DE69126485T2

DE69126485T2 - Detektor für elektrostatische Entladungen

Info

Publication number: DE69126485T2
Application number: DE69126485T
Authority: DE
Inventors: Jeffrey D Campbell; Graham O Gearing
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1990-08-13
Filing date: 1991-04-15
Publication date: 1997-12-04
Anticipated expiration: 2011-04-16
Also published as: EP0471431A2; JPH04233479A; ES2103777T3; CA2049139C; US5461369A; CA2049139A1; US5359319A; EP0471431B1; DK0471431T3; GR3024682T3; ATE154444T1; DE69126485D1; US5463379A; EP0471431A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft neue und verbesserte Detektoren zum Detektieren elektrostatischer Entladungs- (ESD-) Ereignisse, die in elektronischen Bauteilen und Baugruppen auftreten. Die Erfindung betrifft insbesondere Detektoren, die direkt an oder in unmittelbarer Nähe zu elektronischen Miniaturbauteilen und Platinenanordnungen, die derzeit verwendet werden, positioniert sind.
In der Elektronikindustrie traten in den 60er Jahren zum ersten Mal statische Probleme auf, typischerweise in Form von Beschädigung der Bauteile aufgrund elektrostatischer Entladungen. In laienhafter Sprache ausgedrückt treten innerhalb solcher elektronischer Vorrichtungen aufgrund der sich aufbauenden und entladenden elektrostatischen Potentiale Miniblitze auf, wobei die Blitze oder elektrostatischen Entladungen die Bauteile beschädigen, doch diese Beschädigung selbst beim Testen der Bauteile nicht gleich erkannt wird.
Dieses Problem verschärfte sich insofern, als technologische Fortschritte zu immer kleineren und dichteren Halbleitern führten, die gegenüber Schäden aufgrund solcher elektrostatischer Entladungsereignisse anfälliger sind. Die Empfindlichkeit elektronischer Einheiten liegt heute normalerweise bei nur 100 Volt. Menschen können im Allgemeinen Ereignisse nicht unter 3500 Volt wahrnehmen.
Eine Vielzahl an Instrumenten wird derzeit hergestellt, um elektrostatische Felder im Bereich um den Arbeitsraum einer elektronischen Baugruppe zu messen. Instrumente dieser Art sehen einen Alarm oder eine Aufzeichnung der Höhe des gemessenen elektrostatischen Felds vor, wenn eine voreingestellte Schwelle überschritten wird. Solche Instrumente sind in US-Patent 4.785.294 und den dort angeführten Publikationen beschrieben.
Instrumente dieser Art sind im Vergleich zu den zu schützenden elektronischen Baugruppen groß und werden in den Arbeitsbereichen verwendet, um statische Feldwerte zu überwachen, zeigen aber das Auftreten eines eigentlichen ESD-Ereignisses in einer bestimmten Einheit oder auf einer Platine nicht an.
Die vorliegende Erfindung verwendet vorzugsweise ein zerstörungsfreies Direktablesungsdisplayelement. Ein zerstörungsfreies Direktablesungsdisplayelement ist eines, das jederzeit abgelesen werden kann, um zu bestimmen, ob ein ESD-Ereignis eintrat oder nicht; im letzteren Fall ist es nach wie vor in der Lage, ein nachfolgendes ESD-Ereignis anzuzeigen. Dies steht im Gegensatz zu einem Displayelement mit indirekter Ablesung, das einer bestimmten Zustandsänderung bedarf, um abgelesen zu werden, welche Änderung das Element daran hindert, in weiterer Folge ein ESD-Ereignis anzuzeigen. Ein fotografischer Film ist ein Beispiel eines indirekt abzulesenden Displayelements, da der Film entwickelt werden muss, um zu bestimmen, ob ein ESD- Ereignis wahrgenommen wurde. Nach dem Entwickeln kann der Film zur Anzeige eines ESD-Ereignisses nicht mehr verwendet werden. Eine Flüssigkristallanzeige ist ein Beispiel für ein zerstörungsfreies Direktablesungsdisplayelement. Das Flüssigkristalldisplayelement kann jederzeit abgelesen werden, ohne seine Fähigkeit zu beeinträchtigen, ein nachfolgendes ESD-Ereignis anzuzeigen, falls es kein vorangegangenes ESD-Ereignis gab.
US-Patent 4.838.653 offenbart die Verwendung einer Anordnung von Flüssigkristallelementen zur Messung einer sich entwickelnden statischen elektrischen Ladung oder elektrischer Feldstärke, d.h. zur Feldüberwachung. Um die erwünschte Empfindlichkeit zu erreichen, sind die Elemente in Serie geschaltet. Die früheren Patente 4.286.210 und 3.627.408 offenbaren die Verwendung eines Flüssigkristalldisplayelements für einen Ionenindikator oder -messer zum Detektieren elektrischer Felder hoher Spannung. Diese Patente betreffen kein Detektieren und/oder Aufzeichnen tatsächlicher ESD-Ereignisse.
Produkte auf dem Markt der ESD-Überwachung konzentrieren sich auf das Überwachen elektrischer Felder. Das Wissen über das elektrische Feld ist zwar hilfreich, doch zeigten Erfahrungen mit Feldwertmessungen, dass die Kontrolle über elektrische Felder in einem Fertigungsumfeld nahezu unmöglich ist, insbesondere über große Bereiche. Die Detektoren detektieren unbedrohliche Felder in Kleidungsstücken, im Haar usw. Außerdem stößt man bei Werkbänken und Arbeitsbereichen, wo Hochspannungseinheiten betrieben werden (CRT-Monitore usw.), auf Probleme.
