靜電放電的危害

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1、電子產(chǎn)品靜電放電的危害、測試及其對策摘要:靜電是人們?nèi)粘Ｉ钪幸环N司空見慣的現(xiàn)象，靜電的許多功能已經(jīng)應(yīng)用到軍工或民用產(chǎn)品中，如靜電除塵、靜電噴涂、靜電分離、靜電復(fù)印等。然而，靜電放電（ESD）卻又成為電子產(chǎn)品和設(shè)備的一種危害，造成電子產(chǎn)品和設(shè)備的功能紊亂甚至部件損壞。一個操作員在正常的設(shè)備操作中也可能因衣服或皮膚帶有危害的電荷而使機(jī)器運行紊亂，甚至損壞硬件設(shè)備?，F(xiàn)代半導(dǎo)體器件的規(guī)模越來越大，工作電壓越來越低，導(dǎo)致了半導(dǎo)體器件對外界電磁騷擾敏感程度也大大提高。ESD對于電路引起的干擾、對元器件、CMOS電路及接口電路造成的破壞等問題越來越引起人們的重視。電子設(shè)備的ESD也開始作為電磁兼容性測

2、試的一項重要內(nèi)容寫入國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)鍵詞:電子產(chǎn)品;靜電放電;測試;設(shè)計　　一、靜電放電形成的機(jī)理及其對電子產(chǎn)品的危害　　靜電是兩種介電系數(shù)不同的物質(zhì)磨擦?xí)r，正負(fù)極性的電荷分別積累在兩個物體上而形成：當(dāng)兩個物體接觸時，其中一個趨于從另一個吸引電子，因而二者會形成不同的充電電位。摩擦起電是一個機(jī)械過程，依靠相對表面移動傳送電量。傳送的電量取決于接觸的次數(shù)、表面粗糙度、濕度、接觸壓力、摩擦物質(zhì)的摩擦特性以及相對運動速度。兩個帶上電荷的物體也就成了靜電源。就人體而言，衣服與皮膚之間的磨擦發(fā)生的靜電是人體帶電的主要原因之一。　　靜電源跟其它物體接觸時，依據(jù)電荷中和的原則，存在著電荷流動，傳送

3、足夠的電量以抵消電壓。這個高速電量的傳送過程中，將產(chǎn)生潛在的破壞電壓、電流以及電磁場，嚴(yán)重時將其中物體擊毀。這就是靜電放電。國家標(biāo)準(zhǔn)是這樣定義的：“靜電放電：具有不同靜電電位的物體互相靠近或直接接觸引起的電荷轉(zhuǎn)移（GB/T4365-1995）”，一般用ESD表示。ESD會導(dǎo)致電子設(shè)備嚴(yán)重地?fù)p壞或操作失常。半導(dǎo)體專家以及設(shè)備的用戶都在想辦法抑制ESD?！　≡陔娮赢a(chǎn)品的生產(chǎn)和使用過程中，操作者是最活躍的靜電源，當(dāng)人體穿著絕緣材料的織物，并且其鞋也是對地絕緣的時候，人在地面上運動時，就可能積累一定數(shù)量的電荷，當(dāng)人體接觸與地相連的元件、裝置的時候就會產(chǎn)生靜電放電。現(xiàn)以人體為例，計算人體的帶電情況。

4、當(dāng)人們穿著化纖織物時，人體運動的充電電流約10－7～10－6A，總的充電電荷約（0.1～5）X10－6庫侖，人體對地的電容約150～250pF，若以電荷3X10－6庫侖計，則充電電壓可達(dá)5～25kV。人體的靜電放電模型可用電阻和電容的串聯(lián)來模擬，設(shè)人體電阻R=500Ω，人體電容C=300pF，人體帶靜電電壓U=10kV，則靜電所含能量為：W=1/2（CU2）＝15（mJ）盡管靜電電壓高達(dá)10kV，能量僅15mJ，對人體沒傷害，但當(dāng)人手去觸摸設(shè)備的金屬部分時會產(chǎn)生火花放電，瞬間的脈沖峰值很高，很可能對電子電路產(chǎn)生干擾或破壞。本例中放電電流的峰值為：IP≈U／R=20（A）；放電時間很短，可近

5、似為：Td≈RC＝150（ns），這對于MOS電路來說，則將受到致命打擊。ESD兩種主要的破壞機(jī)制是：由于ESD電流產(chǎn)生熱量導(dǎo)致設(shè)備的熱失效；由于ESD感應(yīng)出高的電壓導(dǎo)致絕緣擊穿。兩種破壞可能在一個設(shè)備中同時發(fā)生，例如，絕緣擊穿可能激發(fā)大的電流，這又進(jìn)一步導(dǎo)致熱失效?！　　　《?、電子產(chǎn)品的靜電放電測試及相關(guān)要求　　隨著電子產(chǎn)品的復(fù)雜程度和自動化程度越來越高，電子產(chǎn)品的ESD敏感度也越高，電子產(chǎn)品抵御ESD干擾的能力已經(jīng)成為電子產(chǎn)品質(zhì)量好壞的一個重要因素。那么如何來衡量電子產(chǎn)品抗ESD干擾的能力？通過ESD抗擾度試驗可以檢測這種能力。為此越來越多的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)將ESD抗擾度試驗作為推薦或強(qiáng)制性內(nèi)

6、容納入其中。電子設(shè)備的ESD抗擾度試驗也作為電子設(shè)備電磁兼容性測試一項重要內(nèi)容列入國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)。　　對不同使用環(huán)境、不同用途、不同ESD敏感度的電子產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對ESD抗擾度試驗的要求是不同的，但這些標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于ESD抗擾度試驗大多都直接或間接引用GB/T17626.2-1998（idtIEC61000-4-2:1995）：《電磁兼容試驗和測量技術(shù)靜電放電抗擾度試驗》這一國家電磁兼容基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，并按其中的試驗方法進(jìn)行試驗。三、常用的瞬態(tài)抑制保護(hù)電路有以下幾種　　箝位二極管保護(hù)電路：使用2只二極管的目的是為了同時抑制正、負(fù)極性的瞬態(tài)電壓。瞬態(tài)電壓被箝位在V++VPN~V--VPN范圍內(nèi)，串聯(lián)電阻

7、擔(dān)負(fù)功率耗散的作用。利用現(xiàn)有電源的電壓范圍作為瞬態(tài)電壓的抑制范圍，二極管的正向?qū)娏骱痛?lián)電阻的阻值決定了該電路的保護(hù)能力。本電路具有極好的保護(hù)效果，同時其代價低廉，適合成本控制比較嚴(yán)、靜電放電強(qiáng)度和頻率不十分嚴(yán)重的場合。　　壓敏電阻保護(hù)電路：壓敏電阻的阻值隨兩端電壓變化而呈非線性變化。當(dāng)施加在其兩端的電壓小于閥值電壓時，器件呈現(xiàn)無窮大的電阻；當(dāng)施加在其兩端的電壓大于閥值電壓時，器件呈現(xiàn)很小電阻值。此物理現(xiàn)象類似穩(wěn)壓管