電子產(chǎn)品靜電放電的測(cè)試技術(shù)

黃庶

（黑龍江省電子信息產(chǎn)品監(jiān)督檢驗(yàn)院，黑龍江 哈爾濱 150000）

靜電是人們?nèi)粘Ｉ钪幸环N司空見(jiàn)慣的現(xiàn)象，靜電的許多功能已經(jīng)應(yīng)用到軍工或民用產(chǎn)品中，如靜電除塵、靜電噴涂、靜電分離、靜電復(fù)印等。然而，靜電放電卻又成為電子產(chǎn)品和設(shè)備的一種危害，造成電子產(chǎn)品和設(shè)備的功能紊亂甚至部件損壞。一個(gè)操作員在正常的設(shè)備操作中也可能因衣服或皮膚帶有危害的電荷而使機(jī)器運(yùn)行紊亂，甚至損壞硬件設(shè)備。現(xiàn)代半導(dǎo)體器件的規(guī)模越來(lái)越大，工作電壓越來(lái)越低，導(dǎo)致了半導(dǎo)體器件對(duì)外界電磁騷擾敏感程度也大大提高。靜電放電對(duì)于電路引起的干擾、對(duì)元器件、CMOS電路及接口電路造成的破壞等問(wèn)題越來(lái)越引起人們的重視。電子設(shè)備的靜電放電也開(kāi)始作為電磁兼容性測(cè)試的一項(xiàng)重要內(nèi)容寫(xiě)入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

1 靜電放電形成的機(jī)理及其對(duì)電子產(chǎn)品的危害

靜電是兩種介電系數(shù)不同的物質(zhì)磨擦?xí)r，正負(fù)極性的電荷分別積累在兩個(gè)物體上而形成:當(dāng)兩個(gè)物體接觸時(shí)，其中一個(gè)趨于從另一個(gè)吸引電予，因而二者會(huì)形成不同的充電電位。摩擦起電是一個(gè)機(jī)械過(guò)程，依靠相對(duì)表面移動(dòng)傳送電量。傳送的電量取決于接觸的次數(shù)、表面粗糙度、濕度、接觸壓力、摩擦物質(zhì)的摩擦特性以及相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。兩個(gè)帶電電荷的物體也就成了靜電源。就人體而言，衣服與皮膚之間的磨擦發(fā)生的靜電是人體帶電的主要原因之一。

靜電源跟其它物體接觸時(shí)，依據(jù)電荷中和的原則，存在著電荷流動(dòng)，傳送足夠的電量以抵消電壓。這個(gè)高速電量的傳送過(guò)程中，將產(chǎn)生潛在的破壞電壓、電流以及電磁場(chǎng)，嚴(yán)重時(shí)將其中物體擊毀。這就是靜電放電。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是這樣定義的:“靜電放電:具有不同靜電電位的物體互相靠近或直接接觸引起的電荷轉(zhuǎn)移(G B ／T4365-l995)，一般用ESD表示。”ESD會(huì)導(dǎo)致電子設(shè)備嚴(yán)重地?fù)p壞或操作失常。半導(dǎo)體專家以及設(shè)備的用戶都在想辦法抑制ESD。靜電對(duì)器件造成的損壞有顯性和隱性兩種。隱性損壞在當(dāng)時(shí)看不出來(lái)，但器件變得更脆弱，在過(guò)壓、高溫等條件下極易損壞。

2 電子產(chǎn)品的靜電放電測(cè)試及相關(guān)要求

隨著電子產(chǎn)品的復(fù)雜程度和自動(dòng)化程度越來(lái)越高。電子產(chǎn)品的靜電放電(ESD)敏感度也越來(lái)越高，電子產(chǎn)品抵御ESD干擾的能力已經(jīng)成為電子產(chǎn)品質(zhì)量好壞的一個(gè)重要因素。那么.如何衡量電子產(chǎn)品抗ESD干擾的能力，通過(guò)ESD抗擾度試驗(yàn)可以檢測(cè)這種能力。為此，越來(lái)越多的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)將ESD抗擾度試驗(yàn)作為推薦或強(qiáng)制性內(nèi)容納入其中。電子設(shè)備的ESD抗擾度試驗(yàn)也作為電子設(shè)備電磁兼容性測(cè)試的一項(xiàng)重要內(nèi)容被列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。不同使用環(huán)境、不同用途、不同ESD敏感度的電子產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對(duì)ESD抗擾度試驗(yàn)的要求是不同的，但這些標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于ESD抗擾度試驗(yàn)大多都直接或間接引用GB／T17626.2-1998(idt IEC 61000-4-2:1995)《電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)靜電放電抗擾度試驗(yàn)》這一國(guó)家電磁兼容基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，并按其中的試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)。下面簡(jiǎn)要介紹電子產(chǎn)品靜電放電測(cè)試。