Feldmonitore lösen einen Alarm aus, wenn bedrohende Felder vorhanden sind. Sie detektieren so viele Bedrohungen, dass das Aufpüren der Quelle jedes davon zu einer unerträglichen Aufgabe wird. Einige sind echte Bedrohungen, andere nicht. Der Unterschied liegt in der beteiligten gespeicherten Energie. Diese verfügbare Energie ist die zerstörerische Kraft hinter einer ESD-Quelle und ein Produkt der Quellenkapazität und Spannung. Die gespeicherte Energie wird durch die Gleichung E = 1/(2CV²) beschrieben. Es existiert kein Verfahren zur Messung der Quellenkapazität ohne direkte Verbindung. Vor einem Ereignis kann man demnach den Energiewert eines potentiellen ESD-Ereignisses nicht messen. Dieses Thema wird weiter dadurch verkompliziert, dass Isolatoren eine geringere Bedrohung darstellen, da sie ihre Ladung nicht rasch auf eine Vorrichtung "abladen" können, d.h. sie besitzen keinen wirkungsvollen Entladungsmechanismus. Die Ladung muss sich zu einer beschädigbaren Einheit bewegen, und während eines ESD-Ereignisses bewegt sie sich typischerweise in Nanosekunden. Es gibt kein Verfahren zur Nahmessung von Entladungswiderstand.
Das Detektieren von ESD-Ereignissen überwindet diese Probleme. Ein Ereignismonitor ist ein aufmerksamer "Zuhörer" von transienten Vorgängen elektrischer Felder, die während eines ESD-Ereignisses erzeugt werden. Die Unterscheidung zwischen ESD und anderen transienten Vorgängen ist ihre Geschwindigkeit. Die Stärke eines elektrostatischen Entladungsereignisses ist proportional zum Wert des gemessenen Impulses. Ein Ereignismonitor wird durch sich langsam verändernde Felder im Bereich, der einen Alarm von Feldmonitoren bewirkt, nicht falsch ausgelöst.
Die Vorrichtung von US-Patent 4.838.653 beruht auf kapazitiver Spannungsteilung, um das elektrische Feld zu messen. Man stelle sich ein Modell der äquivalenten Schaltung mit zwei Kondensatoren in Serie zwischen der Spannungsquelle und der Erde vor. Die Spannung über jeden Kondensator ist umgekehrt proportional zu seiner Kapazität. Der Kondensator zwischen der Quelle und dem inneren Knoten ist die Streukapazität zwischen dem geladenen Gegenstand und der Anzeigeplatte. Der zweite Kondensator ist ein Modell der Anzeigekapazität.
Die kontinuierliche Spannungsquelle wird durch das Kapazitätsverhältnis zwischen dem geladenen Element und der Anzeigerechteckfläche geteilt. Die theoretische maximale Empfindlichkeit passiver LCD-Materialien beträgt 10&sup5; Volt/Meter, viel zu wenig, um als ESD-Sensor verwendet zu werden.
Eine andere Art von Einheit ist in US-Patent 4.825.152 dargestellt. Ein Stück fotografischer Film befindet sich zwischen zwei Elektroden, die als Atenne zum Empfangen eines ESD-Ereignisses und Bereitstellen einer Funkenstrecke dienen. Ein Ereignis ausreichender Stärke erzeugt einen Funken auf der Strecke, der im fotografischen Film aufgezeichnet wird. Der Film wird später in herkömmlicher Weise entwickelt und visuell kontrolliert, um zu bestimmen, ob ein ESD-Ereignis detektiert und aufgezeichnet wurde. Um das Auftreten eines ESD-Ereignisses visuell zu bestimmen, muss dieses sekundäre Filmentwicklungsverfahren stattfinden, wodurch die nachfolgende Verwendung des Films verhindert wird, wenn kein Funke auftrat.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen neuen und verbesserten Detektor zum Detektieren elektrostatischer Entladungsereignisse sehr niedriger Spannung an einem spezifischen elektronischen Bauteil oder einer elektronischen Baugruppe oder Platine bereitzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Detektor zum Detektieren und Anzeigen eines vorangegangenen Auftretens eines elektrostatischen Entladungsereignisses jeglicher Polarität in einem elektronischen Bauteil oder einer elektronischen Baugruppe mit elektrischen Anschlüssen bereitgestellt, wobei der Detektor ein zerstörungsfreies Direktablesungsdisplayelement enthält, das die Anzeige von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand umschaltet, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor die Anzeige bei einer Änderung des Spannungswerts, der er ausgesetzt ist, umschaltet und der Detektor folgendes enthält: einen elektrostatischen Entladungssensor, um elektrostatische Entladungsereignisse jeglicher Polarität, die das Ergebnis eines sich entwickelnden elektrostatischen Potentials und einer Entladung des elektrostatischen Potentials sind, wahrzunehmen, Schaltungsmittel zur Verbindung des Sensors mit dem Displayelement, um den Indikator vom ersten Zustand in den zweiten Zustand umzuschalten, eine Speicherschaltung, um das Displayelement im zweiten Zustand zu halten, wodurch in der Folge das frühere Auftreten eines elektrostatischen Entladungsereignisses angezeigt wird.
