中心議題：

• ESD與閂鎖效應
• 從設計開始控製ESD
• 電路板布局會影響ESD

解決方案：

• 選用適合於應用需求的器件
• 使用的簡單的ESD瞬變抑製技術

半導體器件常常因靜電放電而失效。弄清楚失效的根源並遵守設計規則，就有助於避免這種失效。
　　
ESD（靜電放電）是導致電子器件失效的主要原因，它可以在任何階段——從製造到測試
、組裝、生產、現場運行以及現場PC裝配等——影響電子器件的功能。專家估計，1994年全世界電子行業因ESD造成的損失超過900億美元（參考文獻1）。ESD的de發fa生sheng原yuan因yin是shi電dian荷he在zai某mou一yi表biao麵mian的de累lei積ji

，如ru摩mo擦ca生sheng電dian。但dan是shi，由you於yu電dian子zi產chan品pin的de快kuai速su小xiao型xing化hua，導dao致zhi器qi件jian的de幾ji何he尺chi寸cun縮suo小xiao，其qi中zhong包bao括kuo層ceng厚hou度du，因yin此ci這zhe些xie高gao密mi度du器qi件jian就jiu很hen容rong易yi受shou到dao很hen小xiaoESD造成的損壞。
　　
造成ESD的人為原因包括人造地毯
、人造地板、羊毛服裝
、尼龍服裝、塑料家具
、塑料扇葉的風扇、普通塑料容器、帶塑料吸嘴的去焊器
、不導電的鞋
、人造地板墊、玻璃纖維容器、普pu通tong塑su料liao袋dai以yi及ji類lei似si的de材cai料liao。使shi用yong塑su料liao零ling件jian的de機ji器qi也ye可ke以yi成cheng為wei靜jing電dian的de來lai源yuan，因yin為wei塑su料liao部bu件jian之zhi間jian的de相xiang互hu摩mo擦ca會hui積ji累lei電dian荷he。設she備bei產chan生sheng的de高gao強qiang度du電dian磁ci場chang也ye會hui在zai鄰lin近jin元yuan件jian中zhong感gan應ying產chan生sheng靜jing電dian荷he。
　　
靜電是一種看不見的破壞力，會對電子元器件產生影響。ESD未必總造成元器件的完全失效；它會造成一般測試無法檢測到的元器件潛在缺陷。這種“脆弱”的元器件在係統工作期間
，在惡劣環境條件下
，更可能在現場發生失效。在製造、儲存

、運輸、包裝
、組裝

、測試階段采取一些簡單的預防措施，再適當地設計電路，就可以減少由ESD造成的損壞影響。

對(dui)於(yu)半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件(jian)來(lai)說(shuo)，如(ru)果(guo)有(you)一(yi)個(ge)強(qiang)電(dian)場(chang)施(shi)加(jia)在(zai)器(qi)件(jian)結(jie)構(gou)中(zhong)的(de)氧(yang)化(hua)物(wu)薄(bo)膜(mo)上(shang)
，則(ze)該(gai)氧(yang)化(hua)物(wu)薄(bo)膜(mo)就(jiu)會(hui)因(yin)介(jie)質(zhi)擊(ji)穿(chuan)而(er)損(sun)壞(huai)。很(hen)細(xi)的(de)金(jin)屬(shu)化(hua)跡(ji)線(xian)會(hui)由(you)於(yu)大(da)電(dian)流(liu)而(er)損(sun)壞(huai)，並(bing)會(hui)由(you)於(yu)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)造(zao)成(cheng)的(de)過(guo)熱(re)而(er)形(xing)成(cheng)開(kai)路(lu)。PN結的失效可能是由於“電流擁塞”效應而引起的，這種效應在大電流通過PN結造成大電流密度時發生。ESD造成的潛在缺陷可能使器件在以後更容易損壞，並且可能使器件時好時壞。



ESD與閂鎖效應
　　
ESD和相關的電壓瞬變都會引起閂鎖效應（latch-up），這是半導體器件的主要失效之一。在閂鎖情況下，器件在電源與地之間形成短路，造成大電流、EOS（電過載）和器件損壞。CMOS器(qi)件(jian)之(zhi)所(suo)以(yi)因(yin)閂(shuan)鎖(suo)效(xiao)應(ying)而(er)特(te)別(bie)容(rong)易(yi)損(sun)壞(huai)

