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1、静电是自然界普遍存在的瞬态强电脉冲，其频率在1MHz500MHz之间,3.2 防静电应用 静电无处不在,摩擦：具有不同介电常数的物体之间，接触 感应：带电体与导体之间，非接触,3.2 防静电应用 静电产生:形成方式,摩擦时，电子从较上的物质转向较下的物质，使较上的物质带正电荷，较下的物质带负电荷 物质离得越远，摩擦产生的电荷量越大,静电产生: 摩擦起电序列,中性,正电荷逐渐增加,负电荷逐渐增加,3.2 防静电应用 静电产生:实例,人在地毯上行走产生静电 鞋底与地毯摩擦产生静电，并逐渐传输到整个人体 鞋与地毯的性质差距越大，走得越快，走的距离越远，环境湿度越小，则产生的静电就越大,人体及其衣服：
2、接触面广，活动范围大，与大地之间的电容小(150pF左右)，串联电阻低(150左右)，放电电流可达几十A，上升速度小于ns 器件载体：包装容器（袋、盒、包），夹具，传送导轨 周边环境：工作台，椅子，地板，焊接工具，装配工具,3.2 防静电应用 静电产生:主要来源,运动的速度 材料性质的差异 （化纤比棉织品严重） 物体之间的电容 环境湿度 （北方比南方严重，内陆比沿海严重） 物体的电阻,3.2 防静电应用 静电产生:影响因素,3.2 防静电应用 静电放电:定义,什么是静电放电？ ESD：Electric Static Discharge 静电放电是具有不同静电电位的物体相互靠近或直接接触引起的电
3、荷转移（GB/T4365-1995),静电放电导致芯片损坏,3.2 防静电应用 静电放电:基本过程,静电荷的产生 若一个电源对100pF的电容充以10-7C的电荷，可使其端电压达到100V，存贮能量50uJ,静电荷的保持与泄漏 若介质漏电电阻Rg和空气放电电阻Ra之和为1013量级，则放电时间常数为103s左右 若电容不能耐1000V的电压，即会被击穿,静电荷的泻放 若放电电阻为100欧姆，则放电时间常数为10ns,放电电流峰值可达10A，平均功率可达1000W 若放电通道上的器件忍受不了这么大的电流，即会被烧毁,人体对器件放电（Human-Body Model，HBM）：发生概率最大，常作为
4、测试标准 机器对器件的放电（Machine Model，MM）：放电电阻小，破坏力大 带电器件的放电（Charged-Device Model，CDM）：器件通过摩擦或接触带电 场致放电（Field-Induced Model）：器件通过静电感应带电,3.2 防静电应用 静电放电:主要形式,人体放电的典型波形,带电器件放电的典型波形,3.2 防静电应用 静电放电:人体的静电放电,如果接受者是元器件，就会对元器件带来损伤或者破坏,3.2 防静电应用 静电放电:对人体的损害,人在地毯上行走：鞋与地毯摩擦产生静电(假定为正电荷) 人体电荷重新分布：脚带正电荷，手带负电荷 人手接近(或触摸)键盘：键盘
5、通过感应(或传导)带正电荷(或负电荷)，接近速度越快，距离越近，电荷越多 键盘对地放电或辉光放电：键盘上的元器件损坏,3.2 防静电应用 静电放电:人行走-键盘模型,辉光放电,对地放电,3.2 防静电应用 静电放电:器件抗静电能力测试,I/O-to-VDD/VSS,Pin-to-Pin,VDD-to-VSS,3.2 防静电应用 静电失效:失效模式,pn结击穿,金属化失效,键合线开路,突发失效（catastrophic damage)：单次高电压，功能即时丧失 隐性失效（latent damage):多次低电压，寿命缩短，抗应力能力下降,现象：MOS器件栅击穿，双极器件pn结击穿 因素：输入电阻
6、越高，输入电容越小，越容易失效 多发器件：超大规模集成电路（薄栅氧化层），超高频功率晶体管（高压，梳状电极），声表面波器件（小间距薄层电极）,3.2 防静电应用 静电失效:过电压场致失效机理,现象：直接烧毁，诱发闩锁效应或二次击穿效应 因素：电流截面越小，对地电阻越低，环境温度越高，越容易失效 多发器件：反偏pn结，小面积pn结，高温工作条件,3.2 防静电应用 静电失效:过电流热致失效机理,甚敏感器件 MOS器件：MOSFET，VDMOS，MOS电容 栅控器件：JFET，SCR 微波与射频器件： GaAs MESFET，HEMT，MIMIC 敏感器件 MOS数字电路：CMOS，NMOS，存储
