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标题: ESD 成因篇 [打印本页]

作者: mic29 时间: 2013-6-18 14:27
标题: ESD 成因篇
成因：
將原本不帶電的任意兩物質A＆B接觸後再分開，會造成A＆B上的電子重新分配，分離速度、摩擦、體積等因素都會影響電子重新分配比例
假設A得到電子就帶負電，而B失去電子的就帶正電，得到與失去的電子越多，物體上帶的正負靜電壓就越大

第一題：為何CE要求ESD要測正負極性？
ANS：因為當人的手觸摸任何東西後都會帶電，不論是手機、衣服、家人的臉，差別只在於靜電壓大小
此時人的手可能帶正電，也可能帶負電，端視與什麼東西接觸而定
所以CE的ESD就要求要測正負極性了

第二題：正負極性的ESD對EUT的差別是什麼？

第三題：為何沒有接地的EUT，在ESD測試後若未先對地放電，則下一次的放電強度會明顯變弱？

第二題與第三題有興趣的人可以先想想，本週五提供解答。

作者: sk1987 时间: 2013-6-18 14:58
其实更期待EFT的后续文章！~

作者: walterP 时间: 2013-6-18 15:01
第二题：泄放时静电电流的方向不同
第三题：因为EUT本身提高了静电势

作者: mic29 时间: 2013-6-18 15:17
果然本論壇是臥虎藏龍
這些問題在別的EMC論壇沒人答得出來

補充一下第二題
正電測試時，電子是由EUT流向靜電槍，所以電流方向是靜電槍到EUT
負電測試時，電子是由靜電槍流向EUT，所以電流方向是EUT到靜電槍

作者: walterP 时间: 2013-6-18 15:33
静电的这些问题是看论坛以前发的一个静电解说后了解的，好像是化二发的。

作者: 阿飞小白 时间: 2013-6-18 20:07
第三题，為何沒有接地的EUT，在ESD測試後若未先對地放電，則下一次的放電強度會明顯變弱？

以前和一个工程师讨论过，说如果每放电一次后，都对EUT进行放电，这样测试的结果才是最严格，能量才是最强的，但是没有想明白原因。

然而，如果不对地放电，电荷会累积，岂不是也会造成影响？

作者: funny 时间: 2013-6-19 08:33
第三題：為何沒有接地的EUT，在ESD測試後若未先對地放電，則下一次的放電強度會明顯變弱？

是不是没对地放电导致电位升高，静电放电就弱了，毕竟静电也是高压往低压处放，如果两个电位相等，也不会放电。

作者: mic29 时间: 2013-6-19 11:36
有個爸爸餵小孩吃一大碗飯，由於小孩子的嘴巴和菊花不是直通的，所以小孩子吃完這一碗飯都積在肚子裡會很不舒服而鬧彆扭
如果同樣一碗飯換餵另一個菊花直通的小孩，小孩邊拉邊吃，就不會感覺不舒服了

爸爸＝靜電槍
小孩＝EUT
飯＝負極性ESD
直通＝接地

很多人想打我，對吧！

作者: mic29 时间: 2013-6-19 11:59
對於第三題，funny的回答全對，我再舉例補充一下

假設某個無接地EUT原本的電位是0V,經過一次4KV的ESD測試後（兩者電位差4KV），因為無接地，電子累積在EUT內，拉高了EUT電位（假設是1KV）
於是下一次的4KV放電,兩者間的電位差變成4-1=3KV,放電的感覺就變弱了

作者: kenji 时间: 2013-6-19 19:21
對於第三題，如果第一次放电没有完全泄放，那这部分能量再加上第二次的能量，岂不是更大的能量冲击
即使兩者間的電位差變成4-1=3KV，放电感觉变弱但是实际能量的注入是变多了呀

作者: kenji 时间: 2013-6-19 19:24
实际中也常常遇到不接地的设备在打很多次都没有问题然后放一次电后再打就出问题了，这个现象跟我之前发的能量累积的想法也是冲突求解～～

作者: 桃花岛主 时间: 2013-6-19 23:19

kenji 发表于 2013-6-19 19:24
实际中也常常遇到不接地的设备在打很多次都没有问题然后放一次电后再打就出问题了，这个现象跟我之前 ...

