(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルとなる接点間に所定の起電圧を発生する電源と、この電源の起電圧によって上記接点に既知の電流を流すための負荷とからなる回路を接続し、上記接点を開閉操作し、その開閉回数が予め設定したそれぞれ異なる値を採る履歴回数に達した接点を複数種類用意し、このそれぞれ異なる履歴を持つ接点に形成された転移の量を標本化し、この標本化した転移の量と、診断すべき接点の転移の量を比較して接点の寿命を診断することを特徴とし、
上記標本化された接点の一つは開離不能に達した接点である接点寿命診断方法。
【請求項２】
請求項１に記載の接点寿命診断方法において、上記標本化された接点は開離不能に至る開閉回数の範囲内に設定した既知の開閉回数に達した接点であることを特徴とする接点寿命診断方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の接点寿命診断方法の何れかにおいて、上記負荷は抵抗負荷、容量負荷、誘導負荷、布線負荷の何れか一つ又はこれらの複合した負荷であることを特徴とする接点寿命診断方法。
【請求項４】
請求項１、２、３に記載の接点寿命診断方法の何れかにおいて、上記接点に形成される転移は負電位側の接点に凸部が形成され正電位側の接点に凹部が形成され、これら凸部及び凹部の体積を計測し、この体積と診断すべき接点に形成された転移の体積とを比較して接点の寿命を診断することを特徴とする接点寿命診断方法。
【請求項５】
請求項１、２、３、４に記載の接点寿命診断方法の何れかにおいて、上記接点の表面をレーザ超深度測長顕微鏡で観測し、レーザ超深度測長顕微鏡により上記接点に形成される転移の体積を測定することを特徴とする接点寿命診断方法。
【請求項６】
複数の前記サンプルとなる接点を用意し、
複数の前記サンプルとなる接点を一斉に同期させて開閉操作し、
開閉操作の回数が前記予め設定した値に達する毎に、複数の前記サンプルとなる接点の一部を順次取り出し、
当該取り出した接点を、開閉回数が予め設定したそれぞれ異なる値を採る履歴回数に達した接点の標本とする、
請求項１から５の何れか１項に記載の接点寿命診断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は例えば半導体デバイス試験装置に用いられているリレー接点の寿命を診断することに用いて好適な接点寿命診断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイス試験装置には試験モードの切替のために多数のリレー接点が用いられている。図１１にその一例を示す。図１１に示すＤＵＴは被試験半導体デバイスを示す。この被試験半導体デバイスＤＵＴはソケットボード１０に実装されたＩＣソケット１１に装着され、このＩＣソケット１１を通じてドライバ１２に接続され、ドライバ１２から試験信号の供給を受けて試験が行われる。
ドライバ１２とソケットボード１０との間は同軸ケーブルで構成される第１信号線路１３Ａで接続され、第１信号線路１３ＡとＩＣソケット１１との接続点は第２信号線路１３Ｂを通じてソケットボード１０の外側に設けた終端抵抗接続リレー１８を通じて終端抵抗器１４に接続され、この終端抵抗器１４によってドライバ１２から見て第１信号線路１３Ａ及び第２信号線路１３Ｂをインピーダンス整合させ、反射の発生を抑える回路構成としている。
【０００３】
被試験半導体デバイスＤＵＴの機能が正常に動作するか否かを試験する機能試験を行う場合は、リレー接点１７と終端抵抗接続リレー１８をオンの状態に制御し、この状態でドライバ１２から被試験半導体デバイスＤＵＴに試験信号を印加し、被試験半導体デバイスＤＵＴを試験信号に従って動作させ、その動作が正常か否かを判定して試験する。
尚、図１１にはソケットボード１０に１個の被試験デバイスＤＵＴを搭載しているように図示しているが、実際には複数（例えば６４個程度）の半導体デバイスが装着され、これら複数の半導体デバイスが一度に動作状態に維持され、試験が実行される。従って、ドライバ１２及び第１信号線路１３Ａ及び第２信号線路１３Ｂから成る信号伝送チャンネルも多数設けられる。
【０００４】
一方上述した機能試験に対して直流試験と呼ばれている試験項目がある。この直流試験とは、被試験半導体デバイスの各端子の直流特性が所期の特性に合致しているか否かを問う試験である。つまり、被試験半導体デバイスＤＵＴの各端子に所定の電圧を印加した状態で目的とした量の電流が流れるか否かを試験したり、被試験半導体デバイスＤＵＴの各端子から所定の電流を取り出している状態で端子に所定の電圧が発生するか否かを試験する。
