(57)【要約】【課題】  デバイスが受ける放電電圧がデバイスに静電気障害を引き起こすレベルか否かを弁別する静電気放電測定装置を提供する。【解決手段】  帯電体の静電気がデバイスに放電されたときに該デバイスが受ける放電電圧を擬似的に再現して該放電電圧を測定する静電気放電測定装置２１であって、静電気放電の入力する電極３から出力する接地極１３までのインピーダンスを、前記デバイスの入力インピーダンスと等価なものとして構成した電気回路１４と、該電気回路１４から分枝した信号線に接続され、該電気回路と信号線との接続点の電位と、前記デバイスに静電気障害を引き起こすレベルである所定の電圧値とを比較し、前記接続点の電位が前記所定の電圧値以上のときに信号を出力する比較回路２６と、該比較回路の出力信号に基づいて異常を報知する報知手段２８とを備える。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯電体の静電気がデバイスに放電されたときに該デバイスが受ける放電電圧を擬似的に再現して該放電電圧を測定する静電気放電測定装置であって、
静電気放電の入力する電極から出力する接地極までのインピーダンスを、前記デバイスの入力インピーダンスと等価なものとして構成した電気回路と、
前記電気回路から分枝した信号線に接続され、前記電気回路と信号線との接続点の電位と、前記デバイスに静電気障害を引き起こすレベルである所定の電圧値とを比較し、前記接続点の電位が前記所定の電圧値以上のときに信号を出力する比較回路と、
前記比較回路の出力信号に基づいて異常を報知する報知手段と
を備えたことを特徴とする静電気放電測定装置。
【請求項２】
代表的なデバイスの入力インピーダンスに予め一致させたインピーダンスを有するデバイス擬似体を１つまたは複数設け、静電気対策を施す対象とするデバイスに応じたデバイス擬似体を選択して前記電気回路としたことを特徴とする請求項１記載の静電気放電測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯電体からデバイスが受ける放電電圧を測定する静電気放電測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
帯電体とデバイス（またはシステム）だけの系があって、帯電体の静電気がデバイスに放電された場合に、デバイスに入力する放電エネルギーに相当する放電電圧が、該デバイスの静電気耐性よりも大きいときに、静電気障害（ＥＳＤハザード：Electrostatic Discharge Hazard）が生じることが知られている。デバイスの静電気耐性はデバイスによって異なり、その耐性値はメーカの公称値によって明らかとなる。一方、この放電電圧は、放電エネルギーを受けるデバイスに応じて該デバイスに静電気障害を発生させる源となることがあり、デバイスに静電気障害が発生するか否かの指標となる。従って、本明細書では、以下、この放電電圧をＥＳＤハザードポテンシャル（ESD Hazard Potential）という。
【０００３】
デバイスが実際に置かれる環境によって静電気障害の発生の仕方は様々であり、例えば、デバイスを製造する工場内では、除電装置を設けたり、作業者がリストストラップを身に付けるなどのＥＳＤハザード対策を施している。このようなＥＳＤハザード対策を効率よく行うためには、デバイスを取り巻く環境静電気の振舞いを正しく認識することが必要である。
【０００４】
従来、静電気の源である帯電体に関して、その電位を表面電位測定器などの静電気測定器で測定する方法がとられていた。この方法では、静電気測定器を帯電体に近づけることにより静電界の電位を測定する。この測定された電位は帯電体が潜在的に有する静電エネルギーに相当する。しかしながら、帯電体は放電により全ての静電エネルギーを放出することは少なく、通常、その一部を放出する。また、帯電体とデバイスが接触していないときには、放出されたエネルギーの一部が、帯電体とデバイスとの間の空気中で消費される。つまり、デバイスが実際に受ける放電エネルギーは、帯電体の静電エネルギーよりも小さく、両者は異なるものである。つまり、従来の静電気測定器では、ＥＳＤハザードポテンシャルを測定することができなかった。
