靜電放電的幾種模式

靜電對(duì)電子產(chǎn)品的損害有多種形式，其中*常見、危害*大的是靜電放電(ESD)。帶靜電的物體與元器件有電接觸時(shí)，靜電會(huì)轉(zhuǎn)移到元器件上或通過(guò)元器件放電；或者元器件本身帶電，通過(guò)其它物體放電。這兩種過(guò)程都可能損傷元器件，損傷的程度與靜電放電的模式有關(guān)。實(shí)際過(guò)程中靜電的來(lái)源有很多，放電的形式也有多種。但通過(guò)對(duì)靜電的主要來(lái)源以及實(shí)際發(fā)生的靜電放電過(guò)程的研究認(rèn)為，對(duì)元器件造成損傷的主要是三種模式，即帶電人體的靜電放電模式、帶電機(jī)器的放電模式和充電器件的放電模式。圖1.3和1.4分別是人體放電和充電器件放電的實(shí)例圖。
1.帶電的人體的放電模式(HBM)
　　由于人體會(huì)與各種物體間發(fā)生接觸和磨擦，又與元器件接觸，所以人體易帶靜電，也容易對(duì)元器件造成靜電損傷。普遍認(rèn)為大部分元器件靜電損傷是由人體靜電造成的。帶靜電的人體可以等效為圖1.5的等效電路，這個(gè)等效電路又稱人體靜電放電模型(HumanBodyModel)。其中，Vp帶靜電的人體與地的電位差，Cp帶靜電的人體與地之間的電容量，一般為50-250pF；Rp人體與被放電體之間的電阻值，一般為102-105Ω
　　人體與被放電體之間的放電有兩種。即接觸放電和電弧放電。接觸放電時(shí)人體與被放電之間的電阻值是個(gè)恒定值。電弧放電是在人體與被放電體之間有一定距離時(shí)，它們之間空間的電場(chǎng)強(qiáng)度大于其介質(zhì)(如空氣)的介電強(qiáng)度，介質(zhì)電離產(chǎn)生電弧放電，暗場(chǎng)中可見弧光。電弧放電的特點(diǎn)是在放電的初始階段，因?yàn)榭諝馐?*導(dǎo)體，放電通道的阻抗較高，放電電
　　流較小；隨著放電的進(jìn)行，通道溫度升高，引起局部電離，通道阻抗逐漸降低，電流增大，直至達(dá)到一個(gè)峰值；然后，隨著人體靜電能量的釋放，電流逐漸減少，直至電弧消失.
2.帶電機(jī)器的放電模式
　　機(jī)器因?yàn)槟Σ粱蚋袘?yīng)也會(huì)帶電。帶電機(jī)器通過(guò)電子元器件放電也會(huì)造成損傷。機(jī)器放電的模型(MachineModel)如圖1.6所示。與人體模式相比，機(jī)器沒有電阻，電容則相對(duì)要大。
3.充電器件的放電模型
　　在元器件裝配、傳遞、試驗(yàn)、測(cè)試、運(yùn)輸和儲(chǔ)存的過(guò)程中由于殼體與其它材料磨擦，殼體會(huì)帶靜電。一旦元器件引出腿接地時(shí)，殼體將通過(guò)芯體和引出腿對(duì)地放電。這種形式的放電可用所謂帶電器件模型(Charged-DeviceModel，CDM)來(lái)描述。下面以雙極型和MOS型半導(dǎo)體器件為例給出靜電放電的等效電路。
雙極型器件的CDM等效電路如圖1.7(a)所示，Cd為器件與周圍物體及地之間的電容，Ld為器件導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的等效電感，Rd為芯片上放電電流通路的等效電阻。串聯(lián)著的Rd、Cd和Ld等效于帶電器件。開關(guān)S合上表示器件與地的放電接觸，接觸電阻為Rc。
 　　MOS器件的CDM等效電路如圖1.7(b)所示。由于MOS器件各個(gè)管腿的放電時(shí)間長(zhǎng)短相差很大，所以要用不同的放電通路來(lái)模擬，每條放電通路都用其等效電容、電阻和電感來(lái)表示。當(dāng)開關(guān)S閉合而且有任一個(gè)管腿接地時(shí)，各通路存儲(chǔ)的電荷將要放電。若在放電過(guò)程中，各個(gè)通路的放電特性不同，就會(huì)引起相互間的電勢(shì)差。這一電勢(shì)差也會(huì)造成器件的損壞，如柵介質(zhì)擊穿等。
　　器件放電等效電容Cd的大小和器件與周圍物體之間的位置及取向有關(guān)，表1.7給出了雙列直插封裝器件在不同取向時(shí)的等效電容值，可見管殼的取向不同，電容可相差十幾倍，因而其靜電放電閾值可