一种静电枪及采用该静电枪进行静电放电测试的方法

摘要

本发明提供了一种静电枪和及采用该静电枪进行静电放电测试的方法，包括静电枪本体(2)、枪尖(3)、激光位移传感器(1)和图像采集模块(5)，所述激光位移传感器(1)设置有多个并沿着静电枪本体(2)横截面圆周方向均匀设置，所述图像采集模块可滑动的设置在所述静电枪本体(2)上，能够根据距离值分布计算静电枪与测试平面之间的角度，计算速度快，计算准确，不影响正常的静电放电测试，保证了每次测试角度的一致性，提高了测量的准确性。

说明书

技术领域

本发明涉及静电放电测试领域，尤其涉及一种静电枪及采用该静电枪进行静电放电测试的方法。

背景技术

随着科学技术的发展与进步，越来越多的通信和电子设备应用到我们的生产、生活、工作和科研中来。静电放电测试(Electrostatic Discharge，ESD)是电子设备抗扰度测试中最重要的试验内容之一，是电磁兼容实验的重要组成部分，主要模拟人体对电子设备机壳和外部端口放电。然而，通信和电子设备中越来越多地使用半导体和集成电路，而且出于降低功耗的目的，电子元器件的开关门限电压不断降低，这些都导致了电子设备静电放电问题越来越突出。静电放电问题不仅关系到通信和电子设备的正常使用与维护，甚至还会影响到人身财产安全。因此，越来越多的电子产品制造商和科研机构开始关注通信和电子产品静电放电、静电防护等方面的研究。目前，许多电子产品认证都要求产品通过相应级别的静电放电测试(如CCC认证、CE认证等)。国际上相关的技术标准有IEC 61000-4-2(对应的国家标准GB17626.2)、AEC标准等。

在小批量静电放电测试时，一般使用静电枪进行静电放电测试，将静电枪的枪头对准待检测样品上的测试点，使静电枪对该测试点释放静电。之后，操作人员可以通过观察待检测样品上的测试点是否出现异常来判断该待检测样品的静电防护能力是否达标，根据测试前后的功能和性能差异评估静电感应放电测试破坏程度。

在实际静电枪测试中，静电枪与待测器件有两种接触模式，分别为直接接触放电和空气间隙放电，空气间隙放电通常使用较为圆滑的静电枪尖，设定完应力电压后，当两者之间的距离很近时，空气被击穿发生放电，静电枪尖慢慢移向放电位置直至出现电火花或者闪光，最终需要静电枪尖触碰到测试物体或系统表面上的放电位置以完全释放电荷，这一测试操作一般需要在正负两极分别重复10次左右；直接接触放电测试和空气间隙放电测试相类似，接触放电中通常使用较为尖锐的静电枪尖，这是为了能与导电的物体或系统表面有较良好的电学接触。

在施加静电测试脉冲时，要保证每次测试时静电枪与待测物的待测位置的接触角度恒定，这样可以保证每个待测位置在同一等级的静电测试脉冲注入情况下所接受的静电测试脉冲相同。

然而，由于小批量测试时、或在实验室测试时，常采用人工操作静电枪对芯片的管脚进行直接接触放电方式的静电放电测试，在人工操作测试时，每次测量的角度不同，每次测试时，测试的外在条件不同，造成芯片管脚的静电放电测试的准确性不高。然而在现有技术中，并无对静电枪静电放电测试时接触角度进行测量和调整的相关技术的记载。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种静电枪。包括：静电枪本体、枪尖、激光位移传感器和图像采集模块，所述激光位移传感器设置有多个并沿着静电枪本体横截面圆周方向均匀设置，所述图像采集模块可旋转的设置在所述静电枪本体上。

优选的，所述图像采集模块通过滑环可滑动的设置在所述静电枪本体上，所述滑环设置有旋转刻度值，能够通过读取旋转刻度值获取所述图像采集模块在所述静电枪本体上的具体位置。

