(57)【要約】【課題】半導体回路の絶縁破壊による放電電流を的確に検出し得る電流検出回路を提供する。【解決手段】瞬間電流検出回路２０では、放電電流により発光可能なフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２とこれを受光するとコレクタ−エミッタ間を導通可能なフォトトランジスタＰＴとこのフォトトランジスタＰＴによる論理信号を保持可能なラッチ回路Ｌtch とを備える。これにより被試験デバイスＤＵＴの絶縁破壊で流れる放電電流を電圧に変換することなく、フォトダイオードＰＤ１等に流して赤外光を発光させる。このため放電電流が流れる電流経路であればこのようなフォトダイオードＰＤ１等を介在させることができるので、電圧変換回路等を設ける必要がなく、当該電流経路のインピーダンスを低く設定できる。したがって、ワイヤハーネスの引き回しによる放電電流の低下や外来ノイズの侵入を大幅に抑制できるため、絶縁破壊による放電電流を的確に検出できる。【選択図】図２
2007183206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から半導体装置に印加される電圧によって当該半導体装置内で絶縁破壊を生じた場合に流れる放電電流を検出可能な電流検出回路であって、
前記放電電流の電流経路に設けられ、前記放電電流によって発光可能な発光手段と、
入力端子および出力端子を有し、前記発光手段による発光を受光するとこの入力端子と出力端子との間を導通可能なスイッチング手段と、
前記スイッチング手段による導通信号を保持可能な状態保持手段と、
を備えることを特徴とする電流検出回路。
【請求項２】
前記発光手段は、前記放電電流の導通を双方向に許容しいずれの電流方向であっても発光可能であることを特徴とする請求項１記載の電流検出回路。
【請求項３】
前記発光手段と前記スイッチング手段とは、両者一組でフォトカプラを構成することを特徴とする請求項１または２記載の電流検出回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部から半導体装置に印加される電圧によって当該半導体装置内で絶縁破壊を生じた場合に流れる放電電流を検出可能な電流検出回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の絶縁破壊を検査する従来技術として、例えば、下記特許文献１に開示される「半導体集積回路の試験方法および装置」がある。この開示技術では、被検査対象となる半導体装置（出力回路１０）のＧＮＤ配線（２４）と試験装置の接地との間に数Ωの抵抗（１）を介在させ、この抵抗（１）の両端電圧で基準電圧（Ｖref ）を超えるものをコンパレータ（３）により検出可能に構成している（特許文献１；段落番号００１９、図１）。
【０００３】
これにより、半導体装置（出力回路１０）の絶縁破壊時に抵抗（１）を介して瞬時に接地側に向かって流れる微小な放電電流を、当該抵抗（１）の両端電圧としてコンパレータ（３）により検出しその出力をフリップフロップ（４）により保持することで、半導体装置（出力回路１０）に絶縁破壊が生じたことを検出可能であるとしている（特許文献１；段落番号００２０、００２１）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２２７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示される技術によると、半導体装置（出力回路１０）に絶縁破壊が生じたときに流れる放電電流を、当該半導体装置（出力回路１０）のＧＮＤ配線（２４）と試験装置の接地との間に介在する抵抗（１）の両端電圧として検出しているため、次の(1) 〜(3) のような問題が発生し得るという技術的な課題がある。
【０００６】
(1) このような微小な放電電流を検出する手段として、電流を抵抗（１）により電圧に変換してからその両端電圧をコンパレータ（３）で検出し得るように構成すると、試験装置の接地を基準電位とした構成以外では、当該コンパレータ（３）の入力に印加される電圧を適正な電圧に調整する必要から、電圧変換回路等を別途設ける必要が生じ、測定回路の構成を複雑にするという問題がある。
【０００７】
(2) 半導体装置（出力回路１０）のＧＮＤ配線（２４）と試験装置の接地とを電気的に接続する場合、その間を例えばワイヤハーネスで接続すると、当該ワイヤハーネスによる布線抵抗の増加から予定外の電位差が発生するため、微小な放電電流を正確に測定することが困難になるという問題がある。
