影响静电放电的因素很复杂,但主要的因素有以下几点:
1、温度和湿度的影响
湿度和温度对静电放电都有影响,其中湿度影响更大。由于相对湿度增加则非导体材料的表面电导率增加(当相对湿度超过60%时,绝缘体表面会因吸附空气中的水分形成水膜,使材料表面的导电率大大增加),使物体积蓄的静电荷可以更快地泄漏而不容易积累,因此不容易产生静电放电现象。对人体来讲,相对湿度在30%-50%时,带电很多,而在超过70%时几乎不带电,因此在干燥寒冷的冬天,人与接触的物体就容易产生静电放电现象。
2、电阻率
若绝缘体的体电阻率小于1010Ω. cm,表面电阻率小于109Ω,一般不会积累静电荷。
3、表面状态
接触带电主要是表面效应,因此表面污染,酸化,氧化吸附等对静电的影响很大。不同的材料,不同的表面状态,对静电的影响都不同,在实际的应用中,应根据不同的情况来处理物体的表面。另外:如压力,接触时间等均能影响物体的带电。
静电放电(ESD)会给电子产品带来致命的危害,它不仅降低了产品的可*性,增加了维修成本,不符合欧洲共同体规定的工业标准EN61000-4-2,产品就不能够在欧洲销售。所以电子设备制造商通常会在电路设计的初期就考虑ESD保护。本文将讨论ESD保护电路的几种方法。
ESD的危害: ESD基本上可以分为三种类型,一是各种机器引起的ESD,二是家俱移动或设备移动引起的ESD,三是人体接触或设备移动引起的ESD。这三种种ESD对于半导体器件的生产和电子产品的生产都非常重要。电子产品在使用过程*容易受到第三种ESD的损坏,便携式电子产品尤其容易受到人体接触产生的ESD的损坏。在一般情况下ESD会损坏与之相连的接口器件,另一种情况是遭受ESD冲击后的器件可能不会立即损坏,而是性能下降导致产品过早出现故障。当集成电路(IC)经受ESD时,放电回路的电阻通常都很小,无法限制放电电流。例如将带静电的电缆插到电路接口上时,放电回路的电阻几乎为零,造成高达数十安培的瞬间放电尖峰电流,流入相应的IC管脚。瞬间大电流会严重损伤IC,局部发热的热量甚至会融化硅片管芯。ESD对IC的损伤还包括内部金属连接被烧断,钝化层受到破坏,晶体管单元被烧坏。ESD还会引起IC的死锁(LATCHUP)。这种效应和CMOS器件内部的类似可控硅的结构单元被激活有关。高电压可激活这些结构,形成大电流信道,一般是从VCC到地。串行接口器件的死锁电流可高达1A。死锁电流会一直保持,直到器件被断电。不过到那时,IC通常早已因过热而烧毁了。
ESD冲击后可能存在两个不易被发现的问题,一般用户和IEC测试机构使用传统的“环路反馈方法”和“插入方法”进行测试,通常检测不出这两个问题。一个问题是RS-232接口电路中接收器对发送器产生交*串扰。同类产品RS-232接口电路中的ESD保护结构可能对某种波形的ESD或某个ESD冲击电压失效,经过ESD冲击后在接收器输入端和发送器输出端之间形成通路,从而导致接收器对发送器产生交调(图1)。如果RS-232接口电路中有关断电路,那么关断期间经过ESD冲击后更容易产生交调。产生交调后将导致通信失败,而且即使关断工作状态下发送器仍有输出,导致关断失效,使对方RS-232处在接收状态。