図１１に示す１５はこの直流試験を行う直流試験ユニットを示す。この直流試験ユニット１５はスイッチ回路１６を通じて第１信号線路１３Ａに接続され、機能試験を行っている状態では、スイッチ回路１６により第１信号線路１３Ａから電気的に切離される。直流試験時はスイッチ回路１６により直流試験ユニット１５を第１信号線路１３Ａに電気的に接続すると共に、この状態ではドライバ１２の出力側に接続したリレー接点１７をオフに制御し、ドライバ１２を信号線路１３から切離すると共に、終端抵抗接続リレー１８もオフに制御し、終端抵抗器１４を回路から切離して直流試験を行う。このように、終端抵抗器１４を回路から切離して直流試験を行うことにより、被試験半導体デバイスＤＵＴの各端子のリーク電流の有無を判定することができる利点が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、半導体デバイス試験装置には試験モードの切替用等としてリレー接点が用いられている。これらのリレー接点は一つの試験項目が終了する毎に一時オフの状態に制御され、このオフの状態で試験条件の設定変更が実行され、この設定変更が完了した時点で再び所定の状態にオンの状態に設定されて試験が再開される。
機能試験及び直流試験の何れを問わず、試験項目は複数設定され、各試験項目が終了する毎に、リレー接点はオフの状態に戻され、リレー接点がオフの状態で試験条件の設定変更が実行される。その理由は試験条件の設定変更はコンピュータで構成される制御器に搭載している利用者が作成したテストプログラムに従って試験条件の設定変更が実行されるため、設定変更中に誤って過大な信号が発生したとするとこの過大な信号が被試験半導体デバイスＤＵＴに印加されてしまい、これがために被試験半導体デバイスＤＵＴを破損してしまう事故が起きる恐れがある。このような事故が発生しないように試験条件の設定変更中はリレー接点をオフの状態に戻すことが使用上義務付けされている。
【０００６】
更に、試験条件の設定変更に要する時間は数１０ｍｓ〜約１００ｍｓ程度の時間であるため、リレー接点には高速応答が要求される。このためにリレー接点としてはリードリレーが用いられている。リードリレーは周知のように、接点を構成するリードフレーム自体のばね性を利用して開極動作を行う構造のため、開極時に発生するばね力が弱い欠点がある。このような理由からリードリレーを用いることにより以下に説明するような不都合が生じる。
リレー接点を切替る際に、リレー接点間に電圧が印加されている状態でオン、オフ操作すると、接点の寿命が著しく短くなる現象が発生する欠点がある。このために、従来よりリレー接点をオン、オフ操作する際にはリレー接点間に電圧が印加されない状態に制御し、その状態でリレー接点を切替操作することを使用条件としている。
【０００７】
利用者は半導体デバイス試験装置を動作させるためのテストプログラムにおいて試験項目の終了毎に例えばドライバ１２の出力をゼロの状態に設定し、また直流試験中にあっては、直流試験ユニット１５から被試験半導体ユニットＤＵＴに印加している直流電圧をゼロの状態に戻して試験項目を終了させる必要がある。また、次の項目の試験を開始する際にも直流試験ユニット１５は出力電圧をゼロの状態に設定した状態でリレー接点を切替え、切替が完了した時点で電圧を徐々に上昇させるようにテストプログラムを作成する必要がある。
【０００８】
このように、リレー接点を切替る際にリレー接点間に電圧が印加されていない状態に制御するには、その制御に要する時間、及び電圧をゼロの状態に維持している時間を必要とし、これらの時間が加算されることにより試験に要する時間が長くなる不都合が生じる。試験装置を利用する側としては試験装置を過密に利用し、効率よく半導体デバイスを試験したい要求があるためリレー接点間に電圧を印加しない状態に戻すプログラムを組み込むことを怠る傾向がある。この結果としてリレー接点が比較的短時間（納品後数ヶ月程度）で開離不能な状態になる現象が発生し、修理を要求される事態となる。
【０００９】
リードリレーは一般にガラス管の内部に封入されているため、不良の状況を目視することは出来ない。また、開離不能に至ったリードリレーのガラス管を破壊し、内部の接点の状態を目視したとしても、目視によっては異常を確認することは全く不能である。このために半導体試験装置を利用する利用者にとってはリードリレーの不良の発生原因が自己の使用方法に起因していることに気付く例は少ない。また、不良の発生は全てのリードリレーが一斉に不良になるのではなく、はじめは一個、二個のレベルから不良が発生し、その不良も例えば時間の経過と共に復旧したりするので再現性に欠けるため不良の原因が明らかでなかった。
