1、南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,4.6 靜電災(zāi)害的防護(hù),防靜電危害的措施首先是防止靜電產(chǎn)生，對(duì)已產(chǎn)生的靜電，應(yīng)盡量限制其達(dá)不到危險(xiǎn)的程度。 其次是使產(chǎn)生的電荷盡快泄漏或中和，從而消除電荷的大量積累。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,一、防靜電危害措施的類型,1、靜電引起爆炸和火災(zāi)的防護(hù)措施 1）、防止形成危險(xiǎn)性混合物； 2）、防止靜電放電成為引火源。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,2、靜電電擊災(zāi)害防護(hù),1）、防止因人體帶電造成的靜電電擊災(zāi)害，主要是通過(guò)地面導(dǎo)電化，穿防靜電工作服、鞋和人體接地等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 2）、防止工作人員因所處理的物體帶靜電而導(dǎo)致的靜電電擊措施，主要是防止物體

2、帶靜電、對(duì)帶電物體進(jìn)行屏蔽、使操作人員不直接接觸帶電物體。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,3、靜電造成生產(chǎn)故障防護(hù),使用防靜電添加劑及接地等措施防止靜電產(chǎn)生。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,二、消除靜電危害的方法,1、減小摩擦起電的措施 1）、在傳動(dòng)裝置中減少皮帶與其他傳動(dòng)件上的打滑現(xiàn)象，并盡可能使用導(dǎo)電履帶； 2）、在輸送可燃?xì)怏w、易燃物體的設(shè)備上，盡可能采用直接傳動(dòng)； 3）、限制易燃和可燃液體的流速，可大大減少靜電的產(chǎn)生和積累。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,2、接地泄漏措施 ； 3、通過(guò)添加導(dǎo)電填料、使用防靜電劑來(lái)降低物體的電阻率； 4、增加空氣濕度 。,南京信息工程大

3、學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,環(huán)境濕度對(duì)人體電位的影響,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,5、空氣電離法 6、其他方法 1）、用間接的金屬網(wǎng)或金屬板等導(dǎo)體將帶電體屏蔽 ； 2）、對(duì)易燃易爆液體、氣體、粉塵等輸送通道、貯罐、容器等沖入二氧化碳、氦等氣體 ；,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,3）、向靜電的帶電體吹送空氣來(lái)消除靜電； 4）、工作人員在進(jìn)入有防靜電要求的工作部位前，首先必須進(jìn)行人體接地以消除人體靜電。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,4.7 靜電放電產(chǎn)生的電磁騷擾,一、ESD概述 ESD表示靜電放電 物體通過(guò)摩擦或感應(yīng)積累電荷，摩擦起電是一個(gè)機(jī)械過(guò)程，依靠相對(duì)表面移動(dòng)傳送電量。傳送的

4、電量取決于接觸的次數(shù)、表面粗糙度、濕度、接觸壓力、摩擦物質(zhì)的摩擦特性以及相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,兩個(gè)物體之間的電位差將引起放電電流，傳送足夠的電量以抵消電位差。這個(gè)高速電量的傳送過(guò)程即為ESD。在這個(gè)過(guò)程中，將產(chǎn)生潛在的破壞電壓、電流以及電磁場(chǎng)。 ESD能量傳播有兩種方式：放電電流通過(guò)導(dǎo)體傳播，激勵(lì)一定頻譜寬度的脈沖能量在空間傳播。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,與ESD相關(guān)的EMI（電磁騷擾發(fā)射）能量上限頻率可超過(guò)1GHz，取決于電平、相對(duì)濕度、靠近速度和放電物體的形狀。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,放電電壓與場(chǎng)強(qiáng)及上升時(shí)間的關(guān)系,南京信息工程大學(xué)遙

5、感學(xué)院防雷施廣全,電場(chǎng)傾向于激勵(lì)高阻天線和電壓敏感性電路，因而可以通過(guò)使某些潛在天線的阻抗變小而使這種激勵(lì)減小。但這樣可能增加磁場(chǎng)騷擾，因?yàn)榇艌?chǎng)比電場(chǎng)更容易穿透低阻抗屏蔽。磁場(chǎng)容易激發(fā)孔洞和縫隙泄漏，最容易被低阻抗天線特別是電路回路接收，因而避免使用回路是一條很好設(shè)計(jì)導(dǎo)則。但回路有時(shí)很難識(shí)別。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,二、ESD對(duì)電子設(shè)備的影響,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,電磁噪聲可通過(guò)傳導(dǎo)或輻射方式進(jìn)入電子設(shè)備 ，ESD的近場(chǎng)，輻射耦合的基本方式可以是電容或電感方式，取決于ESD源和接受器的阻抗；在遠(yuǎn)場(chǎng)，則存在電磁場(chǎng)耦合。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,在高阻電路中