In einer Ausführungsform enthält ein Detektor Mittel zum Montieren des Sensors und eines Direktablesungsdisplayelements auf der zu überwachenden Einheit mit einer direkten elektrischen Verbindung oder magnetischen Kopplung, vorzugsweise als Einzelbauteil. In einer weiteren Ausführungsform können eine Antenne und ein Verstärker zur Steigerung der Leistung zum Betrieb des Anzeigeteils des Detektors vorgesehen sein, wobei eine Montage in der Nähe empfindlicher elektronischer Bauteile auf einer Platine möglich ist.
Es ist vorteilhaft, einen Detektor vorzusehen, der direkt auf der zu überwachenden Komponente oder Baugruppe montiert werden kann oder darüber hinaus direkt am Körper eines menschlichen Monteurs angebracht und mit diesem verbunden werden kann. Ein solcher Detektor liefert eine unmittelbare visuelle Anzeige eines derartigen Ereignisses und erfordert keine Entwicklung.
Weiters ist es vorteilhaft, einen Detektor bereitzustellen, der klein und billig ist und sich demnach zur Verwendung mit der sehr großen Anzahl elektronischer Miniaturbauteile und -baugruppen eignet, die derzeit produziert werden. Ein derartiger Detektor kann mit einem Displayelement mit direkter Ablesung betrieben werden, vorzugsweise nur einem einzigen Flüssigkristalldisplayelement. Es ist besonders günstig, wenn ein solcher Detektor ESD-Ereignisse niedriger Spannung detektieren kann, ohne Verstärkung oder eine Stromquelle zu erfordern, und eine Anzeige bietet, die durch das freie menschliche Auge leicht unterschieden werden kann.
Ein Detektor kann ein Displayelement, das bei einer Änderung des Spannungswerts, der es ausgesetzt ist, die Anzeige ändert, und einen ESD-Sensor mit Schaltungen zur Verbindung des ESD-Sensors mit dem Displayelement sowie vorzugsweise mit einer Montageanordnung zum direkten Montieren des Sensors und der Anzeige an der zu überwachenden Einheit enthalten. In einer Konfiguration befinden sich das Displayelement und der Sensor in einem einzelnen Bauteil, in einer anderen Konfiguration in getrennten Bauteilen. Bei einigen Displayelementen umfasst ein geeigneter Detektor einen Verstärker und/oder eine Speicherschaltung.
Es folgt eine Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung durch Beispiele und unter Bezugnahme auf die beigelegten Abbildungen, worin:
Fig.1 ein elektrisches Schaltbild eines Detektors zum Detektieren eines elektrostatischen Entladungsereignisses gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
Fig.2 eine Darstellung einer Konstruktionsform des Detektors von Fig.1 ist;
Fig.3 ein elektrisches Schaltbild einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Detektors ist, der auf dem Detektieren der Änderung in transienten Magnetfeldern beruht, die während eines ESD-Ereignisses stattfindet;
Fig.4 ein Schaltbild ist, das eine Konstruktion der Ausführungsform von Fig.3 darstellt;
Fig.5 eine Draufsicht eines Detektors ist und Fig.6 eine Seitenansicht des Detektors von Fig.5 ist, welche Figuren eine Anordnung zur direkten Montage des Detektors auf einem Bauteil darstellen;
Fig.7 ein elektrisches Schaltbild für eine weitere alternative Ausführungsform des Detektors ist, die auf Kapazitätskopplung beruht;
Fig.8 eine Darstellung der Befestigung eines Detektors am Körper eines Monteur ist;
Fig.9 eine Fig.8 ähnelnde Ansicht ist, die die Befestigung am Handgelenk und Finger des Monteurs darstellt;
Fig.10 ein Fig.7 ähnelndes Schaltbild ist, das den Betrieb darstellt, wenn die Platine direkt im Gehäuse geerdet ist;
Fig.11 eine Explosionsansicht der derzeitig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, die einen Detektor und eine Platine in einem Gehäuse zeigt;
Fig.12 ein elektrisches schematisches Schaltbild einer Ausführungsform des Detektors ist;
Fig.13 ein elektrisches Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist, das Fig.1 ähnelt; und
Fig.14 ein Schaltbild ist, das eine weitere Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Die Einwirkung eines ESD-Ereignisses auf eine elektronische Einheit kann durch direkte Messung und durch Nahmessung bestimmt werden. Eine direkte Messung kann durch Verdrahten eines Detektors mit den Verbindungsstiften der zu überwachenden Komponente oder Baugruppe erfolgen. Das Wahrnehmen eines Überlastungszustands oder eines ESD-Ereignisses dient dazu, eine Änderung der Anzeige in einem Displayelement hervorzurufen, typischerweise eine optische Änderung in einer bistabilen Flüssigkristallanzeige. Die Anzeigeänderung kann eine Änderung des Zustands, der Farbe, der spezifischen Durchlässigkeit oder eines anderen beobachtbaren Zustands sein. Eine bevorzugte Ausführungsform eines Direktmessungsdetektors ist in Fig.1 und 2 dargestellt. In der Ausführungsform der Nahmessung detektiert ein Sensor ESD-Ereignisse, indem der Strom erfasst wird, der durch das Ereignis in einer Antenne neben dem zu überwachenden Element erzeugt wird. Das Signal aus der Antenne wird verstärkt, um eine bistabile Anzeige anzutreiben. Eine derzeit bevorzugte Ausführungsform eines Nahdetektors ist in Fig.3 und 4 dargestellt.