【０００５】
また、帯電体の電位を静電気測定器で測定する上記方法に代えて、帯電体の電荷量を過剰動電荷測定器で測定する方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。この過剰動電荷測定器は、帯電体が金属である場合には従来の静電気測定器の不備を克服することができるが、帯電体が絶縁物である場合には種々の支障をきたしてしまうという不具合が生じる。
【非特許文献１】鈴木，「先端電子デバイスのための静電気放電計測技術と防止対策」，Ｍ＆Ｅ，工業調査会，平成１２年４月，ｐ．２１０−２１５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、デバイスが受ける放電電圧がデバイスに静電気障害を引き起こすレベルか否かを弁別する静電気放電測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の静電気放電測定装置は、帯電体の静電気がデバイスに放電されたときに該デバイスが受ける放電電圧を擬似的に再現して該放電電圧を測定する静電気放電測定装置であって、静電気放電の入力する電極から出力する接地極までのインピーダンスを、前記デバイスの入力インピーダンスと等価なものとして構成した電気回路と、前記電気回路から分枝した信号線に接続され、前記電気回路と信号線との接続点の電位と、前記デバイスに静電気障害を引き起こすレベルである所定の電圧値とを比較し、前記接続点の電位が前記所定の電圧値以上のときに信号を出力する比較回路と、比較回路の出力信号に基づいて異常を報知する報知手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、電気回路は電極と接地極を有し、その間に抵抗体等を含む。電気回路のインピーダンスは、静電気対策を施す対象とするデバイスの入力インピーダンスと等価なものとして構成する。また、電極と接地極を結ぶ放電経路から信号線が分枝している。比較回路は、この信号線に接続され、電気回路と信号線との接続点の電位と、所定の電圧値とを比較し、接続点の電位が所定の電圧値以上のときに信号を出力する。この所定の電圧値は、デバイスに静電気障害を引き起こすレベルとして予め設定される。そして、接続点の電位が所定の電圧値以上のときに報知手段により異常が報知される。従って、デバイスに静電気障害を引き起こすレベルの静電気放電がなされるか否かを弁別することができる。
【０００９】
本発明の静電気放電測定装置においては、代表的なデバイスの入力インピーダンスに予め一致させたインピーダンスを有するデバイス擬似体を１つまたは複数設け、静電気対策を施す対象とするデバイスに応じたデバイス擬似体を選択して前記電気回路とすることが好ましい。
【００１０】
例えば、電極と接地極を有するデバイス擬似体を予め複数設ける。このとき各デバイス擬似体のインピーダンスを形成する静電容量および抵抗について、静電容量を電極の直径で分類し、且つ、抵抗を電極と接地極間の接地間抵抗で分類することが望ましい。そして、静電気対策を施す対象のデバイスに応じたデバイス擬似体を選択して電気回路とする。上記構成によれば、数多くの種類のデバイスについてＥＳＤハザードポテンシャルを測定することが可能となる。また、複数のデバイスについて、静電気障害が発生するか否かを弁別することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（第１の形態）
図１は、第１の形態の静電気放電測定装置１（以下、単に測定装置１という）の外観図であり、図２は、測定装置１の構成を示す構成図である。
【００１２】
測定装置１は、箱形の筐体２の前面部に外部に露出して方向転換可能な複数（例えば、１２個）の球状電極３k（ｋ＝１〜１２）と、筐体２の上面部に外部に露出して固着された表示器４と、筐体２の内部に収納された回路部５とを備える。
