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)筆者實際工作經(jīng)驗及相關(guān)資料就靜電放電形成機理、對電子產(chǎn)品的危害及靜電放電敏感度測試、電路設(shè)計對策等提出一些觀點和看法，供大家在實際使用中參考。
關(guān)鍵詞：電子產(chǎn)品?? 靜電放電?? 測試? 設(shè)計

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器運行紊亂，甚至損壞硬件設(shè)備。現(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試的一項重要內(nèi)容寫入國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)。本文就ESD的形成機理、對電子產(chǎn)品的危害及ESD敏感度測試、電路設(shè)計對策等問題與大家共同探討。
一、?靜電放電形成的機理及其對電子產(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。
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。
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，可近似為：Td≈RC＝150（ns），這對于MOS電路來說，則將受到致命打擊。
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。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。常見的半導(dǎo)體器件對靜電放電的易損值為100~3000V。表1列出了常見器件的易損參考值。
靜電對器件造成的損壞有顯性的和隱性的兩種。隱性損壞在當(dāng)時看不出來，但器件變得更脆弱，在過壓、高溫等條件下極易損壞。