電子元器件靜電防護(hù)

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

人體所感應(yīng)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，倘若我們?nèi)粘Ｉ钪兴鶐У撵o電電位與IC接觸，那么幾乎所有的IC都將被破壞，這種危險(xiǎn)存在于任何沒有采取靜電防護(hù)措施的工作環(huán)境中。靜電對(duì)IC的破壞不僅體現(xiàn)在電子元器件的制作工序當(dāng)中，而且在IC的組裝、運(yùn)輸?shù)冗^程中都會(huì)對(duì)IC產(chǎn)生破壞。

要解決以上問題，可以采取以下各種靜電防護(hù)措施：

1、操作現(xiàn)場靜電防護(hù)。對(duì)靜電敏感器件應(yīng)在防靜電的工作區(qū)域內(nèi)操作;

2、人體靜電防護(hù)。操作人員穿戴防靜電工作服、手套、工鞋、工帽、手腕帶;

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

要實(shí)現(xiàn)上述功能，基本做法是設(shè)法減小帶電物的電壓，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的安全值以內(nèi)。即要求下式中的電荷(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(dāng)然電阻值也不是越低越好，特別是在大面積場所的防靜電區(qū)域內(nèi)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(hù)措施

檢查、安裝IC靜電防護(hù)作業(yè)場所，本工序防靜電措施的目的在于將包括人體在內(nèi)的作業(yè)場所處于同等電位，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(tái)面鋪設(shè)防靜電臺(tái)墊后接地;

4、操作人員穿戴防靜電工衣、工鞋;

5、地面鋪設(shè)防靜電地板或?qū)щ娤鹉z地墊;

6、IC運(yùn)輸、包裝過程中應(yīng)保持同電位。

防靜電性能的檢測周期及注意事項(xiàng)

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

ESD的來源及其危害

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(fù)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(dǎo)體，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的瞬間放電，這就是靜電沖擊(ElectroStaticDischarge)。一般來講，帶靜電的物體在理論上可以簡單模擬成一個(gè)被充電到很高電壓的小電容。

當(dāng)集成電路(IC)受到ESD時(shí)，放電回路的電阻通常都很小，無法限制放電電流。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(dá)幾十安培的瞬間放電尖峰電流流入相應(yīng)的IC管腳。瞬間大電流會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷IC，局部發(fā)熱的熱量甚至?xí)诨杵苄尽SD對(duì)IC的損傷一般還包括內(nèi)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(yīng)和CMOS器件內(nèi)部的類似可控硅的結(jié)構(gòu)單元被激活有關(guān)。高電壓可激活這些結(jié)構(gòu)，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。不過到那時(shí)，IC通常早已因過熱而燒毀了。

對(duì)串行接口器件來說，ESD會(huì)使IC工作不正常，通訊出現(xiàn)誤碼，嚴(yán)重的會(huì)徹底損壞。為分析故障現(xiàn)象，MAXIM公司對(duì)不同廠家的RS-232接口器件做了ESD測試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通常的故障現(xiàn)象有兩種：一種故障現(xiàn)象是串?dāng)_，信號(hào)接收器接收到的信號(hào)干擾了發(fā)送器，造成誤碼(見圖1)。另一種故障是在IC內(nèi)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(hào)電平(±10V)回饋到電源端(+5V)。如果電源不具備吸收電流的穩(wěn)壓功能，過高的回饋電壓會(huì)損壞其它由單電源(+5V)供電的器件

對(duì)于串行接口器件，最簡單的防護(hù)措施是在每條信號(hào)線上外加阻容元件。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(hù)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?yàn)樽枞菰⒉荒芙档图夥咫妷旱姆逯?，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(hào)失真，以致限制了通訊電纜的長度和通訊速率。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(hù)非常有效。但外加器件仍會(huì)增加電路板面積，而且防護(hù)器件的電容效應(yīng)會(huì)增加信號(hào)線的等效電容，成本也較高，因?yàn)門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(fèi)用高達(dá)$2美元。

一個(gè)有效的ESD測試應(yīng)在最高測試電壓以內(nèi)的整個(gè)電壓范圍進(jìn)行。因?yàn)橛行㊣C可能在10kV時(shí)通過了測試，但在4kV時(shí)反而被ESD打壞了，這樣的IC實(shí)際上沒有抗靜電能力。人體模型和IEC1000-4-2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在測試電壓范圍內(nèi)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(fù)電壓。也就是說，從±200V開始測試，±400V，±600V，一直到最高測試電壓。對(duì)IC的所有可能的工作模式都應(yīng)分別進(jìn)行完整的ESD測試。包括上電工作狀態(tài)，斷電停機(jī)狀態(tài)，如果串行接口器件有自動(dòng)關(guān)斷休眠模式，還應(yīng)對(duì)這一狀態(tài)再進(jìn)行一次ESD測試。所有相關(guān)的測試標(biāo)準(zhǔn)和程序都規(guī)定，在每個(gè)測試電壓點(diǎn)，對(duì)被測引腳應(yīng)連續(xù)放電10次，考慮到正負(fù)電壓都要測，實(shí)際要放電20次。每一輪放電完成后，應(yīng)測量被測器件的相應(yīng)參數(shù)，判斷器件是否損壞。對(duì)于串行接口器件(RS-232，RS-485)應(yīng)遵循以下判據(jù)：

●電源電流是否正常(電源電流增加一般意味著發(fā)生了器件死鎖);

●信號(hào)發(fā)送輸出端的輸出電平是否仍在參數(shù)規(guī)格范圍內(nèi);

●信號(hào)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(biāo)都合格，才可轉(zhuǎn)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(yīng)對(duì)IC做全面的功能測試，測量IC的每個(gè)參數(shù)是否仍在參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)定義的范圍內(nèi)。只有通過所有這些ESD測試后仍能達(dá)到規(guī)定參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的IC才是真正的抗靜電IC。需要注意的是，按一般標(biāo)準(zhǔn)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(shù)測量功能，但因不是針對(duì)特定器件的參數(shù)測量，只是一般的測試手段，因而只能作為一個(gè)參考。嚴(yán)格的測試仍應(yīng)按以上所述的測試程序和測試判據(jù)進(jìn)行。