【００１０】
１台の半導体デバイス試験装置に使用されているリードリレーは数１０００個程度に達するから、全てのリードリレーを交換すると、その修理費用は大きな額となる。
全てのリードリレーを交換したとしても、使用方法を改めない限り数ヵ月後には再びリードリレーが不良に至ることを繰返す。従って、その経済的な負担は大きい。
この発明の目的は利用者に接点の劣化状況を表示し、使用方法に欠陥があることを認識させる機会を与えることができる接点寿命診断方法を提案しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１では、サンプルとなる接点間に所定の起電圧を発生する電源と、この電源の起電圧によって接点に既知の電流を流すための負荷とからなる回路を接続し、接点を開閉操作し、その開閉回数が予め設定したそれぞれ異なる値を採る履歴回数に達した接点を複数種類用意し、このそれぞれ異なる履歴を持つ接点に形成された転移の量を標本化し、この標本化した転移の量と、診断すべき接点の転移の量を比較して接点の寿命を診断する接点寿命診断方法を提案する。
【００１２】
この発明の請求項２では、請求項１記載の接点寿命診断方法において、標本化された接点は開離不能に至る開閉回数の範囲内に設定した既知の開閉回数に達した接点である接点寿命診断方法を提案する。
この発明の請求項３では、請求項１記載の接点寿命診断方法において、標本化された接点の一つは開離不能に達した接点である接点寿命診断方法を提案する。
この発明の請求項４では、請求項１、２、３記載の接点寿命診断方法の何れかにおいて、負荷は抵抗負荷、容量負荷、誘導負荷、布線負荷の何れか一つ又はこれらの複合した負荷である接点寿命診断方法を提案する。
【００１３】
この発明の請求項５では、請求項１、２、３、４記載の接点寿命診断方法の何れかにおいて、接点に形成される転移は負電位側の接点に凸部が形成され正電位側の接点に凹部が形成され、これら凸部及び凹部の体積を計測し、この体積と診断すべき接点に形成された転移の体積とを比較して接点の寿命を診断する接点寿命診断方法を提案する。
この発明の請求項６では、請求項１、２、３、４、５記載の接点寿命診断方法の何れかにおいて、接点の表面をレーザ超深度測長顕微鏡で観測し、レーザ超深度測長顕微鏡により接点に形成される転移の体積を測定する接点寿命診断方法を提案する。
【００１４】
作用
この発明による接点寿命診断方法によればリレー接点に既知の値の電流を流した状態で接点を開閉させ不適格な使用条件で接点を所定の回数開閉し、接点に開閉回数に対応した体積を持つ転移を形成する。所定の開閉回数に達した接点を標本とし、その標本とした接点に形成された転移の体積を計測しておくことにより、現実に診断すべきリレー接点に形成された転移の体積と比較すれば、そのリレー接点の寿命を予測することができる。
【００１５】
更に、開閉回数に比例して転移の形状が漸次大きくなる様子を、標本として用意しておくことにより、電流を流しながら接点を開閉操作すると転移が形成され、この転移が故障の要因であることが理解できる。従って、誤った使用方法を採っていた利用者に理解が得られ、利用方法を改善させる機会を与えることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に接点の標本を作製する状況を示す。この実施例ではリードリレーを標本化する場合について説明する。図１において２０は標本化すべきリードリレーを示す。リードリレー２０はよく知られているように、ガラス管２１の内部に磁性材料を含む接点２２Ａ、２２Ｂが配置され、ガラス管２１の外部に装着した励磁コイル２３が励磁されることにより、接点２２Ａと２２Ｂが相互に磁気的に吸着し合ってその先端同士が接触し、閉状態となる。励磁コイル２３の励磁が解かれると、接点２２Ａと２２Ｂは自己のばね力によって元の姿勢に戻り、開極状態となる。２５は励磁コイル２３に励磁電流を与える励磁電源、２４は励磁電流を断続操作するスイッチ回路を示す。
【００１７】
接点２２Ａと２２Ｂには負荷２６と、接点２２Ａと２２Ｂに既知の電流を流すための電源２７との直列回路を接続する。図１に示す例では負荷２６を抵抗負荷とした場合を示す。電源２７の電圧を５Ｖと規定し、接点２２Ａと２２Ｂに１ｍＡを流すものとすると、負荷２５としては５ＫΩの抵抗器を用いる。尚、図１に示した標本化に用いるリードリレーの接点２２Ａ、２２ＢはＲｈ（ロジウム）で形成されているものを用いた。
