ESD静电放电知识

ESD靜電放電                            
1.静电
静电是一种电能,它存在于物体表面,是正负电荷在局部失衡时产生的一种现象.静电现象是指电荷在产生与消失过程中所表现出的现象的总称,如摩擦起电就是一种静电放电现象.
2.产生原因
A接触分离起电  
任何两个不同物材质地物体接触后再分离即可产生静电,当两个不同物体相互接触时就会产使得一个物体失去一些电荷如电子转移到另一个物体使其带正电.而另一个物体得到一些剩余电子的物体而带负电.若在分离的过程中电荷难以中和,电荷就会积累使物体带上静电,所以物体与其它物体接触后分离就会带上静电.
B摩擦起电
实质上摩擦起电是一种接触又分离的造成正负电荷不平衡的过程.摩擦是一个不断接触与分离的过程.因此摩擦起电实质上是接触分离起电,而产生静电的最普通方法,就是摩擦生电.材料的绝缘性越好,越容易是使用摩擦起电.
摩擦起电是一个机械过程,依靠相对表面移动传送电量.传送的电量取决于接触的次数.表面粗糙度湿度,接触压力,摩擦特性以及相对运动速度.一个人或一辆车所能带来的电量的电压值大程度上由它们的电容决定.
C感应起电
针对导体材料而言,因电子能在它的表面自由流动,如将其置于一电场中,由于同性相斥,异性相吸,正负离子就会转移.
D传导起电
针对导电材料而言,因电子能在它的表面移动,如带电物体接触,将会发生电荷转移.
3.静电放电
静电放电是两个具有不同静电电位的物体,由于直接触或静电感应引起两物体间的静电电荷的转移.静电电场的能量达到一定程后,击穿其间介质而进行放电的现象就是静电放电.
ESD在一个对地短接的物体暴露在静电场中时发生.两个物体之间的电位差将引起放电电流,传送足够的电量以抵消电位差.这个高速电量的传送过程即为ESD.在这个过程中将产生潜在的破坏电压.电流以及电磁场.ESD将产生强大的尖峰脉冲电流,这种脉冲电流中包含丰富的高频成份,其上限频率可超过1GHz,取决于电平.相对漫湿度.靠近速度和放电物体的形状.在这个频率典型的设备电缆甚至印制板上的走线会变成非常有效的接收天线.因而对于典型的模拟或数字电子设备,ESD倾向于感应出高电平的噪声,它会导致电子设备严重受损或操作失常.
当ESD位置距离较近时,无论是电流还是磁场都是很强的.因此在ESD位置附近的电路一般会受到影响.
4.ESD对电子设备的影响
ESD对电路的干扰有两种机理:一种是静电放电电流直接通过电路,对电路造成损坏;另一种是静电放电电流产生的电磁场通过电容耦合,电感耦合或空间辐射耦合等途径对电路造成干扰.
ESD电流产生的场可以直接穿透设备,或通过孔洞.缝隙.通风孔.输入输出电缆等耦合到敏感电路.当ESD电流在系统内部流动时,它们激发路径中所经过的天线,这些天线的发射效率主要依赖于尺寸.ESD脉冲所导致的辐射波长从几厘米到数百米,这些辐射能量产生的电磁噪声将损坏电子设备或者骚扰它们的运行.
电磁噪声可通过传导或辐射方式进入电子设备.电路及ESD的近场.辐射耦合的基本方式可以是电容或电感方式取决于ESD源和接受器的阻抗.在远场,则存在电磁场耦合.
如果ESD感应的电压和/或电流超过电路的信号电平,电路操作将失常.在高阻抗电路中,电流信号很小,信号用电压电平表示,此时电容耦合将占主导地位,ESD感应电压为主要问题.在低阻电路中,信号主要为电流形式,因而电感耦合占主导地位,ESD电流将导致大多数电路出现问题.
两种主要的破坏机制是:①由于ESD电流产生热量导致设备的热失效;②由于ESD感应出高的电压导致绝缘击穿.两种破坏可能在一个设备中同时发生绝缘击穿可能激发大的电流,这又进一步导致热失效.
因为使设备产生损坏比导致它失常所必需的电压和电流要大1~2个数量级,损坏更有可能在传导耦合时产生,这就是说,造成损坏,ESD电火花必须直接接触电路,而辐射耦合通常只导致失常.