，乃(nai)是(shi)因(yin)為(wei)電(dian)感(gan)會(hui)在(zai)器(qi)件(jian)的(de)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)中(zhong)累(lei)積(ji)。另(ling)外(wai)
，氧(yang)化(hua)物(wu)材(cai)料(liao)中(zhong)任(ren)何(he)原(yuan)子(zi)一(yi)級(ji)的(de)缺(que)陷(xian)都(dou)會(hui)降(jiang)低(di)氧(yang)化(hua)物(wu)層(ceng)的(de)介(jie)電(dian)強(qiang)度(du)，使(shi)器(qi)件(jian)很(hen)容(rong)易(yi)因(yin)靜(jing)電(dian)電(dian)壓(ya)而(er)失(shi)效(xiao)（見本文網頁版的附文《ESD閂鎖效應的模型》）。
　　
電子係統中常見的ESD問題是通信接口器件
，如RS-232驅動器和接收器的失效。這些器件在ESD脈衝通過人們頻繁插拔的電纜互聯傳播時

，在電纜接觸到未端接連接器的帶電表麵時，就會損壞。當這些ESD脈衝的頻率超過1GHz時，PC電路板的印製線和小段電纜就會像天線一樣

，接收這些幹擾信號。
　　
圖1示出了最近對一種頻繁失效的CMOS數據收發器IC進行的ESD閂鎖效應調查的結果：在某些情況下，IC封裝帶電

，並燒毀了下麵的電路板。為了確定故障的原因
，用一台記錄儀器監視電源和RS-232收發器的輸入端。記錄的波形顯示出在收發器器件的輸入端和電源腳有短時的電壓瞬變。當這些瞬變電壓迫使寄生PNPN結構導通時，就發生閂鎖效應。一旦寄生的SCR導通，SCR就jiu是shi電dian源yuan通tong過guo器qi件jian到dao地di的de一yi條tiao低di阻zu通tong路lu。在zai這zhe樣yang的de條tiao件jian下xia
，通tong路lu中zhong的de電dian流liu很hen大da，從cong而er導dao致zhi器qi件jian中zhong因yin熱re過guo載zai而er熱re耗hao散san異yi常chang。過guo度du的de熱re過guo載zai會hui使shi塑su封feng外wai殼ke升sheng溫wen並bing開kai裂lie。
　　
從設計開始控製ESD
　　
防止由ESD引起的失效的第一步是電路設計。要從ESD出發，選用適合於應用需求的器件。對采用不易受ESDsunhuaideyuanqijiandedianlujinxingqiadangdesheji，jiukejianshaodianlubanhexitongxianchangshixiaodefashenglv。liru，juebuyinqisudujiaokuaierxuanyongmougeqijian，eryaoansuoxudegongzuosudulaitiaoxuanheshideqijian。gaosuluojizhuanhuanhuichanshenggaopindiancichang，ganraodianlubanshangdeqitaqijian。gaosuqijianshiyongbudang
，huiyinkaiguanyinqideyouhaifusheertianmafan。
　　
zaishiyanshizhonganguigeceshiheyanzhenghegedeshebeizaishijixianchangtiaojianxiakenenghuichuxianwenti。zhiyouyujidaoxianchangkenengchuxiandewenti，cainenganzhaozaigezhonggongzuohuanjingzhongzhengchanggongzuozheyiyaoqiulaijinxingdianlusheji。zhezhongqingkuangduichuliESD問題特別適用

，因為這樣的問題可能會因現場搬運PC組件時不遵守注意事項而發生。為了解決ESD問題
，在產品設計時采取預防ESD損壞的措施是必要的。即使某個器件具有內置的保護網絡來防止ESD損壞，也應在為受損壞的應用場合采用外部元器件進行更高級別的防護。
　　
一種眾所周知的ESD能量抑製技術是在電路的關鍵部位使用瞬變抑製二極管。這樣的器件基本上是快速響應的電壓箝位器件。當ESD或huo其qi它ta因yin素su產chan生sheng一yi個ge過guo壓ya瞬shun變bian脈mai衝chong時shi
，瞬shun變bian抑yi製zhi器qi就jiu按an照zhao其qi額e定ding值zhi將jiang電dian壓ya箝qian位wei於yu一yi個ge安an全quan電dian壓ya值zhi，以yi保bao護hu瞬shun變bian抑yi製zhi器qi後hou麵mian連lian接jie的de器qi件jian。應ying根gen據ju器qi件jian能neng承cheng受shou的de預yu計ji瞬shun時shi功gong耗hao，仔zai細xi地di選xuan擇ze瞬shun變bian抑yi製zhi器qi的de功gong率lv承cheng受shou大da小xiao。