6、，電流信號(hào)很小，信號(hào)用電壓電平表示，此時(shí)電容耦合將占主導(dǎo)地位，ESD感應(yīng)電壓為主要問(wèn)題 。在低阻電路中，信號(hào)主要為電流形式，因而電感耦合占主導(dǎo)地位，ESD感應(yīng)電流是主要問(wèn)題。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,兩種主要的破壞機(jī)制是： 由于ESD電流產(chǎn)生熱量導(dǎo)致設(shè)備的熱失效； 由于ESD感應(yīng)出高的電壓導(dǎo)致絕緣擊穿。 兩種破壞可能在一個(gè)設(shè)備中同時(shí)發(fā)生。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,三、靜電放電對(duì)電子產(chǎn)品的危害,1、電子產(chǎn)品靜電放電損害的特點(diǎn) ： 1)、隱蔽性 電子元器件卻在人們不知不覺(jué)中受到損傷；,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,2)、失效分析的復(fù)雜性,有些靜電損傷現(xiàn)象難以與其他原因

7、造成的損傷加以區(qū)別，使人誤把靜電損傷失效當(dāng)作其他失效。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,3）、損傷具有潛在性,有些電子元器件受靜電放電損傷后，僅表現(xiàn)出產(chǎn)品某些性能參數(shù)的下降，但尚未達(dá)到完全失效的程度 。 這種效應(yīng)可以累加，從而形成潛在隱患 。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,4)、損傷的隨機(jī)性,電子元器件的靜電放電損傷有可能在產(chǎn)品從加工制造到使用維護(hù)的任一環(huán)節(jié)、任一步驟、與任何有關(guān)帶電人體(或物體)接觸時(shí)發(fā)生，具有很大的隨機(jī)性。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,2、電子元器件的靜電敏感電壓值,MOS電路(金屬氧化物硅集成電路)對(duì)靜電放電的損傷最敏感 。 人體或器具上所帶靜電如不加以

8、適度防護(hù)，很容易超過(guò)下表所列的低端電壓。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,由于尺寸減小，使相應(yīng)的電容量減小，根據(jù)公式UQC，在同樣的靜電荷水平情況下，如電容量C減小一倍，靜電電壓U相應(yīng)增大一倍。于是，擊穿的危險(xiǎn)性更大，防護(hù)難度也隨之增大。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,3、電子元器件靜電損傷的失效類型,1)突發(fā)性完全失效 這種類型指由于靜電放電造成電子元器件自身短路、開(kāi)路、功能喪失或參數(shù)不合格等，因而立即失去其工作能力。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,與電壓相關(guān)的失效(介質(zhì)擊穿、PN結(jié)反向漏電等) ； 與功率相關(guān)的失效(鋁條燒斷、硅片局部區(qū)域

9、熔化、PN結(jié)邊緣損傷導(dǎo)致的嚴(yán)重漏電、增益下降等)； 靜電場(chǎng)力的破壞作用(如引線被拉斷、靜電吸附等) 。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,2)、潛在性緩慢失效,這種類型指帶電體所帶靜電位或存儲(chǔ)的靜電能量較低，或靜電放電時(shí)電路中有限流電阻存在，那么，一次靜電放電脈沖可能不足以引起電子元器件的完全失效，但它會(huì)在元器件內(nèi)部造成輕度損傷。這種損傷具有累加性，使器件的靜電損傷電壓閾值逐漸下降。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,4、電子元器件靜電放電損傷失效機(jī)理,與靜電放電有關(guān)的典型失效機(jī)理包括：熱二次擊穿、金屬導(dǎo)電層熔融、介質(zhì)擊穿、氣體電弧放電、表面擊穿和體擊穿。在上述各項(xiàng)機(jī)理中，熱二次擊穿、金屬

