CN103278708B - 一种基于低频噪声的esd监测设备 - Google Patents

一种基于低频噪声的esd监测设备 Download PDF

Info

Publication number
CN103278708B
CN103278708B CN201310148231.2A CN201310148231A CN103278708B CN 103278708 B CN103278708 B CN 103278708B CN 201310148231 A CN201310148231 A CN 201310148231A CN 103278708 B CN103278708 B CN 103278708B
Authority
CN
China
Prior art keywords
esd
sensor
low
parameter
frequency noise
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201310148231.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103278708A (zh
Inventor
马中发
吴勇
张鹏
庄奕琪
赵钰迪
郭超
肖郑操
冯元博
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xidian University
Original Assignee
Xidian University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xidian University filed Critical Xidian University
Priority to CN201310148231.2A priority Critical patent/CN103278708B/zh
Publication of CN103278708A publication Critical patent/CN103278708A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103278708B publication Critical patent/CN103278708B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Testing Relating To Insulation (AREA)

Abstract

一种基于低频噪声的ESD监测设备，其特征在于，所述设备包括ESD传感器，以及用于接收所述传感器数据的ESD分析系统。本发明有益效果在于：ESD传感器可多次经受0～10000V？HBM？ESD放电，并记录ESD幅度信息；可记录ESD发生时间；经受一次ESD后可发出报警信号。

