電子產(chǎn)品的靜電放電測試及其對策-展示頁
2025-04-04 02:53本頁面
【正文】 靜電放電測試及相關(guān)要求從第一節(jié)的敘述中我們了解ESD對電子產(chǎn)品的危害，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(gè)重要因素。這就是說，造成損壞，ESD電火花必須直接觸電路線，而輻射耦合通常只導(dǎo)致失常。因而，對于典型的模擬或數(shù)字電子設(shè)備，ESD會感應(yīng)出高電平的噪聲。與ESD相關(guān)的電磁干擾（EMI）能量上限頻率可以超過1GHz，取決于電平、相對濕度、靠近速度和放電物體的形狀。在低阻電路中，信號主要電流形式，因而電感耦合占主導(dǎo)地位，ESD感應(yīng)電流將導(dǎo)致大多數(shù)電路出現(xiàn)的問題。ESD在近場，輻射耦合的基本方式可以是電容或電感方式，取決于ESD源和接受器的阻抗。當(dāng)距離較近時(shí)，無論是電場還是磁場都是很強(qiáng)的。靜電放電產(chǎn)生的電場可以被印制板上的軌線，設(shè)備的I/O線接收，從而產(chǎn)生干擾。輻射干擾的大小還取決于電路與靜電放電點(diǎn)的距離。從而將輻射磁場和電場，磁場能夠在附近電路的各個(gè)信號環(huán)路中感應(yīng)出干擾電動勢。ESD干擾的另一種方式是輻射干擾。一種是傳導(dǎo)方式，若電路的某個(gè)部分構(gòu)成了放電路徑，即靜電放電電流直接侵入設(shè)備內(nèi)的電路，例如人手去觸摸印制板上的軌線、管腳、設(shè)備的I/O接口端子、同軸插座的芯線等等。除容易造成電路損害外，靜電放電也極易對電子電路造成干擾。表1：常見半導(dǎo)體器件的ESD易損值器件類型對ESD的易損值（V）肖特基二極管肖特基TTL雙極晶體管ECL可控硅JFETCMOSFETCMOSGaAsFETEPROM300～25001000～2500380～7000500～1500680～1000140～7000100～200250～3000100～300100ESD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。靜電對器件造成的損壞有顯性的和隱性的兩種。常見的半導(dǎo)體器件對靜電放電的易損值為100~3000V。大多數(shù)半導(dǎo)體器件都很容易受靜電放電而損壞，特別是大規(guī)模集成電路器件更為脆弱。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(shí)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?，F(xiàn)以人體為例，計(jì)算人體的帶電情況。半導(dǎo)體專家以及設(shè)備的用戶都在想辦法抑制ESD。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/T43651995）”，一般用ESD表示。這個(gè)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(shí)將其中物體擊毀。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。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(yùn)動速度。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(gè)物體上而形成：當(dāng)兩個(gè)物體接觸時(shí)，其中一個(gè)趨于從另一個(gè)吸引電子，因而二者會形成不同的充電電位。電子設(shè)備的ESD也開始作為電磁兼容性測試的一項(xiàng)重要內(nèi)容寫入國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)?，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。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。電子產(chǎn)品靜電放電的危害、測試及其對策中國賽寶總部實(shí)驗(yàn)室電磁兼容研究與測試中心：朱文立摘要：隨著電子產(chǎn)品自動化、智能化程度越來越高，靜電放電對其危害也越來越嚴(yán)重，本文根據(jù)筆者實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)資料就靜電放電形成機(jī)理、對電子產(chǎn)品的危害及靜電放電敏感度測試、電路設(shè)計(jì)對策等提出一些觀點(diǎn)和看法，供大家在實(shí)際使用中參考。關(guān)鍵詞：電子產(chǎn)品 靜電放電 測試 設(shè)計(jì)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。一個(gè)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(yùn)行紊亂，甚至損壞硬件設(shè)備。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。本文就ESD的形成機(jī)理、對電子產(chǎn)品的危害及ESD敏感度測試、電路設(shè)計(jì)對策等問題與大家共同探討。摩擦起電是一個(gè)機(jī)械過程，依靠相對表面移動傳送電量。兩個(gè)帶上電荷的物體也就成了靜電源。靜電源跟其它物體接觸時(shí)，依據(jù)電荷中和的原則，存在著電荷流動，傳送足夠的電量以抵消電壓。這就是靜電放電。ESD會導(dǎo)致電子設(shè)備嚴(yán)重地?fù)p壞或操作失常。在電子產(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(shí)候，人在地面上運(yùn)動時(shí)，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(shí)候就會產(chǎn)生靜電放電。當(dāng)人們穿著化纖織物時(shí)，人體運(yùn)動的充電電流約 10－7～10－6A，總的充電電荷約（～5）X10－6庫侖，人體對地的電容約150～250pF，若以電荷3X10－6庫侖計(jì)，則充電電壓可達(dá)5～25kV。本例中放電電流的峰值為：IP≈U／R=20（A）；放電時(shí)間很短，可近似為：Td≈RC＝150（ns），這對于MOS電路來說，則將受到致命打擊。通常以半導(dǎo)體器件中管結(jié)與絕緣層被靜電放電擊穿的靜電電壓值來表示半導(dǎo)體器件的易損性。表1列出了常見器件的易損參考值。隱性損壞在當(dāng)時(shí)看不出來，但器件變得更脆弱，在過壓、高溫等條件下極易損壞。兩種破壞可能在一個(gè)設(shè)備中同時(shí)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。靜電放電對電子電路的干擾有二種方式。靜電放電電流流過集成片的輸入端，造成干擾。即靜電
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