【０００８】
(3) また、このようなワイヤハーネスによるインピーダンスの増加から、直流的には基準電位に直接接続できても、交流的（特に高周波的）には基準電位にインダクタンスを介在させて等価的に接続していることになる。このため、特に工場内では発生しがちな外来ノイズがこのようなワイヤハーネスを介して侵入し易くなるため、絶縁破壊による微小な放電電流を検出するときには、かかる外来ノイズが測定の妨げになるという問題がある。
【０００９】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、半導体回路の絶縁破壊による放電電流を的確に検出し得る電流検出回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項１の電流検出回路では、外部から半導体装置に印加される電圧によって当該半導体装置内で絶縁破壊を生じた場合に流れる放電電流を検出可能な電流検出回路であって、前記放電電流の電流経路に設けられ、前記放電電流によって発光可能な発光手段と、入力端子および出力端子を有し、前記発光手段による発光を受光するとこの入力端子と出力端子との間を導通可能なスイッチング手段と、前記スイッチング手段による導通信号を保持可能な状態保持手段と、を備えることを技術的特徴とする。
【００１１】
特許請求の範囲に記載の請求項２の電流検出回路では、請求項１記載の電流検出回路において、前記発光手段は、前記放電電流の導通を双方向に許容しいずれの電流方向であっても発光可能であることを技術的特徴とする。
【００１２】
特許請求の範囲に記載の請求項３の電流検出回路では、請求項１または２記載の電流検出回路において、前記発光手段と前記スイッチング手段とは、両者一組でフォトカプラを構成することを技術的特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明では、放電電流によって発光可能な発光手段と、この発光手段による発光を受光すると入力端子と出力端子との間を導通可能なスイッチング手段と、このスイッチング手段による導通信号を保持可能な状態保持手段と、を備える。これにより、発光手段に放電電流が流れるとこの発光手段が発光し、この発光によってスイッチング手段の入力端子と出力端子とが導通し、これによる導通信号が状態保持手段によって保持される。つまり、放電電流を電圧に変換することなく、電流として発光手段に流して発光手段を発光させることで、一旦、光に変換してからスイッチング手段を導通させる。このため、放電電流が流れる電流経路であればこのような発光手段を介在させることができ、しかも電圧変換回路等を設ける必要もないので、当該電流経路のインピーダンスを低く設定することが可能となる。また、発光手段とスイッチング手段とは電気的に絶縁されているので、スイッチング手段においても、耐電圧を確保したり、ワイヤハーネスを引き回す必要がないため、当該電流検出回路内におけるインピーダンスを低く設定することが可能となる。したがって、ワイヤハーネスの引き回しによる放電電流の低下や外来ノイズの侵入を大幅に抑制できるため、絶縁破壊による放電電流が微少なものであっても、このような放電電流を的確に検出することができる。
【００１４】
請求項２の発明では、発光手段は、放電電流の導通を双方向に許容しいずれの電流方向であっても発光可能であることから、外部から半導体装置に印加される電圧の極性にかかわらず、その印加により生じた絶縁破壊を検出することができる。また、外部から半導体装置に印加される電圧として、直流電圧だけでなく、交流電圧も用いることが可能となる。したがって、このような各種の電圧を印加することが可能となるので、かかる種々の電圧の印加に対しても放電電流を的確に検出することができる。
【００１５】
請求項３の発明では、発光手段とスイッチング手段とは、両者一組でフォトカプラを構成することから、両者を個々に実装する場合に比べて、発光手段からスイッチング手段に対する光の伝達が容易かつ確実となるので、発光手段およびスイッチング手段の組み付け作業が容易となり、また検出精度を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の電流検出回路を、半導体装置の検査システムを構成する瞬間電流検出回路に適用した一実施形態を各図に基づいて説明する。なお、「半導体装置」とは、半導体単体からなるいわゆる半導体素子および複数の半導体素子を集積した半導体集積回路の双方を含む概念である。まず、図１を参照して本実施形態に係る半導体装置の検査システムの構成概要を説明する。
