ESD防护用压敏电阻器

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1、中国电子学会敏感技术分会电压敏第十一届学术年会暨海峡两岸首届技术研讨会专刊ESD防护用压敏电阻器陈佑学，张俊峰，夏波，石微静(陕西华星压敏电阻器厂712099)1垦言1寸口静电问题存在于航空、航天、电子、能源特别是在军工、火工生产中，石油、煤气工业的生产灌装、储运过程中，化工、胶片、橡胶作业的生产和电子产品(如计算机、cMOS器件等)生产中引起的安全问题和质量问题，更为人们所关注。氧化锌压敏电阻器作为ESD保护的措施，它在静电防护中的应用呈现出很大的优越性，有着很好的市场前景。2静电及危害静电起因主要是接触起电和感应起电，通常所说的摩擦起电就是典型的接触起电。人体静电是工

2、业中存在的主要静电，据有关测定，如果人对地面电容为200斗F，人体带电压为200v，则人体带电能量为o．4IIlJ。这比汽油和空气混合物的发火极限(o．2IIlJ)要高出l倍。如表一示，静电电压通常可达到数万伏以上，静电泄放电流可达数十至数百安培，静电放电产生的电磁场强度很强(近场峰值电场可达几百伏／m到几千伏／m)且频率非常宽，几十兆至几千兆以上。按照IEc6100—4—2标准，静电泄放的电流波形如图一，静电泄放的电流上升速度很快，电流波上升时间为O．7～1．0ns。＼IJ，-、乙／‘＼．‘＼＼．L41：：!堕一∞佛一肺哺．表1人体静电电位示例静电电位(KV)人体活动R

3、H(10一20)％(65—90)％人在地毯上走动3515人在乙烯树脂地板上行走312O．25人在工作台上操作6O包工作说明书的乙烯树脂封皮70．6从工作台上拿起普通聚乙烯袋201．2从热有聚氨基甲酸泡沫的工作椅上站起181．5图lIEc一6100一4—2中静电泄放电流波形：基于这些特点，静电在泄放时会发生火花、能量注入、电磁感应和电磁辐射，对泄放路径和周围环境造成很大影响，产生的危害有：①引起火灾、爆炸；②电击降低工作效率，并发生二次事故或灾害；一49—中国电子学会敏感技术分会电压敏第十一届学术年会置海峡两岸首届技术研讨会专刊③电子元件的静电击穿，降低功能，可靠性差；④放

4、电噪音，引起控制设备及计算误动作；⑤胶片感光X。在电子工业中，二十世纪40一50年代很少有静电问题，因为那时是晶体三极管和二极管，而所产生静电也不如现在普遍存在。在60年代，随着对静电非常敏感的MOS器件的出现，静电问题也出现了，到70年代静电问题越来越来严重。80—90年代，随着集成电路的密度越来越大，一方面其二氧化硅膜的厚度越来越薄(微米一纳米)，其承受的静电电压越来越低，从表二可见大部分器件的静电破坏电压都在几百至几千伏，而在干燥的环境中人体活动所产生的静电可达几千伏到几万伏。另一方面，产生和积累静电的材料如塑料，橡胶等大量使用，使得静电越来越普遍存在，全球电子工业

5、每年因静电造成的损失达数千亿美圆，静电已成为电子工业普遍存在的隐形杀手。在内外因条件具备时就要发作。表二电子器件所能承受静电破坏的静电电压器件类型静电破坏电压(v)器件类型静电破坏电压(v)VMoS30～1800OP—AMP190～2500MOSFET．100～200JEFI’140～lOOOG8A8FET100^-300SCL680～1000PROM100S1YrL300～2500CMoS250～2000DTL380～7000HMOS50～500肖特基二极管300～3000E／DMOS200～lOOO双极型晶体管380～7000ECL300～2500石英压电晶体<100

6、00静电给人类造成的危害随着工业化的日益发展而触目惊心，从煤矿瓦斯爆炸到固体、液体、气体以及人体火灾事故，乃至卫星、宇宙飞船等发射失败，究其原因，多是静电在其中捣乱作崇的结果。静电使人类每年蒙受数亿元的巨额经济损失，逼迫全球诸国政府每年不得不组织大量的人力和物力来认真研究和对付。3ESD保护。静电泄放主要的保护方式有两种。①静电屏蔽，给受静电侵害的设施用金属外壳进行屏蔽，使易受静电影响的设施处于等电位状态，从而免受静电危害。②以浪涌保护方式保护EsD，提供EsD能量泄放通道，让静电在安全的水平泄放或以安全的方式泄放，消除火花、抑制不安全静电泄放入侵。静电屏蔽方式有效可靠，

7、但实施起来难度大，复杂，成本高，不利于小形化很难作到根除；把EsD作为电涌来保护，易于实现，简单，成本低，利于小形化。广泛用于电涌防护的压敏电阻器应用于ESD防护，因为其非线性特性、和耐浪涌能力、以及快速响应能力、固有电容量，(1)使静电在安全的水平泄放(提供安全电压限时的导通)，(2)在静电泄放时提供泄放通道，入侵敏感设施的一50一中国电子学会敏感技术分会电压敏第十一届学术年会暨海峡两岸首届技术研讨会专刊静电泄放电压和电流维持在安全的水平；(3)对数频谱几十兆到几千兆的百伏每米ESD感应电势干扰起到抑制作用4静电泄放(ESD