電子元器件靜電防護措施

　　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的靜電壓也會對其造成破壞。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，這種危險存在于任何沒有采取靜電防護措施的工作環(huán)境中。靜電對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、運輸?shù)冗^程中都會對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措施：

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

　　2、人體靜電防護。操作人員穿戴防靜電工作服、手套、工鞋、工帽、手腕帶;

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

　　要實現(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。

　　靜電防護措施

　　檢查、安裝IC靜電防護作業(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、工作臺面鋪設(shè)防靜電臺墊后接地;

　　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

　　防靜電臺墊、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、儀器等應(yīng)每天檢測一次。檢測時，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，一個帶上正電荷，另一個帶上負(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接地的導(dǎo)體，會產(chǎn)生強烈的瞬間放電，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被充電到很高電壓的小電容。

　　當(dāng)集成電路（IC）受到ESD時，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，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。瞬間大電流會嚴(yán)重?fù)p傷IC，局部發(fā)熱的熱量甚至?xí)诨杵苄尽?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/ESD">ESD對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。鎖死電流會一直保持，直到器件被斷電。不過到那時，IC通常早已因過熱而燒毀了。

　　對串行接口器件來說，ESD會使IC工作不正常，通訊出現(xiàn)誤碼，嚴(yán)重的會徹底損壞。為分析故障現(xiàn)象，MAXIM公司對不同廠家的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)_，信號接收器接收到的信號干擾了發(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，過高的回饋電壓會損壞其它由單電源（+5V）供電的器件

　　對于串行接口器件，最簡單的防護措施是在每條信號線上外加阻容元件。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)點是成本低，但是防護能力有限。雖然能使ESD的破壞力在一定程度上得到抑制，但依然存在。因為阻容元件并不能降低尖峰電壓的峰值，僅僅是減少了電壓上升的斜率。而且阻容元件還會引起信號失真，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。這種防護非常有效。但外加器件仍會增加電路板面積，而且防護器件的電容效應(yīng)會增加信號線的等效電容，成本也較高，因為TransZorbTM二極管價格較貴（大約25美分/每個），典型的3發(fā)/5收的COM端口需要8個TransZorbTM二極管，費用高達(dá)$2美元。

　　一個有效的ESD測試應(yīng)在最高測試電壓以內(nèi)的整個電壓范圍進(jìn)行。因為有些IC可能在10kV時通過了測試，但在4kV時反而被ESD打壞了，這樣的IC實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為一個間隔進(jìn)行測試，而且要同時測試正負(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)，斷電停機狀態(tài)，如果串行接口器件有自動關(guān)斷休眠模式，還應(yīng)對這一狀態(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，在每個測試電壓點，對被測引腳應(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)到下一個電壓測試點。在所有電壓點都測試完以后，還應(yīng)對IC做全面的功能測試，測量IC的每個參數(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。