Description

一种基于低频噪声的ESD监测设备
技术领域
本发明涉及生产现场静电放电（ESD）监测领域，具体涉及一种利用金属氧化层半导体场效晶体管低频噪声对ESD进行监测的设备。
背景技术
静电放电（ESD）不但会导致静电敏感元器件性能退化，影响其所在系统的寿命与可靠性，并因此造成生产企业的成品率和声誉严重受损。在电子产品储存、运输与装配环节进行有效的ESD管理对保证产品的质量与可靠性具有重要意义。
目前的ESD管理系统主要分为两类：一类是基于静态检测方法，即根据国标要求对目标环境进行逐项评估，分析其ESD风险，并提出相应的改进措施。另一类是基于动态监测技术，即利用传感器网络对目标环境重要部位的ESD进行实时监测和记录，一旦发现有ESD超过监控阈值的情况即进行报警。工作人员可根据预案进行相应的处理，消除ESD隐患。目前的ESD管理基本都是基于这两种体系，虽然可以提高目标环境的ESD等级，但毕竟都只是间接手段，并不能直接评估各个工艺环节的实际ESD情况。需要有一种新系统，其传感器能实际经历被装配电子元器件相同的工艺流程和环境，体验并记录其ESD情况，从而能准确评估生产现场电子元器件所可能经受的ESD的确切情况，为进行有效的ESD管理提供第一手资料。
由于其特殊的结构，金属氧化层半导体场效晶体管（MOSFET）对ESD非常敏感。ESD导致的MOSFET失效主要表现为栅氧失效，根据严重程度不同可分致命性失效和潜在失效。当静电损伤引起的缺陷没有达到二次击穿所需的浓度时，其损伤是潜在的，MOSFET的常规电参数基本正常，因此仅凭常规电参数的变化无法判断器件是否遭受了ESD并导致潜在损伤。当ESD幅度较大或次数较多时，MOSFET的损伤程度会加重重，当缺陷浓度达到二次击穿的浓度时，才可能在氧化层中形成导电通路，造成致命性损伤，此时才可观察到较大的栅极漏电流、较大的常规电参数变化等。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明旨在于提供一种利用金属氧化层半导体场效晶体管（MOSFET）低频噪声对ESD进行监测的设备，需要说明的是，当MOSFET在受到ESD应力期间，其栅氧化层体内或者Si/SiO，界面上的SiO2分子中的Si原子或者O原子等相对于周围的原子发生了不可逆的位置移动，形成了缺陷态。这些缺陷态在SiO2禁带中形成陷阱能级，并作为陷阱与库仑中心与沟道载流子发生作用。根据MOSFET漏源电流低频噪声的产生机理，普遍认为MOSFET中低频噪声起源于距离Si/SiO2界面1-3nm的氧化层中的边界缺陷对沟道载流子的俘获/发射以及散射作用。而ESD应力作用期间Si/SiO2界面附近新生成陷阱的高密度区位置与低频噪声的敏感缺陷区域接近，因此可通过测量低频噪声的变化监测ESD所引起的潜在损伤的变化，进而根据低频噪声与缺陷的关系以及缺陷与ESD的关系，提取ESD的等效参数，包括等效ESD幅度和频次。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于低频噪声的ESD监测设备，所述设备包括ESD传感器，以及用于接收所述传感器数据的ESD分析系统。
需要说明的是，所述ESD传感器包括ESD接收天线，敏感单元，时间记录单元，报警单元，其中，所述ESD接收天线与所述敏感单元连接，所述时间记录单元与所述报警单元分别与所述敏感单元连接。
需要说明的是，所述敏感单元为金属氧化物半导体场效晶体管。
需要说明的是，所述敏感单元为不带ESD保护的单元。
需要说明的是，所述ESD分析系统包括：
ESD传感器适配器、用于接收所述ESD传感器信号；
低噪声前放、与所述ESD传感器适配器连接，用于接收ESD；
数据采集卡，与所述低噪声前放连接，用于采集ESD数据；
ESD参数提取模块，与所述数据采集卡连接，用于提取、记录ESD数据。
一种利用低频噪声监测ESD的方法，包括以下步骤：
（1）将所述设备安装在目标的电器元件上；
（2）随所述目标运动或动作，当所述目标受到ESD时，所述设备中的ESD传感器将接收ESD；
（3）所述ESD传感器将记录接收到ESD的时间，以及作出报警信号；
（4）所述ESD系统接收ESD传感器发出的信号，经过所述系统对数据处理后，记录等效ESD幅度和损伤时间，并显示在计算机中。
一种利用权利要求1对ESD参数的提取方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（1）通过串、并联制作ESD传感器，其中，串、并联参数根据待测现场的ESD幅度决定，以传感器不被硬击穿为最低限度；
（2）将制所述ESD传感器经历与普通待装配元器件完全相同的生产流程，经受其中可能存在的ESD损伤，其中，由于ESD发生具有一定的随机性，因此传感器可循环多次经历设定的生产流程；
（3）通过测量经过实际生产流程前后的传感器的低频噪声时间序列和功率谱，根据低频噪声参数的相对变化，提取ESD参数；
需要说明的是，根据传感器低频噪声参数变化提取的ESD参数为等效ESD参数。
本发明有益效果在于：
1、ESD传感器可多次经受0～10000VHBMESD放电，并记录ESD幅度信息；
2、可记录ESD发生时间；
3、经受一次ESD后可发出报警信号。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中ESD传感器结构示意图；
图3为图1中ESD分析系统结构示意图；
图4为本发明的串联的ESD传感器；
图5为本发明的拟合得到ESD传感器所经历的ESD幅度或频次数据。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明为一种基于低频噪声的ESD监测设备，所述设备包括ESD传感器，以及用于接收所述传感器数据的ESD分析系统。
如图2所示，所述ESD传感器包括ESD接收天线，敏感单元，时间记录单元，报警单元，其中，所述ESD接收天线与所述敏感单元连接，所述时间记录单元与所述报警单元分别与所述敏感单元连接。
需要说明的是，所述敏感单元为金属氧化物半导体场效晶体管。
需要说明的是，所述敏感单元为不带ESD保护的单元。
如图3所示，所述ESD分析系统包括：
ESD传感器适配器、用于接收所述ESD传感器信号；
低噪声前放、与所述ESD传感器适配器连接，用于接收ESD；
