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ESD防护之2 表面阻抗的测量方法

表面电阻和表面电阻率

尽管在电子设备的电路设计阶段采取了许多预防措施,仍然无法完全避免制成中的静电破坏现象。因此,制程中使用的治具等也需要做好防止ESD措施。这些措施中,控制所使用部件的表面电阻值是非常重要的一步。表面电阻可以通过欧姆定律算出。


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表面电阻值只是两点之间的电阻,所以其数值取决于电极的形状和电极之间的距离。这使我们很难比较个别的测量结果。与此相对,表面电阻率为单位面积的电阻,所以在防静电对策中也非常重要。


PBI各种材料的参数表中均附有表面电阻值。这个表面电阻值是以ANSI/ESD STM 11.13为标准检测得来的。在此标准下使用2pin的探针,电极直径(l)为1/8英寸,电极之间的距离(W)为1/8英寸。

由上述得到的表面电阻率如下(ρs)。

ρs = Rs × l/w = Rs × {(1/8)/(1/8)} = Rs

由以上公式可知ρs = Rs。也就是说由本方法测试出的表面电阻值(Rs)和表面电阻率(ρs) 几乎是一样的。



材料选型时注意事项

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因此,随着材料厚度的变化,材料内部传输的电流量也会发生变化。 这意味着测量的表面电阻率会随着材料的厚度而变化(材料的表面电阻率不是固定值)。

虽然在实际使用的表面阻抗率, ESD尽管考虑实际使用中的表面电阻率作为衡量ESD的标准是很有用的,但在选择材料时最好不要使用与几何形状有关的表面电阻率(需获取大概数值时,表面电阻率非常方便)。

选择材料时,建议使用体积电阻率,这是一个材料的特定值。



ESD对策和表面电阻率

在施行ESD对策时,表面电阻率是非常重要的一环。由表面电阻率差异产生的主要特征如下所示。



效果IECESD Association
静电屏蔽用这种物质包围空间时,内外不会发生静电转移
<103 Ω/sq.
静电传导率几乎不带电,产生静电的几率极低
               有发生强力静电的可能性
102–105 Ω/sq.<104 Ω/sq.
静电扩散率不易带电,即使带电也容易扩散放电
               即使发生ESD,也很难发生急剧的电压变化
105–1011 Ω/sq.104–1011 Ω/sq.
静电绝缘容易带电,成为静电的来源>1011 Ω/sq.>1011 Ω/sq.


从上表可以看出,静电扩散性材料对ESD对策有效。其中,如果不想产生静电的话,尽量选择低表面电阻率的,ESD发生时不想产生急剧的电压变化的话,尽量选择高表面电阻率的。

虽然也显示了IEC(International Electrotechniccal Commusion)和ESD Assition的表面电阻率范围,但是各个团体的数值多少有些不同。除了这两个团体以外,各种各样的个人、团体也提倡最适合的表面抵抗率,其值也是各种各样的。根据实际使用的环境和目的不同,最佳值也会有所变化,所以请参考上表来讨论符合使用环境和目的的表面电阻率。


影响表面电阻率测量的因素

表面电阻率会受到测量时外部环境的影响。在此,我们将考虑影响表面电阻率测量的外部因素。


-温度的影响

表面电阻率的测量值也会受到温度的影响。施加电压的时候,电子在物质中穿过原子核之间移动。该电子的移动=电流。

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这时,随着温度的升高,原子核的振动变得活跃,阻碍电子的移动(抵抗变大)。相反,随着温度的降低,原子核的振动会变慢,电子也会变得容易移动(电阻变小)。进一步降低温度达到绝对零度的话,电阻几乎为零(超导电)。

金属等的情况如上所述,半导体和绝缘体稍有不同。如果是导体,价电子带和传导带重叠在一起或者非常接近的情况下,电子可以自由移动。但是,半导体和绝缘体的情况下,因为价电子带和传导带之间有禁止带,所以为了电子的移动,必须跨越这个带隙。

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半导体和绝缘体的情况下,随着温度的升高,电子通过热能变得容易跨越带隙,因此电阻有变小的倾向。


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-样品形状的影响

表面电阻率测量值根据样品的表面形状而变化。因为电极的接触面积会根据表面形状而变化。

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下次,我想介绍一下PBI的导电性材料