【００１３】
電極３kの直径Ｄは、例えば、Ｄ＝１ｍｍ（ｋ＝１〜４）、５ｍｍ（ｋ＝５〜８）、１０ｍｍ（ｋ＝９〜１２）の３種類であり、それぞれ４個ずつ設けられている。表示器４は、帯電体から電極３が受ける放電電圧（ＥＳＤハザードポテンシャル）の値を表示するものである。尚、筐体２の外面部には、図示しない電源スイッチ等が取付けられている。
【００１４】
回路部５は、電極３k及び表示器４に接続されており、図２に示すように、電極３kがそれぞれ接続された１２組の放電用回路７k（ｋ＝１〜１２）と、メータ８と、算出部９と、Ａ／Ｄ変換回路１０とを備えている。なお、メータ８と算出部９は本発明の測定器に相当する。
【００１５】
放電用回路７kは、それぞれ、抵抗体１１k（抵抗値Ｒ1k）と、抵抗体１１kに接続された分圧回路１２k（抵抗値Ｒ2k）とにより構成される。抵抗体１１kは電極３kに接続され、分圧回路１２kは接地極１３に接続されている。分圧回路１２kは、例えば、固定抵抗体から構成される。
【００１６】
電極３kから放電用回路７kを経て接地極１３に至る１２本の経路は、放電経路１４k（ｋ＝１〜１２）を形成している。この放電経路１４kはそれぞれ本発明のデバイス擬似体に相当する。放電経路１４kのインピーダンスは、静電容量が電極の直径Ｄで定まり、抵抗が接地間抵抗Ｒ即ち電極３kと接地極１３間の抵抗で定まる。接地間抵抗Ｒは、例えば、１Ω、１００Ω、１ＭΩ、１００ＭΩの４種類である。
【００１７】
放電経路１４kの電極直径Ｄおよび接地間抵抗Ｒの具体的な組み合わせは、（Ｄ，Ｒ）＝（１ｍｍ，１Ω）、（１ｍｍ，１００Ω）、（１ｍｍ，１ＭΩ）、（１ｍｍ，１００ＭΩ）、（５ｍｍ，１Ω）、（５ｍｍ，１００Ω）、（５ｍｍ，１ＭΩ）、（５ｍｍ，１００ＭΩ）、（１０ｍｍ，１Ω）、（１０ｍｍ，１００Ω）、（１０ｍｍ，１ＭΩ）、（１０ｍｍ，１００ＭΩ）であり、それぞれｋ＝１〜１２の場合を示す。
【００１８】
メータ８は、放電用回路７kの抵抗体１１kと分圧回路１２kの中点にスイッチＳＷ１〜ＳＷ１２により切替え自在に接続され、分圧回路１２k間に生じる電圧値Ｖak（ｋ＝１〜１２）を測定する。算出部９は、メータ８の測定値Ｖakから電極３kに生じる電位Ｖbk（ｋ＝１〜１２）を算出する。尚、電位Ｖbkは、次式（１）で表される。また、回路部５のＡ／Ｄ変換回路１０は、算出部９の出力信号をＡ／Ｄ変換して表示器４に表示せしめる。
【００１９】
Ｖbk＝Ｖak＊（Ｒ1k＋Ｒ2k）／Ｒ2k・・・・・・・・（１）
次に、上記測定装置１の作動を説明する。静電気対策を施す対象のデバイスの入力インピーダンスの設計値（メーカの公称値）に応じて電極３k（または放電経路１４k）のうちのいずれかを選択しておく。このとき選択した電極を測定装置１の前面に延設し、他の１１本の電極を測定装置１の上面に向けて折り曲げておく。以降、選択した電極を代表して電極３と記し、同様に、放電用回路７、分圧回路１２、放電経路１４、抵抗値Ｒ1、Ｒ2、電圧値Ｖa、Ｖbのように、添字ｋを省略して説明する。また、デバイスは、例えば、ＩＣ，ＬＳＩなどの集積回路、ＭＲヘッドやデジタルカメラ等の部品などである。
【００２０】
この測定装置１により、帯電体からデバイスが受けるＥＳＤハザードポテンシャルを測定する際には、まず、図示しない電源スイッチを投入した後に、電極３を帯電体に対向させた状態で、筐体２を帯電体に近づけ、電極３を帯電体に接触させる。電極３を帯電体に接触させると、帯電体から放電経路１４に放電される。即ち、電極３と放電用回路７を介して接地極１３に放電され、電極３には、接地極１３に対して所定の電位Ｖbが生じる。
【００２１】
電極３を帯電体に接触させたときに、メータ８は、分圧回路１２間に生じる電圧Ｖaを測定し、算出部９はメータ８の出力信号を電極３に生じる電位Ｖbに換算する。電位Ｖbは、分圧回路１２に生じる電圧Ｖaと、分圧抵抗値Ｒ1、Ｒ2により前記の式（１）で表される。算出部９の出力信号は、Ａ／Ｄ変換回路１０によりＡ／Ｄ変換され、さらに、その電圧値Ｖbが表示器４により、帯電体によるデバイスに対するＥＳＤハザードポテンシャルＶbとして表示され、これにより、該ＥＳＤハザードポテンシャルＶbが測定される。
