CH2-补充 静电防护2.ppt

1、南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,4.6 静电灾害的防护,防静电危害的措施首先是防止静电产生，对已产生的静电，应尽量限制其达不到危险的程度。其次是使产生的电荷尽快泄漏或中和，从而消除电荷的大量积累。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,一、防静电危害措施的类型,1、静电引起爆炸和火灾的防护措施 1）、防止形成危险性混合物；2）、防止静电放电成为引火源。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,2、静电电击灾害防护,1）、防止因人体带电造成的静电电击灾害，主要是通过地面导电化，穿防静电工作服、鞋和人体接地等方法来实现。 2）、防止工作人员因所处理的物体带静电而导致的静电电击措施，主要是防止物体带静

2、电、对带电物体进行屏蔽、使操作人员不直接接触带电物体。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,3、静电造成生产故障防护,使用防静电添加剂及接地等措施防止静电产生。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,二、消除静电危害的方法,1、减小摩擦起电的措施 1）、在传动装置中减少皮带与其他传动件上的打滑现象，并尽可能使用导电履带； 2）、在输送可燃气体、易燃物体的设备上，尽可能采用直接传动；3）、限制易燃和可燃液体的流速，可大大减少静电的产生和积累。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,2、接地泄漏措施 ；3、通过添加导电填料、使用防静电剂来降低物体的电阻率；4、增加空气湿度 。,南京信息工程大学遥感学院

3、防雷施广全,环境湿度对人体电位的影响,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,5、空气电离法 6、其他方法 1）、用间接的金属网或金属板等导体将带电体屏蔽 ；2）、对易燃易爆液体、气体、粉尘等输送通道、贮罐、容器等冲入二氧化碳、氦等气体 ；,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,3）、向静电的带电体吹送空气来消除静电；4）、工作人员在进入有防静电要求的工作部位前，首先必须进行人体接地以消除人体静电。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,4.7 静电放电产生的电磁骚扰,一、ESD概述 ESD表示静电放电 物体通过摩擦或感应积累电荷，摩擦起电是一个机械过程，依靠相对表面移动传送电量。传送的电量取决于接触

4、的次数、表面粗糙度、湿度、接触压力、摩擦物质的摩擦特性以及相对运动速度。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,两个物体之间的电位差将引起放电电流，传送足够的电量以抵消电位差。这个高速电量的传送过程即为ESD。在这个过程中，将产生潜在的破坏电压、电流以及电磁场。 ESD能量传播有两种方式：放电电流通过导体传播，激励一定频谱宽度的脉冲能量在空间传播。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,与ESD相关的EMI（电磁骚扰发射）能量上限频率可超过1GHz，取决于电平、相对湿度、靠近速度和放电物体的形状。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,放电电压与场强及上升时间的关系,南京信息工程大学遥感学院防雷施广

5、全,电场倾向于激励高阻天线和电压敏感性电路，因而可以通过使某些潜在天线的阻抗变小而使这种激励减小。但这样可能增加磁场骚扰，因为磁场比电场更容易穿透低阻抗屏蔽。磁场容易激发孔洞和缝隙泄漏，最容易被低阻抗天线特别是电路回路接收，因而避免使用回路是一条很好设计导则。但回路有时很难识别。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,二、ESD对电子设备的影响,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,电磁噪声可通过传导或辐射方式进入电子设备 ，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。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,在高阻电路中，电流信号很小

6、，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感应电流是主要问题。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,两种主要的破坏机制是：由于ESD电流产生热量导致设备的热失效；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。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,三、静电放电对电子产品的危害,1、电子产品静电放电损害的特点 ：1)、隐蔽性 电子元器件却在人们不知不觉中受到损伤；,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,2)、失效分析的复杂性,有些静电损伤现象难以与其他原因造成的损伤加以区别，使

7、人误把静电损伤失效当作其他失效。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,3）、损伤具有潜在性,有些电子元器件受静电放电损伤后，仅表现出产品某些性能参数的下降，但尚未达到完全失效的程度 。这种效应可以累加，从而形成潜在隐患 。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,4)、损伤的随机性,电子元器件的静电放电损伤有可能在产品从加工制造到使用维护的任一环节、任一步骤、与任何有关带电人体(或物体)接触时发生，具有很大的随机性。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,2、电子元器件的静电敏感电压值,MOS电路(金属氧化物硅集成电路)对静电放电的损伤最敏感 。人体或器具上所带静电如不加以适度防护，很容易超过下表所

8、列的低端电压。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,由于尺寸减小，使相应的电容量减小，根据公式UQC，在同样的静电荷水平情况下，如电容量C减小一倍，静电电压U相应增大一倍。于是，击穿的危险性更大，防护难度也随之增大。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,3、电子元器件静电损伤的失效类型,1)突发性完全失效 这种类型指由于静电放电造成电子元器件自身短路、开路、功能丧失或参数不合格等，因而立即失去其工作能力。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,与电压相关的失效(介质击穿、PN结反向漏电等) ；与功率相关的失效(铝条烧断、硅片局部区域熔化、PN结边缘损伤导致的严

