3.2.2 静电使电子产品损坏的特点
(1)隐蔽性
人体带电是电子产品静电损伤的主因,但因为人体不能直接感知静电,除非发生静电放电。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2kV ~ 3kV,小于3kV 的人体静电,对人而言几乎无法感知。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,并不马上失效,但多次积累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
只要电压超过或接近静电感应电压阈值,就可能对电子元器件造成损坏;静电的产生和放电都是瞬间发生的,很难预测和防护;在生产的各个环节均可能发生。
(4)复杂性
电子产品有精、细、小的结构特点,而失效分析相当复杂。如有些静电损伤现象难以与其它原因造成的损伤加以区别,要求较高的技术并往往需要使用扫描电镜等高精密仪器。
4 ESD 损坏模型
静电放电主要损坏模式分为3 类:人体模型(HBM),机器模型(MM)和带电器件模型(CDM)。
4.1 人体模型(Human Body Model, HBM)
人员未接地带电接触产品,造成产品损坏。人体在地上走动摩擦或其它因素在人体上已积累了静电,
当此人去碰撞到器件(IC)时,人体上的静电便会经由器件(IC)的插脚(pin)进入器件内,若器件有一端接地而形成放电路径时,便会经接地插脚放电到地,如图1 所示。
此放电过程会在短短数百mμs(ns)的时间内产生数A的瞬间放电电流,进而将器件的电路烧毁。
图2 示出HBM 等效电路图, 其中人体的等效电容为100pF,人体的等效放电电阻为1.5kΩ。图3 示出HBM 静电
电压相对产生瞬间放电电流与时间的关系。
对于一般元件可耐受的HBM 2kV 来说,在2ns ~ 10ns的时间内,瞬间放电电流峰值可达1.33A。
表3 列出人体模型下的敏感度分级。
4.2 机器模型(Machine Model, MM)
机器带电接触产品,放置在未接地的工装、仪器、设备上时造成产品损坏。敏感器件在组装过程中,会涉及许多金属夹具、部件,当带上静电并靠近器件时,会发生金属夹具、部件与器件之间的插脚(pin)快速放电。机器模型表现出来的特征为低压大电流,会直接烧坏组件本身,如图4 所示。
因为机器是金属,其等效电阻为0Ω,机器设备的电容远大于人体的电容,其等效电容为200pF。由于机器放电模式的等效电阻为0,故其放电过程更短,在几ns~ 几10ns 之间会有数A 的瞬间放电电流产生。