靜電放電的三種模式:
靜電對電子產品的損害有多種形式,其中最常見、危害最大的是靜電放電(ESD)。帶靜電的物體與元器件有電接觸時,靜電會轉移到元器件上或通過元器件放電;或者元器件本身帶電,通過其它物體放電。這兩種過程都可能損傷元器件,損傷的程度與靜電放電的有關。實際過程中靜電的來源有很多,放電的形式也有多種。但通過對靜電的主要來源以及實際發生的靜電放電過程的研究認為,對元器件造成損傷的主要是三種模式,即帶點人體的靜電放電模式、帶電機器的放電模式和充電器件的放電模式。
1.帶電的人體的放電模式(HBM)
由于人體會與各種物體間發生接觸和磨擦,又與元器件接觸,所以人體易帶靜電,也容易對元器件造成靜電損傷。普遍認為大部分元器件靜電損傷是由人體靜電造成的。帶靜電的人體可以等效為等效電路,這個等效電路又稱人體靜電放電模型(Human Body Model)。其中,Vp帶靜電的人體與地的電位差,Cp帶靜電的人體與地之間的電容量,一般為50-250pF;Rp人體與被放電體之間的電阻值,一般為102-105Ω。
人體與被放電體之間的放電有兩種。即接觸放電和電弧放電。接觸放電時人體與被放電之間的電阻值是個恒定值。電弧放電是在人體與被放電體之間有一定距離時,它們之間空間的電場強度大于其介質(如空氣)的介電強度,介質電離產生電弧放電,暗場中可見弧光。電弧放電的特點是在放電的初始階段,因為空氣是**導體,放電通道的阻抗較高,放電電流較小;隨著放電的進行,通道溫度升高,引起局部電離,通道阻抗逐漸降低,電流增大,直至達到一個峰值;然后,隨著人體靜電能量的釋放,電流逐漸減少,直至電弧消失。
2.帶電機器的放電模式(MM)
機器因為摩擦或感應也會帶電。帶電機器通過電子元器件放電也會造成損傷。機器放電的模型(Machine Model)。與人體模式相比,機器沒有電阻,電容則相對要大。
3.充電器件的放電模型(CDM)
在元器件裝配、傳遞、試驗、測試、運輸和儲存的過程中由于殼體與其它材料磨擦,殼體會帶靜電。一旦元器件引出腿接地時,殼體將通過芯體和引出腿對地放電。這種形式的放電可用所謂帶電器件模型(Charged-Device Model,CDM)來描述。下面以雙極型和MOS型半導體器件為例給出靜電放電的等效電路。雙極型器件的CDM等效電路,Cd為器件與周圍物體及地之間的電容,Ld為器件導電網絡的等效電感,Rd為芯片上放電電流通路的等效電阻。串聯著的Rd、Cd和Ld等效于帶電器件。開關S合上表示器件與地的放電接觸,接觸電阻為Rc?!?/span>
MOS器件的CDM等效電路。由于MOS器件各個管腿的放電時間長短相差很大,所以要用不同的放電通路來模擬,每條放電通路都用其等效電容、電阻和電感來表示。當開關S閉合而且有任一個管腿接地時,各通路存儲的電荷將要放電。若在放電過程中,各個通路的放電特性不同,就會引起相互間的電勢差。這一電勢差也會造成器件的損壞,如柵介質擊穿等。
器件放電等效電容Cd的大小和器件與周圍物體之間的位置及取向有關,有相關的表格給出了雙列直插封裝器件在不同取向時的等效電容值,可見管殼的取向不同,電容可相差十幾倍,因而其靜電放電閾值可以有顯著差別。
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