第九章 静电放电模型
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静电放电(ESD)最常用的三种模型及其防护设计ESD:Electrostatic Discharge,即是静电放电,每个从事硬件设计和生产的工程师都必须掌握?ESD?的相关知识。
为了定量表征 ESD 特性,一般将 ESD 转化成模型表达方式,ESD 的模型有很多种,下面介绍最常用的三种。
1.HBM:Human Body?Model,人体模型:该模型表征人体带电接触器件放电,Rb 为等效人体电阻,Cb 为等效人体电容。
等效电路如下图。
图中同时给出了器件 HBM 模型的 ESD 等级。
ESD人体模型等效电路图及其ESD等级2.MM:Machine Model,机器模型:机器模型的等效电路与人体模型相似,但等效电容(Cb)是?200pF,等效电阻为 0,机器模型与人体模型的差异较大,实际上机器的储电电容变化较大,但为了描述的统一,取 200pF。
由于机器模型放电时没有电阻,且储电电容大于人体模式,同等电压对器件的损害,机器模式远大于人体模型。
ESD机器模型等效电路图及其ESD等级3.CDM:Charged?Device?Model,充电器件模型:半导体器件主要采用三种封装型式(金属、陶瓷、塑料)。
它们在装配、传递、试验、测试、运输及存贮过程中,由于管壳与其它绝缘材料(如包装用的塑料袋、传递用的塑料容器等)相互磨擦,就会使管壳带电。
器件本身作为电容器的一个极板而存贮电荷。
CDM 模型就是基于已带电的器件通过管脚与地接触时,发生对地放电引起器件失效而建立的,器件带电模型如下:ESD充电器件模型等效电路图及其ESD等级器件的 ESD 等级一般按以上三种模型测试,大部分 ESD 敏感器件手册上都有器件的 ESD数据,一般给出的是 HBM 和 MM。
通过器件的 ESD 数据可以了解器件的 ESD 特性,但要注意,器件的每个管脚的 ESD 特性差异较大,某些管脚的 ESD 电压会特别低,一般来说,高速端口,高阻输入端口,模拟端口 ESD电压会比较低。
静电放电和静电放电模型♦静电放电的特点♦静电放电的类型♦静电放电模型♦静电放电模拟器♦静电放电产生的辐射场静电放电的特点♦静电放电(ESD)是指带电体周围的场强超过周围介质的绝缘击穿场强时,因介质电离而使带电体上的静电荷部分或全部消失的现象。
♦静电放电是高电位,强电场,瞬时大电流的过程。
♦静电放电会产生强烈的电磁辐射形成电磁脉冲(EMP)。
静电放电类型♦电晕放电♦火花放电♦刷形放电♦沿面放电静电放电的类型♦电晕放电(corona discharge)电晕放电以电晕为特点的一种放电,当某气体中的两个电极中有一个的形状导致其表面的电场明显大于两个电极之间电场的时候所发生放电现象。
电晕放电危害♦射频干扰飞机、航天器的通讯或导弹在飞行过程中,机壳或弹体上会因摩擦而产生静电,当静电电位足够高时可引发电晕放电,形成的电磁干扰会对飞机、航天器或导弹的制导系统产生干扰,造成通讯中断或制导失灵,引发事故。
♦浪费电能高压输电线上的电晕放电会造成电力浪费。
电晕放电的利用♦静电除尘♦脱硫脱硝♦静电喷涂静电火花放电(spark discharge )♦当静电电位比较高的带电导体或人体靠近其它导体、人体或接地导体时,便会引发静电火花放电。
♦静电火花放电是一个瞬变的过程,放电时两放电体之间的空气被击穿,形成“快如闪电”的火花通道,与此同时还伴随着噼啪的爆裂声,爆裂声是由火花通道内空气温度的急骤上升形成的气压冲击波造成的。
♦在发生静电火花放电时,静电能量瞬时集中释放,其引燃、引爆能力较强。
另外静电火花放电产生的放电电流及电磁脉冲具有较大的破坏力,它可对一些敏感的电子器件和设备造成危害。
刷形放电(brush discharge)♦刷形放电电往往发生在导体与带电绝缘体之间,带电绝缘体可以是固体、气体或低电导率的液体。
♦产生刷形放电时形成的放电通道在导体一端集中在某一点上,而在绝缘体一端有较多分叉,分布在一定空间范围内。