优选的，还设置有数据处理器和液晶显示屏幕，所述数据处理器对所述激光位移传感器和所述图像采集模块采集到的测试数据进行处理，计算得到所述静电枪与测试平面之间的角度值；所述液晶显示屏幕能够显示所述测试数据和所述角度值并显示角度调整方向。

本发明还提供一致采用静电枪进行静电放电测试的方法，包括：

所述静电枪进行上电自检；

所述图像采集模块采集待测芯片的图像，通过识别所述待测芯片上的丝印数据识别所述待测芯片类型和所述待测芯片管脚的相关参数；

所述静电枪上的多个所述激光位移传感器测量其与测试平面之间的距离值，根据得到的多个所述距离值，计算所述静电枪与所述测试平面之间的角度值；

根据测试要求的角度值调整所述静电枪与所述测试平面之间的角度值；

根据所述待测芯片管脚的相关参数对所述管脚进行静电放电测试；

对单个所述管脚进行重复测试或对不同的所述管脚进行测试时，重复测量所述静电枪与所述测试平面之间的角度值并进行调整，使其与之前的角度值保持一致；

查看静电放电测试结果，确定所述芯片的静电防护是否合格。

优选的，所述根据得到的多个所述距离值，计算所述静电枪与所述测试平面之间的角度值具体包括：

对得到的多个相对应的距离值进行平面计算，得到所述测试平面的平面方程，计算得到所述静电枪与所述测试平面之间的角度值；

若无法计算得到测试平面的平面方程，则转动所述图像采集模块，采集多个所述激光位移传感器的光斑图像，若检测到未照射到测试平面的所述光斑，把与未照射到测试平面的所述光斑对应的所述距离值剔除，对剩余的所述距离值进行所述平面方程的计算，得到所述静电枪与所述测试平面之间的角度值。

优选的，所述对剩余的所述距离值进行所述平面方程的计算，得到所述静电枪与所述测试平面之间的角度值具体包括：

当仅有一个所述激光位移传感器的所述光斑照射在所述测试平面上时，所述图像采集模块采集该光斑图像，根据所述光斑的椭圆外形的长轴和短轴的方向和长度，结合所述图像采集模块的旋转刻度值，计算所述静电枪与所述测试平面之间的角度；

当仅有两个所述激光位移传感器的所述光斑照射在所述测试平面上时，采集两个所述光斑的图像，计算两个所述光斑各自的椭圆外形的各自的长轴和短轴的方向和长度，结合所述图像采集模块的旋转刻度值，分别计算得到两个所述光斑对应的所述静电枪与所述测试平面的两个角度值，并将两个所述角度值的平均值作为所述静电枪与所述测试平面之间的角度值；

若无所述激光位移传感器的所述光斑照射在所述测试平面上时，对所有的所述光斑的图像进行遍历，查找是否存在某个所述光斑图像包含部分完整的可修复椭圆，所述部分完整的可修复椭圆是指该椭圆轮廓包括部分连续无突变的弧段，并且该弧段包括至少两个相邻的椭圆顶点，则对两个相邻顶点之间的弧段在X轴和Y轴两个方向进行镜像，得到完整的椭圆，并根据所述完整的椭圆的长轴和短轴的方向和长度，结合所述图像采集模块的旋转刻度值，计算所述静电枪与所述测试平面之间的角度。

本发明的有益效果是：

1、采用多个在静电枪本体周向圆上均匀设置的激光位移传感器测量静电枪与测试平面的距离值，根据距离值分布计算静电枪与测试平面之间的角度，计算速度快，计算准确，不影响正常的静电放电测试，保证了每次测试角度的一致性，提高了测量的准确性；

