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靜電放電模型及電路防護設計

嘉峪檢測網(wǎng)        2020-08-14 14:41

每到冬天,不管是認識的還是不認識的、會動的還是不會動的,大家都特別的“來電”。估計很多人都有深刻的體會,握個手,啪!……,開個門,啪!……,拿個芯片,完了……。今天,小編來介紹一下在冬天這個本該抱團取暖的季節(jié),使得大家都不敢靠得太近,每個動作都要小心翼翼的元兇——“靜電”。

靜電模型

大家都在說靜電,都知道人被靜電打一下很痛,芯片被靜電打一下更痛。然而并不是所有的靜電都一樣,下面小編逐一介紹一下三種不同的靜電模型。

人體模型(HBM

人體模型是最早被發(fā)現(xiàn)的靜電模型,也是最為廣泛為人知道的靜電模型。早在20世紀60年代,就已經(jīng)提出了人體模型。人體模型描述的是一個站立的充電的人接近集成電路時的放電過程。當人體積聚的電荷足以將人和人之間、人和芯片之間的空氣擊穿時,人體上的電荷就通過芯片或者人體對地面進行放電。人體模型的等效電路如圖1

靜電放電模型及電路防護設計

圖1. 人體模型等效電路

機器模型(MM

人體模型被發(fā)現(xiàn)不久之后,隨著自動化操作機械的廣泛使用,人們發(fā)現(xiàn)有些時候靜電長得跟人體模型有點不一樣,由此機器模型也跟著被發(fā)現(xiàn)了。機器模型描述的是一個帶電的物體(包括設備、工具等)在接觸芯片時對芯片進行放電的過程。機器模型的等效電路如圖2。

靜電放電模型及電路防護設計

圖2. 機器模型等效電路

帶電器件模型(CDM

人體模型和機器模型都是人或者其他帶電物體對器件放電,帶電器件模型則有點不同。帶電器件模型是器件自身帶電,自己放電。帶電器件模型描述的是器件自身帶電(也就是說,電荷最初儲存在器件內的),當這個器件的一個引腳接觸接地物體,它就會自行放電。帶電器件模型的等效電路見圖3。

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圖3. 帶電器件模型等效電路

三種模型所描的過程不同,因此其特點和對器件的影響也都不一樣。CMD模式雖然脈沖持續(xù)時間最短,但是電流變化最為劇烈,對器件的破壞力最大。HBM模式的持續(xù)時間最長,但是電流峰值最小。MM模式則介乎于二者之間,以一種類似正弦波的形式表現(xiàn)。

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圖4. 3中模型放電電流波形對比

 

靜電模型

持續(xù)時間

放電電流

破壞能力

HBM

最長

最小

相對較小

MM

較長

較大

較強

CDM

最短

極大

最強

    靜電對電子產(chǎn)品的損害

    電子產(chǎn)品在生產(chǎn)、運輸以及使用過程中,容易與帶電體(包括人體、設備或物體等)接觸。帶電體與電子產(chǎn)品接觸時,帶電體會通過電子產(chǎn)品進行放電,從而對電子產(chǎn)品中的電子元器件造成損傷。尤其是對CMOS集成電路、MOS管、TVS管等元器件帶來嚴重的危害,如漏電流增加、功能失效、功能退化等問題。

靜電放電模型及電路防護設計

    電路防護設計

    為了防止靜電對器件造成損傷,我們通常會在電子產(chǎn)品的對外接口處設計靜電防護電路。靜電防護電路的設計大體上有兩種思路:。

“堵”就是“阻止”靜電進入后端被保護的器件,通常是通過在電路上串聯(lián)電阻或者磁珠來限制ESD放電電流。電路上增加串聯(lián)電阻或磁珠后,靜電放電回路上的總阻抗增大,從而限制靜電放電電流,達到靜電防護的效果。

 

靜電放電模型及電路防護設計

圖5. 堵截ESD放電電流

“疏”

“疏”就是在被保護器件前搭建放電通道,使靜電通過通道釋放。“疏”的方式有很多種,常見的有并聯(lián)放電器件(如齊納管、壓敏電阻等)、增加濾波網(wǎng)絡等方式。當發(fā)生靜電放電時,放電器件開啟導通形成放電通道,使靜電能量通過放電器件流入地線,避免靜電對后端被保護器件造成損壞,達到靜電防護的效果。

 

靜電放電模型及電路防護設計

圖6. 疏導ESD放電電流

靜電無時無刻都存在于我們的生活中,影響著我們的電子產(chǎn)品。知彼知己方能百戰(zhàn)不殆,只有全面了解靜電的特性,才能更好地設計保護電路,為我們的電子產(chǎn)品做好防護。

 

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來源:Internet

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