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电子工业的静电防护措施(上)
防静电科技网   2021-04-10 21:32:23 作者:135246 来源: 文字大小:[][][]

主要从元器件和整机的设计考虑静电防护、防静电环境设计、防静电安全操作规程等三个方面进行。

 

一.元器件和整机的防静电保护设计

  1.静电保护设计要求

为使用静电敏感器件、电子仪器及设备具有较强的抗静电能力,在新产品设计上要仔细考虑静电保护,要求:

①静电敏感器件的设计在满足技术性能的前提下,要尽量采用耐静电损坏的材料、器件和线路设计中要考虑一定保险系数的保护电路。

②在整机产品设计中应选择不易受静电损坏的元器件,对于必须采用静电敏感元器件时,应将它们设置在受保护的位置上。

③随着电子产品的小型化使其元器件组装密度日趋提高,其它结构件在空间位置设计的合理性与否将决定静电危害的大小,如机壳内部通风的散热问题,静电屏蔽,开关接地等静电抑制技术问题。

① 为抑制静电噪声的影响,印刷电路板的设计要尽量合理。

    ⑤静电敏感器件采用后,应在整机另汇总表、组装配图上标有静电警告符号。

  2.器件的保护措施

1) Si硅材料双极型IC结构  

 大致分为外部保护和内部保护二类。

① 外部保护:一般是输入端上串联电阻或者并联二极管,这样可以限制静电放电的电流,增大放电时间常数,或者形成静电能量的旁路,从而保护器件免遭静电击穿。

通过试验,采取保护措施后,击穿强度可提高二倍至五倍,但IC上采用这种保护是比较困难,而且必须注意附加电阻或二极管的方式,特别是二极管,如果要装位置、引线长度,耐压及电流容量考虑不周时,效果只有预期的一半。

② 内部保护:IC的击穿多发生在输入端附近的电路中,所以保护电路通常是设置在与输入端有关的部分。采用同前外部保护电路的方法。

但一般保护电路并非万全之策。较大能量作用下,仍会发生击穿,另外对器件的性能和成本也会发生影响,如增大电阻的热噪声,使频率响应特性变坏,加之二极管的置入,会使芯片尺寸增大,输入电容增加,从而使频率响应劣化等等。

为此可采用改进器件的结构,以提高耐静电性能。如增大发射极周长;将包括电极垫片的铝线整体做在P型扩散层上,使以往的铝线与衬底间的绝缘用SiO2氧化膜改为Pn结;改进内部引线图案,改变掺杂浓度等等。试验结果在SiO2膜上不会出现针孔,在小电容区域的击穿电压较以前IC为高,故障率大致缩小十分之一。

2)Si材料MOS IC结构

     由于这类器件耐静电性能差的弱点,以前几乎所有MOS IC都采用这样或那样的保护措施。然而,要完全避免是不可能的,应把MOS IC器件当作SDS来对待。

     MOS IC击穿大多数是栅极SiO2膜的击穿,今后元器件微型化,大规模集成化以及栅极氧化膜厚度变薄的趋势,这种击穿更为严重,分析损坏状况可分为四种情形:①栅极氧化膜击穿;②保护电阻热熔断;③保护二极管结区的击穿;④布线阀发生闪络通路击穿

3)化合物半导体器件

     在硅器件无法实现其功能的领域,可利用化合物半导体材料所具有的各种工能带结构,物性常数而制成的化合物半导体器件,尤其在微波通迅、老通迅领域是一种主要器件,开创了超高速数字IC实用化的新篇章。

     激光二极管、发光二极管、雪光电二极管等二极管与MES场效应管属此类元件。

     高频GaAs MES场效应管

     面临耐静电性能与高频特性,高速特性之间矛盾。

     宁愿追求性能为目标,降低寄生电容和串联电阻,势必要牺牲抗静电能力,只在组装时采取防静电措施,形成一个使人体充分接地的环境条件。

 

  3.电子产品、机器设计应考虑事项

①设计前应充分掌握所使用半导体器件耐静电击穿能力,安装在底板上时应考虑它们尽可能地不互相接触,且不让易带电的绝缘材料靠近器件。

②与外部相连的金属部分,例如连接用的脚线等易受静电的作用,故不让它们靠近器件及其布线;尽量避免器件的输入端在开放状态下形成回路,万不得已需要形成开放回路时,则应在输入端与地之间加入适当的电阻,从而保护输入部分;而不使用的端子或电路部分应使其接地或用适当的方法形成闭合回路。

③与器件输入连接线应尽量远离装置的机壳里,且其输入信号应尽量使用屏蔽线;在器件的输入输出端布线的周围,不能放置电性能浮动的金属物体,以防静电感应对配线放电而击穿器件。

④尽量缩短布线长度,减小布线电容,以避免静电感应、电磁感应。

⑤印刷电路板外围部分应布置接地线,使用器件的底板实行机架接地时,不仅要用接地线进行直流的连接,且要用高频电容器进行高频的连接,而机器外的金属部分应接地。

⑥机器外壳上实行静电屏蔽是有效的,如在塑料机壳表面涂上导电涂料,并接地,或者要机壳与印刷电路板的间隙上,加上导电性的屏蔽,并接地。

 

4.在输送、保管(储存)时应注意事项:

   1)输送、储存半导体器件的容器应当在输送中不因振动而带电的材料,具有导静电性能的器,金属容器由于电阻太小,易于产生静电放电,应避免使用。

   2)使用涂刷有抗静电剂或可抗静电剂树脂的容器时,必须注意其有效时间。

   3)输送半导体器件时,为确保电极(出脚)端子等电位,应用短路环,铝箔等短路,或使用导电性泡沫塑料。

   4)使用皮带输送机之类输送装置时,或使用小推车,必须进防静电处理,让输送带或小推车不带电。

电子工业静电危害 电子工业的静电防护措施(下)

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