EOS和ESD的异同点.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-dateEOS和ESD的异同点EOS和ESD的异同点EOS的原理以及和ESD的区别EOS：Electrical Over Stress-指所有的过度电性应力。超过其最大指定极限后，器件功能会减弱或损坏。ESD：Electrical Static Discharge-静电放电。电荷从一个物体转移到另一个物体。2、区别：2.1 EOS通常产生于： 电源 测试装置*其过程持续时间可

2、能是几微秒到几秒（也可能是几纳秒）*很短的EOS 脉冲导致的损坏与ESD 损坏相似。*损坏表征 金属线会膨胀 通常会发热 功率升高 会出现闭锁情况2.2 ESD属于EOS的特例 能量有限 由于静态电荷引起*其过程持续时间为几皮秒到几纳秒*其可见性不强*通常导致晶体管级别的损坏。3、导致EOS的原因：*由于测试程序切换（热切换）导致的瞬变电流/峰值/低频干扰*电源(AC/DC) 干扰和过电压。*测试设计欠佳，例如，在器件尚未加电或已超过其操作上限的情况下给器件发送测试信号。*从其他装置发送的脉冲。*工作流程不甚合理*接地反弹（由于接地点不够，快速电流切换导致电压升高）4、EOS的避免*电源 确保

3、交流电源配备了瞬态电流抑制器（滤波器） 电源过压保护 交流电源稳压器（可选）。 电源时序控制器，可调整时序 不共用滤波器和稳压器*工作流程 将正确流程存档。 确保针对以下内容进行培训并给出警示标志：%电源开/关顺序%不可“热插拔”%正确的插入方向 定期检查以确保遵守相关规定*维护 定期进行预防性维护。 确保接头良好紧固，以防止其带来间歇性故障。*培训 确保对所有人员进行培训并及时复习相关内容。*电路板或元件测试 确保不进行热切换。进行测试时使用存储范围捕获信号或电源的瞬态电流。 确保不出现峰值/低频干扰。 确保正确设置测试参数（不会过压）。 确保测试硬件中使用了正确的保险丝ESD防护控制的一些

4、看法摘要:通过对现行静电放电防护方案的分析,找出了这些方案的缺陷:(1)电气应力与静电放电区分不清;(2)系统未有效识别。指出了确立ESD防护方案的条件:(1)明确系统的防护等级;(2)遵从各类标准的性能指标要求;(3)实施ES管理。结合工业生产的实际情况,从防护等级的确立、数据的获取、装置的监控、防护措施的确定以及防护方案的实施五个方面具体讨论了工业生产中的ESD防护;从包装材料的筛选、包装的检查、包装标注和测试三个层次分析了ESD防护包装的具体实现;从工作面、工作间的测试和接地的有效搭接三个方面研究了ESD的防护控制。 关键词:静电放电;静电防护包装;静电防护;静电控制1引言 企业不同,依

5、据的静电放电(ESD)防护标准以及实施的ESD防护策略也会不一样。一些大型企业,制定的ESD防护方案很全面,不但有对ESD的基本防护,还包括一些冗余的防护措施以保证ESD的防护效能;相比之下,有些小型企业甚至还没有制定ESD防护的基本措施。 ESD问题涉及面很广,它不但可以影响企业的各个部门(如,生产制造部门、装配运输部门),还能影响到材料的供应商和产品的使用者。这使得ESD问题极其复杂,很难制定一个防护所有ESD问题的控制方案。目前,人们研究的只是一般ESD问题的危害机理及其防护控制。2现行ESD防护方案的缺陷 现行ESD防护方案大都存在问题,表现在电气应力(Electrical Overs

6、tress-EOS)与ESD的区分和系统类型的识别两个方面。2.1 EOS和ESD的区分 实际上,ESD是EOS的一种特殊情况。但在确定ESD防护方案时,却常常将ESD与EOS相混淆,把EOS的防护指标当作ESD的防护指标来对装置加以要求。这样,对装置的ESD防护就可能失败,从而影响整个系统的ESD防护。比如,DOD-STD-20001规定铁的焊接上限电压是2mv,实际上这是一个EOS防护指标,用来对ESD进行防护是不妥当的。这是因为工作面和操作人员尽管已经通过1兆欧的电阻接地,但放置在导电性工作面上的电源线的电容耦合仍然可以诱发远高于2mv的电压。这样就不可能真正做到对装置有效的ESD防护。

