ^２・Ｒ_１）が前記押圧体の耐電力（例えば、後述の耐電力Ｗ_１）よりも小さい関係は、複数の前記弾性体の全部における前記弾性体の１本に印加される弾性体電力（例えば、後述の押圧ピン電力（Ｉ／Ｎ_１）^２・（Ｒ_１１＋Ｒ_１２）が前記弾性体の１本の耐電力（例えば、後述の耐電力Ｗ_１１）よりも小さい関係であることを特徴とする（１）または（２）に記載の電流印加装置。

（３）の発明によれば、押圧体の押圧体電力と耐電力との関係を、複数の弾性体の全部における１本の弾性体の弾性体電力と耐電力との関係に置き換え、当該関係を１本の弾性体という構成要素の単位に合わせて容易に設計することができる。

本発明によれば、異常時の大電流が印加された場合にコンタクト電極が先に破壊される電流印加装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係るプローブ装置の概略構成を示す斜視図であり、図１（ａ）が分解図であり、図１（ｂ）が全体図である。 上記実施形態に係るプローブ装置の図１（ｂ）のＡＡ断面図である。 上記実施形態に係るプローブ装置の各構成と対応する抵抗値を示す図であり、図３（ａ）が構成図であり、図３（ｂ）が回路図である。 上記実施形態に係るプローブ装置に異常時の大電流が印加された場合（ケース１）を示す図であり、図４（ａ）が状態図であり、図４（ｂ）が回路図である。 上記実施形態に係るプローブ装置に異常時の大電流が印加された場合（ケース２）を示す図であり、図５（ａ）が状態図であり、図５（ｂ）が回路図である。

以下に、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る電流印加装置としてのプローブ装置１の概略構成を示す斜視図であり、図１（ａ）が分解図であり、図１（ｂ）が全体図である。図２は、本実施形態に係るプローブ装置１の図１（ａ）のＡＡ断面図である。図１（ｂ）のＡＡ断面は、プローブ装置１の断面構成を分かり易くするために途中で断面位置を変更している。
図１に示されたプローブ装置１は、４００〜２０００Ａの大電流のスイッチングに用いられるパワー半導体（ＩＧＢＴ，ＭＯＳ，ダイオードなど）１００を検査するための半導体検査装置に適用され、パワー半導体Ｈに圧接して大電流を印加する。

プローブ装置１は、接触体２と、押圧体アッセンブリ３と、絶縁プレート４と、固定カバー５と、基体６と、を備える。

図１に示すように接触体２は、円盤状であり、中央に四角形状のパワー半導体１００よりも一回り小さい四角形状の接触部２１をパワー半導体１００側に突出させて有する。接触体２は、ニッケルから構成される。接触体２は、安価かつ製造容易であり、使い捨てに適したものである。
接触体２は、接触部２１の隣に、位置決め棒７１が挿通されるためにその厚み方向に貫通する１つの位置決め用孔２２を有する。なお、接触体２の位置決め用孔２２の口径は位置決め棒７１の外径よりも所定隙間を有する程大きく、後述する接触体２の接触部２１の表面２１ｆとパワー半導体１００の表面１００ｆとの平行度の調整を規制するものではない。
接触体２は、位置決め用孔２２とは接触部２１に対して反対側に、第１信号ピン３２および第２信号ピン３３の各々が挿通されるためにその厚み方向に貫通する２つの第１信号ピン用孔２３および第２信号ピン用孔２４を有する。
接触部２１は、パワー半導体１００と面接触する表面２１ｆを有する。表面２１ｆは、パワー半導体１００の表層の表面電極層のみに差し込まれる複数の微小突起２５を有する。複数の微小突起２５は、同構成である。接触部２１は、複数の微小突起２５を有しても、表面２１ｆが複数の微小突起２５に比して広大な平坦面となっている。
複数の微小突起２５は、パワー半導体１００の表面電極層の層厚である約１０μｍよりも小さく、かつ、表面電極層の表面に形成された酸化膜の膜厚である約０．１μｍよりも大きな高さに電鋳によって形成される。複数の微小突起２５は、等しい形状である。

