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静电防护设计与ESD防护方法

 

如今,静电放电理论研究已经发展的很成熟,电磁兼容前辈为了模拟分析静电时间,还设计出许多静电放到模型。比较常见的有人体模型、带电器件 模型、场感应模型、场增强模型、机器模型等等。

 

一般来说,HBM用于芯片级测试,而IEC  6 1000-4-2放电模型用于测试电子产品。为了统一规范ESD测试,在行业标准方面,欧共体的IEC  61000-4-2建立了严格的瞬态冲击抑制标准;电子产品必须符合这一标准,才能销售给欧洲共同体的每个成员国。实验室使用的大部分静电发生器按照IEC  6 1000-4-2标准分为接触放电和空气放电,放电头按照接触放电和空气放电分为尖头和圆头。

 

当集成电路(IC)受到静电放电(ESD)时,放电电路的电阻通常太小,不足以限制放电电流。例如,带有静电的电缆插入电路接口时,放电电路的电阻几乎为零,导致数十安培的瞬时放电峰值电流流入相应的ic引脚。瞬间大电流会严重损坏IC,局部发热甚至会熔化硅管芯。静电放电对集成电路的损害还包括内部金属连接的烧毁、钝化层的破坏和晶体管单元的烧毁。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。

 

关于电路级ESD防护方法有并联放电器件、串联阻抗、增加滤波网络、复合防护、增加吸收回路几种。

 

并联放电器件,常用的放电器件有TVS,齐纳二极管,压敏电阻,气体放电管等。

 

齐纳二极管 : 利用齐纳二极管的反向击穿特性可以保护 ESD敏感器件。齐纳二极管对电源上的浪涌有很好的吸收作用。

 

瞬变电压消除器 TVS:TVS 是一种固态二极管,专门用于防止 ESD 瞬态电压破坏敏感的半导体器件。与传统的齐纳二极管相比, TVS 二极管 P/N 结面积更大,因而对于保护手持设备低工作电压回路的安全具有更好效果。TVS二极管的瞬态功率和瞬态电流性能与结的面积成正比。该二极管的结具有较大的截面积,可以处理闪电和 ESD所引起的高瞬态电流。

 

串联阻抗一般可以通过串联电阻或者磁珠来限制ESD放电电流,达到防静电的目的。

 

增加滤波网络主要的能量也能达到静电防护的目的。

 

一个电阻+一个压敏电阻的方式复合防护,既有低通滤波器的功能,又有压敏电阻的功能,还有电阻串联限流的功能,是性价比最好的防护方式。

 

可以在敏感信号附件增加地的漏铜,来吸收静电。