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静电损伤

[发布日期:2019-01-14 09:25:32] 点击:40


  一、静电损伤的两种失效形式
  1. 硬损伤:又称“突发性完全失效”、“一次性损坏”,约占10%
  表现为器件电参数突然劣化,失去原有功能。主要原因是静电放电造成过压使得介质被击穿,或过流使得内部电路金属导线熔断、硅片局部融化等。
  硬损伤可通过常规的性能测试手段及时发现,相对软失效而言危害要小得多。
  2. 软损伤:又称“潜在性缓慢失效”、“多次损伤累积后失效”,约占90%
  受到软损伤的器件,虽然当时各类电参数仍合格,然而其使用寿命却大大缩短了。含有这些器件的产品或系统,可靠性变差,可能会在后续过程中(直至终用户)继续遭受ESD软损伤或其它过应力损伤积累而过早地失效。
  由于软损伤是潜在的,运用目前的技术还很难证明或检测出来,特别是器件被装入整机产品之后,因此具有更大的危害性。这些产品流入市场后的维护成本和造成的其它损失,将比在生产中发生的直接损失要放大几十甚至上百倍!
  二、基本的ESD事件
  1.对器件直接的静电放电 <=> HBM、MM
  2.器件自身发生静电放电 <=> CDM
  3.电场感应放电
  三、ESD事件模型
  人体模型(HBM) 静电损伤普遍的原因之一是通过从人体或带电材料到静电放电敏感(ESDS)器件之间的一系列有效电阻(1~1.5KΩ)发生静电电荷的直接转移。当人走过楼面时,静电电荷就在人体上积累。手指与ESDS器件或组件表面的简单接触就可使人体放电,可能造成器件损坏。用以模拟这类事件的模型就叫人体模型(HBM)。
  E — 高压直流电源 (0~5kV)
  Rb — 人体等效电阻 (1.5kΩ±1%)
  Cb — 人体等效电容(100PF±10%)
  Rs — 充电限流电阻(1~10MΩ)
  DUT — 被试器件
  K1 — 高压继电器
  机器模型(MM) 与HBM事件类似的放电还可发自导电物体,例如金属做的工具或设备。机器模型源自日本,是试图建立一个恶劣的HBM事件的结果。这个ESD模型包含一个200pF的电容,它向未串联阻抗的一个元件直接放电。与恶劣的人体模型相比,机器模型也许过于严格。然而,现实世界确实有该模型所代表的情况存在。例如,来自充电板组件或自动测试器电缆的快速放电。
  带电器件模型(CDM) 来自ESDS器件的电荷转移也是ESD事件。例如,一个器件可能在顺着送料器滑入自动装配机时被充电。如果它随后接触到插头或其它导电表面,从该器件到金属物体的快速放电就可能发生。这个事件就是带电器件模型(CDM)事件,对某些器件而言可能比HBM更具破坏性。尽管放电持续时间非常短暂(通常小于1纳秒),但电流峰值可达几十安培 ,甚至数百安培。
  四、器件敏感度的分级
  ESD事件导致的敏感器件受损程度,主要取决于器件耗散放电能量或承受电压的能力,即静电敏感度。任一种测试方法均包括一个分级体系,定义器件对应指定模型的敏感度(详见表1,表2和表3)。这些分级体系有很大的利用价值,它使得我们可以根据器件的ESD敏感度来进行方便的分组和比较,并确定器件所需的ESD防护级别。
  表1 ESDS器件敏感度分级——人体模型HBM( ESD STM5.1-1998)
  等级 电压范围
  0级 <250V
  1A级 250V~500V(不含500V)
  1B级 500V~1000V(不含1000V)
  1C级 1000V~2000V(不含2000V)
  2级 2000V~4000V(不含4000V)
  3A级 4000V~8000V(不含8000V)
  3B级 ≥8000V
  表2 ESDS器件敏感度分级——机器模型MM(ANSI/ESD-S5.2-1994)
  等级 电压范围
  M0级 <25V
  M1级 25V~100V(不含100V)
  M2级 100V~200V(不含200V)
  M3级 200V~400V(不含400V)
  M4级 400V~800V (不含800V)
  M5级 ≥800V
  表3 ESDS器件敏感度分级——带电器件模型CDM(EOS/ESD-DS5.3-1993)
  等级 电压范围
  C0级〈125V
  C1级 125V~250V(不含250V)
  C2级 250V~500V (不含500V)
  C3级 500V~1000V(不含1000V)
  C4级 1000V~2000V(不含2000V)
  C5级 ≥2000V
  严格来讲,一个特征描述完整的器件应当同时采用人体模型、机器模型和带电器件模型这三种模型来分级。例如,特征描述完整的某器件可能含有下列内容:1B级(500V~1000V HBM),M1级(25V~100V MM)和C3级(500V~1000V CDM)。这在警示该器件的潜在用户它需要一个受控的环境,无论是通过人还是机器来完成装配和制造操作。
  我们通常依据人体模型按下列标准来划分器件的静电敏感度:
  I 级 0~1999V
  II 级 2000~3999V
  III 级 4000~15999V
  非静电敏感 ≥16000V
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