根据其放电通道的形状,这种放电被称为刷形放电。
静电放电最常用的三种放电模型是什么?1、ESD简介ESD:ESD是当具有累积正负电荷的物体(电介质)接触或接近时发生的放电现象,通常为高达几KV的纳秒级短脉冲。
目前根据ESD 产生的原因及其对集成电路放电的方式不同,常见的ESD 被分类为下列三类(还有一些模式并不常用),分别是:人体放电模式(HBM, Human Body Model), 机器放电模式(MM, Machine Model)以及充电设备模式(CDM, Charge Device Model)。
1.1 HBM-人体模型HBM(Human Body Model),人体模型。
静电放电损害最常见的原因是,人体或带电材料将静电荷直接移转至静电放电敏感物体(ESDS)上。
在地板上行走时,身体便开始累积静电荷。
手指轻触(或靠近)ESDS 或组件的导电引线时,身体便会放电,且可能使器件受损。
这种放电模式称为「人体模型」(HBM)。
在各种ESD器件敏感度分级模型中,人体模型是最早也最普遍使用的。
HBM测试模型是指当个体站立时,其指尖的放电传递至器件上。
该模型通过一个开关组件,以电阻器(通常为兆欧级)将100pF电容器充电后,在待测器件和与之相串联的一个1500电阻器上放电,器件最后接地或到达低电位。
1.2 MM-机器模型MM(Machine Model),机器模型;是指带电的导电物体也会发生放电,如金属工具或自动化设备、夹具等。
「机器模型」最初是为了尝试建立HBM事件的最坏情况。
这个ESD模型是一个200 pF电容直接对组件放电,输出电路中没有直流串联电阻。
放电波形可以振荡,上升时间和脉冲宽度与HBM类似。
机器模型通常会有与人体模型同样的物理性故障模式,但在明显较低的水平。
MM主要模拟可能从带电机器(如制造系统)释放的静电。
LED静电击穿原理以PN结结构为主的LED,在制造、筛选、测试、包装、储运及安装使用等环节,难免不受静电感应影响而产生感应电荷。
若得不到及时释放,LED的两个电极上形成的较高电压将直接加上led芯片的PN结两端。
当电压超过LED的最大承受值后,静电电荷将以极短的瞬间(纳秒级别)在LED芯片的两个电极之间进行放电,功率焦耳的热量将使得LED芯片内部的导电层、PN发光层的局部形成高温,高温将会把这些层熔融成小孔,从而造成漏电以及短路的现象。
ESD:Electrostatic Discharge,即是静电放电,每个从事硬件设计和生产的工程师都必须掌握ESD的相关知识。
为了定量表征ESD 特性,一般将ESD 转化成模型表达方式,ESD 的模型有很多种,下面介绍最常用的三种。
1.HBM:Human Body Model,人体模型:该模型表征人体带电接触器件放电,Rb 为等效人体电阻,Cb 为等效人体电容。
等效电路如下图。
图中同时给出了器件HBM 模型的ESD 等级。
ESD人体模型等效电路图及其ESD等级2.MM:Machine Model,机器模型:机器模型的等效电路与人体模型相似,但等效电容(Cb)是200pF,等效电阻为0,机器模型与人体模型的差异较大,实际上机器的储电电容变化较大,但为了描述的统一,取200pF。
由于机器模型放电时没有电阻,且储电电容大于人体模式,同等电压对器件的损害,机器模式远大于人体模型。
ESD机器模型等效电路图及其ESD等级3.CDM:Charged Device Model,充电器件模型:半导体器件主要采用三种封装型式(金属、陶瓷、塑料)。
它们在装配、传递、试验、测试、运输及存贮过程中,由于管壳与其它绝缘材料(如包装用的塑料袋、传递用的塑料容器等)相互磨擦,就会使管壳带电。
器件本身作为电容器的一个极板而存贮电荷。
CDM 模型就是基于已带电的器件通过管脚与地接触时,发生对地放电引起器件失效而建立的,器件带电模型如下:ESD充电器件模型等效电路图及其ESD等级器件的ESD 等级一般按以上三种模型测试,大部分ESD 敏感器件手册上都有器件的ESD数据,一般给出的是HBM 和MM。