电子产品静电放电的危害、测试及其对策.doc

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1、电子产品静电放电的危害、测试及其对策摘要: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

2、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。关键词:电子产品;静电放电;测试;设计一、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。摩擦起电是一个机械过程，依靠相对表面移动传送电量。传送的电量取决于接触的次数、表面粗糙度、湿度、接触压力、摩擦物质的摩擦特性以及相对运动速度。两个带上电荷的物体也就成了静电源。就人体而言，衣服与皮肤之间的磨擦发生的静电是人体

3、带电的主要原因之一。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

4、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、装置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10－7～10－6A，总的充电电荷约（0.1～5）X10－6库仑，人体对地的电容约150～250pF，若以电荷3X10－6库仑计，则充电电压可达5～25kV。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R=500Ω，人体电容C=300pF，人体带静电电压U=10kV，则静电所含能量为：W=1/2（CU2）＝15（mJ）尽管静电电压高达10kV，能量仅15mJ，对人

5、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≈U／R=20（A）；放电时间很短，可近似为：Td≈RC＝150（ns），这对于MOS电路来说，则将受到致命打击。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。3二、电子产品的静电放电测试及相关要求随着电子产品的复杂程度和自动化程度越来越高，电子产品的ESD敏感度

6、也越高，电子产品抵御ESD干扰的能力已经成为电子产品质量好坏的一个重要因素。那么如何来衡量电子产品抗ESD干扰的能力？通过ESD抗扰度试验可以检测这种能力。为此越来越多的产品标准将ESD抗扰度试验作为推荐或强制性内容纳入其中。电子设备的ESD抗扰度试验也作为电子设备电磁兼容性测试一项重要内容列入国家标准和国际标准。对不同使用环境、不同用途、不同ESD敏感度的电子产品标准对ESD抗扰度试验的要求是不同的，但这些标准关于ESD抗扰度试验大多都直接或间接引用GB/T17626.2-1998（idtIEC61000-4-2:1995）：《电磁兼容试验

7、和测量技术静电放电抗扰度试验》这一国家电磁兼容基础标准，并按其中的试验方法进行试验。三、常用的瞬态抑制保护电路有以下几种箝位二极管保护电路：使用2只二极管的目的是为了同时抑制正、负极性的瞬态电压。瞬态电压被箝位在V++VPN~V--VPN范围内，串联电阻担负功率耗散的作用。利用现有电源的电压范围作为瞬态电压的抑制范围，二极管的正向导通电流和串联电阻的阻值决定了该电路的保护能力。本电路具有极好的保护效果，同时其代价低廉，适合成本控制比较严、静电放电强度和频率不十分严重的场合。压敏电阻保护电路：压敏电阻的阻值随两端电压变化而呈非线性变化。当施加在

8、其两端的电压小于阀值电压时，器件呈现无穷大的电阻；当施加在其两端的电压大于阀值电压时，器件呈现很小电阻值。此物理现象类似稳压管的齐纳击穿现象，不同的是压敏电阻无电压