esd защита что это такое
Антистатическая защита и статическое электричество (ESD)
Статическое электричество — опасный враг микросхем высокой степени интеграции. Если недооценить его влияние, то можно понести ощутимые убытки. Несмотря на то, что электростатический разряд является переносчиком небольшого количества энергии, большая разность потенциалов и высокая скорость их изменения приводят к образованию токов, достаточных для мгновенного вывода из строя чувствительной электроники или нанесения микросхемме изначально незаметных, но критических повреждений. Обнаружить элемент с поврежденными параметрами крайне сложно, а впоследствии происходит постепенный его отказ. Оснащение производственных линий средствами антистатической защиты стало стандартом, игнорировать который компании, занимающиеся изготовлением электронных устройств, сегодня уже не могут себе позволить.
Когда и как образуется электростатический заряд?
Примеры: при влажности воздуха 65–90% человек, идущий по ковру, генерирует потенциал до1000 В; сидящий на стуле с полиэтиленовым покрытием — 1500 В; поднимающий со стола портфель из синтетического материала — до 1200 В. При влажности 10–20% значения напряжений составляют соответственно 35000, 18000 и 20000 В, в то время как для некоторых изделий микроэлектроники потенциал в сотни вольт является фатальным.
Пути образования электростатического заряда
Трибоэлектрический. При разделении двух контактирующих поверхностей: одна заряжается положительно, другая — отрицательно. Примеры: перемещение объектов по поверхности стола, хождение по ковровой поверхности, операции с монтажным инструментом.
Индукционный. При перемещении заряженного объекта вблизи незаряженного, во втором образуется статический заряд с противоположным знаком. Пример: прикосновение к корпусу микросхемы статически заряженным пальцем руки. Обратите внимание: для повреждения кристалла индукционными токами не обязательно даже прикасаться рукой непосредственно к выводам корпуса микросхемы.
Емкостный. Q(заряд) = С(емкость) x U(напряжение), поэтому уменьшение C вызывает рост U. Пример: при поднятии сумки со стола может произойти воздействие статического напряжения на лежащую рядом микросхему. Одна из наиболее опасных для электронных компонентов ситуаций: разматывание рулона полиэтилена на упаковочном столе дистрибьютора электронных компонентов.
Теория антистатики
Используемые символы
В соответствии со стандартом IEC60417, черным треугольником с желтой перечеркнутой кистью руки обозначаются объекты, чувствительные к воздействию разряда статического электричества. Этот же символ используется в качестве предупреждающего знака на табличках и наклейках, имеющих желтое поле с черной линией по периметру и текстовую информацию.
Термины и сокращения
Средство защиты называется антистатическим (ESD-approved), если оно защищает:
Стандарты
Стандарты IEC (Международная электротехническая комиссия, International Electrotechnical Commission):
Нормативы
Начальное представление о действующих международных нормативах в области антистатического оснащения можно получить из таблицы, которая частично извлечена из стандарта IEC61340-5-1. Для наиболее исчерпывающей и корректной трактовки приведенных в ней значений параметров необходимо учитывать условия тестирования, которым в стандарте посвящен целый раздел. С учетом коммерческого распространения стандарта, в рамках данной статьи мы не рассматриваем этот раздел.