【００２２】
上記第１の形態によれば、デバイス（又はシステム）が受けるＥＳＤハザードポテンシャルを数値化することができる。また、従来の静電気測定器による帯電体の電位測定値が測定条件やメーカによって著しく異なるという問題を解決することができる。なお、上記形態では、放電経路１４の数（デバイス擬似体の数）を１２としたが、その数はこれに限定されるものではなく任意の数でよい。
【００２３】
また、上記形態では、方向転換可能な電極３kが１２個配設され、回路部５には、電極３kがそれぞれ接続された１２組の放電用回路７kが設けられ、電極３kから放電用回路７kを経て接地極１３に至る放電経路１４kが形成されるものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、筐体内部にメータ８と、算出部９と、Ａ／Ｄ変換回路１０とを備えた回路部を設け、１個の電極及び放電用回路７を備えるカートリッジを筐体に着脱自在とするように構成してもよい。この場合には、カートリッジを筐体に装着したときに、放電用回路７を構成する抵抗体１１と分圧回路１２の中点がメータ８に接続されると共に、分圧回路１２と接地極１３が接続される。そして、電極３から放電用回路７を経て接地極１３に至る放電経路１４が構成される。カートリッジは例えば１２種類用意され、静電気対策を施すデバイスに応じて選択される。この構成によれば、コンパクトな静電気放電測定装置を実現できる。
（第２の形態）
図３は本発明の実施形態の静電気放電測定装置２１（以下、単に測定装置２１という）の外観図であり、図４は測定装置２１の構成を示す構成図である。なお、上述した第１の形態の測定装置１と同一の構成には同一の参照番号を付与する。
【００２４】
図３を参照すると、測定装置２１は、箱形の筐体２の前面部に外部に露出して固着された電極３と、筐体２の内部に収納された回路部２５とを備える。回路部２５は、電極３に接続されており、図４に示すように、電極３が接続された放電用回路７と、比較回路２６と、増幅器２７と、報知部２８とを備えている。
【００２５】
放電用回路７は、抵抗体１１（抵抗値Ｒ1）と、抵抗体１１に接続された分圧回路１２（抵抗値Ｒ2）とにより構成される。抵抗体１１は電極３に接続され、分圧回路１２は接地極１３に接続されている。分圧回路１２は、例えば、固定抵抗体などから構成される。なお、電極３から放電用回路７を経て接地極１３に至る放電経路１４が形成される。
【００２６】
比較回路２６は、放電用回路７の抵抗体１１と分圧回路１２の中点に信号線を介して接続され、分圧回路１２間に生じる電圧値Ｖaと所定の電圧値ＶCを比較する。そして、電圧値Ｖaが所定の電圧値ＶC以上のときに信号Ｓ１を出力する。増幅器２７は、例えばバイポーラトランジスタから構成され、比較器２６の出力信号Ｓ１を増幅し、増幅信号を報知部２８に供給する。報知部２８は、例えば、圧電体セラミックから成るピエゾブザーから構成され、入力信号に応じてブザー音を発する。
【００２７】
次に、上記測定装置２１の作動を説明する。この測定装置２１により帯電体のＥＳＤハザードポテンシャルがデバイスに静電気障害を引き起こすか否かを弁別する際には、所定の電圧値ＶCを設定しておく。電圧値ＶCは、静電気対策を施す対象とするデバイスの製造メーカの公称値により決定され、そのデバイス専属の測定装置２１の製造段階で設定される。なお、デバイスが静電気から内部回路を保護するための保護回路を有する場合には、保護回路も考慮して所定の電圧値ＶCを定める。
【００２８】
まず、図示しない電源スイッチを投入した後に、電極３を帯電体に対向させた状態で、筐体２を帯電体に近づけ、電極３を帯電体に接触させる。または、実際に静電気に曝される環境と同じようにして、デバイスが製造ライン上などで帯電体に接近する方向から実際に近づく位置まで接近させる。