2、能够通过图像采集模块采集芯片丝印数据识别芯片的类型和芯片管脚的参数，便于按照芯片的相关参数需求进行针对性的静电放电测试；

3、图像采集模块能够采集激光位移传感器的光斑形貌，检测哪些光斑为照射在测试平面上，而是照射在待测芯片上，并把这些光斑对应的距离值剔除，提高了角度测量的准确性；

4、当仅有一个光斑照射在测试平面上时，通过光斑的椭圆尺寸测量角度值作为静电枪与测试平面之间的角度；当仅有两个光斑照射在测试平面上时，通过两个光斑的椭圆尺寸测量角度值的平均值作为作为静电枪与测试平面之间的角度；

5、无完整的光斑图像时，对部分完整的可修复椭圆进行修复，得到完整的椭圆，并根据所述完整的椭圆的长轴和短轴的方向和长度，结合所述图像采集模块的旋转刻度值，计算所述静电枪与所述测试平面之间的角度；还对修复得到的完整的椭圆进行检测，以确实该椭圆是否完整，若不完整则进行像素级调整，重新进行镜像；

6、图像采集模块同时具备三重作用和功能，分别为识别芯片参数、剔除误差数据、根据椭圆尺寸计算角度，简化静电枪结构的同时提高角度测量的准确性和全面性；

7、可以采用激光位移传感器的方式测量静电枪与所述测试平面之间的角度，又可以通过光斑椭圆长轴和短轴的方向和长度的方式测量，并且能够实现二者的互相补充。

附图说明

图1表示本发明静电枪的结构示意图；

图2表示本发明静电放电测试方法的流程图；

说明书附图1中，1、激光位移传感器；2、静电枪本体；3、枪尖；4、光斑；5、图像采集模块；6、测试平面。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

在现有的半导体芯片制造技术中，芯片的生产环节主要包括6个阶段：芯片生产、芯片测试、芯片封装、芯片封装后测试、数据预装和产品包装。

由于芯片对于静电的敏感，芯片生产环境和芯片测试环境的静电防护是最严苛的，防护措施也最全，芯片生产环境和芯片测试环境集聚的静电电荷比较少，静电释放时静电电压非常低，产生的静电感应对芯片的影响微乎其微。

而在再芯片的具体应用中，当静电快速释放到芯片管脚上，会直接破坏芯片。静电释放时，还会因静电感应引起的快速静电场变化，同样对芯片内部电路产生破坏，因此在芯片的具体应用前，都需要对芯片各管脚进行抗静电能力的静电放电测试。

目前在小批量静电放电测试时，或在实验室进行静电放电测试时，一般使用静电枪进行静电放电测试，将静电枪的枪头对准待检测样品上的测试点，使静电枪对该测试点释放静电。在具体使用静电枪进行静电放电测试时，将静电放电枪插入静电检测仪的“输出(OutPut)”插口，再选择静电检测仪的放电模式，如果选择接触放电试验，就选择尖锥形的放电电极，并在仪器面板“静电/放电试验方式选择开关”上拨动开关为CONTACT位置，要使静电放电枪确实与被测芯片的管脚接触，并保持放电姿势不动；如果选择空气放电试验则选用球形的放电电极，并在仪器面板“静电/放电试验方式选择开关”上拨动开关为AIR位置，用手扣住静电放电枪机，将静电放电枪慢慢接近要测试的被测芯片，直到放电发生为止，然后移开静电放电枪，松开枪机，根据测试要求的时间间隔，再重新扣住静电放电枪机，将放电枪向测试手机靠近被测芯片，进行放电。

接触放电是优先选择的试验方法，因为可以避免由于静电放电枪接近被测芯片的方式不同而导致试验结果上的差异，空气放电则用作不能使用接触放电的场合。

在小批量测试或在实验室对芯片进行静电放电测试，常采用人工操控静电枪对芯片的管脚进行接触放电测试。

为了保证测量的准确性和可靠性，在进行静电放电测试时需要保证静电枪与待测管脚的接触角度保持恒定。这就需要在测量时对静电枪的接触角度进行实时测量和调整。因此，本实施例为了解决现有技术中存在相关问题，提出了一种能够在测量时对静电枪的接触角度进行实时测量和调整的静电枪。