3 電子產(chǎn)品靜電放電測(cè)試

電子產(chǎn)品抵御ESD干擾的能力已經(jīng)成為電子產(chǎn)品質(zhì)量好壞的一個(gè)重要因素。通過(guò)ESD抗擾度試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)電子產(chǎn)品的這種能力。現(xiàn)在越來(lái)越多的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)將ESD抗擾度試驗(yàn)作為推薦或強(qiáng)制性內(nèi)容納入其中。電子設(shè)備的ESD抗擾度試驗(yàn)也作為電子設(shè)備電磁兼容性測(cè)試一項(xiàng)重要內(nèi)容列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。不同使用環(huán)境、不同用途、不同ESD敏感度的電子產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對(duì)ESD抗擾度試驗(yàn)的要求有所不同。下面簡(jiǎn)要介紹一下我們經(jīng)常直接或間接引用的標(biāo)準(zhǔn)GB/T17626.2-1998（idt IEC 61000-4-2:1995）:《電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)靜電放電抗擾度試驗(yàn)》。

3.1 試驗(yàn)對(duì)象

處于靜電放電環(huán)境中和安裝條件下的裝置、系統(tǒng)、子系統(tǒng)和外部設(shè)備。

3.2 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

試驗(yàn)單個(gè)設(shè)備或系統(tǒng)的抗靜電干擾的能力。該標(biāo)準(zhǔn)模擬:操作人員或物體在接觸設(shè)備時(shí)的放電。人或物體對(duì)鄰近物體的放電。

3.3 ESD的模擬

圖1給出了靜電放電發(fā)生器簡(jiǎn)圖，圖中高壓真空繼電器是目前唯一的能夠產(chǎn)生重復(fù)與高速的放電波形的器件（放電開(kāi)關(guān)）。圖2給出了標(biāo)準(zhǔn)放電電流波形，圖中Im表示電流峰值，上升時(shí)間 tr=（0.7～1）ns。放電線路中的儲(chǔ)能電容CS代表人體電容，現(xiàn)公認(rèn)150pF比較合適。放電電阻Rd為330Ω，用以代表手握鑰匙或其他金屬工具的人體電阻。

3.4 試驗(yàn)方式

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了兩種試驗(yàn)方式:直接和間接放電的方式進(jìn)行。

直接施加的放電:施加于操作人員正常使用受試設(shè)備時(shí)可能接觸的點(diǎn)和表面上。間接施加的放電:對(duì)放置于或安裝在受試設(shè)備附近的物體的放電，應(yīng)用靜電放電發(fā)生器對(duì)耦合板接觸放電的方式進(jìn)行模擬。

3.5 試驗(yàn)環(huán)境對(duì)空氣放電該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了氣候條件:

環(huán)境溫度:15℃～35℃

相對(duì)濕度:30%～60%RH大氣壓力:86kPa～106kPa

對(duì)接觸放電該標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)定特定的環(huán)境條件。

3.6 一般設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

有很多辦法減小ESD產(chǎn)生的電磁干擾（EMI）對(duì)電子產(chǎn)品或設(shè)備的影響，常用的設(shè)計(jì)方法有:在CMOS、MOS器件中加入保護(hù)二極管，對(duì)襯底作防靜電處理；在傳輸線上（地線在內(nèi)）串幾十歐姆的電阻或鐵氧體磁珠；使用靜電保護(hù)表面涂敷技術(shù)，使機(jī)芯難以放電，經(jīng)證明十分有效；盡量使用屏蔽電纜；在接口處安裝濾波器；將無(wú)法安裝濾波器的敏感接口加以隔離；選擇低脈沖頻率的邏輯電路；保持地電流遠(yuǎn)離敏感電路及有關(guān)線路；外殼屏蔽加良好的接地；保持濕度與溫度。靜電放電測(cè)試結(jié)果已經(jīng)成為評(píng)估產(chǎn)品可靠性的一個(gè)重要指標(biāo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

靜電放電測(cè)試是電磁兼容測(cè)試技術(shù)中非常重要的一項(xiàng)。目前，對(duì)于元器件級(jí)靜電放電測(cè)試與系統(tǒng)級(jí)靜電放電測(cè)試之間關(guān)系的研究，在國(guó)內(nèi)外均屬空白。然而，這又是人們普遍關(guān)心的問(wèn)題，是測(cè)試技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向。對(duì)靜電放電測(cè)試技術(shù)未來(lái)發(fā)展方向的研究，將為相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定及通信和電子產(chǎn)品的技術(shù)進(jìn)步提供重要的技術(shù)支撐。

[1]魯維德.電子產(chǎn)品的靜電放電保護(hù)技術(shù)與新裝置的應(yīng)用[J].電源世界，2009-01-15。