ESD学习报告

ESD学习报告

1.目的

熟悉ESD测试标准

2.内容

2.1 静电、静电释放的定义

2.2 静电的产生及特点

2.3 静电的损害形式及特点

2.4系统ESD标准及测试

2.5 测试结果分析

2.1 静电、静电释放的定义

静电（static electricity）：物体表面过剩或不足的静止的电荷。

静电释放（electrostatic discharge）：两个具有不同静电电位的物体，由于直接接触或静电场感应引起两物体间的静电电荷的转移。

2.2静电的产生及特点

2.2.1静电的产生

物质都是由分子组成，分子是由原子组成，原子中有带负电的电子和带正电荷的质子组成。在正常状况下，一个原子的质子数与电子数量相同，正负平衡，所以对外表现出不带电的现象。但是电子环绕于原子核周围，一经外力即脱离轨道，离开原来的原子儿而侵入其他的原子B，A原子因缺少电子数而带有正电现象，称为阳离子；B原子因增加电子数而呈带负电现象，称为阴离子。造成不平衡电子分布的原因即是电子受外力而脱离轨道，这个外力包含各种能量(如动能、位能、热能、化学能……等)在日常生活中，任何两个不同材质的物体接触后再分离，即可产生静电。

静电产生的方式有：接触摩擦、感应等。

“接触分离”起电：当两个不同的物体相互接触时就会使得一个物体失去一些电荷如电子转移到另一个物体使其带正电，而另一个体得到一些剩余电子的物体而带负电。若在分离的过程中电荷难以中和，电荷就会积累使物体带上静电。所以物体与其它物体接触后分离就会带上静电。通常在从一个物体上剥离一张塑料薄膜时就是一种典型的“接触分离”起电，在日常生活中脱衣服产生的静电也是“接触分离”起电。

感应起电：当带电物体接近不带电物体时会在不带电的导体的两端分别感应出负电和正电

2.2.2静电的特点：

·高电压

·低电量

·小电流

·作用时间短的特点

2.3静电的损害形式及特点

2.3.1静电的损害形式

静电的基本物理特性为：吸引或排斥，与大地有电位差而产生放电电流。这三种特性能对电子元件影响如下：

·静电吸附灰尘，降低元件绝缘电阻(缩短寿命)。

·静电放电破坏，使元件受损不能工作(完全破坏)。

·静电放电电场或电流产生的热使元件受伤(潜在损伤)

·静电放电产生的电磁场幅度很大(达几百伏/米)、谱极宽(从

几十兆到几千兆)，对电子产器造成干扰甚至损坏(电磁干扰)

这四种形式对元器件造成的损伤，既可能是永久性的(如功能丧失，不能恢复)，也可能是暂时性的(如静电放电产生的干扰使功能暂时丧失)；既可能是突发失效，也可能是潜在失效。其中静电放电(ESD)事件是造成元器件损伤最常见和最主要的原因。

2.3.2静电损害的特点

1.隐蔽性

人体不能直接感知静电除非发生静电放电,但是发生静电放电人体也不一定能有电击的感觉,这是因为人体感知的静电放电电压为2~3 KV,所以静电具有隐

蔽性。

2.潜在性

有些电子元器件受到静电损伤后的性能没有明显的下降，但多次累加放电会给器件造成内伤而形成隐患。因此静电对器件的损伤具有潜在性。

3.随机性

电子元件甚么情况下会遭受静电破坏呢?可以这么说，从一个元件产生以后，一直到它损坏以前，所有的过程都受到静电的威胁，而这些静电的产生也具有随机动性性。其损坏也具有随机动性性。

4.复杂性

静电放电损伤的失效分析工作，因电子产品的精、细、微小的结构特点而费时、费事、费钱，要求较高的技术并往往需要使用扫描电镜等高精密仪器。即使如此，有些静电损伤现象也难以与其他原因造成的损伤加以区别，使人误把静电损伤失效当作其他失效。所以静电对电子器件损伤的分析具有复杂性。

2.4系统ESD标准及测试

主要的ESD测试标准为IEC6100 4-2

电子产品ESD敏感度测试

接触式放电为优先选择的试验方法，空气放电则用在不能使用接触放电场合。每种试验方法的电压见下图。

测试等级

试验发生器主要组成部分：

充电电阻R c；储能电容Cs；分布电容Cd；放电电阻Rd；电压指示器；放电开关；可更换的放电电极头；放电回路电缆，电源装置。

静电发生器简图

静电发生器特性：

规范：储能电容（Cs+Cd） 150pF±10%

放电电阻（Rd）330Ω±10%

充电电阻（Rc）50MΩ与100MΩ之间

输出电压接触放电1kv至8kv（标称值）

空气放电2kv至15kv(标称值) 输出电压示值的容许偏差±5%

输出电压极性负极（可切换）

保持时间至少5s

放电操作方式单次放电（连续放电时间至少1s）

放电电流波形见下图（一对发生器应采取措施，以防止产生非期望的脉冲或连续形式的辐射或传导发射以使受试设备或辅助试验设备不受干扰。

试验发生器放电回路电缆一般长为2m，其构成应使发生器满足波形要求。它应有足够的绝缘以防静电放电期间放电电流不通过导线流向人员或其他导电表面。若2m不够长可使用不超过三米的电缆，但必须校验是否符合波形的技术规范。

接触式放电电流波形参考值图（一）

理想接触式放电电流波形图（4kv）

可更换电极头图（二）

静电发生器校验过程输出电流波形图英语上图相符。放电电流的特征参数应使用1000M Hz带宽的测量仪器进行校验。带宽较窄则意味着上身时间和第一个电流峰值测量受到限制。验证时，放电电极头应与电流传感器直接接触，而其发生器一接触放电方式来工作。

空气放电电极头

接触式放电电极头

试验配置

试验配置有实验发生器、受试设备和以下列方式对受试设备直接或间接放电时所需的辅助仪器构成。

a）对到体表面和耦合平面的接触放电

b）在绝缘表面的空气放电

试验可分为两种不同类型

——在实验室进行的型式（适应式）试验

——在最终安装条件下对设备进行安装后试验

优先选用在实验室内进行型式试验

实验室的地面应使用一种最小厚度为0.25mm的铜或铝的金属薄板设置接地参考平面，或至少0.65mm厚度的其他金属材料板。且最小尺寸为1平方米，实际尺寸取决于受试设备的尺寸，且两边至少超出受试设备或耦合板0.5m并将它与保护系统连接。

台式设备：

地参考平面的（0.8±0.08）m高的绝缘桌。放在桌面上的（1.6±0.02）m×（0.8±0.02）m水平耦合板(HCP)。并用一个厚0.5mme缘衬垫将受试设备和电缆与耦合板隔离。如果受试设备过大而不能保持与水平耦合板各边的最小距离为0.1m，则应使用另一块相同的水平耦合板。并与第一块短边侧距离0.3m。耦合板可不焊接在一起但必须经过另一根带电阻电缆接到接地参考平面。