感觉温水煮青蛙的比喻比较好；水温逐渐上去，青蛙没反应；水温一下子从零度到一百度，青蛙就蹦出来。

实际上感觉还是个du/dt大，所以影响大。

作者: walterP 时间: 2013-6-20 09:55
静电有两种作用方式，一种是直接静电耦合，一种是电磁场干扰。
直观上看，不放电静电积累后直接耦合的危险较大，而放电强度变弱后电磁场干扰会变弱。

作者: walterP 时间: 2013-6-20 10:01
想了下，又感觉不对，静电只是ns级的脉冲，能量很小，而两次放电间隔时间至少是1s，即使是不接地设备，在第二次放电时，累计在设备上的静电产生的电位也不会很高吧？

作者: mic29 时间: 2013-6-20 14:25

kenji 发表于 2013-6-19 19:21
對於第三題，如果第一次放电没有完全泄放，那这部分能量再加上第二次的能量，岂不是更大的能量冲击
即使兩 ...

我的看法是這樣

放電聲音變小，代表放電能量變小，這應是無庸置疑的

假設放電槍與EUT有著同樣的體積大小與靜電容量，在理想測試環境中（真空、無雜散電容、、、、）
第一次放電前，EUT與靜電槍上的電位是0/4KV
第一次放電後，EUT與靜電槍上的電位是2/2KV
第二次放電前，靜電槍充電至4KV，放電後EUT與靜電槍上的電位是3/3KV
靜電槍放出的靜電能量一次比一次少，聲音就越來越小

作者: mic29 时间: 2013-6-20 14:32

walterP 发表于 2013-6-20 10:01
想了下，又感觉不对，静电只是ns级的脉冲，能量很小，而两次放电间隔时间至少是1s，即使是不接地设备，在第 ...

我想WALTER的想法沒錯，但必須建立在以下基礎上

靜電測試系統旁有很多相反極性的強靜電場與雜散電容存在，讓EUT的靜電位因高電位差而快速洩放出EUT，才能在下一次靜電槍放電前回復到低電位
或者是高濕度的環境，濕空氣也可降低靜電位，尤其是對AIR DISCHARGE
但我想這應是不符合IEC的測試環境

作者: kenji 时间: 2013-6-20 15:01

mic29 发表于 2013-6-20 14:25
我的看法是這樣

放電聲音變小，代表放電能量變小，這應是無庸置疑的

如果是接触放电那么就听不见放电声音了
mic29的这个理论我同意一半，可是如果很多次放电后岂不是会有EUT 对静电枪放电情况出现呢？

作者: walterP 时间: 2013-6-20 17:35

mic29 发表于 2013-6-20 14:32
我想WALTER的想法沒錯，但必須建立在以下基礎上

靜電測試系統旁有很多相反極性的強靜電場與雜散電容 ...

没表达清楚，我不是说EUT上积累的静电在1s内泄放了，而是在这1s内累计在EUT上的电荷不足以产生高的静电位。

从接触放电来看，静电放电的原理是充电电容C1上充电，然后通过开关的瞬态闭合对放电电阻和EUT进行放电。

如果EUT不接地，且泄放缓慢，则EUT存储电量Q，EUT可以看成是一个电容C2。

1s过后在EUT上的电位U=Q/C2，因为脉冲时间很短所以Q不会很大，即U也不会很大。

放电时静电枪的电位是瞬时高电位，而EUT上为静态电位，会很小。

不知道想错没，期待大家来谈谈。

作者: mic29 时间: 2013-6-20 18:01

kenji 发表于 2013-6-20 15:01
如果是接触放电那么就听不见放电声音了
mic29的这个理论我同意一半，可是如果很多次放电后岂不是会 ...

哪一半不同意可否討論一下？

另外，只要靜電槍永遠以4KV對EUT放電的話，EUT的電壓永遠不會超過4KV,只能無限逼近
所以永遠不會有EUT對靜電槍放電的狀況發生

作者: mic29 时间: 2013-6-20 18:33

walterP 发表于 2013-6-20 17:35
没表达清楚，我不是说EUT上积累的静电在1s内泄放了，而是在这1s内累计在EUT上的电荷不足以产生高的静电位 ...