図３は、本実施形態に係るプローブ装置１の各構成と対応する抵抗値を示す図であり、図３（ａ）が構成図であり、図３（ｂ）が回路図である。
図３に示すように、接触体２は、耐電力Ｗ_２１と、内部の抵抗として抵抗値Ｒ_２１と、を有する。そして、電流値Ｉをプローブ装置１に異常時に流れる電流値としたときに、接触体内部電力Ｉ^２・Ｒ_２１が耐電力Ｗ_２１よりも小さい関係（Ｉ^２・Ｒ_２１＜Ｗ_２１）が成立するよう構成されている。
複数の微小突起２５の各々は、耐電力Ｗ_２２と、パワー半導体１００の表面１００ｆとの接触抵抗として抵抗値Ｒ_２２と、を有する。微小突起２５は、Ｎ_２＝１００個設けられる。そして、複数の微小突起２５の各々は、電流値Ｉをプローブ装置１に異常時に流れる電流値としたときに、１個の微小突起２５に印加される突起電力（Ｉ／Ｎ_２）^２・Ｒ_２２が１個の微小突起２５の耐電力Ｗ_２２よりも大きくなる関係（（Ｉ／Ｎ_２）^２・Ｒ_２２＞Ｗ_２２）が成立するよう同様に構成されている。つまり、複数の微小突起２５の各々は、電流値Ｉ／Ｎ_２が微小突起２５の１個に流れると、微小突起２５およびそれに接触するパワー半導体１００の表面１００ｆがジュール熱によって破壊されるように構成されている。
上記（Ｉ／Ｎ_２）^２・Ｒ_２２＞Ｗ_２２の関係を成立させるため、本実施形態では、複数の微小突起２５の各々の耐電力Ｗ_２２を減少させるようにしている。すなわち、接触体２に形成される微小突起２５の個数を減らし、１個の微小突起２５への電流量を増加させている。また、複数の微小突起２５の各々の材質またはメッキを高抵抗材料に変更して接触抵抗を増加させたり、複数の微小突起２５の各々の先端を丸め、接触を不安定化させたりして、複数の微小突起２５の各々の接触抵抗を増加させている。
接触体２全体は、接触体２自体の耐電力Ｗ_２１および複数の微小突起２５の耐電力Ｎ_２×Ｗ_２２を含む耐電力Ｗ_２と、接触体２自体の抵抗値Ｒ_２１および複数の微小突起２５とパワー半導体１００の表面１００ｆとの接触抵抗としての抵抗値Ｒ_２２／Ｎ_２を含む抵抗値Ｒ_２と、を有する。すなわち、抵抗値Ｒ_２は、Ｒ_２＝Ｒ_２１＋Ｒ_２２／Ｎ_２である。そして、接触体２全体は、電流値Ｉをプローブ装置１に異常時に流れる電流値としたときに、接触体２に印加される接触体電力Ｉ^２・Ｒ_２が接触体２の耐電力Ｗ_２よりも大きくなる関係（Ｉ^２・Ｒ_２＞Ｗ_２）に構成されている。つまり、接触体２全体のＩ^２・Ｒ_２＞Ｗ_２の関係は、複数の微小突起２５の各々の（Ｉ／Ｎ_２）^２・Ｒ_２２＞Ｗ_２２の関係と置き換え可能になっている。これにより、接触体２全体のＩ^２・Ｒ_２＞Ｗ_２の関係を１個の微小突起２５という構成要素の単位に合わせて容易に設計することができる。
ここで、接触体電力Ｉ^２・Ｒ_２は、接触体２自体の抵抗値Ｒ_２１および複数の微小突起２５とパワー半導体１００の表面１００ｆとの接触抵抗としての抵抗値Ｒ_２２／Ｎ_２に基づき、接触体内部電力Ｉ^２・Ｒ_２１と、１個の微小突起２５に印加される突起電力（Ｉ／Ｎ_２）^２・Ｒ_２２を微小突起２５の数Ｎ_２だけ乗算した電力との総和から算出される。
なお、Ｒ_２１は、およそ０．１〜１ｍΩの抵抗値である。Ｒ_２２は、およそ８０ｍΩの抵抗値である。Ｗ_２２は、およそ２０Ｗの耐電力である。Ｎ_２は、１００個である。

図２に示すように、押圧体アッセンブリ３は、複数の押圧ピン３１と、第１信号ピン３２と、第２信号ピン３３と、ケース３４と、を有する。押圧体アッセンブリ３は、高価かつ製造困難であり、耐久性を確保し、異常時の大電流が印加されてジュール熱によって破壊される場合に修理を必要とする。

複数の押圧ピン３１の各々は、棒状であり、導電性を有する。複数の押圧ピン３１の各々の先端３１ｔおよび後端３１ｂは、半球状に形成され、摩擦抵抗を低下させてある。複数の押圧ピン３１の各々の中央部は、弾性反発するバネ部３１ｃを有する。押圧ピン３１のバネ部３１ｃの外径は、押圧ピン３１のバネ部３１ｃ以外の棒状の先端部３１ｓおよび後端部の外径よりも大きい。複数の押圧ピン３１は、同構成である。
押圧ピン３１は、ケース３４から突出させた先端３１ｔによって接触体２の背面２ｂと接触し、その接触位置が移動可能である。押圧ピン３１は、接触体２の背面２ｂに平面方向に等間隔に配列され、接触体２の複数の区分の各々に押圧力Ｆを付与する。
押圧ピン３１は、ケース３４から突出させた後端３１ｂによって基体６の押圧ピン用電極６１の表面６１ｆと接触し、基体６の押圧ピン用電極６１から第２電流が流入可能である。

