第六章 静电放电建模与模拟.ppt

LOGO 第六章静电放电建模与模拟华南理工大学常天海 2010 年3月 2017 年3月 28 日星期二静电理论与防护 2主要内容静电放电的几种模型静电放电模拟器静电放电辐射场的理论建模 LOGO (一)静电放电的几种模型 2017 年3月 28 日星期二静电理论与防护 4 静电放电的几种模型静电放电的模型人体模型机械模型带电器件模型传输脉冲模型场感应模型人体金属模型 ESD 家具模型其他模型 2017 年3月 28 日星期二静电理论与防护 5引引言言不利于得到具有重不利于得到具有重复性的放电结果, 复性的放电结果, 难以有效地对难以有效地对 ESD ESD 的效应和危害进行的效应和危害进行正确的评估。但是正确的评估。但是根据不同场合静电根据不同场合静电放电的主要特点可放电的主要特点可以建立相应的静电以建立相应的静电放电模型,来模拟放电模型,来模拟静电放电的主要特静电放电的主要特征。征。静电放电是一个复杂多变的随机过程产生静电放电的静电源多种多样同一种静电源对不同的物体放电时产生的结果不一样受气候,环境等条件的影响 2017 年3月 28 日星期二静电理论与防护 6 人体模型人体模型人体模型( Human Body Model ),简称 HBM 。主要用来模拟人体静电放电对敏感电子器件的作用。人体是产生静电危害的最主要的静电源之一。电阻电感电容人体电阻依赖于人体肌肉的弹性和,水份,接触电阻等因素电感的量值仅为零点几个微亨,通常不考虑与人体的身高,体重,衣着,鞋袜及地面和附近墙壁材料等因素有关, 也与测试方法有关 2017 年3月 28 日星期二静电理论与防护 人体电容的计算人体电容的计算 gC s C =56 pF gC 人体电容 g s C =C +C B 人体的脚通过鞋底与地面构成的平行板电容器的电容把人体看成孤立导体,对自由空间的电容 SC 容易计算得其中为鞋底的相对电容率 A为鞋底的相对电容率 t为鞋底的相对电容率其中 H为人体的高度一般在计算时不管人体的高度如何通常取等效球的半径 r=50cm, 这样得到 g r 0 r C = A/t = A/t (pF) ?? ? s 0 C = 4 r = (pF) ?? sC s C =56pF r? gC 2017 年3月 28 日星期二静电理论与防护 8 标准人体模型标准人体模型科克等人确定人体放电参数为科克等人确定人体放电参数为科克等人确定人体放电参数为依那与肖经过计算可得当人体依那与肖经过计算可得当人体离地面的高度超过一定值时,人体离地面的高度超过一定值时,人体电容趋于最小值电容趋于最小值 50pF 50pF B B C =132~190pF , R =87~190 ?由于人体个体差异较大,在加上许多研究者在测试中选取的人数不多,采用的测试方法也不同,特别是人体对绝缘程度不同, 测试结果也不同,所以不同的研究者得到的人体参数相差很大。 1980 年5月,美国海军司令部在广泛地研究,考查了电子行业中各种人体 ESD 模型之后,发布了 DOD1686 标准,规定了标准的人体 ESD 模型,用 100pF 的电容器串联 千欧的电阻作为人体 ESD 模型。美国 ESD 协会标准 ESD -1999 以及国际电工委员会标准 IEC61340-3-1 不仅规定了标准人体模型的电路参数,而且还规定了放电电流波形及电流参数。人体 ESD 模型主要用于对电子器件的静电敏感度测试。而在一些特殊行业中,根据行业的特点采用的人体 ESD 模型应有所不同。 1976 年科克等人分别用高圧电流通过 10M 欧的电阻把被测人体和 C=2700PF 的电容充电到某一电压V,之后分别让人体和电容器通过一个 1K 欧的电阻对地放电,并用电流探头和示波器采集放电电流波形,通过比较人体和电容器的放电电流的峰值来确定人体放电参数依那与肖将赤脚站在离地面高度为d的绝缘平台上的人充电到 200V ,经过 5秒的稳定后,用继电器把带电人体对电容器放电, 经过计算可得当人体离地面的高度超过一定值时,人体电容趋于最小值 50pF 2017 年3月 28 日星期二静电理论与防护 9 标准人体模型标准人体模型图6-1 人体静电放电模型图6-3 人体静电放电模型的短路电流波形脉冲从峰值的 10% 上升到峰值的 90% 所需要的时间 tr为脉冲上升时间, 一般为 2~10ns ;脉冲从峰值下降到峰值的 % 所需要的时间 td 为脉冲衰减时间,一般为 150 ± 20ns ;电