我的想法如下，歡迎參加討論！

一電子伏特=1.6X10^-19V, 也就是說靜電槍電位要達到4KV需要累積4K/1.6X10^-19=2.5X10^22個電子
Q的大小是固定的，不因放電時間長短而改變，只隨靜電位改變

而U=Q/C2此式中有三個參數，如果C2意外的小，即使Q不大U還是可以很大
而C2在實務上是PF級的，要讓U到KV級，Q只要10^-9即可

作者: walterP 时间: 2013-6-20 23:44

mic29 发表于 2013-6-20 18:33
我的想法如下，歡迎參加討論！

一電子伏特=1.6X10^-19V, 也就是說靜電槍電位要達到4KV需要累積4K/1. ...

Q和时间有关啊，静电的放电是一个峰值为4kV的ns级脉冲电压，而不是一个稳态的4KV电压。q1=1.6X10^-19是一个电子带的电量，在不同的电压的作用下，电子获得动能移动，电压越高则相同时间内电子移动的越多。也可以用电流来看，Q=I*t，I是静电放电电流，t为放电持续时间，I在t上的积分就是EUT获得的电量了。

简单计算一下I*t=Q=C2*U2, I=U/R为放电电流，U2为EUT上累计的电压，t为ns级，则U要为kV级则C2也只有为PF级才能达到要求。C2的大小应该和EUT的特性有关，比如很大的一个全金属外壳，其存储电容不是PF级吧。

作者: walterP 时间: 2013-6-21 10:33
看了下孤立电容的容值计算，发现就是pf级的，呵呵，想当然了

作者: jxhsl 时间: 2013-6-22 11:53
关于前面各位讨论到的，为什么打几次EUT累积了电荷，相对于放电枪电压低了，为什么还会出错。
个人想到两种可能
1、相关的敏感线信号上的电荷累积
2、EUT整体电荷提高了，会产生二次放

根据esd的能量，是否能够理论仿真出来，如何加防护器件
我现在是对esd过程中，那个能量释放过程感觉不好准确的建模。不知是否有大侠做过，如可以，那就可以直接直接在仿真软件上来做。
如仿真，如何用电阻，磁珠，电容，这些代成本的器件，来对速度不高的信号线的 esd的防护，且做到有的余量。

作者: chengaochao 时间: 2013-6-24 17:26

walterP 发表于 2013-6-20 17:35
没表达清楚，我不是说EUT上积累的静电在1s内泄放了，而是在这1s内累计在EUT上的电荷不足以产生高的静电位 ...

对walterp的问题谈下我的看法
你所讲的ns级只是讲的波前时间0.7-1ns，时间很短到那时能量还是不小的，我就见过直接将芯片崩个缺的
再拿接触放点来说枪头是顶在EUT上面的，那么第一次放点的能量肯定要向EUT转移，如果没有释放的话，它肯定扩散在EUT里面了，因为不可能消亡嘛，这种现象其实很常见，我们之前接触放电的时候总是打10次再放一次电，常有后面几次释放不进去，肯定是EUT饱和了

再问大家一个问题，是不是有遇到从一种极性换到另外一种极性的时候样机更容易出问题？

作者: mic29 时间: 2013-6-25 10:08

walterP 发表于 2013-6-20 23:44
Q和时间有关啊，静电的放电是一个峰值为4kV的ns级脉冲电压，而不是一个稳态的4KV电压。q1=1.6X10^-19是一 ...

I*t=C2*U2此式中有四個參數，在只知道t为ns级而U为kV级的條件下，要忽略I而直接推測C2为PF级，如此是否合理？

Q=I*t此式可以用在計算ESD，但假設在4KV的測試條件下，不論I與t如何變化，其Q就是等於2.5X10^22個電子的電量。所以我說與t無關是過於武斷，抱歉！但在ESD測試中，Q實在也與t沒多大關係。

t要影響到Q，應該只在一個狀況下，即是當給予ESD槍放電的時間小於nS，也就是說當靜電槍上的Q還沒完成轉移的動作前就被迫停止轉移，但這在ESD測試裡是不可能發生的。

特例永遠談不完，所以很大金屬外殼的EUT其雜散電容不是PF級，這個當然是可能存在的。

作者: mic29 时间: 2013-6-25 10:10

chengaochao 发表于 2013-6-24 17:26
对walterp的问题谈下我的看法
你所讲的ns级只是讲的波前时间0.7-1ns，时间很短到那时能量还是不小的，我 ...