Sensoren für solche Anwendungen sollten schnell und empfindlich sein, um die ESD- Ereignisse relativ kurzer Dauer und geringer Energie zu erfassen, die die elektronischen Bauteile wahrscheinlich beschädigen. Typischerweise reicht die mit ESD-Ereignissen verbundene Energie von Picojoules bis zu Mikrojoules, und sie dauern von Nanosekunden bis zu Mikrosekunden. Dies ist die gesamte, durch das ESD-Ereignis abgegebene Energie, und sie steht dem Detektor nicht zur Gänze zur Verfügung. Der Großteil der Energie wird während des Ereignisses in Wärme umgewandelt. Beispielsweise erzeugt ein Ereignis von 100 Volt 0,5 Mikrojoule Energie. Üblicherweise kann nur etwa 5% dieser Energie in den Detektor gekoppelt werden.
Bezug nehmend auf Fig. 1 und 2 ist ein Detektor 11 mit einem Sensor 12 und einem Displayelement 13 mit den Stiften 14 einer elektronischen Einheit 15 verbunden. In dieser Ausführungsform verwendet der Sensor eine Vielzahl an Dioden 16, die als Brückengleichrichter verbunden sind, um eine einpolige Spannung an der Anzeige zu liefern. Fig.2 zeigt die Dioden und die Anzeige, die auf einer in einem Gehäuse 18 getragenen Platine 17 mit Befestigungsklammern 19 zum Fixieren der Anordnung an der elektronischen Einheit 15 montiert sind. Die elektrischen Verbindungen können Elastomerverbindungen oder Federklemmen o.dgl. sein. Die Elastomerverbindungen sind herkömmlich und werden manchmal als Zebrastreifen bezeichnet.
Der Sensor des Detektors misst das Ausgesetztsein gegenüber ESD auf der Einheitenebene, indem die Differenz der Spannungswerte zwischen Stiften der Einheit gemessen wird. Während eines ESD-Ereignisses ist die Spannung über die Stifte drei- bis viermal höher als die normale Betriebsspannung. Der mit allen Stiften verbundene Brücken-Sensor überwacht alle Stifte gleichzeitig, um die größte Spannungsdifferenz festzustellen. Wenn eine durch die Eigenschaften der Anzeige bestimmte Spannungsschwelle überschritten wird, ändert die Anzeige den Zustand, wodurch angezeigt wird, dass die Einheit einem ESD-Ereignis ausgesetzt ist, das über einen vorbestimmten Wert hinausgeht. In einer einfacheren Version wird die Diodenbrücke nicht verwendet, und die Stifte der Einheit sind durch direkte elektrische Verbindungen mit der Anzeige verbunden, die als Sensor dienen. In einer solchen Anordnung kann der Detektor als Einzelbauteil angesehen werden, wobei das Displayelement und die Verbindung auch als Sensor dienen.
Eine bevorzugte Form der Anzeige 13 ist eine ferroelektrische Flüssigkristallanzeige, die bistabil ist und eine visuelle Anzeige der Zustandsänderung, typischerweise einer Farbänderung, ermöglicht.
In der vorliegenden Ausführungsform erzeugt ein ESD-Ereignis etwa 15 Nanosekunden lang eine Spannung zwischen 15 und 25 Volt an der elektrischen Einheit. Der Brückengleichrichter des Sensors wandelt diesen Impuls in die Polarität zum Betrieb der Anzeige um. Während das Ereignis nur einige Dutzend Nanosekunden besteht, bleibt die Dauer der Spannung aus dem Sensor zur Anzeige mehrere Mikrosekunden lang aufrecht. Diese Anzeigeimpulsdauer ist eine Funktion der Schaltungseigenschaften und kann je nach Anzeigewiderstand, Anzeigekapazität und Diodensperrerholungszeit ausgewählt werden.
Es eignen sich verschiedene Arten von Flüssigkristallanzeigen, die Bistabilität aufweisen, z.B. eine smektische A- und chirale smektische C-Anzeige. Eine verdrillte nematische (TN) Anzeige kommt auch in Frage. Die niedrige Empfindlichkeit und langsame Reaktionszeit der TN-Anzeige ähnelt jener einer smektischen A-Anzeige; weiters besitzt die TN-Anzeige keinen Speicher. Die chirale smektische C-Anzeige ist ferroelektrisch und weist höhere Empfindlichkeit und Geschwindigkeit auf als die anderen zwei; sie ermöglicht das Detektieren von ESD-Ereignissen ohne einen mit Energie versorgten Verstärker und ohne Speicherschaltung. Zusätzliche Informationen über solche Flüssigkristallanzeigen finden sich in folgenden US-Patenten: 4.367.924; 4.563.059; 4.813.767; 4.813.771; und 4.840.463.
Man beachte, dass die elektronischen Bauteil- und Baugruppeneinheiten in einem breiten Bereich an Spannungswerten betrieben werden, typischerweise - je nach Einheiteneigenschaften - in der Größenordnung von 3 bis 40 Volt. Dies bedeutet, dass unterschiedliche Detektorempfindlichkeiten für Einheiten mit unterschiedlichen Spannungswerten verwendet werden müssen. Da die Einheiten, üblicherweise Halbleiter, in vielen verschiedenen Gehäusegrößen, -formen und -konfigurationen gekoppelt sind, muss die Anordnung zur direkten Verbindung des Detektors mit der Einheit für jede Einheitenart konstruiert sein.
