DCパラメトリックテストでスイッチコンポーネントの高精度＆高信頼性を実現

世界では、安全・安心な社会の実現、ロボットによる効率化、限られた資源の節約など、いろいろな社会的課題を解決するための様々な技術が進化しています。このような進化としては、自律走行車、高性能なスマートフォン、工場のロボットAI、家電のIoTなどがあります。技術的な進化のためには、進化するすべての市場向けに、より高度なコンポーネント化を実現する必要があります。テスト＆測定技術が半導体の進歩にとって非常に重要ですが、この技術は高い測定精度と高い信頼性に支えられています。そのため、半導体検査装置の各種測定回路を切り替えるために使用されることの多いリレーにも、このような高性能な特性が求められています。

MOSFETリレーは、半導体検査装置内で広く利用されていますが、その性能は半導体業界のすべての要求を満たすにはまだ十分ではありません。アプリケーションによっては、MOSFETリレーの安定したオン抵抗とサイズを顧みずに、他の機器を選択する必要がある場合もあります。たとえば、半導体検査装置のDCパラメトリックテストでは、測定精度を高めるために、回路内のリーク電流を最小限に抑えることが重要です。この固有のリークがあるためMOSFETリレーは使いにくく、リードリレーなど物理的な接点を持つリレーが使われているのが現状です。ところが、リードリレーの欠点は接点抵抗にあります。この抵抗は時間の経過とともに増大するので、検査に必要な高品位の信号伝送を行うには、定期的なメンテナンスが必要です。また、リードリレーのパッケージサイズは、小型化の要求に応えるほど十分に小さくありません。このように、既存のスイッチングデバイスにおける半導体DCパラメトリックテストでは、解決されていない問題もあります。

表1.DCパラメトリックテストにおけるリレーの要求仕様

この問題を解決するために、OMRONではTモジュール（G3VM-21MT/-61MT/-101MT）を開発しました。Tモジュールは、Tスイッチ機能を持つ小型の半導体リレーモジュールです。この製品は、長く続く安定したオン抵抗特性を実現しながら、リードリレーと同等の微小なリーク電流（I_LEAK ≤ 1pA）を実現します。

Tモジュール（G3VM-21MT/-61MT/-101MT）の値

• 非常に小さなリーク電流（I_LEAK ≤ 1pA）で高精度な測定が可能
• 省スペース・高密度集積化を可能にする超小型パッケージ（5mm x 3.75mm x 2.7mm）
• 物理的接触がないため長寿命
• 高い直線性による低い信号歪み

適用例

• ATEインターフェースボード
• DCパラメトリック測定装置
• スイッチングマトリクス装置

図1：Omron Tモジュールの外形寸法（画像提供：Omron）

図 2：Omron Tモジュールの端子配列（平面図）（画像提供：Omron）

TモジュールのTスイッチ機能

この機能は、図3に示すように、3つのMOSFETリレーをT字型に配置することで、出力メインライン（4～6番ピン間）のリーク電流を最小限に抑えることができます。

図3：Tスイッチ機能（画像提供：Omron）

既存のスイッチングデバイス間の性能比較

OMRONでは、図5のDCパラメトリックテストのスイッチング回路を使用したリファレンス設計ボード（図4）を作成しました。このボードで生成されたデータにより、Tモジュール、リードリレー、MOSFETリレーの3種類のリレーの出力と測定精度を比較します。

図4：3種類のリレーを使用したリファレンス設計ボード（画像提供：Omron）

図5：測定システムのブロック図（画像提供：Omron）

ILEAKテスト結果

リファレンスボードのリーク電流テスト結果において、Tモジュールとリードリレーの間で、非常に似たレベルのリークが見られます。似ていないコンポーネントはMOSFETリレーであり、これはまだ回路にいくばくかの電流を漏らしています。

リファレンス設計ボードでのG3VM-101MTテスト結果（DUT：1N3595）

図6：DUT1のリーク電流測定時の例（画像提供：Omron）

注：本リファレンス設計（図6）では、2つの電源測定装置を使用して、異なるリレー（Circuit1：Tモジュール、Circuit2：リードリレー、Circuit3：MOS FETリレー）を使用する3つの測定回路間で、1つのDUT（ダイオード）のリーク電流値（ILEAK）を比較します。Ch1は、電源としてテスト電圧を追加します。Ch2は、小電流測定用アンプの電圧を測定し、最終的な出力電流値を算出します。

VFテスト結果

このリファレンス設計でのVF特性テスト結果の例を以下に示します。この結果によると、Tモジュール、リードリレー、MOSFETリレーを使用した各回路間で同程度の精度が得られ、リファレンスDUTダイオードの仕様と比較してもほぼ同じ値が得られています。

リファレンス設計ボードでのG3VM-101MTテスト結果（DUT：1N3595）（画像提供：Omron）

図7：DUT1のVF特性測定時の例（画像提供：Omron）

注：本リファレンス設計（図7）では、1つの電源測定装置を使用して、異なるリレー（Circuit1：Tモジュール、Circuit2：リードリレー、Circuit3：MOS FETリレー）を使用する3つの測定回路間で、1つのDUT（ダイオード）のVFを比較します。Ch1は、電流源として試験電流を加え、電圧を測定します。

OMRONのTモジュールを使用することで、DCパラメトリックテストにおける測定精度と長期信頼性を両立したソリューションを実現することができます。この製品の目的は、社会が大きな技術的進歩を追求し続けることのできる能力を向上させることです。