靜電,靜電放電以多種不同方式影響電子組件。較大的靜態(tài)電壓會進入設備并損壞復雜的內部電路。
靜電的影響變得更加明顯,因為MOS技術的所有形式的高輸入阻抗都意味著不會消散電壓,而且極高的電壓很容易損壞導體和絕緣屏障的小尺寸。
隨著集成電路特征尺寸的減小,這意味著設備變得更容易受到靜電損壞。
ESD敏感度在查看ESD對電子設備的影響時,值得一看的是設備本身,以及它們如何受到ESD的影響。
發(fā)現(xiàn)某些電子設備比其他電子設備對ESD更敏感。但是,從問題的角度來看,值得將靜態(tài)電平與電源電壓相關聯(lián)。人們不會考慮向邏輯器件施加甚至五十伏的電壓。在沒有任何ESD保護措施的情況下,通過處理它們,可以向它們施加幾千伏的靜態(tài)電壓。
對ESD最敏感的設備通常是那些包括MOS-金屬氧化物半導體技術的設備。這些設備具有很高的阻抗,不允許電荷以更受控的方式消散。但是,這并不意味著雙極器件不受損壞。
最低250V的靜態(tài)電壓可能會損壞標準CMOS芯片。其中包括74HC和74HCT邏輯系列,因為它們的電流消耗較低,因此在許多使用“膠粘邏輯”的設計中被廣泛使用。但是,許多新的微處理器和LSI芯片使用的特征尺寸非常小,并且無法承受此類電壓,因此它們對ESD非常敏感。通過在5 V的電源電壓下運行它們會破壞許多新設備,并且它們更容易受到ESD損壞。
邏輯設備并不是唯一需要采取防靜電措施的設備。用于射頻應用的GaAsFET極易損壞,并可能被低至100V的靜態(tài)電壓破壞。ESD也會影響其他形式的分立FET。再次經(jīng)常用于許多RF應用的MOSFET非常敏感。
甚至普通的雙極型晶體管也可能會被約500V的電勢損壞。對于較新的晶體管而言尤其如此,其可能具有更小的內部幾何形狀以提供更高的工作頻率。這僅是很少的ESD敏感性水平的廣泛指示。但是,這表明所有半導體設備都應被視為靜電敏感設備,即SSD。
如今,不僅半導體設備被視為SSD。在某些地區(qū),甚至無源組件也開始被視為對靜電敏感。隨著小型化的趨勢,單個電子元件正變得越來越小。這使它們對ESD損壞的影響更加敏感。
靜電放電機制靜電放電(ESD)的影響取決于大量變量。其中大多數(shù)很難量化。積聚的靜電水平會根據(jù)所涉及的材料,一天中的濕度甚至人的身材而有所不同。每個人都代表一個電容器,在其上保持電荷。一般人代表一個約300 pF的電容器,但是一個人與另一個人的電容會有很大差異。
放電發(fā)生的方式也不同。通常,電荷會很快消散:通常不到100納秒。在這段時間內,峰值電流可能會上升到二十或三十安培。峰值電流和放電時間取決于多種因素。但是,如果使用金屬物體(例如鑷子或尖嘴鉗),則與通過手指放電相比,電流峰值更高,并且在更短的時間內即可達到。這是因為金屬為放電提供了低得多的電阻路徑。但是,無論采用哪種放電方式,都會消耗相同量的電荷。
IEC61000-4-2和其他模擬波形為了消除ESD并防止由此造成的損壞,有必要查看可能發(fā)生的不同情況并對其進行表征。這些情況將表現(xiàn)出不同的電壓累積水平,不同的充電水平和不同的放電特性。當前,有許多方法可以在制造環(huán)境中對集成電路的ESD性能進行評級。三種常見方法包括:
HBM: 人體模型-該模型模擬被充電的人,然后通過裸露的手指通過被測電路對地面進行放電。MM: 機器模型-此模型模擬帶電的制造機器,通過設備放電到地面。機器將具有導電表面,因此產(chǎn)生的電流水平可能更高,但時間更短。CDM: 帶電設備模型-這模擬集成電路被充電然后放電到接地的金屬表面。增益短,但可能會遇到高電流水平。這些方法在制造環(huán)境中測試IC時效果很好,但不適用于系統(tǒng)級應用。為此,包括手機,MP3播放器,數(shù)碼相機以及更多具有外部連接的電子產(chǎn)品需要能夠承受靜電放電。
IEC61000-4-2標準定義了電子設備應承受的標準測試條件。它假定用戶不會采取任何預防措施來防止ESD損壞,并且它定義了設備應承受的各種等級。
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