In Fig. 3 und 4 enthält ein Nahdetektor 23 einen Sensor 24 und eine Anzeige 25, die angrenzend zu einer zu überwachenden Einheit 26 angeordnet sind. Der Sensor enthält eine Antenne oder einen Stab 27 und einen Detektor 28, um für den einpoligen Antrieb zur Vorrichtung zu sorgen. Ein Bauteil 28 und Verbindungsanschlüsse 29 der Einheit 26 sind in punktierten Linien dargestellt.
Der Detektorsensor funktioniert mit magnetisch gekoppelter Energie, die während eines ESD-Ereignisses angrenzend zur zu überwachenden Einheit induziert wird. Normale transiente Ströme in einer Einheit während des Schaltungsbetriebs gehen nicht über 0,5 Ampère hinaus. Während eines ESD-Ereignisses übersteigen die Ströme in den Anschlüssen 29 in der Einheit jedoch leicht 5 Ampère bei Entladungswegen geringen Widerstands. Außerdem besitzen Ströme in der Einheit während eines ESD-Ereignisses Anstiegszeigen von etwa 2 Nanosekunden, die hohe di/dt-Faktoren liefern und hohe Spannungen in nahen Leitern induzieren. Der Detektor verwendet einen Leiter als Antenne im Weg des Wechselmagnetfelds, der das sich rasch ändernde Feld in eine Spannung umwandelt, die die Anzeige in Gang setzt. Ströme in den Anschlüssen 29 erzeugen eine beträchtliche Spannung in der Antenne 27. Die Antenne für den Nahdetektor kann mehrere Stäbe 27, 27a, 27b in unterschiedlichen Ausrichtungen zur verbesserten Wahrnehmung eines ESD-Ereignisses in allen Richtungen enthalten. Bei Verwendung einer Vielzahl von Antennen wird ein Brückengleichrichter wie jener von Fig.1 verwendet.
Eine Anordnung zum Montieren eines Detektors wie z.B. des Nahdetektors 23 auf einer zu überwachenden Einheit ist in Fig. 5 und 6 dargestellt. Die Anzeige 25, die Antenne 27 und die Diode 28 können auf einer Basis 33 montiert und zweckmäßig durch Leiter oder eine Platine auf der Basis verbunden werden. Eine Klebstoffschicht 34 ist auf der gegenüberliegenden Seite der Basis aufgebracht, wobei sich eine abziehbare Schutzschicht 35 über dem Klebstoff befindet. Der Detektor wird durch Entfernen der abziehbaren Schutzschicht und direktes Aufdrücken des Detektors auf die zu überwachende Einheit aufgebracht.
Für Anwendungen, bei denen ein Detektor nicht direkt oder in unmittelbarer Nähe der zu überwachenden Einheit positioniert werden kann, ist möglicherweise ein Verstärker erforderlich, da für die Umschaltung der Anzeige nach einem ESD-Ereignis zu wenig Energie zur Verfügung steht. TN- oder smektische A-Anzeigen besitzen nicht die Empfindlichkeit oder Reaktionsgeschwindigkeit, um ohne Verstärkung in ESD- Ereignisdetektoren verwendet zu werden. Ein Detektor der in Fig. 3 und 4 gezeigten Art, der sich zur Positionierung auf oder in unmittelbarer Nähe der Einheit eignet, wird manchmal als Nahdetektor bezeichnet, während ein Detektor mit einem Verstärker manchmal als Fernnahdetektor bezeichnet wird. Die hierin geoffenbarten Nahdetektoren besitzen das ferroelektrische Displayelement. Zwei Konfigurationen von Fernnahdetektoren sind in Fig. 7 bzw. 10 dargestellt. Die Detektoren mit einem Verstärker können andere Anzeigen besitzen, z.B. die TN- und smektischen A- Anzeigen. Das Anzeigeeelement kann in bestimmten Ausführungsformen rückstellbar sein, in anderen wiederum nicht. Ein Verstärker kann auf Wunsch mit jeder der offenbarten Ausführungsformen verwendet werden.
Der Fernnahdetektor 41 von Fig.7 enthält einen Sensor 42 und eine Anzeige 43, wobei der Sensor eine Antenne 44 und einen Verstärker 45 umfasst. Die Antenne ist als Eingang zum Verstärker angeschlossen, der Verstärkerausgang ist mit der Anzeige verbunden. Die Erdungsseite der Schaltung ist mit der zu überwachenden Einheit, in diesem Fall mit einer Schaltungserdung einer Platinenanordnung, über eine Leitung 46 verbunden. Die Streukapazität zwischen der Antenne und der Erdung ist mit 49 bezeichnet. In der in Fig. 8 und 9 dargestellten Ausführungsform ist die Leitung 46 mit dem Körper des Monteurs verbunden. Das ESD-Ereignis ist schematisch als Miniblitz 47 an der Platine dargestellt. Das ESD-Ereignis, eine rasche Ladung oder Entladung der leitenden Masse der Platine, wird an der Antenne und die Erdung kapazitiv mit dem Sensor gekoppelt. Der Sensor funktioniert, da mehr Energie entweder in den Erdungs- oder den Antenneneingang eingekoppelt wird, wodurch eine Differenz entsteht, die bei 45 verstärkt wird, um die Anzeige 43 anzutreiben. In der Verbindungsanordnung von Fig.7 erhöht ein ESD-Ereignis das Erdungspotential des Sensors in Bezug auf die Antenne, da diese eine Streukapazität zur Erdungsmasse aufweist. Diese Detektorart eignet sich besonders für Platinen, da ein Sensor die gesamte Anordnung überwachen kann.