数据采集卡，与所述低噪声前放连接，用于采集ESD数据；
ESD参数提取模块，与所述数据采集卡连接，用于提取、记录ESD数据。
一种利用低频噪声监测ESD的方法，包括以下步骤：
（1）将所述设备安装在目标的电器元件上；
（2）随所述目标运动或动作，当所述目标受到ESD时，所述设备中的ESD传感器将接收ESD；
（3）所述ESD传感器将记录接收到ESD的时间，以及作出报警信号；
（4）所述ESD系统接收ESD传感器发出的信号，经过所述系统对数据处理后，记录等效ESD幅度和损伤时间，并显示在计算机中。
如图4所示，一种利用权利要求1对ESD参数的提取方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（1）通过串、并联制作ESD传感器，其中，串、并联参数根据待测现场的ESD幅度决定，以传感器不被硬击穿为最低限度；
（2）将制所述ESD传感器经历与普通待装配元器件完全相同的生产流程，经受其中可能存在的ESD损伤，其中，由于ESD发生具有一定的随机性，因此传感器可循环多次经历设定的生产流程；
（3）通过测量经过实际生产流程前后的传感器的低频噪声时间序列和功率谱，根据低频噪声参数的相对变化，提取ESD参数；
需要说明的是，根据传感器低频噪声参数变化提取的ESD参数为等效ESD参数。
需要说明的是，由于MOSFET对ESD非常敏感，很容易导致致命失效,因此ESD传感器的制作要根据生产环境的预计ESD幅度进行设计，留有足够的余量。制作ESD传感器时选用增强型nMOS器件3DO1。制作ESD传感器之前，首先通过低频噪声测量，记录其低频噪声的时间序列和功率谱数据，确保选用的3DO1都未被ESD击穿。由于其栅氧化层厚度为200nm，因此针对ESD电压为2000V的目标环境，如图4所示ESD传感器采用10个3DO1串联的形式。将制作好的ESD传感器放入ESD环境，如运输、存储与模拟装配等，完成既定工艺流程后重新测量并记录其中每个3DO1的低频噪声。通过对比每个3DO1器件在经过工艺流程前后的低频噪声功率谱和时间序列的差异，如图5所示，通过拟合得到其所经历的ESD幅度或频次数据，综合之后得到给定工艺流程的等效ESD幅度与频次数据。
ESD实际监测实验：
将本发明安装在电器元件上，监测ESD数据，结果如下：
在ESD分析系统中，低频噪声测量系统指标为：测量频谱范围：0.1Hz-100kHz；滤波器带宽：DC到100kHz可调；放大器放大倍数：1-1000倍；最小可测量电流：100pA；放大器输出噪声电压：3nV/1kHz；频率分辨率：0.1Hz。
传感器 时间 等效ESD幅度
1 15:04:31 500V
2 15:44:20 50V
3 16:14:01 2000V
4 17:12:03 4500V
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种利用金属氧化层半导体场效晶体管的低频噪声监测ESD对其影响的设备，具有金属氧化层半导体场效晶体管，其特征在于，所述设备还包括ESD传感器，以及用于接收所述ESD传感器数据的ESD分析系统，其中
所述ESD传感器包括ESD接收天线，金属氧化层半导体场效晶体管，时间记录单元以及报警单元，所述ESD接收天线与所述金属氧化层半导体场效晶体管连接，所述时间记录单元与所述报警单元分别与所述金属氧化层半导体场效晶体管连接；
所述ESD分析系统包括：用于接收所述ESD传感器的信号的ESD传感器适配器；与所述ESD传感器适配器连接，用于接收ESD的低噪声前放；与所述低噪声前放连接，用于采集ESD数据的数据采集卡；与所述数据采集卡连接，用于提取、记录ESD数据的ESD参数提取模块。
2.据权利要求1所述的监测ESD对其影响的设备，其特征在于，所述金属氧化层半导体场效晶体管为不带ESD保护。
3.一种利用权利要求1中的设备监测ESD对其影响的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将所述设备安装在目标的电器元件上；
(2)随所述目标运动或动作，当所述目标受到ESD时，所述设备中的ESD传感器将接收ESD；
(3)所述ESD传感器将记录接收到ESD的时间，以及作出报警信号；
(4)所述ESD分析系统接收ESD传感器发出的信号，经过所述系统对数据处理后，记录等效ESD幅度和损伤时间，并显示在计算机中。
4.一种利用权利要求1中的设备监测的ESD参数进行提取的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)所述ESD传感器通过串联或并联的方式制作，其中，串联或并联参数根据待测现场的ESD幅度决定，以传感器不被硬击穿为最低限度；
(2)将制所述ESD传感器经历与普通待装配元器件完全相同的生产流程，经受其中可能存在的ESD损伤，其中，由于ESD发生具有一定的随机性，因此传感器可循环多次经历设定的生产流程；
(3)通过测量经过实际生产流程前后的传感器的低频噪声时间序列和功率谱，根据低频噪声参数的相对变化，提取ESD参数。
5.根据权利要求4所述的监测ESD参数进行提取的方法，其特征在于，根据传感器低频噪声参数变化提取的ESD参数为等效ESD参数。
CN201310148231.2A 2013-04-25 2013-04-25 一种基于低频噪声的esd监测设备 Expired - Fee Related CN103278708B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310148231.2A CN103278708B (zh) 2013-04-25 2013-04-25 一种基于低频噪声的esd监测设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310148231.2A CN103278708B (zh) 2013-04-25 2013-04-25 一种基于低频噪声的esd监测设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103278708A CN103278708A (zh) 2013-09-04
CN103278708B true CN103278708B (zh) 2016-01-20