図３に示すように、複数の押圧ピン３１の各々は、耐電力Ｗ_１１と、内部の抵抗として抵抗値Ｒ_１１と、先端３１ｔと接触体２の背面２ｂとの接触抵抗として抵抗値Ｒ_１２と、を有する。押圧ピン３１は、Ｎ_１＝３３０本設けられる。そして、複数の押圧ピン３１の各々は、電流値Ｉをプローブ装置１に異常時に流れる電流値としたときに、押圧ピン電力（Ｉ／Ｎ_１）^２・（Ｒ_１１＋Ｒ_１２）が耐電力Ｗ_１１よりも小さい関係（（Ｉ／Ｎ_１）^２・（Ｒ_１１＋Ｒ_１２）＜Ｗ_１１）が成立するように同様に構成されている。つまり、複数の押圧ピン３１の各々は、電流値Ｉ／Ｎ_１が１個の押圧ピン３１に流れても、押圧ピン３１がジュール熱によって破壊されないように構成されている。
上記（Ｉ／Ｎ_１）^２・（Ｒ_１１＋Ｒ_１２）＜Ｗ_１１の関係を成立させるため、本実施形態では、押圧ピン３１の耐電力Ｗ_１１を増加させるようにしている。すなわち、押圧ピン３１の個数を多くし、１個の押圧ピンへの電流量を減少させている。また、押圧ピン３１の材質または先端３１ｔのメッキを低抵抗材料に変更して接触抵抗を減少させたり、押圧ピン３１の先端３１ｔの半球状を先鋭化し、接触を安定化させたりして、押圧ピン３１と接触体２との接触抵抗を減少させている。
複数の押圧ピン３１を有する押圧体アッセンブリ３は、複数の押圧ピン３１の耐電力Ｎ_１×Ｗ_１１を含む耐電力Ｗ_１と、複数の押圧ピン３１の抵抗値Ｒ_１１／Ｎ_１および複数の押圧ピン３１の先端３１ｔと接触体２の背面２ｂとの接触抵抗としての抵抗値Ｒ_１２／Ｎ_１を含む抵抗値Ｒ_１と、を有する。すなわち、抵抗値Ｒ_１は、Ｒ_１＝（Ｒ_１１＋Ｒ_１２）／Ｎ_１である。そして、押圧体アッセンブリ３は、電流値Ｉをプローブ装置１に異常時に流れる電流値としたときに、押圧体アッセンブリ３に印加される押圧体電力Ｉ^２・Ｒ_１が押圧体アッセンブリ３の耐電力Ｗ_１よりも小さくなる関係（Ｉ^２・Ｒ_１＜Ｗ_１）に構成されている。つまり、押圧体アッセンブリ３のＩ^２・Ｒ_１＜Ｗ_１の関係は、複数の押圧ピン３１の各々の（Ｉ／Ｎ_１）^２・（Ｒ_１１＋Ｒ_１２）＜Ｗ_１１の関係と置き換え可能になっている。これにより、押圧体アッセンブリ３のＩ^２・Ｒ_１＜Ｗ_１の関係を１本の押圧ピン３１という構成要素の単位に合わせて容易に設計することができる。
ここで、押圧体電力Ｉ^２・Ｒ_１は、複数の押圧ピン３１の抵抗値Ｒ_１１／Ｎ_１および複数の押圧ピン３１の先端３１ｔと接触体２の背面２ｂとの接触抵抗としての抵抗値Ｒ_１２／Ｎ_１に基づき、押圧ピン電力（Ｉ／Ｎ_１）^２・（Ｒ_１１＋Ｒ_１２）を押圧ピンの数Ｎ_１だけ乗算した電力から算出される。
なお、Ｒ_１１＋Ｒ_１２は、およそ４０ｍΩの抵抗値である。Ｗ_１１は、およそ４Ｗの耐電力である。Ｎ_１は、３３０本である。

図２に示すように、第１信号ピン３２は、棒状であり、導電性を有する。第１信号ピン３２の先端３２ｔおよび後端３２ｂは、半球状に形成され、摩擦抵抗を低下させてある。第１信号ピン３２の中央部は、弾性反発するバネ部３２ｃを有する。第１信号ピン３２のバネ部３２ｃの外径は、第１信号ピン３２のバネ部３２ｃ以外の棒状の先端部３２ｓおよび後端部の外径よりも大きい。第１信号ピン３２は、バネ部３２ｃの先端側の棒状の先端部３２ｓの長さが押圧ピン３１の棒状の先端部３１ｓの長さよりも長い。
第１信号ピン３２は、パワー半導体１００のエミッタに対する第１電流をパワー半導体１００に入力する。
第１信号ピン３２は、ケース３４から突出させた先端３２ｔによってパワー半導体１００の表面１００ｆと接触し、その接触位置が移動可能である。
第１信号ピン３２は、ケース３４から突出させた後端３２ｂによって基体６の第１信号ピン用電極６２の表面６２ｆと接触し、基体６の第１信号ピン用電極６２の電気信号を受け渡し可能である。