9、重漏电、增益下降等)； 静电场力的破坏作用(如引线被拉断、静电吸附等) 。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,2)、潜在性缓慢失效,这种类型指带电体所带静电位或存储的静电能量较低，或静电放电时电路中有限流电阻存在，那么，一次静电放电脉冲可能不足以引起电子元器件的完全失效，但它会在元器件内部造成轻度损伤。这种损伤具有累加性，使器件的静电损伤电压阈值逐渐下降。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,4、电子元器件静电放电损伤失效机理,与静电放电有关的典型失效机理包括：热二次击穿、金属导电层熔融、介质击穿、气体电弧放电、表面击穿和体击穿。在上述各项机理中，热二次击穿、金属导电层熔融和体击穿与功率相关

10、，介质击穿、气体电弧放电和表面击穿与电压相关。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,1)、热二次击穿,半导体材料的热时间常数通常比静电放电脉冲的瞬变时间长，故热量几乎不会从功率耗散面积上向外扩散，因而在器件内可以形成大的温度梯度。局部结温可以接近材料的熔融温度，通常导致热点扩大，随后由于熔融而短路。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,2)、金属导电层熔化,当静电放电的瞬变过程使元器件的温度增大到足以熔化金属化层或使键合引线烧熔时，引起失效。 由于截面积不均匀，在某些部分的电流密度增大，在金属化层上形成热点。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,3)、介质击穿,加在绝缘区两端的电压超过介质固有

11、的击穿电压强度时，就要发生介质击穿。这种失效是由于电压而不是由于功率造成的。 这种事故之后，通常会呈现出较低的击穿电压或增大漏电电流，但元器件却没有发生致命的失效。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,4)、气体电弧放电,如果元器件中未被钝化的薄层电极之间间距很小，气体电弧放电能使元器件的电性能降低。电弧放电会引起金属汽化并常常使金属离开电极。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,5）、体击穿,体击穿是在结区由于局部高温致使结的参数变化形成的。由于局部高温会使金属化层熔化或杂质扩散，导致结参数发生很大变化，通常的结果是形成与结并联的电阻通路。这种效应通常发生在热二次击穿之后。,南京信息工程大学

12、遥感学院防雷施广全,5、静电放电损伤与元器件结构的关联性,不同类型的电子元器件由于其设计和结构材料的不同，对静电放电损伤的敏感程度不同，反映在失效特征和其失效机理上也有所不同。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,6、电子产品生产、加工制造中的静电源,电子产品在生产、加工制造过程中，工作台表面、工具、器具、人体及其服装，都可能成为静电荷源。这些静电荷源基本上是绝缘体或处于与地面绝缘状态的物体。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,在静电荷、静电位和带电

13、体静电容之间存在着ZQC的恒定关系，故当C一定时，U取决于Q；当Q一定时，U取决于C。增湿可以泄漏电荷和使电荷分布均匀，都是降低Q的重要措施，从而降低U的水平；增加带电体与地之间的静电容C，也是降低U水平的重要途径。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,7、电子产品的安全防护,电子产品的静电防护具有下列明显特点：1)、需要在产品工作寿命的全过程进行防护。2)、需从设计开始到加工、制造、使用、维护的所有环节上进行防护。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,3)、需要从组装成组件和或设备的元器件中对静电危害最敏感的部件来确定所需的防护水平。4)、需要由所有相关人

14、员共同参与实施防护措施，包括软、硬两方面的措施。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,四、信息系统环境中静电的防护措施,1、从设备角度（提高设备本身抗干扰的能力） 1）、设备中不用的输入端不允许处于不连接或悬浮的状态。 2）、使用滤波器阻止ESD能量耦合到设备的内部。 3）、PCB设计在提高系统的ESD抗骚扰特性中起着重要的作用。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,4）、外壳设计是另一个阻止ESD辐射及传导耦合的关键。 5）、一个正确的电缆保护系统可以提高系统的非敏感性。 为了减少辐射EMI耦合到电缆，线长和回路面积要减小，在电缆的两端，电缆屏蔽必须与壳体屏蔽连接。,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,2、从机房角度（降低发生ESD的几率）,1）、基本工作间可铺设导静电地面； 2）、主机房内可采用防静电的活动地板； 3）、主机房内的工作台面及坐椅垫套材料必须是导静电的 ；,南京信息工程大学遥感学院防雷施广全,4）、主机房内的导体必须与大地有可靠的连接，不得有对地绝缘的孤立导体；5）、导静电地面、防静电活动地板、工作台面和坐椅垫套必须进行静电接地；6）、静电接地的连接线应有足够的机械强度和化学稳定性。,