电子产品敏感特性

四、电子产品敏感特性

尽管早在第二次世界大战就发现了静电放电(ESD)烧坏了(击穿)硅检波二极管，当时对静电放电(ESD)的危害还不太认识。20世纪60年代初期出现MOS器件以后，由于芯片加工中的二氧化硅膜的厚度为10^－7m，与通常的硅平面型晶体管的二氧化硅膜的厚度为5×10^－7m～1μm相比，就薄得多。当静电电位在100～150V时，可使二氧化硅膜击穿，产生气泡状的针孔，出现绝缘击穿现象。进入70年代集成电路(IC)被广泛应用，静电放电(ESD)的击穿现象日益明显。不仅在生产过程中发现软击穿和硬击穿，而且有的产品出厂经存放后就失效，可见静电放电(ESD)的危害十分严重，迫使电子元器件和设备生产厂积极采取措施。

1.电子产品对静电放电的敏感性

电子产品对静电放电(ESD)的敏感性，实际上是组成这些产品的元器件对静电放电(ESD)的敏感性。对静电放电(ESD)敏感的器件有微电子器件、分立半导体器件、厚膜器件、薄膜电阻器、电阻器基片以及压电晶体等。

静电放电(ESD)敏感的电子产品通常分为三级:

①级是对0～1 999V静电放电(ESD)电压敏感的电子产品;

②级是对2 000～3 999V静电放电(ESD)电压敏感的电子产品;

③级是对4 000V以上静电放电(ESD)电压敏感的电子产品。

在国防工业系统中，分类方法均按国家军用标准GJB548A－1996《微电子器件试验方法和程序》的方法3015《静电放电敏感的分类》进行分类，是基于一个100pF、1 500Ω的试验电路(称为人体模型)，给器件的不同管脚，施加一个放电脉冲进行分类。

当器件的引出线两端出现静电放电(ESD)时，器件受到静电场的作用，很容易受损、性能变差或间断工作。当器件一端接有高压源，另一端没有接地，则静电放电敏感(ESDS)器件就有可能损坏。换言之，接地不良将导致静电放电敏感(ESDS)器件损坏。表2－19列出各级静电放电(ESD)敏感元器件实例。

表2－19　各级静电放电(ESD)敏感元器件实例

续表

不同的器件对静电放电(ESD)敏感程度不同。这种差别是由于器件的设计和掺入器件内的杂质成分不同而造成的。表2－20给出了器件的类型、失效机理和失效特征等。

表2－20　器件类型、失效类型和失效特征

续表

2.静电放电(ESD)对电子设备干扰的机理

前面已讨论了静电放电对电子设备影响的具体形式，此处研究静电放电(ESD)对电子设备干扰的机理。静电放电(ESD)对电子设备的干扰实际上就是对设备中电路的干扰。因此其干扰机理仍是前述两种，即静电放电电流直接流过电路对电路造成损坏及静电放电电流产生的电磁场通过电容耦合、电感耦合或空间辐射网耦合等途径对电路造成干扰。

电磁噪声可通过传导或辐射方式进入电子设备、电路及ESD的近场。辐射耦合的基本方式可以是电容或电感方式，取决于ESD源和接受器的阻抗。在远场，则存在电磁场耦合。

如果ESD感应的电压和/或电流超过电路的信号电平，电路操作将失常。在高阻电路中，电流信号很小，信号用电压电平表示，此时电容耦合将占主导地位，ESD感应电压为主要问题。在低阻电路中，信号主要为电流形式，因而电感耦合占主导地位，ESD感应电流将导致大多数电路出现问题。

两种主要的破坏机制是:①由于ESD电流产生热量导致设备的热失效;②由于ESD感应出高的电压导致绝缘击穿。两种破坏可能在一个设备中同时发生，例如，绝缘击穿可能激发大的电流，这又进一步导致热失效。

因为使设备产生损坏比导致它失常所必需的电压和电流要大1～2个数量级，损坏更有可能在传导耦合时产生。这就是说，造成损坏，ESD电火花必须直接接触电路，以造成传导耦合，而辐射耦合通常只导致失常。