第２信号ピン３３は、第１信号ピン３２と同構成である。第２信号ピン３３は、バネ部３３ｃの先端側の棒状の先端部３３ｓの長さが押圧ピン３１の棒状の先端部３１ｓの長さよりも長く、第１信号ピン３２の棒状の先端部３２ｓの長さよりも短い。
第２信号ピン３３は、パワー半導体１００のゲートに対するパワー半導体１００のオンオフを制御する制御信号をパワー半導体１００に入力する。
第２信号ピン３３は、ケース３４から突出させた先端３３ｔによってパワー半導体１００の表面１００ｆと接触し、その接触位置が移動可能である。
第２信号ピン３３は、ケース３４から突出させた後端３３ｂによって基体６の第２信号ピン用電極６３の表面６３ｆと接触し、基体６の第２信号ピン用電極６３の電気信号を受け渡し可能である。

図２に示すように、プローブ装置１は、第１信号ピン３２の先端３２ｔが最も突出し、第２信号ピン３３の先端３３ｔが第１信号ピン３２の先端３２ｔの次に突出し、接触体２の接触部２１の表面２１ｆがこれらの次に突出する。

ケース３４は、図２に示された一対の円板材である２つのケース部材３４ａ，３４ｂから構成され、複数の押圧ピン用孔３４１と、第１信号ピン用孔３４２と、第２信号ピン用孔３４３と、を有する。
複数の押圧ピン３１、第１信号ピン３２および第２信号ピン３３は、ケース３４を２分割した一方のケース部材３４ａ上で、各ピン３１，３２，３３のバネ部３１ｃ，３２ｃ，３３ｃを各孔３４１，３４２，３４３のバネ部用の空洞部に収容することでケース部材３４ａに配置され、その後に２つのケース部材３４ａ，３４ｂを合わせて一体化させることで、押圧体アッセンブリ３を構成する。

図１に示すように、ケース３４は、複数の押圧ピン用孔３４１の周りに、位置決め棒７１が挿通されるためにその厚み方向に貫通する１つの位置決め用孔３４４と、固定ボルト７２が挿通されるためにその厚み方向に貫通する２つの固定用孔３４５と、を有する。固定用孔３４５は、固定ボルト７２の頭部を収容する収容部を有し、２つの固定用孔３４５がケース３４の中心点を通る直線上で複数の押圧ピン用孔３４１を介して離間して配置される。
ケース３４は、先端側の表面に、接触体２の外周をガイドするためにパワー半導体１００側に突出する環状凸部３４ｃを有する。環状凸部３４ｃは、内側に接触体２を収容でき、内周面が接触体２の移動を緩やかに規制する。
ケース３４は、外周面にねじ部３４ｄを有する。

図２に示すように、複数の押圧ピン用孔３４１は、接触体２の接触部２１と同範囲において平面方向に等間隔に配列される。複数の押圧ピン用孔３４１の各々は、ケース３４の厚み方向に貫通し、押圧ピン３１が配置される。すなわち、押圧ピン用孔３４１の中央部が押圧ピン３１のバネ部３１ｃの大きさに合わせた他の部分よりも内径の大きい空洞部に形成され、この空洞部に押圧ピン３１のバネ部３１ｃを収容することで、押圧ピン用孔３４１に押圧ピン３１が配置される。押圧ピン用孔３４１に収容された押圧ピン３１は、押圧ピン用孔３４１に挿通された棒状の先端部３１ｓおよび後端部を介して先端３１ｔおよび後端３１ｂをケース３４の外側に突出させる。複数の押圧ピン用孔３４１の各々は、押圧ピン３１が押圧ピン用孔３４１内をスムーズに移動できるようその内面が平滑に形成されていることが好ましい。

第１信号ピン用孔３４２は、複数の押圧ピン用孔３４１の隣接領域に１箇所形成される。第１信号ピン用孔３４２は、ケース３４の厚み方向に貫通し、第１信号ピン３２が配置される。すなわち、第１信号ピン用孔３４２の中央部が第１信号ピン３２のバネ部３２ｃの大きさに合わせた他の部分よりも内径の大きい空洞部に形成され、この空洞部に第１信号ピン３２のバネ部３２ｃを収容することで、第１信号ピン用孔３４２に第１信号ピン３２が配置される。第１信号ピン用孔３４２に収容された第１信号ピン３２は、第１信号ピン用孔３４２に挿通された棒状の先端部３２ｓおよび後端部を介して先端３２ｔおよび後端３２ｂをケース３４の外側に突出させる。複数の第１信号ピン用孔３４２の各々は、第１信号ピン３２が第１信号ピン用孔３４２内をスムーズに移動できるようその内面が平滑に形成されていることが好ましい。

第２信号ピン用孔３４３は、複数の押圧ピン用孔３４１の隣接領域に第１信号ピン用孔３４２と並んで１箇所形成される。第２信号ピン用孔３４３は、第１信号ピン３４２と同構成である。