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一種可在電路輸入級使用的簡單的ESD瞬變抑製技術
，就是將一個磁珠串在輸入引線上，並在輸入引線和地之間接一隻容量很小的電容器。圖2示出了磁珠的等效電路。輸入端的LC電路起濾波器的作用，將ESD瞬(shun)變(bian)的(de)能(neng)量(liang)分(fen)流(liu)入(ru)地(di)。當(dang)使(shi)用(yong)瞬(shun)變(bian)抑(yi)製(zhi)二(er)極(ji)管(guan)保(bao)護(hu)任(ren)何(he)輸(shu)入(ru)端(duan)或(huo)輸(shu)出(chu)端(duan)時(shi)，要(yao)使(shi)瞬(shun)變(bian)抑(yi)製(zhi)器(qi)盡(jin)量(liang)靠(kao)近(jin)這(zhe)些(xie)端(duan)子(zi)。很(hen)長(chang)的(de)導(dao)線(xian)和(he)電(dian)路(lu)板(ban)印(yin)製(zhi)線(xian)都(dou)有(you)寄(ji)生(sheng)電(dian)感(gan)，當(dang)ESD瞬變脈衝進入電路時，寄生電感就會產生電壓過衝與振鈴問題。
　　
你可使用CMOS布局技術來防止閂鎖效應
，因為CMOS布局技術可監控ESD瞬變會進入器件的各部位：器件的電源引腳、輸入引腳和輸出引腳。你應降低晶體管（PNP和NPN）的增益，並提高閂鎖效應的閾值，方法是加大器件結構中P溝道Tub與P溝道漏極之間的間隔。在電源和p-tub上連接p+和n+保護環也可以降低晶體管增益，提高閂鎖效應的閾值（圖3）。防止閂鎖效應的其他工藝技術有：提高阱深度以減少寄生晶體管的增益

；采用絕緣襯底（如藍寶石矽）以降低tub和襯底中的電流，；在每個阱下麵采用埋層或外延層（圖4）。



　
你也可以用良好的電路設計技術來減少ESD危害和與ESD有關的電子器件失效。元器件選用得當和關鍵部位使用電路級技術（保護網絡）均可減少ESD的種種影響。良好的接地與電路板布線技術
；在裝配、生產和測試時小心取放對ESD敏感的器件；在包裝和運輸器件和組裝電路板時采用適當的防靜電包裝材料，這些措施都可減少失效。電路屏蔽得當也可以減少ESD的影響。



電路板布局會影響ESD
　　
你如果使用布局和布線都很好的電路板，就可以顯著減少ESD問題的發生率（見附文《實現ESD故障最小化的電路設計原則》）。meiyidianludouyinweiyoubutongleixingdeyuanqijianhedianliuercunzaiyoujingdiantongliangxianhecitongliangxian。ruguodianlubanbuxianweizhuhendadehuanxingqu
，zedaodiantonglujiuhuiweizhujiaodadecitongliang
，youyuhuanluqitianxiandezuoyong，jiaodadecitongliangyouhuizaihuanluzhongganyingchanshengdianliu。zhezhonghuanludianliuhuichanshengyingxiangdianluzhongyuanqijiandeganraodiancichang。jianxiaohuanluqudefangfashishidianyuanxianhedixianjinliangkaojinzaiyiqi。tu5示出了典型的電源線和地線形成的環路區。
　　
要在電路板設計中采用低阻抗地線

，以便任何ESD電流都能很容易地流入地，而不是經過電子器件的其他低阻通路流入地。一個接地區域，最好是一個接地層，均可降低ESD的影響，因此，你應將電路板上未用區域都變成接地層。使信號線靠近地線也可減小環路麵積，並可將大環路引起的ESD問題減至最少。具有獨立接地層的多層電路板則更為可取。
　　
在電路板布局時，敏感電子元件要遠離潛在的ESD源，如變壓器
、線圈和連接器。這些潛在的ESD源會積累電荷或產生雜散的電磁場，從而導致元件損壞。對線圈、變(bian)壓(ya)器(qi)和(he)類(lei)似(si)元(yuan)件(jian)進(jin)行(xing)屏(ping)蔽(bi)，以(yi)抑(yi)製(zhi)這(zhe)些(xie)元(yuan)件(jian)輻(fu)射(she)的(de)電(dian)磁(ci)場(chang)
，這(zhe)是(shi)明(ming)智(zhi)之(zhi)舉(ju)。要(yao)在(zai)很(hen)長(chang)的(de)信(xin)號(hao)線(xian)之(zhi)間(jian)布(bu)放(fang)一(yi)根(gen)地(di)線(xian)，以(yi)減(jian)小(xiao)環(huan)路(lu)麵(mian)積(ji)。你(ni)把(ba)敏(min)感(gan)電(dian)子(zi)元(yuan)器(qi)件(jian)放(fang)在(zai)遠(yuan)離(li)電(dian)路(lu)板(ban)邊(bian)緣(yuan)的(de)地(di)方(fang)，就(jiu)可(ke)避(bi)免(mian)ESD偶然損壞這些元器件；因為這樣做可避免人體接觸和可能由ESD引起的損壞。