ESD防護(hù)用壓敏電阻器

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1、中國電子學(xué)會敏感技術(shù)分會電壓敏第十一屆學(xué)術(shù)年會暨海峽兩岸首屆技術(shù)研討會?？疎SD防護(hù)用壓敏電阻器陳佑學(xué)，張俊峰，夏波，石微靜(陜西華星壓敏電阻器廠712099)1墾言1寸口靜電問題存在于航空、航天、電子、能源特別是在軍工、火工生產(chǎn)中，石油、煤氣工業(yè)的生產(chǎn)灌裝、儲運過程中，化工、膠片、橡膠作業(yè)的生產(chǎn)和電子產(chǎn)品(如計算機、cMOS器件等)生產(chǎn)中引起的安全問題和質(zhì)量問題，更為人們所關(guān)注。氧化鋅壓敏電阻器作為ESD保護(hù)的措施，它在靜電防護(hù)中的應(yīng)用呈現(xiàn)出很大的優(yōu)越性，有著很好的市場前景。2靜電及危害靜電起因主要是接觸起電和感應(yīng)起電，通常所說的摩擦起電就是典型的接觸起電。人體靜電是工

2、業(yè)中存在的主要靜電，據(jù)有關(guān)測定，如果人對地面電容為200斗F，人體帶電壓為200v，則人體帶電能量為o．4IIlJ。這比汽油和空氣混合物的發(fā)火極限(o．2IIlJ)要高出l倍。如表一示，靜電電壓通?？蛇_(dá)到數(shù)萬伏以上，靜電泄放電流可達(dá)數(shù)十至數(shù)百安培，靜電放電產(chǎn)生的電磁場強度很強(近場峰值電場可達(dá)幾百伏／m到幾千伏／m)且頻率非常寬，幾十兆至幾千兆以上。按照IEc6100—4—2標(biāo)準(zhǔn)，靜電泄放的電流波形如圖一，靜電泄放的電流上升速度很快，電流波上升時間為O．7～1．0ns。＼IJ，-、乙／‘＼．‘＼＼．L41：：!墮一∞佛一肺哺．表1人體靜電電位示例靜電電位(KV)人體活動R

3、H(10一20)％(65—90)％人在地毯上走動3515人在乙烯樹脂地板上行走312O．25人在工作臺上操作6O包工作說明書的乙烯樹脂封皮70．6從工作臺上拿起普通聚乙烯袋201．2從熱有聚氨基甲酸泡沫的工作椅上站起181．5圖lIEc一6100一4—2中靜電泄放電流波形：基于這些特點，靜電在泄放時會發(fā)生火花、能量注入、電磁感應(yīng)和電磁輻射，對泄放路徑和周圍環(huán)境造成很大影響，產(chǎn)生的危害有：①引起火災(zāi)、爆炸；②電擊降低工作效率，并發(fā)生二次事故或災(zāi)害；一49—中國電子學(xué)會敏感技術(shù)分會電壓敏第十一屆學(xué)術(shù)年會置海峽兩岸首屆技術(shù)研討會專刊③電子元件的靜電擊穿，降低功能，可靠性差；④放

4、電噪音，引起控制設(shè)備及計算誤動作；⑤膠片感光X。在電子工業(yè)中，二十世紀(jì)40一50年代很少有靜電問題，因為那時是晶體三極管和二極管，而所產(chǎn)生靜電也不如現(xiàn)在普遍存在。在60年代，隨著對靜電非常敏感的MOS器件的出現(xiàn)，靜電問題也出現(xiàn)了，到70年代靜電問題越來越來嚴(yán)重。80—90年代，隨著集成電路的密度越來越大，一方面其二氧化硅膜的厚度越來越薄(微米一納米)，其承受的靜電電壓越來越低，從表二可見大部分器件的靜電破壞電壓都在幾百至幾千伏，而在干燥的環(huán)境中人體活動所產(chǎn)生的靜電可達(dá)幾千伏到幾萬伏。另一方面，產(chǎn)生和積累靜電的材料如塑料，橡膠等大量使用，使得靜電越來越普遍存在，全球電子工業(yè)

5、每年因靜電造成的損失達(dá)數(shù)千億美圓，靜電已成為電子工業(yè)普遍存在的隱形殺手。在內(nèi)外因條件具備時就要發(fā)作。表二電子器件所能承受靜電破壞的靜電電壓器件類型靜電破壞電壓(v)器件類型靜電破壞電壓(v)VMoS30～1800OP—AMP190～2500MOSFET．100～200JEFI’140～lOOOG8A8FET100^-300SCL680～1000PROM100S1YrL300～2500CMoS250～2000DTL380～7000HMOS50～500肖特基二極管300～3000E／DMOS200～lOOO雙極型晶體管380～7000ECL300～2500石英壓電晶體<100

6、00靜電給人類造成的危害隨著工業(yè)化的日益發(fā)展而觸目驚心，從煤礦瓦斯爆炸到固體、液體、氣體以及人體火災(zāi)事故，乃至衛(wèi)星、宇宙飛船等發(fā)射失敗，究其原因，多是靜電在其中搗亂作崇的結(jié)果。靜電使人類每年蒙受數(shù)億元的巨額經(jīng)濟(jì)損失，逼迫全球諸國政府每年不得不組織大量的人力和物力來認(rèn)真研究和對付。3ESD保護(hù)。靜電泄放主要的保護(hù)方式有兩種。①靜電屏蔽，給受靜電侵害的設(shè)施用金屬外殼進(jìn)行屏蔽，使易受靜電影響的設(shè)施處于等電位狀態(tài)，從而免受靜電危害。②以浪涌保護(hù)方式保護(hù)EsD，提供EsD能量泄放通道，讓靜電在安全的水平泄放或以安全的方式泄放，消除火花、抑制不安全靜電泄放入侵。靜電屏蔽方式有效可靠，

7、但實施起來難度大，復(fù)雜，成本高，不利于小形化很難作到根除；把EsD作為電涌來保護(hù)，易于實現(xiàn)，簡單，成本低，利于小形化。廣泛用于電涌防護(hù)的壓敏電阻器應(yīng)用于ESD防護(hù)，因為其非線性特性、和耐浪涌能力、以及快速響應(yīng)能力、固有電容量，(1)使靜電在安全的水平泄放(提供安全電壓限時的導(dǎo)通)，(2)在靜電泄放時提供泄放通道，入侵敏感設(shè)施的一50一中國電子學(xué)會敏感技術(shù)分會電壓敏第十一屆學(xué)術(shù)年會暨海峽兩岸首屆技術(shù)研討會?？o電泄放電壓和電流維持在安全的水平；(3)對數(shù)頻譜幾十兆到幾千兆的百伏每米ESD感應(yīng)電勢干擾起到抑制作用4靜電泄放(ESD