电子产品的静电放测试及其对策.doc

107649379.doc 第 1 页 共 9 页 电子产品静电放电的危害、测试及其对策 中国赛宝总部实验室电磁兼容研究与测试中心朱文立 摘要随着电子产品自动化、智能化程度越来越高静电放电对其危害也越来越严重本文根据笔者实际工作经验及相关资料就静电放电形成机理、对电子产品的危害及静电放电敏感度测试、电路设计对策等提出一些观点和看法供大家在实际使用中参考。 关键词电子产品 静电放电 测试 设计 静电是人们日常生活中一种司空见惯的现象静电的许多功能已经应用到军工或民用产品中如静电除尘、静电喷涂、静电分离、静电复印等。然而静电放电ESD却又成为电子产品和设备的一种危害造成电子产品和设备的功能紊乱甚至部件损坏。一个操作员在正常的设备操作中也可能因衣服或皮肤带有危害的电荷而使机器运行紊乱甚至损坏硬件设备。现代半导体器件的规模越来越大工作电压越来越低导致了半导体器件对外界电磁骚扰敏感程度也大大提高。ESD对于电路引起的干扰、对元器件、CMOS电路及接口电路造成的破坏等问题越来越引起人们的重视。电子设备的ESD也开始作为电磁兼容性测试的一项重要内容写入国家标准和国际标准。本文就ESD的形成机理、对电子产品的危害及ESD敏感度测试、电路设计对策等问题与大家共同探讨。 一、 静电放电形成的机理及其对电子产品的危害 静电是两种介电系数不同的物质磨擦时正负极性的电荷分别积累在两个物体上而形成当两个物体接触时其中一个趋于从另一个吸引电子因而二者会形成不同的充电电位。摩擦起?缡且桓龌倒桃揽肯喽员砻嬉贫偷缌俊４偷牡缌咳【鲇诮哟サ拇问⒈砻娲植诙取⑹取⒔哟パ沽Α⒛Σ廖镏实哪Σ撂匦砸约跋喽栽硕俣取Ａ礁龃系绾傻奈锾逡簿统闪司驳缭础＞腿颂宥砸路肫し糁涞哪ゲ练⑸木驳缡侨颂宕绲闹饕蛑弧?静电源跟其它物体接触时依据电荷中和的原则存在着电荷流动传送足够的电量以抵消电压。这个高速电量的传送过程中将产生潜在的破坏电压、电流以及电磁场严重时将其中物体击毁。这就是静电放电。国家标准是这样定义的“静电放电具有不同静电电位的物体互相靠近或直接接触引起的电荷转移GB/T4365-1995”一般用ESD表示。ESD会导致电子设备严重地损坏或操作失常。半导体专家以及设备的用户都在想办法抑制ESD。 在电子产品的生产和使用过程中操作者是最活跃的静电源当人体穿着绝缘材料的织物并且其鞋也是对地绝缘的时候人在地面上运动时就可能积累一定数量的电荷当人体接触与地相连的元件、装臵的时候就会产生静电放电。现以人体为例计算人体的带电情况。 当人们穿着化纤织物时人体运动的充电电流约 107106A总的充电电荷约0.15X106库仑人体对地的电容约150250pF若以电荷3X106库仑计则充电电压可达525kV。 人体的静电放电模型可用电阻和电容的串联来模拟设人体电阻R500Ω人体电容C300pF人体带静电电压U10kV则静电所含能量为W1/2CU215mJ 尽管静电电压高达10kV能量仅15mJ对人体没伤害但当人手去触摸设备的金属部分时会产生火花放电瞬间的脉冲峰值很高很可能对电子电路产生干扰或破坏。本例中放电电流的峰值为IP≈UR20A放电时间很短可近似为Td≈RC150ns这对于MOS电路来说则将受到致命打击。 大多数半导体器件都很容易受静电放电而损坏特别是大规模集成电路器件更为脆弱。通常以半导体器件中管结与绝缘层被静电放电击穿的静电电压值来表示半导体器件的易损性。常见的半导体器件对静电放电的易损值为1003000V。表1列出了常见器件的易损参考值。 静电对器件造成的损坏有显性的和隐性的两种。隐性损坏在当时看不出来但器件变得更脆弱在过压、高温等条件下极易损坏。 107649379.doc 第 2 页 共 9 页 ESD两种主要的破坏机制是由于ESD电流产生热量导致设备的热失效由于ESD感应出高的电压导致绝缘击穿。两种破坏可能在一个设备中同时发生例如绝缘击穿可能激发大的电流这又进一步导致热失效。 除容易造成电路损害外静电放电也极易对电子电路造成干扰。静电放电对电子电路的干扰有二种方式。 一种是传导方式若电路的某个部分构成了放电路径即静电放电电流直接侵入设备内的电路例如人手去触摸印制板上的轨线、管脚、设备的I/O接口端子、同轴插座的芯线等等。静电放电电流流过集成片的输入端造成干扰。 ESD干扰的另一种方式是辐射干扰。即静电放电时伴随火花产生了尖峰电流这种电流中包含有丰富的高频成分。从而将辐射磁场和电场磁场能够在附近电路的各个信号环路中感应出干扰电动势。由于在很短时间内发生较大的电流变化上例中150ns内电流变化20A所以在信号环路中产生的干扰电动势很可能超过逻辑电路的阀值电平引起误触发。辐射干扰的大小还取决于电路与静电放电点的距离。静电放电产生的磁场随距离的平方衰减。静电放电产