7、因而有效区分EOS与ESD是必要的。2.2系统识别 系统ESD防护方案的确定依赖于对系统的识别2。不同类型的系统采取的ESD防护措施应是不同的。现行的一些ESD防护方案连基本的系统识别都没有,就展开了对系统的防护的讨论和要求,显然这样是不妥当的。 按照对ESD的敏感类型不同,可以将系统分成两类3,4:电压敏感(VS)和能量敏感(ES)。对于前者,由于它对电压敏感,防护时就需要很小心,比如使用一些特殊的材料、放置在一些特定的操作位置等;而后者,由于它对能量敏感,其防护条件相对于前者就不必太苛刻。 可见,有效地识别系统是必需的。工程实际中虽然很少使用VS装置,但对于一个未经识别的系统来说,应将它作

8、为对VS敏感类型进行处理,避免可能引发的ESD损伤。3ESD防护方案的确立条件 在分析了现行ESD防护方案的缺陷后,可以得到制定一个有效的ESD防护方案的条件:明确系统的防护等级、遵从各类标准的性能指标要求、实施ESD管理。3.1明确ESD防护方案的等级(1)基本防护 ESD“基本防护”方案包括四个要素:传导性工作面接地、人员腕带接地(1兆欧电阻接地)、聚乙烯保护包装、人员12小时5基本的ESD培训。 (2)全面防护 ESD“全面防护”方案需要在基本等级的基础上增加额外的防护措施。它要求对装置的ESD防护是全面的。比如,对装置进行双层包装(在包装外层增加一个金属箔片包装)。 明确待防护系统的等

9、级是确立防护方案的基础工作。只有确定了系统防护的等级,才可以采取具体的防护措施进行ESD防护。3.2遵从各类标准的性能指标要求 ESD防护方案的确立还必须要遵从工业、军事或者生产企业的标准。这些标准可以为ESD的包装、操作和电路设计提供有效的防护措施和具体的操作步骤。 美军在1980年5月制定了ESD防护全面的性能指标6,并在1988年8月对DOD-STD-16867做了修改,制定了MIL-STD-1686A,在1995年再次对标准做了修改,制定了MIL-STD-1686C8。随后,电子工业协会EIA和电气应力与静电放电协会EOS/ESD制定的一些相应的标准进一步完善了美军标。但是由于这些协会

10、在制定标准时没有充分遵循工程实践,使得有一些性能指标仍存在争议。3.3进行ESD管理 ESD防护方案是否有效,ESD管理9很重要。ESD管理可以确定ESD方案执行、人员训练、维护ESD防护设施的花费(Cost)情况。结合故障诊断,还可以获取方案对于减少ESD损伤概率的影响等信息,从而可以为ESD方案的实施提供参考标准。 为保证系统的ESD防护方案的适用性和各方面性能要求的有效协调,必须在系统防护的全过程中实施ESD管理。4工业生产中的ESD防护 工业生产中的ESD防护可以从以下五个方面来做具体讨论:4.1系统防护等级的确立 即使对系统中所有的VS装置都采取ESD防护,仍然会存在防护性能上的不确

11、定性,有些额外的防护措施甚至会增加装置的ESD损伤概率10。因而,必须要对具体的待防护系统进行分析,并确定系统的防护等级和防护程度,这样才能有效地制定装置的ESD防护措施。 目前,通过试验只能确定一小部分材料的特征,还不能建立敏感材料的防护等级。包括ESD的电流幅度、电容耦合(到装置或者电路)程度、二极管的击穿门限、损坏双极性装置的能量等ESD问题的各个方面都未能具体确定或者在性能指标中加以考虑。因而在确立系统防护等级时,需要结合工程实际情况,分析系统所处的实际环境,具体研究各方面的防护要求。4.2有效数据的获取 由于装置的类型仅仅是通过HBM测试来确定的,没有考虑带电装置模型(CDM)和其他

12、破坏源的影响,因而很难将HBM分类数据与设备、装置的ESD防护措施联系起来。有鉴于此,工程实际中需要使用更多、更复杂的测试手段和数据分析方法,这样,获取到的装置ESD问题的有关数据也会更优异。4.3监控 通过对装置的监控可以提高系统的可靠性监视器检查的项目包括检查接地线的完整性、工作面的接地情况、人员腕带的有效性等。其中对腕带的检查是通过将一低电压经腕带连接到人体上来进行测试的。所选择低电压的能量必须不能在装置(比如,肖特基二极管,检波器二极管等)上诱发EOS。 如果工作间内使用了空气电离设备,就需要定期地加以检查,这有两个可能的原因:一是设备可能会发生故障,不能工作;二是设备产生的离子可能不