図１に示すように、絶縁プレート４は、円盤状であり、絶縁部材で構成され、プローブ装置１が組み付けられると、プローブ装置１の先端に位置する。
絶縁プレート４は、中央に開口４１を有する。絶縁プレート４は、接触体２の接触部２１の周りの表面２ｆを覆う一方、開口４１を通過させて接触体２の接触部２１をパワー半導体１００側に突出させる。
絶縁プレート４は、開口４１の隣に、第１信号ピン３２および第２信号ピン３３の各々が挿通される第１信号ピン用孔４２および第２信号ピン用孔４３を有する。

図１に示すように、固定カバー５は、環状部材であり、円環部５ａと、円筒部５ｂと、を有する。円環部５ａは、内側に絶縁プレート４の外径よりも小径かつ絶縁プレート４の開口４１よりも大きい孔５１を有する。円筒部５ｂは、円環部５ａから基体６方向に延出し、内周面にねじ部５ｃを有する。固定カバー５の円筒部５ｂの内周面に形成されたねじ部５ｃは、押圧体アッセンブリ３のケース３４の外周面に形成されたねじ部３４ｄと螺合する。

図２に示すように、基体６は、固定カバー５と同径の円盤状である。基体６は、押圧ピン用電極６１と、第１信号ピン用電極６２と、第２信号ピン用電極６３と、を有する。
押圧ピン用電極６１は、複数の押圧ピン３１の後端３１ｂが突出した範囲に形成され、第２電流の電流供給源６４に接続される。押圧ピン用電極６１の表面６１ｆは、平滑に形成され、プローブ装置１が組み付けられると、複数の押圧ピン３１の後端３１ｂに接触する。
第１信号ピン用電極６２は、第１信号ピン３２の後端３２ｂが突出した位置に形成され、第１電流を供給すると共に接地された第１信号回路６５に接続される。第１信号ピン用電極６２の表面６２ｆは、平滑に形成され、プローブ装置１が組み付けられると、第１信号ピン３２の後端３２ｂに接触する。
第２信号ピン用電極６３は、第２信号ピン３３の後端３３ｂが突出した位置に形成され、制御信号を供給する第２信号回路６６に接続される。第２信号ピン用電極６３の表面６３ｆは、平滑に形成され、プローブ装置１が組み付けられると、第２信号ピン３３の後端３３ｂに接触する。
押圧ピン用電極６１、第１信号ピン用電極６２および第２信号ピン用電極６３の各々は、互いに導通しないように基体６の内部において絶縁部材６７を介在させて分断してある。

図１に示すように、基体６は、位置決め棒７１が挿通される１つの位置決め用穴６８と、固定ボルト７２が固定される２つの固定用穴６９と、を有する。固定用穴６９は、固定ボルト７２のねじ部と螺合するねじ穴に構成されている。

プローブ装置１は、１本の位置決め棒７１と２本の固定ボルト７２とを用い、固定カバー５を取り付けることで組み付けられる。

具体的には、基体６上に押圧体アッセンブリ３を位置させ、位置決め棒７１を押圧体アッセンブリ３の位置決め用孔３４４に挿通して基体６の位置決め用穴６８にも挿通する。また、固定ボルト７２を押圧体アッセンブリ３の固定用孔３４５に挿通して基体６の固定用穴６９にも挿通する。これにより、基体６と押圧体アッセンブリ３との位置関係を規定する。

次に、固定ボルト７２を基体６の固定用穴６９に螺合し、押圧体アッセンブリ３を基体６に固定する。この状態では、位置決め棒７１の先端が押圧体アッセンブリ３の表面から突出する。この突出した位置決め棒７１の先端を接触体２の位置決め用孔２２に挿通し、接触体２をケース３４の環状凸部３４ｃの内側に配置することで、接触体２を緩やかに位置決めする。このとき、接触体２の背面２ｂは、押圧体アッセンブリ３の突出した押圧ピン３１の先端３１ｔに接触する。接触体２は、位置決めされた状態であっても、移動可能である。

そして、絶縁プレート４を接触体２に被せ、この状態で固定カバー５の円筒部５ｂの内周面に形成されたねじ部５ｃを押圧体アッセンブリ３の外周面に形成されたねじ部３４ｄに螺合し、固定カバー５を押圧体アッセンブリ３に固定する。このとき、接触体２の表面２ｆが固定カバー５の円環部５ａに基体６の方向に押圧されると共に、接触体２の背面２ｂが押圧ピン３１の先端３１ｔから固定カバー５による押圧方向とは逆方向に押圧される。

なお、接触体２は、半導体検査においてパワー半導体１００の異常を検出した際に破壊される。このため、接触体２は、他の部品と交換頻度が異なる。プローブ装置１では、上記に説明したプローブ装置１の組み付けと反対に、固定カバー５の円筒部５ｂの内周面に形成されたねじ部５ｃを押圧体アッセンブリ３の外周面に形成されたねじ部３４ｄに対し緩め、固定カバー５を取り外すことだけで、接触体２を交換可能である。