【００１７】
図１に示すように、本検査システムは、主に、ＩＣテスタ１０と、このＩＣテスタ１０とこれにより検査される被試験デバイスＤＵＴ（半導体装置）との間に介在する瞬間電流検出回路２０（電流検出回路）と、により構成される。
【００１８】
ＩＣテスタ１０は、直流電圧電流特性試験を行い得るように構成される、いわゆるＤＣテスタで、直流電圧源Ｖtst 、直流電圧計ＤＭのほかに、図略の制御装置、ＤＵＴヘッド（ＤＵＴボード）や直流電流計等を含んで構成されている。
【００１９】
直流電圧源Ｖtst は、ＤＵＴヘッドにセットされた被試験デバイスＤＵＴに対して、所定の試験電圧を供給可能な高精度な直流電源装置で、アースＧnd（基準電位）に対してプラス側の電位を有するプラス電圧（例えばＤＣ＋１２８Ｖ）のほかに、アースＧnd（基準電位）に対してマイナス側の電位を有するマイナス電圧（例えばＤＣ−１２８Ｖ）も供給し得るように構成されている。なお、本実施形態の場合、これらの試験電圧は、瞬間電流検出回路２０を介して被試験デバイスＤＵＴに印加される。
【００２０】
直流電圧計ＤＭは、直流電圧を測定可能な電圧測定装置で、例えば、ディジタルマルチメータがこれに相当し得る。なお、ディジタルマルチメータの場合には、直流電圧計ＤＭの機能のほかに、直流電流計の機能も備えるが、本実施形態では専ら直流電圧計として機能する。また、本実施形態の場合、この直流電圧計ＤＭは、瞬間電流検出回路２０から出力される検出信号の電圧レベル（ＨレベルまたはＬレベル）を測定するために用いられるので、論理回路の論理レベル（Ｈ／Ｌ（１／０）レベル）を判定できるものであれば、直流電圧計の機能を有するものでなくても、例えば、ロジックテスタでも良い。
【００２１】
瞬間電流検出回路２０は、被試験デバイスＤＵＴとＩＣテスタ１０との間に介在して、絶縁破壊による放電電流が流れたか否かを検出可能な検出信号をＩＣテスタ１０に出力し得るものである。ここで、瞬間電流検出回路２０の構成を図２を参照して説明する。
【００２２】
図２に示すように、瞬間電流検出回路２０は、主に、前述したＩＣテスタ１０の直流電圧源Ｖtst から被試験デバイスＤＵＴに印加される試験電圧の電流経路の途中に設けられるフォトカプラＰＣと、このフォトカプラＰＣのオンオフ状態を保持可能なラッチ回路Ｌtch と、から構成されている。
【００２３】
フォトカプラＰＣは、フォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２とフォトトランジスタＰＴ、もしくは、フォトダイオードＰＤ１とフォトトランジスタＰＴ、または、フォトダイオードＰＤ２とフォトトランジスタＰＴとからなり、フォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２の発光によりそれを受光したフォトトランジスタＰＴが遮断状態から導通状態に移行し得るように構成されている。
【００２４】
フォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２は、所定の順方向電流（例えば１０ｍＡ〜２０ｍＡ）が流れるといずれも赤外光を発光可能な半導体素子で、これらは、アノードとカソードとが互いに逆方向になるように並列接続、もしくは、一方向側のみ接続されている。このため、この一端側に接続される端子Ｔｍ１から他端側に接続される端子Ｔｍ２に向かって駆動電流が流れる場合、およびこれとは逆方向に端子Ｔｍ２から端子Ｔｍ１に向かって駆動電流が流れる場合のいずれにおいてもどちらかのフォトダイオードもしくは、一方向側のフォトダイオードが発光し得るように構成されている。
【００２５】
フォトトランジスタＰＴは、フォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２の発光を受けて、エミッタ−コレクタ間を導通状態または遮断状態に切替可能なスイッチングトランジスタである。本実施形態の場合、フォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２の発光を受光すると、プルアップ抵抗（電流制限抵抗）Ｒを介して瞬間電流検出回路２０の駆動電源Ｖccに接続されるコレクタ端子（入力端子）と、アースＧndに接続されるエミッタ端子（出力端子）との間を遮断状態から導通状態に切り替え得るように構成されている。このため、フォトトランジスタＰＴが遮断状態にある場合にはコレクタ端子はＨレベルの論理信号を出力し、フォトトランジスタＰＴが導通状態にある場合にはコレクタ端子はＬレベルの論理信号を出力する。なお、本実施形態では、コレクタ端子から出力されるＬレベルの論理信号が特許請求の範囲に記載の「導通信号」に相当し得る。
