电子元器件抗ESD技术讲义(5)

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图1.2 操作者手上的静电

(2) 人体静电与环境湿度有关，湿度越低则静电势越高。从表1.4可以清楚地看到这一点。

(3) 人体静电与所着衣物和鞋帽的材料有关，化纤和塑料制品较之棉制品更容易产生静电。工作服和内衣摩擦时产生的静电是人体静电的主要起因之一，表1.5列出了质地不同的工作服和内衣摩擦时人体所带的静电势。

表1.5 质地不同的工作服和内衣摩擦时人体的静电势（kV）

(4) 人体静电与个体人的体质有关，主要表现在人体等效电容与等效电阻上。人体电容越小，则因摩擦而带电越容易，带电电压越高，人体电阻越小，则因感应带电越容易。人体电容与所穿戴的衣服和鞋的材料以及周围所接触的环境(特别是地板)有关，人体电阻则与皮肤表面水分、盐和油脂的含量、皮肤接触面积和压力等因素有关。由于人体电容的60％是脚底对地电容，而电容量正比于人体与地之间的接触面积，所以单脚站立的人体静电势远大于双脚站立的人体静电势。

(5)人体静电与人的操作速度有关，操作速度越快，人体静电势越高。由图1.2可以看出这一点。

(6) 人体各部位所带的静电电荷不是均等的，一般认为手腕侧的静电势最高。

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1.4.2 仪器和设备的静电

仪器和设备也会由于摩擦或静电感应而带上静电。如传输带在传动过程中由于与转轴的

接触和分离产生的静电，或是接地不良的仪器金属外壳在电场中感应产生静电等。仪器设备带电后，与元器件接触也会产生静电放电，并造成静电损伤。 1.4.3 器件本身的静电

电子元器件的外壳(主要指陶瓷、玻璃和塑料封装管壳)与绝缘材料相互摩擦，也会产生静电。器件外壳产生静电后，会通过某一接地的管脚或外接引线释放静电，也会对器件造成静电损伤。 1.4.4 其它静电来源

除上述三种静电来源外，在电子元器件的制造、安装、传递、运输、试验、储存、测量和调试等过程中，会遇到各种各样的由绝缘材料制成的物品，如表1.6所列。这些物品相互摩擦或与人体摩擦都会产生很高的静电势。

表1.6 电子元器件操作环境的其它静电源

1.5 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

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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模式有关。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，即带电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。图1.3和1.4分别是人体放电和充电器件放电的实例图。 1.5.1 带电人体的放电模式(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图1.5的等效电路，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。

图1.3 人体放电实例 图1.4 充电器件放电实例

图1.5 带电人体的静电放电模型 图1.6带电机器的放电模型

＋ VP CP － RP ＋ VM CM －

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，因为空气是不良导体，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，

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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。 1.5.2 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）如图1.6所示。与人体模式相比，机器没有电阻，电容则相对要大。

1.5.3 充电器件的放电模型

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等效电路如图1.7(a)所示，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。

(a)

图1.7 带电器件的静电放电模型 （a） 双极型器件 （b）MOS器件

(b)

MOS器件的CDM等效电路如图1.7(b)所示。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，表1.7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， …… 此处隐藏：1879字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……