| Типы объектов в антистатической зоне | Поверхностное сопротивление или сопротивление точка-точка | Проходное сопротивление к земле или точке заземления антистатической зоны | Время стекания заряда (для объектов с сопротивлением более 10 ГОм и изоляторов) |
|---|---|---|---|
| Настольные покрытия складские полки, транспортные тележки | 10 кОм — 10 ГОм | 750 кОм — 1 ГОм | |
| Покрытие пола | Не выше 1 ГОм. Нижнее ограничение определяется требованиями электробезопасности. При использовании обуви и покрытия пола как первичного средства заземления общее сопротивление рекомендуется в пределах 750 кОм — 35 МОм | ||
| Обувь в рабочем состоянии (сопротивление на металлической плите) в качестве первичного или вторичного средства заземления | 50 кОм — 100 МОм (для пары) и 100 кОм — 100 М Ом (одна). При использовании обуви и покрытия пола как первичного средства заземления общее сопротивление рекомендуется в пределах 750 кОм — 35 МОм | ||
| Предметы одежды (халаты, брюки и т.п.) | Не выше 1000 ГОм. Ограничение снизу определяется требованиями электробезопасности | от 1000 В до 100 В не более 2 секунд | |
| Сиденье стула | не выше 10 ГОм | ||
| Браслет (отдельно, до разъемной клипсы) | не выше 10 кОм | ||
| Шнур для браслета | 750 кОм — 5 МОм из расчета напряжения питающей сети 230 В переменного тока; мощность резистора не менее 0,25 Вт | ||
| Браслет со шнуром в системе заземления | 750 кОм — 35 МОм | ||
| Инструменты | Не выше 1000 ГОм. Ограничение снизу определяется требованиями электробезопасности | от 1000 В до 100 В не более 2 секунд | |
| Ионизаторы | Нейтрализация заряда в зоне действия: от 1000 В до 100 В не более 20 секунд |
Три правила антистатики
Человек является основным «генератором» статического заряда в рабочей зоне, поэтому индивидуальные средства ESD-защиты являются ключевым пунктом любой антистатической программы. Считается, что около 70% повреждений электронных компонентов статическим электричеством вызваны ненадежным заземлением персонала. Для обеспечения ESD-безопасности на рабочем месте и в производственных помещениях следует соблюдать три базовых правила:
Средства электростатической безопасности
Пристегиваться ремнем безопасности в автомобиле любят далеко не все, хотя мало кто отрицает его пользу в случае аварии. Схожая ситуация с антистатическим браслетом: без него работать намного комфортнее. И все же не стоит полагаться на «авось», антистатическая защита должна применяться на всех предприятиях, занимающихся производством и ремонтом современной электроники.
Индивидуальные антистатические средства
Чтобы снять статический заряд с тела человека используют антистатический браслет. Браслет объединяется с шиной заземления кабелем, содержащим резистор сопротивлением 1 МОм. Антистатический браслет является наиболее распространенным первичным способом стационарного заземления для сидящего работника.
Также очень полезными могут быть антистатические перчатки или носки. Они изготавливаются из смеси хлопка, акрила и нейлона с проводящими волокнами (никелированная нитка). В перчатках проводящие волокна сосредоточены возле пальцев, если это носки – возле пятки, что препятствует возникновению статического электричества.
На рабочем месте не менее нужным может оказаться антистатический коврик, изготовленный из нитрил-бутадиеновой резины. Основа – чёрная резина толщиной 1,5 мм, которая препятствует отражению флуоресцентного света. Зелёная резина толщиной 0,5 мм улучшает сцепление. Для повышения износостойкости при изготовлении используются материалы-усилители, благодаря чему покрытие выдерживает нагрузку стула или тележки. С помощью коннектора и кабеля коврик подключается к шине заземления.
Все текстильные средства антистатической защиты можно стирать.
Термины ESD
ЭСР (ESD) — электростатический разряд.
ЧЭСР (ESDS) — чувствительные к электростатическому разряду устройства.
УЗЭ (EPA) — участок, защищенный от ESD.
Электростатически проводящий — материал с поверхностным сопротивлением в диапазоне от 10 2 Ом до 10 5 Ом, (электропроводный, токопроводящий).
Электростатически рассеивающий — материал с поверхностным сопротивлением в диапазоне от 10 5 Ом до 10 11 Ом.
Слабозаряжающийся — материал с минимальной склонностью к трибоэлектрическому заряду, с поверхностным сопротивлением менее 10 11 Ом.
Электростатически экранирующий — материал, защищающий от электростатических разрядов вне EPA, с уровнем энергии при разряде 1000 В НВМ внутри материала 5 Ом до 10 11 Ом.
Изолятор — материал с поверхностным сопротивлением выше 10 11 ГОм.
Средство защиты называется антистатическим (ESD-approved), если оно защищает от:
Черным треугольником с неперечеркнутой рукой, заключенным тонкой линией сверху в полукруг, маркируются средства защиты от воздействия разрядов статического электричества (например, столешницы, стулья, упаковочные пакеты).