【００２６】
このように、本実施形態では、発光手段としてのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２とスイッチング手段としてのフォトトランジスタＰＴとを同一のモジュール内に収容しフォトカプラＰＣを構成したので、両者を個々に実装する場合に比べて、フォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２からフォトトランジスタＰＴに対する光の伝達が容易かつ確実となるので、これらの組み付け作業が容易となり、また検出精度を向上させることが可能となる。なお、発光手段としてのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２とスイッチング手段としてのフォトトランジスタＰＴとを同一のモジュールに構成することなく、別個に構成しても良い。なお、フォトカプラＰＣの具体例には、例えば、株式会社東芝セミコンダクター社製の型番ＴＬＰ６３０が挙げられる。
【００２７】
ラッチ回路Ｌtch は、フォトカプラＰＣのフォトトランジスタＰＴから出力される論理信号（Ｈ／Ｌ（１／０）レベル）を保持可能に構成されるもので、例えば、ＲＳフリップフロップ回路により構成され、その出力は端子Ｔｍ３に接続されている。なお、本実施形態では、フォトトランジスタＰＴのコレクタ端子とラッチ回路Ｌtch との間にインバータＩnvが設けられているが、このインバータＩnvは、当該ラッチ回路Ｌtch の入力論理に合わせてフォトトランジスタＰＴから出力される論理信号を反転させる機能のほかに、フォトトランジスタＰＴのスイッチングが緩やかに立ち上がった場合における波形整形あるいは電流ドライバの役割を有する。
【００２８】
このように構成される瞬間電流検出回路２０の各端子Ｔｍ１、Ｔｍ２、Ｔｍ３に、図１に示すように、ＩＣテスタ１０や被試験デバイスＤＵＴを接続する。即ち、端子Ｔｍ１に被試験デバイスＤＵＴの入力端子や電源端子、端子Ｔｍ２にＩＣテスタ１０の直流電圧源Ｖtst の出力端子、端子Ｔｍ３にＩＣテスタ１０の直流電圧計ＤＭの入力端子、をそれぞれ接続する。なお、被試験デバイスＤＵＴのアース端子には、その基準電位としてアースＧndが接続され、また直流電圧源Ｖtst や直流電圧計ＤＭの各端子にもこれらの基準電位としてアースＧndが接続されている。
【００２９】
このように本検査システムを構成したうえで、ＩＣテスタ１０の直流電圧源Ｖtst から瞬間電流検出回路２０を介して試験電圧を被試験デバイスＤＵＴに印加する。すると、被試験デバイスＤＵＴに耐圧特性等に欠陥がある場合には、被試験デバイスＤＵＴ内で絶縁破壊を生じるため、それに伴って放電電流Ｉｍが直流電圧源Ｖtst からアースＧndに向かう電流経路（図１に示す矢印付きの破線）を流れる。つまり、被試験デバイスＤＵＴ内で絶縁破壊が生じた場合には、１０ｍＡ程度の放電電流Ｉｍが電流経路を瞬間電流検出回路２０のフォトダイオードＰＤ１を流れることから、この放電電流ＩｍがフォトダイオードＰＤ１が赤外光を発光させる。
【００３０】
これにより、この赤外光を受光したフォトトランジスタＰＴが遮断状態から導通状態に移行するため、それまでＨレベルであったフォトトランジスタＰＴのコレクタ端子（出力）の論理状態がＬレベルに遷移するため、インバータＩnvにより反転されてラッチ回路Ｌtch にＨレベルの論理信号が入力される。そして、これを受けたラッチ回路Ｌtch は、Ｈレベルの論理状態を保持するため、その出力端子からはＨレベルの論理信号が出力されるとともに、端子Ｔｍ３に接続される直流電圧計ＤＭには被試験デバイスＤＵＴに絶縁破壊が生じたことを示すＨレベルの論理信号が出力される。したがって、ＩＣテスタ１０では、直流電圧源Ｖtst による試験電圧の印加によって、当該被試験デバイスＤＵＴに絶縁破壊が生じたことを検出することが可能となる。
【００３１】
なお、ＩＣテスタ１０の直流電圧源Ｖtst の極性を反転することで、このような絶縁破壊に伴う放電電流Ｉｍが電流経路を逆方向に流れるように被試験デバイスＤＵＴに試験電圧を印加することもでき、この場合には、放電電流ＩｍがフォトダイオードＰＤ２を介して流れる。このため、このような逆極性の試験電圧を印加する場合においても、前述と同様に被試験デバイスＤＵＴの絶縁破壊を検出することが可能となる。また、直流電圧だけでなく、交流電圧も印加することが可能となる。