【００２９】
電極３を帯電体に接触又は接近させると、帯電体から、電極３と放電用回路７を介して接地極１３に放電されるので、電極３には、接地極１３に対して所定の電位Ｖbが生じる。この場合、電極３に生じる電位Ｖbを分圧した分圧回路１２に生じる電圧Ｖaと、所定の電圧値ＶCとの比較が比較回路２６により行われる。
【００３０】
比較回路２６は、電圧値Ｖaが所定の電圧値ＶC以上のときに信号Ｓ１を出力する。この出力信号Ｓ１は、増幅器２７により増幅されて、報知部２８はブザー音を発する。一方、電圧値Ｖaが所定の電圧値ＶCよりも小さいときには、報知部２８はブザー音を発しない。従って、デバイスに帯電体による静電気障害が発生すると弁別した場合にのみブザーを鳴らすことができる。
【００３１】
次に、具体的な３つの構成例を説明する。
（構成例１）
測定装置２１が、例えばデジタルカメラを製造する工場の製造ラインで使用される場合には、デバイスはデジタルカメラの部品であり、帯電体は、例えば製造ラインに配設された製造装置や作業者などである。なお、この事例では、静電気がＨＢＭ（Human Body Model：人体モデル）やＭＭ（Machine Model：機械モデル）のように静電気放電としては放電周波数が比較的低い場合（約100 ＭＨｚ）を想定している。
【００３２】
デジタルカメラの部品の多くは、静電気耐性がおよそ２００［Ｖ］であることが知られている。そのため、測定装置２１の電極３に入力する電圧の瞬時値が２００［Ｖ］に達する静電気は、このデバイスに対して静電気障害を発生させる。つまり、測定装置２１は、このデバイスが受けるＥＳＤハザードポテンシャルが２００［Ｖ］以上のときに警報を鳴らすように構成される。より詳細には、回路部２５の放電用回路７を構成する抵抗体１１の抵抗値Ｒ1を５［ｋΩ］、同じく分圧回路１２の抵抗値Ｒ2を５００［Ω］、所定の電圧値ＶCを１７［Ｖ］に設定する。上記構成により、測定装置２１の電極３に入力する帯電体の放電電圧がデジタルカメラの部品に静電気障害を発生させるか否かを弁別することができる。
（構成例２）
測定装置２１が、例えばＩＣ，ＬＳＩなどの半導体集積回路を製造する工場の製造ラインで使用される場合には、デバイスは半導体集積回路であり、帯電体は、例えば、製造ラインに配設された製造装置などである。この場合は、一般に、デバイスが曝される帯電体の種類が多く、また帯電体へのデバイスの接近の仕方に多様性があり、他の構成例１，３に比べて放電エネルギーの変動域が大きな場合と言える。従って、帯電体の種類などに合わせて複数種類の測定装置を用意するようにしてもよい。しかしながら、測定の便宜を図るために、１つの測定装置で賄うことも可能である。
【００３３】
この場合には、測定装置２１の電極３に入力する電圧の瞬時値が５０［Ｖ］以下の静電気であれば、このデバイスに対して静電気障害を発生させないことが知られている。つまり、このデバイスが受けるＥＳＤハザードポテンシャルが５０［Ｖ］以上のときに警報を鳴らすように測定装置２１の所定の電圧値ＶCは定められる。より詳細には、図５に示すように、回路部２５の放電用回路７を構成する抵抗体１１の抵抗値Ｒ1を１００［Ω］とすると共に、分圧回路１２を静電容量１００［ｐＦ］のコンデンサで構成する。上記構成により、測定装置２１の電極３に入力する帯電体の放電電圧が半導体集積回路に静電気障害を発生させるか否かを弁別することができる。
（構成例３）
測定装置２１が、例えば、ＧＭＲヘッド（Giant Magnet Resistive head）を組み立てる工場の組立ラインで使用される場合には、デバイスはＧＭＲヘッドの部品であり、帯電体は、例えば、組立ラインに配設された組立装置などである。ＧＭＲヘッドなどに生じる静電気障害は、他の構成例１，２と比べると急峻なスパイク性の静電気現象によるものと言える。
【００３４】
