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静电放电的三种模式

更新时间:2023-06-01      点击次数:1322

静电放电的三种模式:

静电对电子产品的损害有多种形式,其中最常见、危害最大的是静电放电(ESD)。带静电的物体与元器件有电接触时,静电会转移到元器件上或通过元器件放电;或者元器件本身带电,通过其它物体放电。这两种过程都可能损伤元器件,损伤的程度与静电放电的有关。实际过程中静电的来源有很多,放电的形式也有多种。但通过对静电的主要来源以及实际发生的静电放电过程的研究认为,对元器件造成损伤的主要是三种模式,即带点人体的静电放电模式、带电机器的放电模式和充电器件的放电模式。 

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1.带电的人体的放电模式(HBM)

由于人体会与各种物体间发生接触和磨擦,又与元器件接触,所以人体易带静电,也容易对元器件造成静电损伤。普遍认为大部分元器件静电损伤是由人体静电造成的。带静电的人体可以等效为等效电路,这个等效电路又称人体静电放电模型(Human Body Model)。其中,Vp带静电的人体与地的电位差,Cp带静电的人体与地之间的电容量,一般为50-250pF;Rp人体与被放电体之间的电阻值,一般为102-105Ω。

人体与被放电体之间的放电有两种。即接触放电和电弧放电。接触放电时人体与被放电之间的电阻值是个恒定值。电弧放电是在人体与被放电体之间有一定距离时,它们之间空间的电场强度大于其介质(如空气)的介电强度,介质电离产生电弧放电,暗场中可见弧光。电弧放电的特点是在放电的初始阶段,因为空气是**导体,放电通道的阻抗较高,放电电流较小;随着放电的进行,通道温度升高,引起局部电离,通道阻抗逐渐降低,电流增大,直至达到一个峰值;然后,随着人体静电能量的释放,电流逐渐减少,直至电弧消失。

2.带电机器的放电模式(MM)

机器因为摩擦或感应也会带电。带电机器通过电子元器件放电也会造成损伤。机器放电的模型(Machine Model)。与人体模式相比,机器没有电阻,电容则相对要大。 

3.充电器件的放电模型(CDM)

在元器件装配、传递、试验、测试、运输和储存的过程中由于壳体与其它材料磨擦,壳体会带静电。一旦元器件引出腿接地时,壳体将通过芯体和引出腿对地放电。这种形式的放电可用所谓带电器件模型(Charged-Device Model,CDM)来描述。下面以双极型和MOS型半导体器件为例给出静电放电的等效电路。双极型器件的CDM等效电路,Cd为器件与周围物体及地之间的电容,Ld为器件导电网络的等效电感,Rd为芯片上放电电流通路的等效电阻。串联着的Rd、Cd和Ld等效于带电器件。开关S合上表示器件与地的放电接触,接触电阻为Rc。 

MOS器件的CDM等效电路。由于MOS器件各个管腿的放电时间长短相差很大,所以要用不同的放电通路来模拟,每条放电通路都用其等效电容、电阻和电感来表示。当开关S闭合而且有任一个管腿接地时,各通路存储的电荷将要放电。若在放电过程中,各个通路的放电特性不同,就会引起相互间的电势差。这一电势差也会造成器件的损坏,如栅介质击穿等。

器件放电等效电容Cd的大小和器件与周围物体之间的位置及取向有关,有相关的表格给出了双列直插封装器件在不同取向时的等效电容值,可见管壳的取向不同,电容可相差十几倍,因而其静电放电阈值可以有显著差别。

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