Andere Verwendungszwecke des Detektors sind in Fig. 8 und 9 dargestellt, wobei der Detektor hier als elektrostatischer Entladungsindikator für Montagepersonal in der Elektronikfertigung funktioniert. Die Sensorerdungsleitung 46 ist direkt mit dem Körper des Monteurs anstatt mit der zu überwachenden elektronischen Einheit verbunden. Fig.8 zeigt den als Anstecker an einer Tasche festgeklemmten Detektor, wobei die Leitung 46 mit dem Monteur verbunden ist. In Fig.9 kann der Detektor 41 am Handgelenk in der Art einer Armbanduhr bzw. an einer herkömmlichen Uhr oder Armbanduhr befestigt sein. Eine weitere Alternative ist in Fig.9 zu sehen, in der der Detektor als Ring angebracht ist. In jedem Fall sorgt eine Metallelektrode oder ein Metallleiter für eine Erdungsverbindung zum menschlichen Körper.
Wenn sich die statische Ladung des Monteurs entlädt, wodurch ein ESD-Ereignis hervorgerufen wird, erfährt sein Körper eine rasche Entladung. Dies bewirkt eine Differenz des Potentials zwischen der Sensorerdung und Antenne, was zu einer Zustandsänderung an der Anzeige führt. Die konkrete Positionierung des Sensors am Körper des Monteurs ist nicht entscheidend, da sich der gesamte Körper während eines solchen Ereignisses entlädt.
Fig.10 zeigt einen alternativen Betriebsmodus des Fernnahdetektors 41, wobei die Platine 49 innerhalb des Gehäuses geerdet ist. In dieser Konfiguration bewirkt die Kapazitätskopplung zwischen der Antenne und dem ESD-Ereignis an der Platine eine Potentialdifferenz zwischen der Sensorerdung 46 und der Antenne 44. Die Streukapazität zwischen der Platine und der Antenne ist an 52 angezeigt.
Eine derzeit bevorzugte Form eines Zusammenbaus von Detektor und einer elektronischen Einheit ist in Fig.11 dargestellt. Eine Platine 55 ist in einem Gehäuse 56 montiert, das durch eine Rückplatte 57 geschlossen wird. Ein ESD-Detektor 58 wie z.B. der in Fig.1 gezeigte ist in einem Rahmen 59 im Gehäuse positioniert, das Displayelement 60 des Detektors befindet sich am Fenster 61 im Gehäuse. Der Detektor ist durch einen Elastomerabstandshalter 62 und einen Elastomerverbinder-Zebrastreifen 63 angrenzend zur Platine angeordnet, welcher Zebrastreifen eine direkte elektrische Verbindung von der Platine zum Detektor herstellt.
Ein derzeit bevorzugtes elektrisches Schaltbild, das sich für einen Fernnahdetektor eignet, ist in Fig.12 zu sehen. Die Bauteile dieser Schaltung sind in Tabelle 1 dargelegt.
Die Rückstellschaltung ist wahlweise vorhanden und kann zum Rückstellen des Displayelements 67 nach dem Detektieren und Anzeigen eines ESD-Ereignisses verwendet werden. Die Rückstellschaltung enthält einen Schwingkreis, der durch die Spule 68 und den Kondensator C3 gebildet wird, und wird durch Positionieren einer elektromagnetischen Quelle zweckmäßiger Leistung und Frequenz angrenzend zum Schwingkreis betätigt.
In der in Fig.12 gezeigten Schaltung werden zwei Sensorantennen 70, 71 verwendet, um sowohl positiv als auch negativ verlaufende ESD-Impulse wahrzunehmen. TABELLE 1
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung einer lichtemittierenden Diode (LED) als Displayelement ist in Fig.13 dargestellt. Die Schaltung enthält eine Diodenanordnung 71, eine Sensorschaltung 72, eine Batterie 73 und eine LED 74. Die Sensorschaltung ist mit Transistoren 76, 77 und Widerständen 78, 79, 80 ausgestattet, um als SCR betrieben zu werden. Ein ESD-Ereignis in der Einheit bewirkt, dass sich die Transistoren einschalten und die LED mit Energie versorgen.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung eines thermischen Displayelements ist in Fig.14 zu sehen. Das Displayelement 82 ist eine Kapsel, die eine durchsichtige Kuppel 83 als Sichtfenster enthält, und mit einem Boden 84 mit einer schmelzbaren Membran 85 über einer Ladung 86 aus Farbe oder einer anderen Flüssigkeit abgedichtet ist. Ein Heizelement 87, typischerweise ein Nichrom- Widerstandsheizdraht, wird auf der Membran getragen.
Der Sensor enthält eine Antenne 89, einen Verstärker 90, eine Speicherschaltung 91, einen Treiberverstärker 92 und eine Batterie 93, wobei der Ausgang des Treiberverstärkers an das Heizelement angeschlossen ist. Ein ESD-Ereignis erzeugt ein Signal an der Antenne, das verstärkt wird, um die Speicherschaltung auszulösen, die den Treiber speist, um Batteriestrom über den Draht 87 zu leiten. Der heiße Draht schmilzt die Membran, wodurch Farbe freigesetzt wird, um für eine sichtbare Anzeige durch die Kuppel hindurch zu sorgen. Andere thermische Vorrichtungen können als Displayelement 82 verwendet werden, z.B. schmelzflüssige Farbe, ein Wärmesensorband und ein thermochromer Flüssigkristall. Thermisch hervorgerufene Verbrennung kann als Anzeige dienen, z.B. ein chemisch beschichteter Draht oder eine Miniblitzglühbirne, wobei der Draht erhitzt wird, um die sichtbare Verbrennung oder Explosion einzuleiten.