この場合には、測定装置２１の電極３に入力する電圧の瞬時値が５［Ｖ］以下の静電気であれば、このデバイスに対して静電気障害を発生させないことが知られている。つまり、このデバイスが受けるＥＳＤハザードポテンシャルが５［Ｖ］以上のときに警報を鳴らすように測定装置２１の所定の電圧値ＶCは定められる。より詳細には、図６に示すように、回路部２５の放電用回路７を構成する抵抗体１１の抵抗値Ｒ1を２［Ω］とすると共に、分圧回路１２をコイルで構成する。上記構成により、測定装置２１の電極３に入力する帯電体の放電電圧がＧＭＲヘッドに静電気障害を発生させるか否かを弁別することができる。
【００３５】
上記実施形態によれば、デバイス（又はシステム）が受けるＥＳＤハザードポテンシャルが該デバイスに静電気障害を発生させるレベルか否かを測定することができる。従って、レベルが高い場合には、デバイスがその製造工程や組立工程で曝される可能性のある静電気を、例えば除電装置により予め除電するなどの対策を行うことが可能である。また、逆に、環境静電気に対してデバイスに施した静電気対策が適切か否かをチェックすることができる。
【００３６】
上記実施形態では、デバイスや使用形態に適合させて１つの放電経路１４を設けて測定装置２１を構成したが、第１の形態のように汎用性をもたせて、予め複数のデバイスや使用形態に適合させた複数の放電経路１４と、複数の所定の電圧値ＶCとを設けるように構成してもよい。この場合には、放電経路１４（デバイス擬似体）が複数設けられ、それぞれの放電経路のインピーダンスが代表的なデバイスの入力インピーダンスに一致するように構成される。なお、「一致」とは全く同一だけでなく、実質的に同一と認められる範囲を含む。より詳細には、放電経路１４を形成する静電容量を電極３の直径で分類し、抵抗を接地間抵抗（電極と接地極との間の抵抗）で分類する。そして、ユーザは、デバイスや使用形態に合わせて最適なデバイス擬似体（放電経路１４）を選択し、選択した放電経路１４を形成する電極３に帯電体からの静電気を放電させる。
【００３７】
また、汎用性をもたせるために、例えば、筐体内部に比較回路２６と、増幅器２７と、報知部２８とを備えた回路部を設け、１個の電極及び放電用回路７を備えるカートリッジを筐体に着脱自在とするように構成してもよい。この場合には、カートリッジを筐体に装着したときに、放電用回路７を構成する抵抗体１１と分圧回路１２の中点が比較回路２６に接続されると共に、分圧回路１２と接地極１３が接続される。そして、電極３から放電用回路７を経て接地極１３に至る放電経路１４が構成される。この場合にはカートリッジは複数用意され、静電気対策を施すデバイスに応じて選択される。
【００３８】
上記実施形態では、報知部２８は、分圧回路１２に生じる電圧Ｖaが、所定の電圧値ＶC以上の場合にブザーを鳴らすものとしたが、表示ランプを設けて電圧Ｖaが所定の電圧値ＶC以上の場合に表示ランプを点灯させるようにしてよく、あるいは、ブザーと表示ランプを両方共活用して報知するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】第１の形態の静電気放電測定装置の外観図。
【図２】同静電気放電測定装置の構成図。
【図３】本発明の実施形態の静電気放電測定装置の外観図。
【図４】実施形態の静電気放電測定装置の構成図。
【図５】構成例２を説明するための静電気放電測定装置の構成図。
【図６】構成例３を説明するための静電気放電測定装置の構成図。
【符号の説明】
【００４０】
１，２１・・・静電気放電測定装置、２・・・筐体、３・・・電極、４・・・表示器、５，２５・・・回路部、７・・・放電用回路、８・・・メータ、９・・・算出部、１０・・・Ａ／Ｄ変換回路、１１・・・抵抗体、１２・・・分圧回路、１３・・・接地極、１４・・・放電経路、２６・・・比較回路、２７・・・増幅器、２８・・・報知部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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