静电放电模拟器,也叫静电放电发生器或ESD模拟器。静电放电放电源的电气模型非常简单,但是要制作出既能反映真实静电放电过程的主要特点,又具有很高的放电重复性的静电模拟器,是一件非常复杂的工作。一般的静电放电模拟器都是利用集总参数电路实现其功能。但是,静电放电本身是一个瞬变过程,涉及到频率超过1GHz的高频成分。因此在模拟器中集总器件的布置、寄生参数以及接地线与放电电阻的几何尺寸、形状都会对放电波形产生严重影响。另外,在静电放电模拟器中有静电高压发生器,又有控制和测量部分的低压电路,所以为了保证放电电流波形满足一定的要求,在设计、制作静电放电模拟器时,首先必须解决其本身的电磁兼容问题。
在用静电放电模拟器对ES敏感器件、系统进行测试时,采用什么样的放电形式,一直是一个有争议的问题。总的来说,静电放电模拟器所采用的放电方式可分为两种,即空气放电形式(又称非接触式放电)和接触式放电方式(又称电流注入法)
1、空气放电方式
用
静电放电模拟器对被测物体进行测试时,使模拟器的放电电极逐渐接近被测物体,直到电极和被测物体之间形成火花击穿通道导致放电发生为止,空气放电方式的特点是放电由外部空气击穿形成火花通道而触发的,因此在设计ESD模拟器时不需要内部的高压继电器来触发放电。另外,在采用此种放电方式时,为了减少电极的电晕效应,放电电极顶端一般都被做成球状。
最初,空气放电方式被认为是静电测试的最佳方式,在许多ESD测试标准中被普遍采用原因是人们认为它能真实的模拟实际中的静电放电过程。但是,在静电测试过程中最关键的问题是过程的可重复性。没有重复性或重复性不好的测试是不可靠的,甚至是没有意义的。随着对ESD过程及其模拟、测试技术研究的深入,人们逐渐发现采用空气放电方式作为主要的ESD测试方法有致命的弱点,即放电重复性极差。由于空气放电方式涉及到外部火花通道的形成过程,温度、湿度以及模拟器放电电极接近被测物体的速度等因素都会引起放电过程的显著变化。实验表明,随着放电电极接近被测物体速度的变化,放电电流的上升时间可由小于1μs变化到大于20ns,而当保持接近速度恒定时也不能得到恒定的电流上升时间。在一定的电压、速度组合下,模拟器放电上升时间的起伏仍可达到30%以上。为了得到恒定的放电电流上升时间,有人提出采用固定放电电极与被测物体之间的间距,逐渐增高放电电极的电位来引发ESD。采用这种方式时,显然能稳定放电电流的上升时间,但是得到的上升时间却比实际的ESD过程中的放电电流的上升时间要长得多。因此这种方法虽能获得较好的放电重复性,但却反映不出真实静电放电过程中所包含的高频成分。由于上述原因,空气放电方式逐渐被一种叫做接触放电方式的新方法所替代。
2、接触放电方式
所谓接触放电方式指的是在放电之前,现将静电放电模拟器的放电电极与被测物体的敏感部分保持紧密的金属接触,之后由模拟器内部的高压继电器触发静电放电。接触放电方式与空气放电方式相比最大的不同就是用内部高压继电器触发装置替代了空气放电方式中难于驾驭的空气击穿过程。其放电的重复性很好,也能反映实际ESD过程的主要特点。
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