(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属棒の先端に尖った形状に形成された導電性を有する探針と、前記探針によって誘導された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、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配置された前記金属棒と、該金属棒と同心状に設けられ、前記接地電位とされる電極となる金属板と、これら金属棒と金属板との間に介在する誘電体とから構成されており、前記探針の前記尖った形状が前記金属板の外部に突出していることを特徴とする電荷量測定装置。
【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ＭＯＳ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ＬＳＩ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ＬＳＩ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ＬＳＩ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１１Ｌ ，１１Ｒ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１１Ｌ ，１１Ｒ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１１Ｌ ，１１Ｒ、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１１Ｒ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１１Ｌ ，１１Ｒ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ＬＳＩ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５３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、金属棒の先端に尖った形状に形成された導電性を有する探針と、前記探針によって誘導された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、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配置された前記金属棒と、該金属棒と同心状に設けられ、前記接地電位とされる電極となる金属板と、これら金属棒と金属板との間に介在する誘電体とから構成されており、前記探針の前記尖った形状が前記金属板の外部に突出してい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、測定精度を高くすることができる。
【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１，０００ｐＦ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２０ｍｍφ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１５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１４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ＬＳＩ１６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１０ｎＣ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１０，０００Ｖ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Ｒ2 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、本発明の参考例の構成を示す回路図である。図６を参照して、本参考例は、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２３、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。本参考例においては、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（ＬＳＩ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ＶＭ 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ＱＬ１を、ＱＬ１＝ＣＰ ・ＶＭ （但し、ＣＰ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ＱＬ２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ＣＬが、
ＣＬ ＝ＱＬ２／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ＣＬ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ＱＬ１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）×（ＱＬ１２ ）／ＣＬ
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】本発明の参考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１１L ，１１R リード端子１２ ワイヤー１３ 配線１４ 金属棒１５ 金属板１６ ＬＳＩ１７ 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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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