Family

ID=49061283

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310148231.2A Expired - Fee Related CN103278708B (zh) 2013-04-25 2013-04-25 一种基于低频噪声的esd监测设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103278708B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106716276B (zh) * 2014-09-24 2019-09-06 东芝三菱电机产业系统株式会社 电气制品的装配工序的管理方法
CN108020698A (zh) * 2017-12-29 2018-05-11 江苏林洋能源股份有限公司 一种用于电能表防窃电的esd高压检测电路和方法
CN111337762A (zh) * 2018-12-18 2020-06-26 聚灿光电科技（宿迁）有限公司 一种实时监测esd输出的方法
CN112305329B (zh) * 2020-10-29 2021-12-24 北京航空航天大学 基于低频噪声的元器件状态检测装置和方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0471431A2 (en) * 1990-08-13 1992-02-19 Minnesota Mining And Manufacturing Company Electrostatic discharge detector
US5557195A (en) * 1992-11-03 1996-09-17 Qrp, Inc. Method and apparatus for evaluating electrostatic discharge conditions
EP0803734A2 (en) * 1996-04-24 1997-10-29 Motorola, Inc. ESD sensor and method of use
CN200944126Y (zh) * 2006-07-20 2007-09-05 深圳长城开发科技股份有限公司 Esd防护参数实时监测仪
CN101149414A (zh) * 2006-09-22 2008-03-26 英华达（上海）科技有限公司 静电放电测试装置
CN101599487A (zh) * 2008-06-05 2009-12-09 智原科技股份有限公司 静电放电检测电路与其相关方法
CN201555908U (zh) * 2009-11-27 2010-08-18 惠州新力达电子工具有限公司 一种对静电放电实时监测的系统
CN101939655A (zh) * 2008-02-05 2011-01-05 索尼爱立信移动通讯有限公司 Esd检测器

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0471431A2 (en) * 1990-08-13 1992-02-19 Minnesota Mining And Manufacturing Company Electrostatic discharge detector
US5557195A (en) * 1992-11-03 1996-09-17 Qrp, Inc. Method and apparatus for evaluating electrostatic discharge conditions
EP0803734A2 (en) * 1996-04-24 1997-10-29 Motorola, Inc. ESD sensor and method of use
CN200944126Y (zh) * 2006-07-20 2007-09-05 深圳长城开发科技股份有限公司 Esd防护参数实时监测仪
CN101149414A (zh) * 2006-09-22 2008-03-26 英华达（上海）科技有限公司 静电放电测试装置
CN101939655A (zh) * 2008-02-05 2011-01-05 索尼爱立信移动通讯有限公司 Esd检测器
CN101599487A (zh) * 2008-06-05 2009-12-09 智原科技股份有限公司 静电放电检测电路与其相关方法
CN201555908U (zh) * 2009-11-27 2010-08-18 惠州新力达电子工具有限公司 一种对静电放电实时监测的系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1/f噪声检测MOSFET静电潜在损伤的理论基础;马仲发等;《西安电子科技大学学报》;20021025;第29卷(第05期);575-579 *
MOS器件静电潜在损伤的1/f噪声监测方法;花永鲜等;《西安电子科技大学学报》;20011031;第28卷(第05期);说明书0050-0058段，图1-6 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN103278708A (zh) 2013-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103278708B (zh) 一种基于低频噪声的esd监测设备
US20160187406A1 (en) Method and system for identifying lightning fault and the type thereof in the overhead transmission line
CN105606977B (zh) 基于分层规则推理的局部放电prps图谱识别方法及系统
CN105548832B (zh) 高压电力电缆故障识别方法
CN103913679B (zh) 高压开关柜局部放电在线监测系统
JP5536061B2 (ja) 部分放電のモニタリング方法
CN104375067A (zh) 一种环网开关柜局部放电检测装置和方法
CN103558528B (zh) 一种局部放电超高频检测系统及方法
CN105021958A (zh) 基于多传感器检测的开关柜局部放电数据记录分析方法
CN107831409A (zh) 特高频局放检测图谱特征参量提取的方法及异常检测方法
CN103185845A (zh) 静电放电保护装置的检测电路及检测方法
CN107561393A (zh) 一种基于全电流谐波向量的避雷器早期缺陷带电测试系统和方法
CN104614648A (zh) 一种电声联合直流局部放电检测装置
Mishra et al. Self-organizing feature map based unsupervised technique for detection of partial discharge sources inside electrical substations
CN105137310A (zh) Gis局部放电在线检测系统及方法
Kim et al. Evaluation of feeder monitoring parameters for incipient fault detection using Laplace trend statistic
CN109799404B (zh) 浪涌保护装置的劣化率检测方法及系统
CN103472370A (zh) 一种局放监测数据处理方法
Kabot et al. Partial discharges pattern analysis of various covered conductors
CN203551651U (zh) 直流电源系统母线电压交流分量检测电路
CN106383509A (zh) 一种大功率机车故障预警分析方法
Novizon et al. Correlation between third harmonic leakage current and thermography image of zinc oxide surge arrester for fault monitoring using artificial neural network
CN104330714A (zh) 变压器介电响应回复电压的测量系统及方法
Esa et al. Distinctive features of radiation pulses in the very first moment of lightning events
CN207408505U (zh) 一种基于全电流谐波向量的避雷器早期缺陷带电测试系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160120

Termination date: 20210425

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee