電子元器件靜電防護

電子元器件按其種類(lèi)不同，受靜電破壞的程度也不一樣，最低的100V的靜電壓也會(huì )對其造成破壞。近年來(lái)隨著(zhù)電子元器件發(fā)展趨于集成化，因此要求相應的靜電電壓也在不斷降低。

人體所感應的靜電電壓一般在2-4KV以上，通常是由于人體的輕微動(dòng)作或與絕緣物的磨擦而引起的。也就是說(shuō)，倘若我們日常生活中所帶的靜電電位與IC接觸，那么幾乎所有的IC都將被破壞，這種危險存在于任何沒(méi)有采取靜電防護措施的工作環(huán)境中。靜電對IC的破壞不僅體現在電子元器件的制作工序當中，而且在IC的組裝、運輸等過(guò)程中都會(huì )對IC產(chǎn)生破壞。

要解決以上問(wèn)題，可以采取以下各種靜電防護措施：

1、操作現場(chǎng)靜電防護。對靜電敏感器件應在防靜電的工作區域內操作;

2、人體靜電防護。操作人員穿戴防靜電工作服、手套、工鞋、工帽、手腕帶;

3、儲存運輸過(guò)程中靜電防護。靜電敏感器件的儲存和運輸不能在有電荷的狀態(tài)下進(jìn)行。

要實(shí)現上述功能，基本做法是設法減小帶電物的電壓，達到設計要求的安全值以?xún)?。即要求下式中的電?Q)與電阻(R)要小，靜電容量(C)要大。

V=I.R Q=C.V (式中V：電壓，Q：電荷量 I：電流 C：靜電容量 R：電阻)

當然電阻值也不是越低越好，特別是在大面積場(chǎng)所的防靜電區域內必須考慮漏電等安全措施之后再進(jìn)行材料的選取。

靜電防護措施

檢查、安裝IC靜電防護作業(yè)場(chǎng)所，本工序防靜電措施的目的在于將包括人體在內的作業(yè)場(chǎng)所處于同等電位，具體方法如下：

1、將1兆歐的電阻連通后再接地，并佩戴防靜電手腕帶操作;

2、將測試儀、工具、烙鐵等接地;

3、工作臺面鋪設防靜電臺墊后接地;

4、操作人員穿戴防靜電工衣、工鞋;

5、地面鋪設防靜電地板或導電橡膠地墊;

6、IC運輸、包裝過(guò)程中應保持同電位。

防靜電性能的檢測周期及注意事項

防靜電臺墊、地板、工鞋、工衣、周轉容器等應至少每月檢測一次。防靜電手腕帶、風(fēng)槍、風(fēng)機、儀器等應每天檢測一次。檢測時(shí)，須考慮受檢場(chǎng)所的溫度、濕度等因素。

ESD的來(lái)源及其危害

兩種不同的材料進(jìn)行摩擦后，一個(gè)帶上正電荷，另一個(gè)帶上負電荷，從而在兩者之間產(chǎn)生一定的電壓。電壓的大小取決于材料的性質(zhì)、空氣的干燥度和其它一些因素。如果帶靜電的物體靠近一個(gè)接地的導體，會(huì )產(chǎn)生強烈的瞬間放電，這就是靜電沖擊(ElectroStaticDischarge)。一般來(lái)講，帶靜電的物體在理論上可以簡(jiǎn)單模擬成一個(gè)被充電到很高電壓的小電容。

當集成電路(IC)受到ESD時(shí)，放電回路的電阻通常都很小，無(wú)法限制放電電流。例如將帶靜電的電纜插到電路接口上時(shí)，放電回路的電阻幾乎為零，這將造成高達幾十安培的瞬間放電尖峰電流流入相應的IC管腳。瞬間大電流會(huì )嚴重損傷IC，局部發(fā)熱的熱量甚至會(huì )融化硅片管芯。ESD對IC的損傷一般還包括內部金屬連接被燒斷、鈍化層被破壞、晶體管單元被燒壞等。

ESD還會(huì )引起IC的死鎖(LATCHUP)。這種效應和CMOS器件內部的類(lèi)似可控硅的結構單元被激活有關(guān)。高電壓可激活這些結構，形成大電流通道，一般是從VCC到地。串行接口器件的鎖死電流一般為1安培。鎖死電流會(huì )一直保持，直到器件被斷電。不過(guò)到那時(shí)，IC通常早已因過(guò)熱而燒毀了。