为了实时测量静电枪与待测芯片管脚接触时静电枪与测试平面6之间的角度，具体如图1所示，提供一致静电枪，静电枪包括静电枪本体2，所述静电枪本体2底部设置有枪尖3，所述静电枪本体2周向圆周方向均匀设置多个激光位移传感器1，并且这些激光位移传感器1的发光方向与静电枪的枪尖3的轴向同向，同时所述静电枪本体2上还设置有图像采集模块5和数据处理模块，所述图像采集模块5中具体设置有滑环，使所述图像采集模块5可以绕静电枪本体2旋转，并且在所述图像采集模块的旋转方向还设置有旋转角度刻度值，在改变所述图像采集模块周向位置的时候，能够读取所述图像采集模块在所述静电枪本体2上旋转的具体位置。

具体的，在静电放电测试之前，进行静电枪与待测管脚的角度测量，在本实施例中，通过测量静电枪与所述测试平面6之间角度来反映静电枪与待测管脚的角度。具体测量时，在所述静电枪本体2圆周方向均匀设置的多个激光位移传感器1同时发出对应的多个激光束，这些激光束照射到所述测试平面6上，得到多个相对应的距离量，数据处理模块根据得到的多个位移量和具体的所述激光位移传感器1在静电枪周向的具体位置，计算得到静电枪与所述测试平面6之间的角度值。

具体计算时，根据多个所述距离值拟合测试平面的平面方程，并据此得到所述静电枪与测试平面6之间的角度值。当这些距离值无法拟合得到平面时，说明部分距离值的测距结果不准确，例如，部分激光束并未照射在测试平面上，而是照射在了待测芯片上等其他位置，此时，需要排除这些点对角度测量的影响。具体的，需要测试人员转动图像采集模块5，使其采集上述的多个激光位移传感器1的光斑4的图像，在检测到未照射到测试平面的光斑4时，把其对应的距离值剔除，然后再对剩余的点进行平面计算，进而计算静电枪与测试平面6之间的角度值。

但是存在一种特殊情况，当多个激光位移传感器1发出的多个激光束中仅有一个或两个未照射在待测芯片上，其他都照射在芯片本体或管脚时，这些照射在芯片本体或管脚的光束测得的与测试平台的距离是不准确的，得到的并不是距离测量平面的真实距离，而是距离芯片或管脚的距离，此时测量得到的角度值是不准确的，无法反映静电枪与待测管脚的接触角度的真实值。

具体的原因是，当仅有一个或两个激光位移传感器1未照射在待测芯片上时候，也就是说仅有一个或两个激光位移传感器1照射在测试平面6上的时候，其他照射在待测芯片上的激光位移传感器1测得的距离值不准确，需要进行剔除，仅一个或两个未照射在待测芯片的激光位移传感器1测得的距离值是准确的，由于三点才能确定一个平面，因此仅一个或两个准确的距离值无法计算静电枪与待测芯片接触时静电枪与测试平面6之间的角度。

为了解决该技术问题，在测量角度时，需要测试人员转动图像采集模块5，使其采集上述的一个或两个未照射在待测芯片的激光位移传感器1的光斑4的图像，根据光斑4的椭圆的长轴和短轴的方向结合图像采集模块的旋转刻度值，计算静电枪与测试平面6之间的角度。

具体的，当仅有一个激光位移传感器1照射在测试平台的所述测试平面6上的时候，采集该光斑4的图像，根据光斑4的椭圆的长轴和短轴的方向结合图像采集模块的旋转刻度值，计算静电枪与测试平台的所述测试平面6之间的角度。

当仅有两个激光位移传感器1照射在测试平台的测试平面6上的时候，采集这两个光斑4的图像，根据两个光斑4的椭圆的长轴和短轴的方向结合图像采集模块5的旋转刻度值，计算这两个光斑4各自的长轴和短轴，结合这两个光斑4位置的旋转刻度值，计算得到静电枪与待测管脚角度值的两个角度值，并将两个角度值的平均值作为静电枪与测试平台的测试平面6之间的角度。