13、足以相互平衡,从而成为一种特殊的“静电源”。比如,实验用的负电离灰尘控制系统可以在工作间内的组件上产生电荷,这不但能导致电离设备对带电灰尘微粒控制的失败,还会诱发电击操作人员以及损坏装置等恶性事故。4.4防护措施的确定 防护措施的确定需要两方面的工作,一是识别ESD问题及故障设备,二是进行有效的故障分析。 (1)如果能识别具体的ESD问题及其涉及的相关设备,就能分析、比较出不同方案的效费比,从而就可为待防护的装置和设备的ESD防护方案提供有效参考。实际当中,ESD常常被误认为是诱发装置故障的原因。比如,在生产过程中,制造工程师常常误认为对装置外包装的操作诱发的ESD损坏了IC存储器,而调查的结

14、果却显示这些操作不会诱发ESD源,真正的原因是厂家的喷镀(meallization)问题。由此可见,有效地确定工业生产中的ESD问题及故障设备是非常重要的。 (2)ESD防护措施的确定和改进依赖于对装置的故障诊断。但是,故障诊断的花费很昂贵,而且得出的结论也并非总是正确有效的。比如,通过故障诊断可以确定脉冲的持续时间和ESD事件的能量,但是它并不能识别ESD源的具体类别,而数据分析的花费也很大。 工业生产和测试的实际过程中,要将上述两方面的工作结合起来,才能有效地制定装置和设备的ESD防护措施。4.5 ESD防护方案的实施 相对于ESD全面防护方案,基本防护方案实施起来较为容易。但是同样也需要

15、高度重视ESD敏感组件识别、分类和包装的具体方法。 (1)对未接地的设备和装置,它们的使用和控制需要详细地加以说明,特别是在有VS装置存在的场合。在防护VS装置和特殊的ES装置免受可能的电场损伤时,原则上,ESD方案和操作步骤的制定应该尽可能地满足系统防护的需要。但是,由于VS装置的脆弱性,ESD基本防护方案和全面防护方案都难以完全排除对VS装置的所有可能危险。 (2)在ESD包装时,很难有效地区分组件的敏感度。ESD保护包装不会与接地的人员之间产生静电,但会和一些其他的ESD防护组件,如玻璃纤维、绝缘线、印制电路板(PCB)等产生摩擦起电。如果使用酒精来擦拭PCB板,起电的过程会重复发生;而

16、对于绝缘材料来说,即使其表面具有传导性,它仍然可能会摩擦起电。 现行简单的解决方法:一是过包装(over-packaging)保护,二是将所有组件都当作VS敏感来处理。对所有的设备进行ESD加固是一个解决办法,美军标MIL-STD-1686C就这样要求所有的军用设备和装置;工业生产时, IC(IntegrateCircuit)生产商对装置也采取了ESD加固,但由于装置和设备在进行ESD加固时,不可避免地会导致操作性能的下降,使得ESD加固也不能解决系统识别和特殊控制上的问题。实际工业生产过程中,无保护装置仍被应用于一些特殊的方面,如高阻抗输入电路、极高速电路和微波装置等。5ESD防护包装的实现

17、 进行ESD防护包装11,12,必须要完成以下工作:5.1筛选包装材料 ESD防护包装材料的筛选是复杂的,需要综合考虑。一方面需要与所参照标准的防护要求相一致,另一方面,需要考虑工程实际情况(比如,使用对象、材料价格等)。 (1)参考相应标准 美军关于ESD防护包装的标准是MIL-B-8170513, EIA的相关标准是EIA-54114,我国在1992年制定的相应标准是QJ2245-9212。这些标准的防护要求基本上是一致的,只是在防护指标数值大小的确定上有所区别(如,设备的接地电阻值范围等)。(2)结合工程实际 大多现行标准中,ESD防护包装与装置的敏感类型之间没有必然联系,对材料(比如,

18、防护特殊装置的聚乙烯、金属薄膜)的具体选择往往取决于使用者;此外,材料的价格也是另一个需要考虑的因素。比如,在满足相同的ESD包装防护指标条件下,使用金属包装的耗费会比使用聚乙烯包装高34倍。5.2检查包装适用性 工程人员需要确定ESD防护包装的有效性。 (1)通常情况下,ES敏感装置可以使用任何不导电的材料来进行包装防护。但是包装材料太薄会导致弧光放电渗透包装,引发设备和装置的ESD损伤,因而对ES敏感装置防护时,需要检查包装材料的厚度。 (2)使用金属镀膜(metallization)时,如果镀金属表面的绝缘层存在小孔,就会比完整的表面传导更多的电荷。实验已经证明,10kv的人体放电模型(