Claims

1. Detektor zum Detektieren und Anzeigen eines vorangegangenen elektrostatischen Entladungsereignisses jeglicher Polarität in einem elektronischen Bauteil oder einer elektronischen Baugruppe mit elektrischen Anschlüssen, wobei der Detektor folgendes enthält:

ein zerstörungsfreies Direktablesungsdisplayelement (13), das die Anzeige von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand umschaltet;

dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor die Anzeige bei einer Änderung des Spannungswerts, der er ausgesetzt ist, umschaltet und der Detektor folgendes enthält:

einen elektrostatischen Entladungssensor (12), um elektrostatische Entladungsereignisse jeglicher Polarität, die das Ergebnis des Aufbaus eines elektrostatischen Potentials und einer Entladung dieses elektrostatischen Potentials sind, wahrzunehmen;

Schaltungsmittel zur Verbindung des Sensors mit dem Displayelement, um den Indikator vom ersten Zustand in den zweiten Zustand umzuschalten;

eine Speicherschaltung (91), um das Displayelement im zweiten Zustand zu halten, wodurch das erfolgte Auftreten eines elektrostatischen Entladungsereignisses anschließend angezeigt wird.

2. Detektor nach Anspruch 1, worin das Displayelement eine Flüssigkristallanzeige ist.

3. Detektor nach Anspruch 2, umfassend ein Mittel zum Montieren (19) des Sensors und des Displayelements direkt an der zu überwachenden Einheit.

4. Detektor nach Anspruch 3, worin das Montagemittel ein Gehäuse (18) mit einem Klemmmittel (19) für das Displayelement und den Sensor enthält, um das Gehäuse an der zu überwachenden Einheit zu befestigen.

5. Detektor nach Anspruch 4, umfassend elektrische Verbinder zur direkten Verbindung des Sensors mit den elektrischen Anschlüssen der zu überwachenden Einheit.