7、器与微处理器 小信号模拟电路：运算放大器，A/D&D/A 双极数字电路：TTL，STTL，ECL 中等敏感器件 双极器件：pn二极管，双极晶体管 阻容元件,3.2 防静电应用 静电敏感性:器件分类,3.2 防静电应用 静电敏感性:CMOS与双极器件,nMOSFET VGSVGD,pMOSFET VSGVDG,MOS 器件比双极器件更容易被静电损坏 输入为绝缘层，无放电通道，静电容易产生及积累 输入电容很小（几pF)，耐压不高（通常在15V40V），积累较少的静电电荷（约100pC）即可发生击穿 栅-源比栅-漏更容易发生击穿，因为在器件的正常工作条件下，栅-源电压的绝对值大于栅-漏电压的绝对值,
8、3.2 防静电应用 静电敏感性:发射结与收集结,发射结比收集结更容易发生静电放电击穿,导致双极晶体管静电放电热破坏的功率密度与脉冲宽度关系曲线,发射结理论拟合曲线,实验数据,收集结理论拟合曲线,3.2 防静电应用 静电敏感性:正偏与反偏pn结,正偏pn结 结区压降小，中性区压降大 中性区截面积大，厚度大，故电流密度小，电场强度低，不易发生静电损伤,反偏pn结 结区压降大，中性区压降小 结区截面积小，厚度小，故电流密度大，电场强度高，易发生静电损伤,3.2 防静电应用 静电敏感性:温度的影响,对于静电放电热致失效，环境温度越高，发生失效所需的静电能量越低，越容易发生此类失效,3.2 防静电应用
9、片内静电保护:MOS单管,3.2 防静电应用 片内静电保护:二极管保护电路,保护电路,实现结构,等效电路,3.2 防静电应用片内静电保护:电阻-二极管保护电路,保护电路,实现结构,等效电路,3.2 防静电应用 片内静电保护:FET保护电路,利用栅-源短路的MOSFET代替二极管来箝制静电势和泻放静电能,利用高阈值电压（4050V）的p沟道MOSFET的开关特性来进行静电保护,利用MOSFET的漏-源穿通特性进行静电保护,3.2 防静电应用 片内静电保护: 扩散与多晶硅电阻,多晶硅电阻：相对较差，因为其周围的氧化层阻碍散热，必须采用更大的条宽，并接近输入端，但因无寄生二极管，抗闩锁能力较强,扩散
10、电阻：相对较好，因为其硅衬底可提供有效热阱，但因有寄生二极管，抗闩锁能力较弱,3.2 防静电应用 片内静电保护: 静电-闩锁双重防护,既保护输入端，也保护输出端 既防止正的过电压，也防止负的过电压,3.2 防静电应用 片内静电保护: 双极器件对策1,尽可能扩大发射区面积和周长，可减少静电损伤,静电损伤阈值电压测试电路,3.2 防静电应用 片内静电保护: 双极器件对策2,限流电阻,箝位二极管,采用箝位二极管限制输入端、电源端、地线端之间不会产生过电压，采用限流电阻限制输入端流入电流 电阻阻值通常在200 2k，限制电流10mA（输入端与输出端）,3.2 防静电应用 片外静电保护:限流与限压,3.
11、2 防静电应用 片外静电保护:PCB对策1,采用限流和泄放电阻（对输入阻抗有影响）,采用射级跟随器（对速度有影响）,3.2 防静电应用 片外静电保护:PCB对策2,采用互补放大器（失真度小）,采用光电耦合器（隔离地线干扰）,3.2 防静电应用 片外静电保护:PCB插拔保护,3.2 防静电应用 片外静电保护:插入缓冲器,未加缓冲器，静电耐压12kV,加入缓冲器，静电耐压35kV,3.2 防静电应用 环境防护:防静电工作区,静电防护区 I类：静电电位100V II类：静电电位500V III类：静电电位1000V,3.2 防静电应用 环境防护:防静电工作桌,所有的桌垫、腕带、地毯等均通过1M电阻接
12、地,3.2 防静电应用 静电环境防护:防静电台面,推荐标志,可用标志,标准的防静电标志,防静电材料 不易产生静电 安全泄放静电,3.2 防静电应用 环境防护:湿度影响,抗静电能力很弱（如大陆性气候）,抗静电能力很好（如海洋性气候，但易被腐蚀）,3.2 防静电应用 环境防护:湿度控制,相对湿度,静电电压/kV,湿度：相对湿度最好控制在4060，相当于在物体表面覆盖了一层静电耗散材料（带导电杂质的水汽） 离子风：中和表面静电电荷 防静电涂剂：促进静电耗散，减少摩擦生电,防静电材料,接地回路应有足够的载流量 操作人员、导电物体接地必须接有适当阻值的电阻（100k），以保安全 不能与避雷地、交流地共用， 视情况可以与电气保护地、电磁屏蔽地等共用,3.2 防静电应用 环境防护:接地控制,插拔：禁止带电插拔，插上器件或印刷板后才通电，断电后才拔出器件或印刷板 安装：只接触器件外壳不接触引脚，接触器件前先放电，焊接与装配器具接地 调试：禁止不带电加信号，不要将电源加到非电源端，不要插错腿，不使用的输入端最好接地 动作：尽可能减少动作的频度和速度,3.2 防静电应用 环境防护:操作控制,包装要求 防止静电的产生和积累 使器件的所有管脚短路 对外电场有屏蔽作用 运送要求 器件间隔离传送 管脚短路传送 尽量减少机械振动和冲击 与传送载体无摩擦,3.2 防静电应用 环境防护:包装与运送要求,
