靜電放電的幾種模式

靜電對電子產品的損害有多種形式，其中*常見、危害*大的是靜電放電(ESD)。帶靜電的物體與元器件有電接觸時，靜電會轉移到元器件上或通過元器件放電；或者元器件本身帶電，通過其它物體放電。這兩種過程都可能損傷元器件，損傷的程度與靜電放電的模式有關。實際過程中靜電的來源有很多，放電的形式也有多種。但通過對靜電的主要來源以及實際發生的靜電放電過程的研究認為，對元器件造成損傷的主要是三種模式，即帶電人體的靜電放電模式、帶電機器的放電模式和充電器件的放電模式。圖1.3和1.4分別是人體放電和充電器件放電的實例圖。
1.帶電的人體的放電模式(HBM)
　　由于人體會與各種物體間發生接觸和磨擦，又與元器件接觸，所以人體易帶靜電，也容易對元器件造成靜電損傷。普遍認為大部分元器件靜電損傷是由人體靜電造成的。帶靜電的人體可以等效為圖1.5的等效電路，這個等效電路又稱人體靜電放電模型(HumanBodyModel)。其中，Vp帶靜電的人體與地的電位差，Cp帶靜電的人體與地之間的電容量，一般為50-250pF；Rp人體與被放電體之間的電阻值，一般為102-105Ω
　　人體與被放電體之間的放電有兩種。即接觸放電和電弧放電。接觸放電時人體與被放電之間的電阻值是個恒定值。電弧放電是在人體與被放電體之間有一定距離時，它們之間空間的電場強度大于其介質(如空氣)的介電強度，介質電離產生電弧放電，暗場中可見弧光。電弧放電的特點是在放電的初始階段，因為空氣是**導體，放電通道的阻抗較高，放電電
　　流較小；隨著放電的進行，通道溫度升高，引起局部電離，通道阻抗逐漸降低，電流增大，直至達到一個峰值；然后，隨著人體靜電能量的釋放，電流逐漸減少，直至電弧消失.
2.帶電機器的放電模式
　　機器因為摩擦或感應也會帶電。帶電機器通過電子元器件放電也會造成損傷。機器放電的模型(MachineModel)如圖1.6所示。與人體模式相比，機器沒有電阻，電容則相對要大。
3.充電器件的放電模型
　　在元器件裝配、傳遞、試驗、測試、運輸和儲存的過程中由于殼體與其它材料磨擦，殼體會帶靜電。一旦元器件引出腿接地時，殼體將通過芯體和引出腿對地放電。這種形式的放電可用所謂帶電器件模型(Charged-DeviceModel，CDM)來描述。下面以雙極型和MOS型半導體器件為例給出靜電放電的等效電路。
雙極型器件的CDM等效電路如圖1.7(a)所示，Cd為器件與周圍物體及地之間的電容，Ld為器件導電網絡的等效電感，Rd為芯片上放電電流通路的等效電阻。串聯著的Rd、Cd和Ld等效于帶電器件。開關S合上表示器件與地的放電接觸，接觸電阻為Rc。
 　　MOS器件的CDM等效電路如圖1.7(b)所示。由于MOS器件各個管腿的放電時間長短相差很大，所以要用不同的放電通路來模擬，每條放電通路都用其等效電容、電阻和電感來表示。當開關S閉合而且有任一個管腿接地時，各通路存儲的電荷將要放電。若在放電過程中，各個通路的放電特性不同，就會引起相互間的電勢差。這一電勢差也會造成器件的損壞，如柵介質擊穿等。
　　器件放電等效電容Cd的大小和器件與周圍物體之間的位置及取向有關，表1.7給出了雙列直插封裝器件在不同取向時的等效電容值，可見管殼的取向不同，電容可相差十幾倍，因而其靜電放電閾值可