6. Detektor nach Anspruch 2, worin der Sensor eine Brückengleichrichterschaltung mit einer Vielzahl an Dioden (16) umfasst.

7. Detektor nach Anspruch 2, worin der Sensor ein magnetisches Kopplungsmittel (27) zwischen der zu überwachenden Einheit und dem Anzeigeelement enthält.

8. Detektor nach Anspruch 7, worin das magnetische Kopplungsmittel eine geschlossene Leiterschleife (27) zum Positionieren an der zu schützenden Einheit enthält und mit dem Anzeigeelement verbunden ist.

9. Detektor nach Anspruch 8, umfassend ein Mittel zum Montieren (34) der Leiterschleife und des Anzeigeelements direkt an der zu überwachenden Einheit.

10. Detektor nach Anspruch 7, worin das magnetische Kopplungsmittel eine Vielzahl an Leitern in unterschiedlichen Ausrichtungen (27, 27a, 27b) und eine Brückengleichrichterschaltung (12) zur Verbindung der Leiter mit dem Displayelement enthält.

11. Detektor nach Anspruch 2, worin der Sensor Leiter umfasst, die für direkte elektrische Verbindungen zwischen der Einheit und dem Displayelement sorgen.

12. Detektor nach Anspruch 1, worin der Sensor ein Verstärkermittel (45) und ein Mittel zum Verbinden eines Ausgangs des Verstärkermittels mit dem Displayelement enthält.

13. Detektor nach Anspruch 12, umfassend ein Mittel zum Montieren (19) des Sensors und des Displayelements direkt auf der zu überwachenden Einheit.

14. Detektor nach Anspruch 13, worin die zu überwachende Einheit ein menschlicher Monteur ist, der eine Erdungsverbindung für das Displayelement bietet, wobei sich der Sensor und das Displayelement in einem Gehäuse befinden, das ein Mittel zum Befestigen (46) des Gehäuses am Monteur umfaßt.

15. Detektor nach Anspruch 12, umfassend ein Rückstellmittel (68) zum Rückstellen des Displayelements in seinen ursprünglichen Zustand nach dem Anzeigewechsel.

16. Detektor nach Anspruch 12, worin das Displayelement eine Flüssigkristallanzeige ist.

17. Detektor nach Anspruch 12, der ein Mittel zum Montieren des Sensors und des Displayelements auf der zu überwachenden Einheit umfaßt und ein Gehäuse (18) für das Displayelement und den Sensor mit einem Klemmmittel (19) zum Befestigen des Gehäuses an der zu überwachenden Einheit aufweist.

18. Detektor nach Anspruch 12, umfassend elektrische Verbinder zur direkten Verbindung des Sensors mit den elektrischen Anschlüssen der zu überwachenden Einheit.

19. Detektor nach Anspruch 12, worin der Sensor eine Brückengleichrichterschaltung mit einer Vielzahl an Dioden (16) umfasst.

20. Detektor nach Anspruch 12, worin der Sensor ein magnetisches Kopplungsmittel (27) zwischen der zu überwachenden Einheit und dem Displayelement enthält.

21. Detektor nach Anspruch 20, worin das magnetische Kopplungsmittel eine geschlossene Leiterschleife (27) zum Positionieren an der zu schützenden Einheit enthält und mit dem Displayelement verbunden ist.

22. Detektor nach Anspruch 21, umfassend ein Mittel zum Montieren (34) der Leiterschleife und des Displayelements direkt an der zu überwachenden Einheit.

23. Detektor nach Anspruch 20, worin das magnetische Kopplungsmittel eine Vielzahl von Leitern in unterschiedlichen Ausrichtungen (27, 27a, 27b) und eine Brückengleichrichterschaltung (12) zum Verbinden der Leiter mit dem Displayelement enthält.

24. Detektor nach Anspruch 12, worin der Sensor ein Antennenmittel (44) und ein Mittel zum Verbinden des Antennenmittels mit einem Eingang des Verstärkermittels und zum Verbinden eines Ausgangs des Verstärkermittels und der Erdung (46) der zu überwachenden Einheit mit dem Displayelement enthält.

25. Detektor nach Anspruch 24, umfassend ein Mittel zum Montieren (19) des Sensors und des Displayelements direkt an der zu überwachenden Einheit.

26. Detektor nach Anspruch 24, worin das Antennenmittel (44) eine erste und zweite Antenne (70, 71) sowie ein Schaltungsmittel zum Verbinden der ersten und zweiten Antenne mit dem Verstärkermittel enthält, um ESD-Ereignisse unterschiedlicher Polarität zu empfangen.

27. Detektor nach Anspruch 1, umfassend:

ein Gehäuse (56) mit einem Sichtfenster (61);

einen Detektorträger (59) mit dem Displayelement (60);

eine zu überwachende elektronische Einheit (55);

wobei das Gehäuse ein Mittel zum Montieren (62, 63) des Detektorträgers und der elektronischen Einheit darin enthält, wobei das Displayelement durch das Sichtfenster hindurch einsehbar ist und der Träger an der Einheit positioniert ist.