原创 ESD对电子设备造成的破坏

 2010-10-26 22:39  3128 1 1 分类: 通信

什么是ESD

ESD（ElectroStatic Discharge）即“静电放电”，是研究静电的产生与衰减、静电放电模型、静电放电效应（如电流热效应（电火花）和电磁效应（电磁干扰EMI及电磁兼容性EMC））的学科。

物质之间相互作用（如摩擦、接触、感应、传导）而引起的物质获得或失去电子，失去电平衡而带电荷，电荷的积累就使得物质表面带上静电，当电荷积累到足够的强度时，电荷将可能泄放，造成其周围的物质被击穿，从而得到新的电平衡。这种静电电荷的快速中和称为静电放电，由于其速率很快，而且在放电时的电阻一般很小，往往会造成瞬时大电流，可能超过20安培。这种放电如果经过集成电路，这么大的电流往往会对电路造成损害。

ESD有多种模型来描述器件如何受到损害：人体模式（HBM），器件带电模式（CDM），场感应模式等等。附件中为ESD放电模型图。

ESD对电子设备造成的破坏

ESD在电子设备中时有发生，在静电放电过程中，将产生潜在的破坏电压、电流和电磁场。ESD产生强大的尖峰脉冲电流，包含丰富的高频成分，其最高频率甚至可能超过1GHz。这些高频脉冲使得PCB板上的走线变成非常有效的接收天线，使得感应出高电平的噪声。

ESD对电路的干扰一是静电放电电流直接通过电路造成损害，另一是产生的电磁场通过电容耦合、电感耦合或空间辐射耦合等对电路造成干扰。

ESD电流产生的场可直接穿透设备，或通过孔洞、缝隙、输入输出电缆等耦合到敏感电路。ESD电流在系统中流动时，激发路径中所经过的天线，导致产生波长从几厘米到数百米的辐射波，这些辐射能量产生的电磁噪声将损坏电子设备或骚扰它们的运行。

若ESD感应的电压或电流超过电路的电平信号，在高阻抗电路中，电流很小，此时电容耦合占主导，ESD感应电压将影响电路电平信号；在低阻电路中，电感耦合占主导，ESD电流将导致器件失效。

ESD的两种主要破坏机制是：

① 由于ESD电流产生的热量导致器件的热失效；

② 由于ESD高的电压导致绝缘击穿，造成激发更大的电流，造成进一步的热失效。

ESD失效可以分为永久失效及暂时失效。如果在静电接触传导放电时产生的电压过高电流过大，有可能会造成器件永久性损坏，如冬天用手接触电路，造成设备损坏而不能继续使用。而在有些情况下，一些较小的电路噪声，导致偶尔出现异常结果，但过后设备并未损坏，这种情况可称为ESD暂时失效。附件图为因ESD损坏的电路板及芯片。