Согласно стандарту IEC60417 черным треугольником с желтой перечеркнутой кистью руки обозначаются объекты, чувствительные к воздействию разряда статического электричества. Этот же символ используется в качестве предупреждающего символа на табличках и наклейках, имеющих желтое поле и текстовую надпись, а также на маркерах границ зон антистатики (ленте и предупреждающих о входе /выходе из EPA табличках).
© 2010—2021, Группа компаний Диполь. Viking, VKG Tools
Диоды для ESD-защиты портативных приложений
Константин Галушка
Новости Электроники 16, 2008
Приведенные в статье таблицы помогут разработчикам выбрать ESD-диод или диодную сборку.
Электростатический разряд (electrostatic discharge, ESD) является одним из опаснейших врагов современной электроники. До 30% поломок электронных устройств связывают с воздействием электростатического разряда. Для современных микросхем потенциал в 30 В является «смертельно опасным», а человек, идущий по ковру, способен генерировать на теле 15 000 В.
ESD-пробой может не привести к мгновенному отказу электронного устройства, но по истечении некоторого времени устройство все-таки выйдет из строя из-за того, что в результате разряда произошло частичное разрушение проводника в микросхеме.
Компания NXP Semiconductors предлагает широкий спектр компонентов для ESD-защиты, среди которых есть, в частности, линейка ESD-диодов серии PESD для т.н. «общих применений». Среди них есть компоненты в чрезвычайно миниатюрных корпусах SOD882 (для дискретной продукции компании NXP характерно использование широкого спектра чрезвычайно компактных корпусов, см. табл. 1).
Таблица 1. Миниатюрные корпуса NXP для портативных приложений
| Обозначение | Кол-во выводов | Размеры, мм | Внешний вид |
|---|---|---|---|
| SOD882 | 2 | 1,0×0,6×0,5 |  |
| SOD523 (SC-79) | 2 | 1,2×0,8×0,6 |  |
| SOT883 (SC-101) | 3 | 1,0×0,6×0,5 |  |
| SOT663 | 3 | 1,6×1,2×0,55 |  |
| SOT416 (SC-75) | 3 | 1,6×0,8×0,77 |  |
| SOT665 | 5 | 1,6×1,2×0,55 |  |
| SOT891 | 6 | 1,0×1,0x0,5 |  |
| SOT886 (XSON6) | 6 | 1,45×1,0x0,5 |  |
| SOT666 | 6 | 1,6×1,2×0,55 |  |
В своей линейке диодов и диодных сборок PESD (см. табл. 2) компания NXP предлагает решения для защиты от электростатических разрядов до 30 кВ и с реализацией в одном корпусе защиты для 18 линий.
Таблица 2. Диоды и диодные сборки NXP Semiconductors для ESD-защиты
| Корпус | Размер, мм | Количество защищаемых линий | С лин. тип., пФ | Urwm, В | ESD max, кВ | Ir при Urwm | Конфигурация | Тип | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Одно- направ- ленных | Дву- направ- ленных | max, мА | В | |||||||