このような回路を数１０個用意し、これら数１０個のリードリレー２０を一斉に同期させてオン、オフ動作させる。このオン、オフ動作回数が例えば２０００万回に達した時点で数１０個のリードリレーの中の３個以上を取り出し、この取り出したリードリレーを２０００万回の開閉回数（履歴回数）に達した標本とする。
【００１８】
残りのリードリレーは引き続き開閉動作を繰返し、例えば４０００万回に達した時点で再び１個乃至は数個のリードリレーを取り出し、この取り出したリードリレーを４０００万回の履歴回数に達した標本とする。
このようにして２０００万回以後２０００万回を越える毎に標本を取り出し、最終的には開離不能に至る履歴回数を求める。
各履歴回数毎に取り出した標本はガラス管２１を破壊し、内部から接点２２Ａと２２Ｂを取り出す。取り出した接点の表面（互に接触し合う面）をレーザ超深度測長顕微鏡で観測する。レーザ超深度測長顕微鏡によれば、金属表面の凹凸を０．０１μｍの分解能で測定することができる。
【００１９】
接点２２Ａと２２Ｂの各接触部分には正電位側の接点、図１の例では２２Ａに凹部が形成され、負電位側の接点、図１の例では２２Ｂに凸部が形成される。この凸部と凹部を一般に転移と呼んでいる。転移が形成される理由としては接点が接触を開始する間際及び接点が開極を開始する間際に、微小部分に電流が流れ、局部的に電流が流れることによりジュール熱が発生し、ジュール熱が溶解温度に達すると溶解した金属材料（分子）が電子の流れの向き（電子は正極から負極に向って流れる）に従って負極側に徐々に移動することが要因として考えられる。この分子の移動現象により負極側に凸部が形成され、正極側に凹部が形成されるものと考えられる。
【００２０】
転移の発生現象の詳細に関しては信学論：Ｊ５８−Ｃ−３、ＰＰ．１０１−１０８、（１９７５．３）「コンタクト開離時のブリッジ転移の理論解析」或いは、信学論：Ｊ６３−Ｃ−３１０、ＰＰ．６６７−６７４「ブリッジ寸法と転移量に関する理論的考察」を参照のこと。
転移が発生する現象は従来より知られているところであるが、この発明は、この転移現象を実験により標本化し、転移した金属材料の量（体積）を開閉回数をパラメータとして標本化した点を特徴とするものである。
【００２１】
つまり、所定の接点電流を流した状態で所定の履歴回数を重ね、各履歴回数毎に標本を得ることにより、験体となるリレー接点（寿命を診断すべきリレー接点）に形成された転移の量（体積）から、履歴回数を推定する点を特徴とするものである。
図２及び図３に転移の実測例を示す。図２は正電位側の接点に形成された凹部の実測例、図３は負電位側の接点に形成された凸部の実測例を示す。図２及び図３に示す各曲線はレーザ超深度測長顕微鏡で測定した或る一線上の接点表面の凹凸量を表す曲線である。図２に示すＡ部分は凹部の形状を示す。また図３に示すＢ部分は正電位側に形成された凸部の形状を示す。これらの実測値から、凹部の深さは約４μｍ、凸部の高さも約４μｍであった。これらの測定結果から接点の開閉時に発生する熱が転移の周辺に拡散し、高さは変わらずに直径が太る方向に成長するものと考えられる。従って、この発明では転移を評価するパラメータとして体積（計算値）を採ることにした。
【００２２】
図４及び図５にリレーの動作回路（履歴回数）と転移量との関係を示す。図４はリレー動作回数と転移の高さの関係を示す。また図５はリレー動作回数と転移の体積の関係を示す。
尚、図５に示す体積は図２及び図３に示したレーザ超深度測長顕微鏡の実測値から凹部及び凸部の形状及び寸法を測定し、その形状と寸法から計算により求めた。
図４から解ることは転移の高さはリレー動作回数が約１億回を越えると４μｍ程度の高さに飽和することがわかる。この理由としては接点材料のメッキ厚が４μｍであり、このメッキ厚に依存して転移の高さが制限されるものと考えられる。このことは、正電位側に形成される凹部の深さが約４μｍを観測したのとよく一致している。
【００２３】
図５から解ることは転移の体積（計算値）はリレーの動作回数が１億回から２億回（開離不能の発生が徐々に見られる回数）の間で線形の相関性が存在することが明らかとなった。
この実測例から明らかなように、各リレーの動作回数毎に取得した標本の転移量（体積）を予め算定しておくことにより、診断すべきリレー接点に形成された転移の体積からそのリレー接点の履歴回数を推定することができ、この履歴回数から今後に残された寿命を推定することができることになった。
【００２４】