若无所述激光位移传感器1的所述光斑照射在所述测试平面6上时，对所有的所述光斑4的图像进行遍历，查找是否存在某个所述光斑4图像包含部分完整的可修复椭圆，所述部分完整的可修复椭圆是指该椭圆轮廓包括部分连续无突变的弧段，并且该弧段包括至少两个相邻的椭圆顶点，则对两个相邻顶点之间的弧段在X轴和Y轴两个方向进行镜像，得到完整的椭圆，并根据所述完整的椭圆的长轴和短轴的方向和长度，结合所述图像采集模块5的旋转刻度值，计算所述静电枪与所述测试平面6之间的角度。

更为具体的，在对两个相邻顶点之间的弧段在X轴和Y轴两个方向进行镜像，得到完整的椭圆之后，如果所述的顶点选取存在偏差，则镜像后得到的所述完整的椭圆的外形并不是完整的真实的椭圆，特别是两个所述的顶点处并非连续的弧形，而是会存在突变，因此在镜像后得到的所述完整的椭圆之后通过观察顶点处是否存在突变来检测镜像得到完整的椭圆是否合格，若不合格则进行像素级调整，重新进行镜像。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上进行进一步改进，技术方案共同的部分在此不再赘述。

由于芯片不同类型的芯片的管脚设置不同，即使同类型的芯片，不同的型号或者不同厂家的产品的管脚设置也不尽相同，而不同类型的管脚对静电测试的参数指标要求不同，因此在测量前需要事先对芯片的型号等信息进行识别。

为了在测试前事先对芯片的信息进行识别，所述图像采集模块5采集待测试芯片的图像，数据处理模块根据图像，识别芯片上的丝印数据，并根据丝印数据在数据库中查询该芯片相应的数据。

并在具体的管脚测试时候，在静电枪的显示屏中显示被测试芯片的具体参数等数据，并根据相关数据进行测试和评判。

实施例3

本实施例是在实施例1或2的基础上进行进一步改进，技术方案共同的部分在此不再赘述。

静电枪设置有图像采集模块5的自动旋转模式，在该模式下，图像采集模块能够自动旋转，测量各激光位移传感器1的光斑4，并根据光斑4形状识别出哪些光斑照射在芯片上，哪些照射在测试平面6上。若光斑4形状为近似椭圆或圆形，则判断该激光位移传感器照射在测量平台上，否则判定该位移传感器照射在待测芯片上，则舍弃该测距数据。在完成整个圆周的扫描之后，舍弃照射在待测芯片上的测距数据，并根据舍弃照射在待测芯片上的测距数据后剩余的数据，计算静电枪与待测芯片接触时静电枪与测试平台的测试平面6之间的角度。

实施例4

本实施例是在实施例1或2或3的基础上进行进一步改进，技术方案共同的部分在此不再赘述。

本实施例剔除了一种采用实施例1或2或3的静电枪进行静电放电测试的方法，测试流程具体如图2所示，该测试方法包括如下步骤：

对静电枪进行上电自检；

所述图像采集模块5采集待测试芯片的图像，识别所述芯片上的丝印数据，并根据丝印数据在数据库中查询所述芯片相应的参数，识别所述芯片的管脚；

静电枪上的所述激光位移传感器1测量静电枪与测试平台的所述测试平面6之间的角度值，根据测试要求的角度值调整静电枪与测试平台的测试平面6之间的角度值；

对该管脚进行静电放电测试；

后续在对单个管脚进行重复测试或对不同的管脚进行测试时，重复进行调整静电枪与测试平台的所述测试平面6之间的角度值，并对角度值进行调整，使其与之前的角度保持一致；

将静电放电测试结果进行查看，以确定该芯片的静电防护是否合格。

具体的，静电枪与测试平台的测试平面6之间的角度值测量方法参见实施例1。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。