| SOD882 | 1,0×0,6×0,5 | 1 | 35 | 5 | 30 | 0,1 | 5 |  | PESD5VOS1BL | |
| 2,9 | 5 | 10 | 0,1 | 5 | PESD5VOU1BL | |||||
| 0,9 | 5 | 9 | 0,1 | 5 | PESD5VOX1BL | |||||
| 1 | 150 | 5 | 30 | 1 | 5 |  | PESD5VOS1UL | |||
| 2 | 5 | 9 | 0,1 | 5 | PESD5VOU1UL | |||||
| 200 | 3,3 | 30 | 2 | 3,3 | PESD3V3S1UL | |||||
| 38 | 12 | 30 | 0,05 | 12 | PESD12VS1UL | |||||
| SOT883 (SC-101) | 1,0×0,6×0,5 | 2 | 3,5 | 5 | 10 | 0,1 | 5 |  | PESD5VOU2BM | |
| 2 | 1 | 22 | 3,3 | 15 | 0,3 | 3,3 |  | PESD3V3L2UM | ||
| 16 | 5 | 15 | 0,025 | 5 | PESD5VOL2UM | |||||
| SOT886 (XSON6) | 1,45×1,0x0,5 | 2 | 1,0 | 5,5 | 8 | 0,1 | 3 |  | PRTR5VOU2F | |
| SOT891 | 1,0×1,0x0,5 | 2 | 1,0 | 5,5 | 8 | 0,1 | 3 | PRTR5VOU2K | ||
| SOT523 (SC-79) | 1,2×0,8×0,6 | 1 | 35 | 5 | 30 | 0,1 | 5 |  | PESD5VOS1BB | |
| 2,9 | 5 | 10 | 0,1 | 5 | PESD5VOU1BB | |||||
| 1 | 152 | 5 | 30 | 1 | 5 |  | PESD5VOS1UB | |||
| 2 | 5 | 9 | 0,1 | 5 | PESD5VOU1UB | |||||
| 207 | 3,3 | 30 | 2 | 3,3 | PESD3V3S1UB | |||||
| 38 | 12 | 30 | 0,05 | 12 | PESD12VS1UB | |||||
| 229 | 2,5 | 30 | 6 | 2,5 | PESD5Z2.5 | |||||
| 172 | 3,3 | 30 | 0,05 | 3,3 | PESD5Z3.3 | |||||
| 89 | 5 | 30 | 0,05 | 5 | PESD5Z5.0 | |||||
| 78 | 6 | 30 | 0,01 | 6 | PESD5Z6.0 | |||||
| 69 | 7 | 30 | 0,01 | 7 | PESD5Z7.0 | |||||
| 35 | 12 | 30 | 0,01 | 12 | PESD5Z12 | |||||
| SOT663 | 1,6×1,2×0,55 | 2 | 1 | 35 | 5 | 30 | 0,1 | 5 |  | PESD3V3S2UQ |
| 150 | 5 | 30 | 0,3 | 5 | PESD5V0S2UQ | |||||
| 38 | 12 | 30 | 0,03 | 12 | PESD12VS2UQ | |||||
| SOT886 (XSON6) | 1,45×1,0x0,5 | 4 | 3,5 | 5 | 10 | 0,1 | 5 |  | PESD5V0U4BF | |
| 4 | 3 | 22 | 3,3 | 20 | 0,3 | 3,3 |  | PESD3V3L4UF | ||
| 16 | 5 | 20 | 0,025 | 5 | PESD5V0L4UF | |||||
| 15 | 3,3 | 10 | 0,3 | 3,3 | PESD3V3V4UF | |||||
| 12 | 5 | 10 | 0,025 | 5 | PESD5V0V4UF | |||||
| 5 | 3,5 | 5 | 10 | 0,1 | 5 |  | PESD5V0U5BF | |||
| 5 | 4 | 22 | 3,3 | 20 | 0,3 | 3,3 |  | PESD3V3L5UF | ||
| 16 | 5 | 20 | 0,025 | 5 | PESD5VOL5UF | |||||
| 4 | 1 | 5,5 | 8 | 0,1 | 3 |  | IP4221CZ6-S | |||
| SOT891 | 1,0×1,0x0,5 | 4 | 1 | 5,5 | 8 | 0,1 | 3 | IP4221CZ6-SX | ||
| SOT665 | 1,6×1,2×0,55 | 4 | 3,5 | 5 | 10 | 0,1 | 5 |  | PESD5V0U4BF | |
| 4 | 3 | 22 | 3,3 | 20 | 0,3 | 3,3 |  | PESD3V3L4UW | ||
| 16 | 5 | 20 | 0,025 | 5 | PESD5V0L4UW | |||||
| 15 | 3,3 | 10 | 0,3 | 3,3 | PESD3V3V4UW | |||||
| 12 | 5 | 10 | 0,025 | 5 | PESD5V0V4UW | |||||
| SOT666 | 1,6×1,2×0,55 | 5 | 3,5 | 5 | 10 | 0,1 | 5 |  | PESD5V0U5BV | |
| 5 | 4 | 22 | 3,3 | 20 | 0,3 | 3,3 |  | PESD3V3L5UV | ||
| 16 | 5 | 20 | 0,025 | 5 | PESD5V0L5UV | |||||
Основные преимущества защитных диодов NXP