図６は負荷２６を布線とした場合の標本を得るための回路を示す。布線としてはこの例では同軸ケーブルとした場合を示す。布線として同軸ケーブルを用いることにより、接点２２Ａと２２Ｂは誘導性と容量性を合わせ持つ分布定数回路に流れる電流を断続することになる。尚、２８はリードリレー２０の接点に流れる電流値を既知の値、例えば１ｍＡに制限するための電流制限抵抗器を示す。また、この例では接点２２Ａ、２２Ｂの材料としてＲｕ（ルテニウム）を用いた場合を示す。
【００２５】
図７は図６に示した回路のリレー動作回数と転移の体積との関係を測定したグラフを示す。図６に示す実測例によればリレーの動作回数が２０００万回〜１億回の範囲で線形の相関性が存在することが解る。
また、接点材料がＲｕであることから、転移量は図５に示したＲｈの場合の１／４程度に軽減されている。このことから、接点材料としてはＲｈ（ロジウム）よりＲｕ（ルテニウム）の方が優れていることが解る。
図８は負荷２６として０．２２μＨの誘導負荷とした場合を示す。この場合も、１０００万回〜１億回の動作回数を重ね、１０００万回以後２０００万回毎に標本を取得した。
【００２６】
図９に標本のリレー動作回数と転移体積の関係を示す。この場合には転移体積は図７に示した例より更に小さくなり、負荷条件により転移体積が変化することが解る。
図１０は容量負荷の標本を得る場合の回路例を示す。この場合には電源２７から電流制限抵抗器２８を通じて負荷２６となる容量に充電電流を与え、この充電電流で充電された電荷を電流制限抵抗器２９で再度制限してリレー接点２２Ａと２２Ｂで放電させる回路構造とした場合を示す。
【００２７】
この場合も、図９に示したリレー動作回数と転移体積の関係とほぼ同等の傾向を持つ標本が得られた。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば予め既知の電流量とリレー動作回数を履歴したリレー接点を標本として用意し、その動作回数と転移の体積を標本データとして取得しておくことにより、診断の対象となるリレー接点に形成された転移の体積を測定すれば、その測定値から今後の寿命を推定することができる。また接点の材料別に転移の体積を求めておくことにより各接点材料毎に寿命を推定することができる。
【００２９】
また、特に転移の発生を明らかにすることによって、利用者には自己の使用方法が適正でなかったことを理解してもらえる。この点で無駄な修理を繰返さなくて済むため、その経済的な効果は実用に供して頗る大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による接点寿命診断方法に用いる標本を得るための接点の負荷条件を説明するための接続図。
【図２】図１に示した接点の負荷条件で接点に形成される転移の形状及び寸法を説明するための図。
【図３】図２と同様の図。
【図４】図１に示した負荷条件で形成されるリレー動作回数と転移の高さの関係を説明するためのグラフ。
【図５】図２及び図３に示した転移の寸法から算出した転移の体積とリレー動作回数との関係を説明するためのグラフ。
【図６】標本を得るための他の接点の負荷条件を説明するための接続図。
【図７】図６に示した接点の負荷条件で形成される転移の体積とリレー動作回数との関係を説明するためのグラフ。
【図８】標本を得るための他の負荷条件を説明するための接続図。
【図９】図８に示した負荷条件とによって形成された転移の体積とリレー動作回数との関係を説明するためのグラフ。
【図１０】標本を得るための更に他の負荷条件を説明するための接続図。
【図１１】半導体デバイス試験装置にリレー接点が用いられる理由を説明するためのブロック図。
【符号の説明】
２０          リードリレー
２１          ガラス管
２２Ａ、２２Ｂ          接点
２３          励磁コイル
２４          スイッチ回路
２５          励磁電源
２６          負荷
２７          電源
【図１】
0004731720.tif 000002
【図２】
0004731720.tif 000003
【図３】
0004731720.tif 000004
【図４】
0004731720.tif 000005
【図５】
0004731720.tif 000006
【図６】
0004731720.tif 000007
【図７】
0004731720.tif 000008
【図８】
0004731720.tif 000009
【図９】
0004731720.tif 000010
【図１０】
0004731720.tif 000011
【図１１】
0004731720.tif 000012