10、導(dǎo)電層熔融和體擊穿與功率相關(guān)，介質(zhì)擊穿、氣體電弧放電和表面擊穿與電壓相關(guān)。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,1)、熱二次擊穿,半導(dǎo)體材料的熱時(shí)間常數(shù)通常比靜電放電脈沖的瞬變時(shí)間長(zhǎng)，故熱量幾乎不會(huì)從功率耗散面積上向外擴(kuò)散，因而在器件內(nèi)可以形成大的溫度梯度。局部結(jié)溫可以接近材料的熔融溫度，通常導(dǎo)致熱點(diǎn)擴(kuò)大，隨后由于熔融而短路。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,2)、金屬導(dǎo)電層熔化,當(dāng)靜電放電的瞬變過(guò)程使元器件的溫度增大到足以熔化金屬化層或使鍵合引線燒熔時(shí)，引起失效。 由于截面積不均勻，在某些部分的電流密度增大，在金屬化層上形成熱點(diǎn)。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,3)、介質(zhì)擊穿,加在

11、絕緣區(qū)兩端的電壓超過(guò)介質(zhì)固有的擊穿電壓強(qiáng)度時(shí)，就要發(fā)生介質(zhì)擊穿。這種失效是由于電壓而不是由于功率造成的。 這種事故之后，通常會(huì)呈現(xiàn)出較低的擊穿電壓或增大漏電電流，但元器件卻沒(méi)有發(fā)生致命的失效。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,4)、氣體電弧放電,如果元器件中未被鈍化的薄層電極之間間距很小，氣體電弧放電能使元器件的電性能降低。電弧放電會(huì)引起金屬汽化并常常使金屬離開(kāi)電極。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,5）、體擊穿,體擊穿是在結(jié)區(qū)由于局部高溫致使結(jié)的參數(shù)變化形成的。由于局部高溫會(huì)使金屬化層熔化或雜質(zhì)擴(kuò)散，導(dǎo)致結(jié)參數(shù)發(fā)生很大變化，通常的結(jié)果是形成與結(jié)并聯(lián)的電阻通路。這種效應(yīng)通常發(fā)生在熱二次

12、擊穿之后。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,5、靜電放電損傷與元器件結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)性,不同類型的電子元器件由于其設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)材料的不同，對(duì)靜電放電損傷的敏感程度不同，反映在失效特征和其失效機(jī)理上也有所不同。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,6、電子產(chǎn)品生產(chǎn)、加工制造中的靜電源,電子產(chǎn)品在生產(chǎn)、加工制造過(guò)程中，工作臺(tái)表面、工具、器具、人體及其服裝，都可能成為靜電荷源。這些靜電荷源基本上是絕緣體或處于與地面絕緣狀態(tài)的物體。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施

13、廣全,在靜電荷、靜電位和帶電體靜電容之間存在著ZQC的恒定關(guān)系，故當(dāng)C一定時(shí)，U取決于Q；當(dāng)Q一定時(shí)，U取決于C。增濕可以泄漏電荷和使電荷分布均勻，都是降低Q的重要措施，從而降低U的水平；增加帶電體與地之間的靜電容C，也是降低U水平的重要途徑。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,7、電子產(chǎn)品的安全防護(hù),電子產(chǎn)品的靜電防護(hù)具有下列明顯特點(diǎn)： 1)、需要在產(chǎn)品工作壽命的全過(guò)程進(jìn)行防護(hù)。 2)、需從設(shè)計(jì)開(kāi)始到加工、制造、使用、維護(hù)的所有環(huán)節(jié)上進(jìn)行防護(hù)。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,3)、需要從組裝成組件和或設(shè)備的元器件中對(duì)靜電危害最敏感的部件來(lái)確定所需的

14、防護(hù)水平。 4)、需要由所有相關(guān)人員共同參與實(shí)施防護(hù)措施，包括軟、硬兩方面的措施。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,四、信息系統(tǒng)環(huán)境中靜電的防護(hù)措施,1、從設(shè)備角度（提高設(shè)備本身抗干擾的能力） 1）、設(shè)備中不用的輸入端不允許處于不連接或懸浮的狀態(tài)。 2）、使用濾波器阻止ESD能量耦合到設(shè)備的內(nèi)部。 3）、PCB設(shè)計(jì)在提高系統(tǒng)的ESD抗騷擾特性中起著重要的作用。,南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院防雷施廣全,4）、外殼設(shè)計(jì)是另一個(gè)阻止ESD輻射及傳導(dǎo)耦合的關(guān)鍵。 5）、一個(gè)正確的電纜保護(hù)系統(tǒng)可以提高系統(tǒng)的非敏感性。 為了減少輻射EMI耦合到電纜，線長(zhǎng)和回路面積要減小，在電纜的兩端，電纜屏蔽必須與殼體屏蔽連接。,南京