ESD 类型 设计规范 器件选择

### ESD类型、设计规范与器件选择 #### ESD（Electrostatic Discharge）概述 静电放电（ESD）是指在两个具有不同静电电位的物体之间发生的电荷转移现象，这种现象对于电子设备尤其是集成电路（IC）来说可能造成不可逆的损害。因此，在电子产品的设计与制造过程中，对ESD防护的设计显得尤为重要。 #### ESD分类 根据静电放电的方式和环境条件的不同，ESD可以分为两大类：直接ESD应力和间接ESD应力。 1. **直接ESD应力**： - **接触放电**：当带电物体直接接触另一个物体时发生，按照IEC61000-4-2标准，其电压可高达8kV。 - **空气放电**：不需直接接触即可发生放电，同样遵循IEC61000-4-2标准，电压可高达15kV。 2. **间接ESD应力**： - 在间接ESD情况下，ESD条件的特点是快速上升时间（通常在纳秒级别），这种快速变化的电压会在PCB上产生寄生电容效应，进而导致寄生电流的产生。 - 大多数IC无法承受超过2kV的ESD条件。 #### ESD测试方法 为了确保产品能够承受ESD的影响，通常会采用一系列标准化的测试方法来评估其抗ESD性能。其中最为常见的标准之一就是IEC61000-4-2。 - **IEC61000-4-2标准**定义了ESD波形的参数，包括： - 上升时间：0.7到1.0ns。 - 不同电压等级下的电流峰值： - 2kV：7.5A / 4A / 2A - 4kV：15.0A / 8A / 4A - 6kV：22.5A / 12A / 6A - 8kV：30.0A / 16A / 8A #### 各种器件对静电的敏感度 不同的电子组件对ESD的敏感程度有所不同，这对于器件的选择至关重要。以下是一些常见电子元件及其ESD耐受范围： - **VMOS**：30-1,200V - **MOSFET、GaAsFet、EPROM**：100-300V - **JFET**：150-7000V - **Op-Amp**：190-2,500V - **Schottky Diodes**：300-2,500V - **Film Resistors**：300-3,000V - **Schottky TTL**：1,000-3,000V #### ESD损坏模式 当ESD发生时，可能会导致多种损坏模式，包括但不限于： - **结烧坏**（Junction Burnout） - **氧化硅击穿**（Oxide Punch-through） - **电导线熔断**（Metallization Burnout） 这些损坏模式不仅会降低器件的性能，严重时还可能导致完全失效。 #### 多层压敏变阻器（MLV） 多层压敏变阻器（MLV）是一种常用的ESD防护器件，主要由烧结陶瓷（如氧化锌）制成。其内部结构包括： - **陶瓷基底**（ZnO） - **金属内电极** - **端头** 这种结构能够有效吸收ESD能量，从而保护电路免受损害。 #### 实验对比分析 针对施加8x20usec重复浪涌时，安森美半导体和变阻器IR@5V的衰变情况进行了实验对比。结果显示，随着脉冲次数的增加，IR@5V的值呈现出不同程度的衰减趋势，这表明了不同器件在ESD防护方面的差异性。 ESD防护设计不仅需要考虑ESD的类型及其特点，还需要综合考虑不同器件的敏感度以及实际应用场景的需求，合理选择防护器件和技术方案，以提高产品的可靠性和使用寿命。