對串行接口器件來(lái)說(shuō)，ESD會(huì )使IC工作不正常，通訊出現誤碼，嚴重的會(huì )徹底損壞。為分析故障現象，MAXIM公司對不同廠(chǎng)家的RS-232接口器件做了ESD測試。結果發(fā)現，通常的故障現象有兩種：一種故障現象是串擾，信號接收器接收到的信號干擾了發(fā)送器，造成誤碼(見(jiàn)圖1)。另一種故障是在IC內部形成了一條反向電流通道，使接收器端口接收到的RS-232信號電平(±10V)回饋到電源端(+5V)。如果電源不具備吸收電流的穩壓功能，過(guò)高的回饋電壓會(huì )損壞其它由單電源(+5V)供電的器件

對于串行接口器件，最簡(jiǎn)單的防護措施是在每條信號線(xiàn)上外加阻容元件。串聯(lián)電阻能夠限制尖峰電流，并聯(lián)到地的電容則能限制瞬間的尖峰電壓。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是成本低，但是防護能力有限。雖然能使ESD的破壞力在一定程度上得到抑制，但依然存在。因為阻容元件并不能降低尖峰電壓的峰值，僅僅是減少了電壓上升的斜率。而且阻容元件還會(huì )引起信號失真，以致限制了通訊電纜的長(cháng)度和通訊速率。外接的電阻/電容也增加了電路板面積。另一種廣泛使用的技術(shù)是外加電壓瞬變抑制器或TransZorbTM二極管。這種防護非常有效。但外加器件仍會(huì )增加電路板面積，而且防護器件的電容效應會(huì )增加信號線(xiàn)的等效電容，成本也較高，因為T(mén)ransZorbTM二極管價(jià)格較貴(大約25美分/每個(gè))，典型的 3發(fā)/5收的COM端口需要8個(gè)TransZorbTM二極管，費用高達$2美元。

一個(gè)有效的ESD測試應在最高測試電壓以?xún)鹊恼麄€(gè)電壓范圍進(jìn)行。因為有些IC可能在10kV時(shí)通過(guò)了測試，但在4kV時(shí)反而被ESD打壞了，這樣的IC實(shí)際上沒(méi)有抗靜電能力。人體模型和IEC1000-4-2標準規定在測試電壓范圍內必須以200V為一個(gè)間隔進(jìn)行測試，而且要同時(shí)測試正負電壓。也就是說(shuō)，從±200V開(kāi)始測試，±400V，±600V，一直到最高測試電壓。對IC的所有可能的工作模式都應分別進(jìn)行完整的ESD測試。包括上電工作狀態(tài)，斷電停機狀態(tài)，如果串行接口器件有自動(dòng)關(guān)斷休眠模式，還應對這一狀態(tài)再進(jìn)行一次ESD測試。所有相關(guān)的測試標準和程序都規定，在每個(gè)測試電壓點(diǎn)，對被測引腳應連續放電10次，考慮到正負電壓都要測，實(shí)際要放電20次。每一輪放電完成后，應測量被測器件的相應參數，判斷器件是否損壞。對于串行接口器件(RS-232，RS-485)應遵循以下判據：

●電源電流是否正常(電源電流增加一般意味著(zhù)發(fā)生了器件死鎖);

●信號發(fā)送輸出端的輸出電平是否仍在參數規格范圍內;

●信號接收輸入端的輸入電阻是否正常(一般在3kΩ到7kΩ(之間)。

只有這些指標都合格，才可轉到下一個(gè)電壓測試點(diǎn)。在所有電壓點(diǎn)都測試完以后，還應對IC做全面的功能測試，測量IC的每個(gè)參數是否仍在參數標準定義的范圍內。只有通過(guò)所有這些ESD測試后仍能達到規定參數標準的IC才是真正的抗靜電IC。需要注意的是，按一般標準完成ESD測試，但并不能判斷IC的好壞。有些ESD測試儀自帶了一些參數測量功能，但因不是針對特定器件的參數測量，只是一般的測試手段，因而只能作為一個(gè)參考。嚴格的測試仍應按以上所述的測試程序和測試判據進(jìn)行。