三类ESD失效情况的对策
我们将引起ESD损伤的情况分为三类,对它们的分析和对策如表3所示。理论上讲,在这些措施中任意一个对于减少ESD损伤都有效,但实际上理想的效果很难达到。这是因为:首先,没有任何技术能够保证万无一失。抗静电剂会有一定的时效性,过期就会失效,此时接地会时好时坏,或完全断开。其次,某些措施可能限制一些防护措施的使用,或甚至将其完全排除在外。例如,卷盘包装的覆盖带的粘贴面必须使用绝缘材料,才能将与载带粘合在一起。
情况 |
操作 |
解决办法 |
A |
1.移动时在表面产生静电 |
使用抗静电材料或在任意一个表面涂抗静电剂 |
2.将器件带到表面带静电物体的附近 |
物体表面使用耗散材料 保持空隙或/和使用屏蔽保护 |
3.器件在靠近表面带静电物体的附近时处于接地状态(CDM) |
空气离子化处理 使用静电耗散材料 |
B |
1.由于运动让绝缘材料的器件包装产生静电。 |
包装材料使用抗静电材料或使用抗静电剂处理表面。 |
2.器件本身带静电 |
空气离子化处理 |
3.器件带静电后处于接地状态(CDM) |
使用静电耗散材料 |
C |
1.由于人的活动产生静电 |
手腕带接地。 |
2.人体带电 |
使用导电或静电耗散地板和鞋 |
3.接触器件将静电传递到器件 |
房间系统空气离子化 将器件隔离 使用静电耗散包装以减慢放电速度 使用导电材料分流静电 |
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表3三类常见的ESD情况及ESD控制措施
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情况A。两个表面间的运动产生静电,敏感器件被放置在其电场中,而器件随后又进行了接地。接触的表面使用抗静电材料可以解决操作1的问题。表面所产生的静电可以通过静电耗散材料、空气离子化中和、使用空隙间隔或静电屏蔽来消除。操作3的问题,可以通过使用静电耗散材料来控制静电泄放的速度。
情况B。情况A中,可以有多种途径来解决操作3的问题,而情况B则不同,它是器件与其他材料接触后自身带电的情况。在情况A中,操作1的问题可以通过使用抗静电材料或静电耗散材料来解决,但对于情况B,器件本身的材料不可替换,不可能使用这两种材料来解决问题。要满足电路要求,制作器件的陶瓷或塑料材料须是高绝缘材料,同时对于防潮和防腐蚀也对材料提出了相应的要求。这些对于操作2问题的解决都有限制。此时器件包装上有静电荷,除非允许长时间,**的去除方法就是使用空气离子化。操作3问题是导致失效操作,**可行的保护办法就是避免导体接触放电的器件,而改用静电耗散材料与器件接触。
对于像工作台面这类大的材料,单独使用一个105–1012Ω阻值的外接电阻并不是好的替代方法,这是因为离散电阻会产生寄生电容,它允许高频大电流,导致典型的CDM的静电损伤。
情况A和B由运动所导致,生产中经常会在器件的操作当中产生。我们所熟知的人为因素在这并不是ESD损伤的关键因素,而这些情况才是济大的静电损伤隐患,因为在生产过程中,它们会持续产生静电。
情况C。相比而言,在生产车间,人员接地容易做到,HBM风险会越来越少。但是,即便是在检查非常严密时,也偶尔会有操作员工不正确地使用手腕带,导致其失去作用的情况出现,因而,包装必须提供附加的保护。这种保护在缺少保护的工厂外,如线路板维修和保养环境下显得更为重要。情况C描述的是带电人体对器件的影响,以及包装防护的措施。要防止情况C的出现,就要从原理上消除静电,但这很少能做到。多数的抗静电地垫是静电耗散材料或静电导电材料的。对于操作2的情况,实际上的做法是使用手腕带,或将人体静电泄放掉。另一个选择是使用房间系统的空气离子化,但成本高昂,且不能完全解决问题,因而很少使用。操作3的情况是将电荷传递给器件,可能是由于将器件或线路板从包装袋中拿出,或直接接触包装所导致。假如此时未出现器件电解质击穿,有两个要求避免出现问题:即要适当增加与静电源间的绝缘程度,避免快速放电,又要提供充分的静电耗散导电性,让静电源靠近时,包装表面的放电缓慢。
多数抗静电的静电耗散包装袋材料能够提供充分的保护,但对于高敏感器件(敏感电压低于100V)来说,还需要更多的考虑。使用刚性材料能够确保有效的空气间距,减小与外界静电源的耦合,提供充分的附加保护。
理解和掌握ESD防护措施重要性和效果的各种观点还有一个益处就是,能够就防静电用品厂商对其产品和材料所称的功能和技术指标进行评估判断。在面对必须使用导电材料的断言时,以下几点可能是你必须注意的:
•器件在静电场中由于电介质击穿所造成的简单失效比ESD失效少得多。
•静电场可以通过运用空气间隙减少耦合电容的方式减小。
•能够击穿静电耗散材料包装袋的电压可能不会低于5000V。
•多数有关屏蔽效果的研究所显示的结果是极端恶劣环境下的情况。
•增强周边环境的导电性会增加器件CDM损伤的可能性,过强的导电性是不必的。
•在只有HBM数据的前提下,对多数的敏感器件使用导电材料不是理性的做法。这是因为器件耐受的静电压要比得到的数据高很多(因为HBM测试时,器件是直接接地状态的)。HBM数据与介质击穿的敏感度不相关,是否选用屏蔽包装进行ESD保护要看CDM数据。
• 大量实践表明,线路板不使用屏蔽材料,同样能得到有效的ESD保护。