【００３２】
このように本実施形態に係る瞬間電流検出回路２０では、放電電流Ｉｍによって発光可能なフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２と、このフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２による発光を受光するとコレクタ端子とエミッタ端子との間を導通可能なフォトトランジスタＰＴと、このフォトトランジスタＰＴによる論理信号を保持可能なラッチ回路Ｌtch と、を備える。
【００３３】
つまり、被試験デバイスＤＵＴの絶縁破壊により流れる放電電流Ｉｍを電圧に変換することなく、電流としてフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２に流して赤外光を発光させることで、一旦、赤外光に変換してからフォトトランジスタＰＴを遮断状態から導通状態に移行させる。このため、放電電流Ｉｍが流れる電流経路であればこのようなフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２を介在させることができ、しかも電圧変換回路等を設ける必要もないので、当該電流経路のインピーダンスを低く設定することが可能となる。
【００３４】
また、フォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２とフォトトランジスタＰＴとは電気的に絶縁されているので、フォトトランジスタＰＴにおいても、耐電圧を確保したり、ワイヤハーネスを引き回す必要がないため、当該瞬間電流検出回路２０内におけるインピーダンスを低く設定することが可能となる。したがって、ワイヤハーネスの引き回しによる放電電流Ｉｍの低下や外来ノイズの侵入を大幅に抑制できるため、被試験デバイスＤＵＴの絶縁破壊による放電電流Ｉｍが１０ｍＡ程度の微少なものであっても、このような放電電流Ｉｍを的確に検出することができ、絶縁破壊の発生を確実に把握することが可能となる。
【００３５】
また、瞬間電流検出回路２０では、フォトトランジスタＰＴによる論理信号の出力をラッチ回路Ｌtch によってラッチしているので、例えば、図３に示すように、ＩＣテスタ１０の直流電圧源Ｖtst から試験電圧を被試験デバイスＤＵＴに印加した直後（図３に示す「テスト開始」のタイミング）の僅かな期間tt（例えば５ｍＳ）にのみ絶縁破壊による放電電流Ｉｍ（図３に示す最大電流Ｉmax を超えるもの）が流れて、それ以降には放電電流Ｉｍが流れない場合にも、当該ラッチ回路Ｌtch によって絶縁破壊の発生を示す論理信号を保持している。
【００３６】
これにより、ＩＣテスタ１０が、例えば、直流電圧源Ｖtst から試験電圧を印加した直後の期間Ｔｓ（例えば数μＳ〜数十μＳ）において、直流電圧計ＤＭの値を読み出すことができない仕様に構成されているような場合においても、被試験デバイスＤＵＴに印加した直後に瞬間電流検出回路２０により絶縁破壊による放電電流Ｉｍを検出しラッチ回路Ｌtch によって絶縁破壊の発生を示すＨレベルの論理信号を保持していることから、その後の任意のタイミング（図３に示す「測定」のタイミング）にラッチ回路Ｌtch の出力電圧を直流電圧計ＤＭで測定すれば、当該被試験デバイスＤＵＴに絶縁破壊が生じたことを確実に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態に係る瞬間電流検出回路を含めて構成したＩＣテスタによる半導体装置の検査システムの構成図である。
【図２】本実施形態に係る瞬間電流検出回路の構成例を示す回路図である。
【図３】ＩＣテスタにより試験電圧を印加した直後から当該ＩＣテスタによる測定が行われるまでの期間に流れる電流の時間的変化を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０…ＩＣテスタ
２０…瞬間電流検出回路（電流検出回路）
ＤＵＴ…被試験デバイス（半導体装置）
ＤＭ…直流電圧計
Ｇnd…アース（基準電位）
Ｉｍ…放電電流
Ｉnv…インバータ
Ｌtch …ラッチ回路（状態保持手段）
ＰＣ…フォトカプラ
ＰＤ１、ＰＤ２…フォトダイオード（発光手段）
ＰＴ…フォトトランジスタ（スイッチング手段）
Ｒ…プルアップ抵抗
Ｖtst …直流電圧源
Ｖcc…駆動電源
【図１】
2007183206.tif 000003
【図２】
2007183206.tif 000004
【図３】
2007183206.tif 000005