靜電,靜電放電以多種不同方式影響電子組件。較大的靜態(tài)電壓會(huì)進(jìn)入設(shè)備并損壞復(fù)雜的內(nèi)部電路。
靜電的影響變得更加明顯,因?yàn)镸OS技術(shù)的所有形式的高輸入阻抗都意味著不會(huì)消散電壓,而且極高的電壓很容易損壞導(dǎo)體和絕緣屏障的小尺寸。
隨著集成電路特征尺寸的減小,這意味著設(shè)備變得更容易受到靜電損壞。
ESD敏感度在查看ESD對(duì)電子設(shè)備的影響時(shí),值得一看的是設(shè)備本身,以及它們?nèi)绾问艿紼SD的影響。
發(fā)現(xiàn)某些電子設(shè)備比其他電子設(shè)備對(duì)ESD更敏感。但是,從問(wèn)題的角度來(lái)看,值得將靜態(tài)電平與電源電壓相關(guān)聯(lián)。人們不會(huì)考慮向邏輯器件施加甚至五十伏的電壓。在沒(méi)有任何ESD保護(hù)措施的情況下,通過(guò)處理它們,可以向它們施加幾千伏的靜態(tài)電壓。
對(duì)ESD最敏感的設(shè)備通常是那些包括MOS-金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù)的設(shè)備。這些設(shè)備具有很高的阻抗,不允許電荷以更受控的方式消散。但是,這并不意味著雙極器件不受損壞。
最低250V的靜態(tài)電壓可能會(huì)損壞標(biāo)準(zhǔn)CMOS芯片。其中包括74HC和74HCT邏輯系列,因?yàn)樗鼈兊碾娏飨妮^低,因此在許多使用“膠粘邏輯”的設(shè)計(jì)中被廣泛使用。但是,許多新的微處理器和LSI芯片使用的特征尺寸非常小,并且無(wú)法承受此類電壓,因此它們對(duì)ESD非常敏感。通過(guò)在5 V的電源電壓下運(yùn)行它們會(huì)破壞許多新設(shè)備,并且它們更容易受到ESD損壞。
邏輯設(shè)備并不是唯一需要采取防靜電措施的設(shè)備。用于射頻應(yīng)用的GaAsFET極易損壞,并可能被低至100V的靜態(tài)電壓破壞。ESD也會(huì)影響其他形式的分立FET。再次經(jīng)常用于許多RF應(yīng)用的MOSFET非常敏感。
甚至普通的雙極型晶體管也可能會(huì)被約500V的電勢(shì)損壞。對(duì)于較新的晶體管而言尤其如此,其可能具有更小的內(nèi)部幾何形狀以提供更高的工作頻率。這僅是很少的ESD敏感性水平的廣泛指示。但是,這表明所有半導(dǎo)體設(shè)備都應(yīng)被視為靜電敏感設(shè)備,即SSD。
如今,不僅半導(dǎo)體設(shè)備被視為SSD。在某些地區(qū),甚至無(wú)源組件也開(kāi)始被視為對(duì)靜電敏感。隨著小型化的趨勢(shì),單個(gè)電子元件正變得越來(lái)越小。這使它們對(duì)ESD損壞的影響更加敏感。
靜電放電機(jī)制靜電放電(ESD)的影響取決于大量變量。其中大多數(shù)很難量化。積聚的靜電水平會(huì)根據(jù)所涉及的材料,一天中的濕度甚至人的身材而有所不同。每個(gè)人都代表一個(gè)電容器,在其上保持電荷。一般人代表一個(gè)約300 pF的電容器,但是一個(gè)人與另一個(gè)人的電容會(huì)有很大差異。
放電發(fā)生的方式也不同。通常,電荷會(huì)很快消散:通常不到100納秒。在這段時(shí)間內(nèi),峰值電流可能會(huì)上升到二十或三十安培。峰值電流和放電時(shí)間取決于多種因素。但是,如果使用金屬物體(例如鑷子或尖嘴鉗),則與通過(guò)手指放電相比,電流峰值更高,并且在更短的時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到。這是因?yàn)榻饘贋榉烹娞峁┝说偷枚嗟碾娮杪窂健5?,無(wú)論采用哪種放電方式,都會(huì)消耗相同量的電荷。
IEC61000-4-2和其他模擬波形為了消除ESD并防止由此造成的損壞,有必要查看可能發(fā)生的不同情況并對(duì)其進(jìn)行表征。這些情況將表現(xiàn)出不同的電壓累積水平,不同的充電水平和不同的放電特性。當(dāng)前,有許多方法可以在制造環(huán)境中對(duì)集成電路的ESD性能進(jìn)行評(píng)級(jí)。三種常見(jiàn)方法包括:
HBM: 人體模型-該模型模擬被充電的人,然后通過(guò)裸露的手指通過(guò)被測(cè)電路對(duì)地面進(jìn)行放電。MM: 機(jī)器模型-此模型模擬帶電的制造機(jī)器,通過(guò)設(shè)備放電到地面。機(jī)器將具有導(dǎo)電表面,因此產(chǎn)生的電流水平可能更高,但時(shí)間更短。CDM: 帶電設(shè)備模型-這模擬集成電路被充電然后放電到接地的金屬表面。增益短,但可能會(huì)遇到高電流水平。這些方法在制造環(huán)境中測(cè)試IC時(shí)效果很好,但不適用于系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用。為此,包括手機(jī),MP3播放器,數(shù)碼相機(jī)以及更多具有外部連接的電子產(chǎn)品需要能夠承受靜電放電。
IEC61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)定義了電子設(shè)備應(yīng)承受的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件。它假定用戶不會(huì)采取任何預(yù)防措施來(lái)防止ESD損壞,并且它定義了設(shè)備應(yīng)承受的各種等級(jí)。
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