在电子领域,有一个常常被忽视却又可能带来巨大危害的 “隐形杀手”——ESD(Electrostatic Discharge,静电放电)。
多年以前,小禾参与的一款产品,客户陆陆续续会报一些失效片,尤其是冬天的时候,失效概率很大,当时失效分析还不流行,失效分析也是一半摸索一半猜测,当实验室将ESD测试电压加到2000V时,完全复现失效片的端口特性。所以说ESD是芯片设计工程师的必修课。但是ESD看起来简单,但是内容还真不少,所以小禾准备用几期连载的方式尽量给禾粉分析的详细一些。
静电现象在我们的日常生活中非常常见。比如,在干燥的冬天,我们触摸金属门把手时可能会突然被 “电” 一下,这就是静电放电的一种表现。那么静电是如何产生的呢?这里介绍三种产生静电的原因。
>摩擦起电
中学物理有这样的实验:毛皮上的毛和橡胶棒表面都带有相同的静电荷,因此它们表面的静电荷会互相排斥。在摩擦的过程中,毛皮上的一些电荷会被橡胶棒表面的电荷所吸引,使得橡胶棒的表面电荷数量增多,而毛皮上的电荷则变少。这样,橡胶棒表面就带有了静电负荷,而毛皮表面带有了静电正荷。所以,静电有正的静电,也有负静电,这一点很重要,后面还会用到。
>感应起电
当一个带电体靠近一个中性物体时,中性物体中的电荷会重新分布,靠近带电体的一端会感应出与带电体相反的电荷,远离带电体的一端会感应出与带电体相同的电荷。这种现象在电子设备中也很容易发生,比如当一个带有静电的人靠近电子设备时,设备可能会通过感应起电而带上静电。
有些不明白的禾粉肯定要问啦,如果离开感应源,那么被感应的物体自身不是又可以恢复正负电荷均衡的吗?针对这个问题,我们看一下下面的例子。
电中性物体靠近带正点的电脑时,负电荷被吸引到靠近电脑的一侧,所以物体的另外一侧带正电。
当物体与大地相接时,会有额外的负电荷被吸引到物体上,中和掉远端的正电荷。
此时如果将物体与大地分离,那么多余的负电荷就保存在物体内了,不会再回到大地中。此时即使撤走感应源,物体内的电荷重新分布,但是负电荷依旧占据多数,物体也就带上了负电。
>剥离起电
剥离起电,这个物理学名字是在2019年才提出来的,相信大部分禾粉也是第一次听说。所谓的剥离起电是指两个接触非常紧密的物质,在外力作用下突然分开时,由于电荷不能瞬间中和,导致物体带电的现象。例如,从塑料薄膜上撕下胶带时,胶带和塑料薄膜之间就会产生静电。
脱衣服时产生的静电也属于剥离起电,在脱衣服时,使原本紧贴在人体的衣服上的绝缘性薄膜产生了静电。
静电的电压可以很高,有时能达到数千伏甚至数万伏。但是,由于静电电流小,所以在正常情况下,人体接触到静电只会感到瞬间的刺痛或电击感,不会对人体造成致命伤害。比如,在干燥的天气里,触摸金属物体时产生的静电放电,通常只会让人吓一跳,并不会危及生命。
静电可能会引燃一些易燃物,从而发生火灾和爆炸。例如,2023年5月21日,安徽滁州某公司的操作工在配制胶液过程中,乙酸乙酯高速流动时产生的静电发生爆燃。
ESD最大的危害在于,静电放电产生的高电压和大电流可能会直接损坏电子元件,使其失去功能。例如,静电可能会击穿集成电路中的晶体管,导致芯片损坏。静电还可能会干扰电子设备的信号传输,导致设备出现误码、死机等问题
了解 ESD 的本质和危害,采取有效的防范措施,对于保护电子设备的安全和稳定运行至关重要。在后续的文章中,我们将继续探讨如何进一步探讨ESD电路的机理,进而防范 ESD 陷阱,敬请关注。
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