19、HBM)脉冲可以在金属镀膜表面产生可用显微镜观察到的孔缝。因此对金属镀膜表面,也需要仔细检查。 VS敏感装置需要更多的屏蔽措施。对于处在恶劣环境中的这类敏感装置或设备,确定包装防护保护是否有效是很困难的。5.3特征标注和性能测试工程实际中,包装防护材料的种类很多,性能也很复杂。很难通过简单的方法来识别ESD包装材料的类型。因此,在生产、测试和运输过程中,必须对ESD敏感组件的包装防护材料的进行仔细的特征标注;同时对于包装不当或材料难以识别的组件,在使用前必须进行全面测试,以确定包装防护的效果。 对ESD包装的测试主要参照EIA-541标准在所有的包装测试内容中,摩擦起电测试最难且最耗时。6生产

20、、测试时的ESD控制 在设备和装置的生产、测试过程中,进行ESD控制是必须的。也就是要对工作间(Workroom)及其内部生产、测试使用的工作面(Worksurface)加以要求,并对工作间内各种设备、装置进行有效接地。6.1工作面的控制 工作面就是对设备、装置进行操作的平台。对工作面的ESD防护可以参考静电安全控制台15的防护标准。 ESD基本防护方案中,工作面必须具有传导性或泄放性。两接触面如果都是导电性的,就不会发生摩擦起电;但只要有一个表面是绝缘性的,就很有可能引发摩擦起电,比如,PCB(Printed CircuitBoard)在一定条件下甚至可以与已接地的工作面发生摩擦起电。理论上

21、来说,一个组件不带电,它的接地电阻就会很低从而不可能发生摩擦起电。因而在工业生产和测试过程中,要求工作面的接地电阻必须要处于泄放范围内,以减少可能的ESD放电电流峰值。 在确定ESD放电时间或者峰值放电电流时,如果只使用工作面电阻和带电体的电容进行计算就会出错。这有两方面的原因:一方面,工作面的放电(路径)电阻不仅仅是大电极测量确定的直流电阻;另一方面,带电体的电容是很难通过测试确定的,而且快速放电时带电体的自身感应也不能忽视。6.2工作间的测试 不同功能的工作间,要求使用不同阻值的工作面。比如,干净的房间要求使用不锈钢的工作面。在设计工作间的具体测试时,必须避免由工作面引发的危害性电流损坏组

22、件、击伤人员。 目前,工业部门的ESD防护有这样一个趋势,即在考虑工作间ESD安全之前,要求工作间内所有的设备、装置的表面都具有泄放性或传导性。工作间内常常使用空气电离器,虽然它释放或中和工作面上电荷的速度很慢,但使用它可以将摩擦起电引发的静电场峰值降得很低。 对工作间内一些绝缘表面的电场强度和电压进行测试是一个常见的错误。这些测量数据没有应用价值,因为通过电场强度测试并不能确定电容和电量(Q=CV)。6.3接地的有效搭接 工作面如果不是直接连到地面上,就会成为一个具有泄漏电阻的大寄生电容平面。一个1兆欧的电阻可以在工作面间引发交流电势差;寄生电容耦合到交流电线上,也可以在工作面上引发高于4伏

23、特的交流电。因而工作面必须接地,但需要注意接地的具体方式、方法。EOS/ESD协会的标准规定工作间内不同接地点间的最大电阻是1欧姆、一般接地点和电源接地点间的最大电阻是2欧姆以保证接地点间的等电位。 一般接地有两种方式:硬接地(Hard Ground-ing)和软接地(Soft Grounding)16。前者是指直接接地或者通过一低电阻接地;后者是指通过足够大的电阻接地,以确保将电流限制在人身安全值(通常为5mA)以下。对于工作间内设备的接地来说,软接地在电路故障时会发生危险的功率衰减,而硬接地内部的交流电路断路器可以在故障发生时抑制可能的ESD损伤。因而,对工作间内的设备一般进行硬接地。 此

24、外,操作人员腕带接地也很重要,它可以避免操作人员身体上静电的累积;同时工作间内应使用监视器系统,它可以对装置、设备的工作状态进行监控,并可以提醒人员进行腕带接地,以确保操作时的ESD安全。7结束语 工程实际当中,由于电子系统的多样性和复杂性,很难制定通用的ESD防护方案。只有考虑到系统的实际情况,如敏感类型、防护等级要求、ESD防护方案的性价比等,并实行全方位的ESD防护控制策略,才能对具体的系统实施有效的ESD防护。 在ESD防护方案的确立过程中,完全兼顾系统各方面的性能要求是不现实的,必须有所侧重,重点防护系统中优先级高、敏感性强的组件,将系统的工作性能最大化。这是一项系统工程,有待于进一步的分析和研究-