次に、パワー半導体１００について説明する。
パワー半導体１００は、４００〜２０００Ａの大電流のスイッチングに用いられるＩＧＢＴ，ＭＯＳ，ダイオードなどである。パワー半導体１００は、図示しない載置台上に配置される。載置台は、図示しないシリンダに接続されており、シリンダが載置台上のパワー半導体１００をプローブ装置１に押し付ける。

次に、プローブ装置１を用いたパワー半導体１００の検査について説明する。
プローブ装置１は、当初、パワー半導体１００から離間した待機状態である。

パワー半導体１００を載置した載置台は、検査が開始されると、まず、シリンダによってプローブ装置１の方向に前進する。
載置台の前進に伴い第１信号ピン３２の先端３２ｔがパワー半導体１００に接触する。
次に、載置台の前進に伴い第２信号ピン３３の先端３３ｔがパワー半導体１００に接触する。

そして、載置台の前進に伴い接触体２の接触部２１の表面２１ｆがパワー半導体１００に接触する。

具体的には、まず複数の微小突起２５がパワー半導体１００の表層の表面電極層のみに差し込まれる。これにより、複数の微小突起２５がスパイクの役割を果たし、パワー半導体１００に対する接触体２の位置が位置決めされる。

さらに載置台がシリンダによってプローブ装置１に押し付けられると、接触体２が固定カバーから離間し、フローティング状態になる。そして、接触体２は、パワー半導体１００の表面１００ｆの傾斜に倣って傾斜し、強く押圧している押圧ピン３１が収縮し、弱く押圧している押圧ピン３１が押圧力Ｆを発揮し、各押圧ピン３１が押圧力Ｆと収縮とのバランスをとる。これにより、複数の押圧ピン３１は、接触体２の接触部２１の表面２１ｆとパワー半導体１００の表面１００ｆとの平行度を調整して接触面圧を均一にする。そして、接触体２の接触部２１の表面２１ｆが、パワー半導体１００の表面１００ｆに均一に接触して押圧する。
特に、接触体２は、背面２ｂ全体が複数の押圧ピン３１に押圧される一部材であり、複数の押圧ピン３１の挙動が反映されて俊敏に揺動し、パワー半導体１００の表面１００ｆとの平行度が調整される。
このとき、載置台には、シリンダによってプローブ装置１に押し付けられる際の横ずれ、捻れおよび振動などが生じる場合がある。これに対し、複数の押圧ピン３１は、先端３１ｔが半球形状のため摩擦抵抗が小さく、載置台に生じる横ずれ、捻れおよび振動などを、接触体２の背面２ｂに接触する先端３１ｔの接触位置のずれで吸収することができる。これにより、接触体２のパワー半導体１００の表面１００ｆに対する接触状態は、横ずれ、捻れおよび振動などの影響を受けないため、複数の微小突起２５が接触体２の位置ずれを要因としてパワー半導体１００の表面１００ｆを削ることはない。

そして、接触体２の接触部２１の表面２１ｆは、複数の微小突起２５に比して広大な平坦面であって複数の微小突起２５による表面電極層への差し込みを規制する規制面となっている。このため、表面２１ｆは、複数の微小突起２５がパワー半導体１００の表面電極層に差し込まれた後に更に圧力が加わった場合であっても、パワー半導体１００に対する当接状態を維持し、複数の微小突起２５による表面電極層への過剰な差し込みを規制する。

その後、基体６の後方の電流供給源６４が複数の押圧ピン３１を介して接触体２に大電流である第２電流を供給し、基体６の後方の第１信号回路６５が第１信号ピン３２に第１電流を供給し、基体６の後方の第２信号回路６６が第２信号ピン３３にパワー半導体１００のオンオフを制御する制御信号を入力し、パワー半導体１００の検査を実行する。

載置台は、検査実行後、シリンダによってプローブ装置１とは反対方向に後退する。
載置台の後退に伴い接触体２の接触部２１の表面２１ｆがパワー半導体１００から離間する。
次に、載置台の後退に伴い第２信号ピン３３の先端３３ｔがパワー半導体１００から離間する。
さらに、載置台の後退に伴い第１信号ピン３２の先端３２ｔがパワー半導体１００から離間する。
そして、プローブ装置１は、待機状態に戻る。