這個情況出現在未接地設備比較合理，接地設備因為每次放電後EUT電位都會被歸零，所以影響不明顯

而且未接地設備中，金屬部分越多（可說成體積越大）的EUT越可能發生
因為Q＝C*V＝I*t，一大一小的兩個金屬EUT在同樣帶電位+1KV的情況下，大的EUT明顯帶了較多的Q，於是當進行-4KV測試時，產生的I就比較大，電磁場就比較大，對EUT的影響也就比較大

作者: walterP 时间: 2013-6-25 11:29

mic29 发表于 2013-6-25 10:08
I*t=C2*U2此式中有四個參數，在只知道t为ns级而U为kV级的條件下，要忽略I而直接推測C2为PF级，如此是否合 ...

电量和V需要通过电容来联系，在静电发生器中，充电电容为pf级，所以电量计算是不对的。

而放电电流I的数量级可以通过U/R来判断，U为KV，R为百欧，所以I的数量级为10.

但是对于不接地设备，还是会累计高的电位，这是因为作为一个孤立电容而言，其电容一般都是pf级的

作者: walterP 时间: 2013-6-25 11:35

chengaochao 发表于 2013-6-24 17:26
对walterp的问题谈下我的看法
你所讲的ns级只是讲的波前时间0.7-1ns，时间很短到那时能量还是不小的，我 ...

静电的能量不足以将芯片崩缺吧？

作者: chengaochao 时间: 2013-6-25 12:56

walterP 发表于 2013-6-25 11:35
静电的能量不足以将芯片崩缺吧？

现在想起来应该是把贴片电阻打黑了，我们的产品是sharp的ceiling 灯具，挂在天花板上的，所以架构除了下面的罩子是塑胶的外，别的全部是金属。
打15KV的接触
前段时间不是有人忧心论坛人气不够，所以也来抛砖引玉。
再把你们的讨论复制下来供以后学习

作者: mic29 时间: 2013-6-25 13:31

walterP 发表于 2013-6-25 11:29
电量和V需要通过电容来联系，在静电发生器中，充电电容为pf级，所以电量计算是不对的。

而放电电流I的 ...

請恕我愚昧，不太清楚為何由I*t=C2*U2轉來談静电发生器的充电电容C1？又如何由此推論出電量計算是不對的？並請指教正確的電量計算方式，感謝！

作者: walterP 时间: 2013-6-25 14:32

mic29 发表于 2013-6-25 13:31
請恕我愚昧，不太清楚為何由I*t=C2*U2轉來談静电发生器的充电电容C1？又如何由此推論出電量計算是不對的 ...

要产生静电的脉冲4kv，首先充电电容必须充电到4kv的电压，然后对电阻放电，产生脉冲。

对设备的最大放电量必然小于充电电容的电量，4KV的电压并不完全由电子的多少决定。

作者: walterP 时间: 2013-6-25 14:40

walterP 发表于 2013-6-25 14:32
要产生静电的脉冲4kv，首先充电电容必须充电到4kv的电压，然后对电阻放电，产生脉冲。

对设备的最大放 ...

准确的电量计算Q为对设备的放电电流I（t）在t上的积分，I=U/R, U为一双指数脉冲，其公式可以由静电脉冲的上升沿，脉宽以及幅值来确定，R的大小由本身静电枪的放电电阻和EUT特性来决定，是一个不确定的量，但是量级可以确定。

作者: yuanfang 时间: 2013-7-6 10:19
楼主提到了静电放电测试的几个关键问题，并给出合理解释，支持一下！

作者: vasttest 时间: 2013-7-10 00:14
这样的讨论非常有意义

作者: mic29 时间: 2013-7-16 18:02
感謝walterP的分享，讓我增進不少知識！

作者: vasttest 时间: 2013-8-2 10:01
希望整理成篇

作者: flamehero 时间: 2013-10-21 11:14
真好，学习了，感谢

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