次に、プローブ装置１およびパワー半導体１００に異常時の大電流が印加された場合を説明する。
（ケース１）
図４は、本記実施形態に係るプローブ装置１に異常時の大電流が印加された場合（ケース１）を示す図であり、図４（ａ）が状態図であり、図４（ｂ）が回路図である。
ケース１は、パワー半導体１００の星印の１箇所（一部）に不具合がある場合である。この場合には、パワー半導体１００に接触する直上の接触体２の１箇所（微小突起１個）に局所的に電流値Ｉ（＝３０Ａ）の電流が集中する。
Ｎ_１＝３３０本の押圧ピン３１における押圧ピン１本あたりの電流値は、Ｉ／Ｎ_１＝３０／３３０≒０．１Ａである。押圧ピン１本の抵抗値は、Ｒ_１１＋Ｒ_１２＝４０ｍΩ＝０．０４Ωである。押圧ピン１本あたりの押圧ピン電力は、（Ｉ／Ｎ_１）^２・（Ｒ_１１＋Ｒ_１２）≒０．１×０．１×０．０４＝０．０００４Ｗである。一方、押圧ピン１本あたりの耐電力は、設定された４Ｗである。
また、電路であるＮ_２＝１個の微小突起２５の電流値は、Ｉ／Ｎ_２＝３０／１＝３０Ａである。微小突起１個のＲ_２２は、８０ｍΩ＝０．０８Ωである。微小突起１個の突起電力は、（Ｉ／Ｎ_２）^２・Ｒ_２２＝３０×３０×０．０８＝７２Ｗである。一方、微小突起１個の耐電力は、設定された２０Ｗである。
その結果、押圧ピン電力０．０００４Ｗ＜押圧ピンの耐電力４Ｗとなり、（Ｉ／Ｎ_１）^２・（Ｒ_１１＋Ｒ_１２）＜Ｗ_１１の関係を満たす。また、突起電力７２Ｗ＞微小突起の耐電力２０Ｗとなり、（Ｉ／Ｎ_２）^２・Ｒ_２２＞Ｗ_２２の関係を満たす。そして、電路である１個の微小突起２５とパワー半導体１００の表面１００ｆとが最初に破壊される。そして、破壊された接触体２は、異常時の大電流を遮断し、押圧体アッセンブリ３を大電流から保護する。これによって、押圧体アッセンブリ３を修理することなく寿命まで使用することができる。

（ケース２）
図５は、本記実施形態に係るプローブ装置１に異常時の大電流が印加された場合（ケース２）を示す図であり、図５（ａ）が状態図であり、図５（ｂ）が回路図である。
ケース２は、パワー半導体１００の全体（大部分）に不具合がある場合である。この場合には、パワー半導体１００に接触する直上の接触体２の全体（星印の複数の微小突起全部）に電流値Ｉ（＝２０００Ａ）の電流が分流する。
Ｎ_１＝３３０本の押圧ピン３１における押圧ピン１本あたりの電流値は、Ｉ／Ｎ_１＝２０００／３３０≒６Ａである。押圧ピン１本の抵抗値は、Ｒ_１１＋Ｒ_１２＝４０ｍΩ＝０．０４Ωのである。押圧ピン１本あたりの押圧ピン電力は、（Ｉ／Ｎ_１）^２・（Ｒ_１１＋Ｒ_１２）≒６×６×０．０４＝１．６Ｗである。一方、押圧ピン１本あたりの耐電力は、設定された４Ｗである。
また、電路であるＮ_２＝１００個の全部の微小突起２５における微小突起１個の電流値は、Ｉ／Ｎ_２＝２０００／１００＝２０Ａである。微小突起１個のＲ_２２は、８０ｍΩ＝０．０８Ωである。微小突起１個の突起電力は、（Ｉ／Ｎ_２）^２・Ｒ_２２＝２０×２０×０．０８＝３２Ｗである。一方、微小突起１個の耐電力は、設定された２０Ｗである。
その結果、押圧ピン電力１．６Ｗ＜押圧ピンの耐電力４Ｗとなり、（Ｉ／Ｎ_１）^２・（Ｒ_１１＋Ｒ_１２）＜Ｗ_１１の関係を満たす。また、突起電力３２Ｗ＞微小突起の耐電力２０Ｗとなり、（Ｉ／Ｎ_２）^２・Ｒ_２２＞Ｗ_２２の関係を満たす。そして、電路である１００個の微小突起２５とパワー半導体１００の表面１００ｆとの各々が最初に破壊される。そして、破壊された接触体２は、異常時の大電流を遮断し、押圧体アッセンブリ３を大電流から保護する。これによって、押圧体アッセンブリ３を修理することなく寿命まで使用することができる。

以上の本実施形態に係るプローブ装置１によれば、以下の効果を奏する。

（１）接触体２と押圧体アッセンブリ３とを直列に接続してパワー半導体１００に電流を印加するプローブ装置１に異常時の大電流（電流値Ｉ）が印加された場合に、押圧体アッセンブリ３の押圧体電力Ｉ^２・Ｒ_１が押圧体アッセンブリ３の耐電力Ｗ_１よりも小さく、接触体２のパワー半導体１００と接触する表面２１ｆに印加される接触体電力Ｉ^２・Ｒ_２が当該表面２１ｆの耐電力Ｗ_２よりも大きい。
ここで、接触体２は、安価かつ製造容易であり、使い捨てに適したものである。一方、押圧体アッセンブリ３は、高価かつ製造困難であり、耐久性を確保し、異常時の大電流が印加されてジュール熱によって破壊される場合に修理を必要とする。
本実施形態は、プローブ装置１に異常時の大電流が印加された場合に、接触体２が押圧体アッセンブリ３よりも先に破壊される。そして、破壊された接触体２は、異常時の大電流を遮断し、押圧体アッセンブリ３を大電流から保護する。これによって、押圧体アッセンブリ３を修理することなく寿命まで使用することができる。

（２）押圧体アッセンブリ３の押圧体電力Ｉ^２・Ｒ_１は、押圧体アッセンブリ３を構成する複数の押圧ピン３１の抵抗Ｒ_１１と、押圧体アッセンブリ３を構成する複数の押圧ピン３１の先端３１ｔと接触体２の背面２ｂとの間の接触抵抗Ｒ_１２と、に基づき算出され、接触体電力Ｉ^２・Ｒ_２は、接触体２自体の抵抗Ｒ_２１と、接触体２の複数の微小突起２５とパワー半導体１００の表面１００ｆとの間の接触抵抗Ｒ_２２と、に基づき算出される。そして、押圧体アッセンブリ３の耐電力Ｗ_１よりも小さい押圧体電力Ｉ^２・Ｒ_１と、接触体２の表面２１ｆの耐電力Ｗ_２よりも大きい接触体電力Ｉ^２・Ｒ_２を算出できる。これによって、プローブ装置１に異常時の大電流（電流値Ｉ）が印加された場合に、押圧体アッセンブリ３の押圧体電力Ｉ^２・Ｒ_１が押圧体アッセンブリ３の耐電力Ｗ_１よりも小さく、パワー半導体１００と接触する側の接触体２の表面２１ｆに印加される接触体電力Ｉ^２・Ｒ_２が当該表面２１ｆの耐電力Ｗ_２よりも大きい関係を構成することができる。

（３）押圧体アッセンブリ３の押圧体電力Ｉ^２・Ｒ_１が押圧体アッセンブリ３の耐電力Ｗ_１よりも小さくなる関係は、押圧ピン３１の押圧ピン電力（Ｉ／Ｎ_１）^２・（Ｒ_１１＋Ｒ_１２）が押圧ピン３１の耐電力Ｗ_１１よりも小さくなる関係である。これにより、押圧体アッセンブリ３の押圧体電力Ｉ^２・Ｒ_１と耐電力Ｗ_１との関係を、１本の押圧ピン３１の押圧ピン電力（Ｉ／Ｎ_１）^２・（Ｒ_１１＋Ｒ_１２）と耐電力Ｗ_１１との関係に置き換え、当該関係を１本の押圧ピン３１という構成要素の単位に合わせて容易に設計することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲で変形、改良などを行っても、本発明の範囲に包含される。

１…プローブ装置（電流印加装置）
２…接触体（コンタクト電極）
３…押圧体アッセンブリ（押圧体）
３１…押圧ピン（弾性体）

Claims (3)

1. 半導体の表面と接触して電流を印加するコンタクト電極と、前記コンタクト電極を押圧する押圧体と、を直列に接続して前記半導体に電流を印加する電流印加装置であって、
   前記コンタクト電極は、前記半導体の表面と面接触する表面を有し、
   前記コンタクト電極の表面は、前記半導体の表層に差し込まれる複数の微小突起を有し、
   前記押圧体に印加される押圧体電力が前記押圧体の耐電力よりも小さいときに、前記コンタクト電極に印加されるコンタクト電極電力が前記コンタクト電極の耐電力よりも大きくなるように構成され、
   前記複数の微小突起の各々は、等しい形状であり、異常電流が印加された場合に１個の微小突起に印加される突起電力が１個の微小突起の耐電力よりも大きくなる関係が成立するように同様に構成されたことを特徴とする電流印加装置。
2. 前記押圧体電力は、前記押圧体自体の抵抗と、前記押圧体と前記コンタクト電極との間の接触抵抗と、に基づき算出され、
   前記コンタクト電極電力は、前記コンタクト電極自体の抵抗と、前記コンタクト電極と前記半導体との間の接触抵抗と、に基づき算出され、
   前記押圧体に印加される押圧体電力が前記押圧体の耐電力よりも小さいときに、前記コンタクト電極に印加されるコンタクト電極電力が前記コンタクト電極の耐電力よりも大きくなるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の電流印加装置。
3. 前記押圧体は、複数の弾性体を有し、
   前記押圧体に印加される押圧体電力が前記押圧体の耐電力よりも小さい関係は、複数の前記弾性体の全部における前記弾性体の１本に印加される弾性体電力が前記弾性体の１本の耐電力よりも小さい関係であることを特徴とする請求項１または２に記載の電流印加装置。

Images