电容器的ESD耐性

2017/7/27
应用

对电容器的ESD(Electrostatic Discharge:静电放电)耐性进行说明。


ESD耐性的测试方法耐性


人体和设备所携带的静电向整机及电子元件放电时,由于增加了冲击性的电磁能量,则产品必须具备一定量ESD耐力。

ESD耐性测试方法根据产生静电的模型,分为以下三种:①HBM、②MM、③CDM。

其中,我们为您说明一般较多用作电容器ESD耐性测试方法的①HBM。

 
HBM
(Human Body Model:人体模型)
假设由人体静电放电时的测试
MM
(Machine Model:机械模型)
假设由机械静电放电时的测试
CDM
(Charged Device Model:带电设备模型)
假设由带电设备静电放电时的测试


HBM的ESD测试规格有AEC-Q200-002和IEC61000-4-2等,HBM模型常熟如下表所示因规格有所不同。

规格名
充电用电容器
Cd(pF)
放电用电阻
Rd (Ω)
AEC-Q200-002 150 2000
IEC61000-4-2 150 330

AEC-Q200-002HBM的ESD测试电路及放电电流波形如图1、图2所示。

(i)
开关2为断开状态,开关1闭合,施加高压电源,充电用电容器(Cd)存储电量。
(ii)
开关1断开,开关2闭合,电对测试对象电容器(Cx)施加Cd存储的电量,进行测试。
   

Cx:测试对象电容器 Cd:充电用电容器 Rd:放电用电阻 Rc:保护电阻

图1.HBM的ESD测试电路


图2.放电电流波形


根据AEC-Q200-002,HBM的ESD测试流程如图3所示,级分类如表1所示。根据图3的流程进行测试,耐电压的分级如表1所示进行分类。

图3.HBM的ESD测试流程


表1.HBM的ESD测试流程
分类 最大耐电压
1A 500V(DC)以下
1B 0.5kV(DC)以上 1kV(DC)以下
1C 1kV(DC)以上 2kV(DC)以下
2 2kV(DC)以上 4kV(DC)以下
3 4kV(DC)以上 6kV(DC)以下
4 6kV(DC)以上 8kV(DC)以下
5A 8kV(DC)以上 12kV(AD)以下
5B 12kV(AD)以上 16kV(AD)以下
5C 16kV(AD)以上 25kV(AD)以下
6 25kV(AD)以上
DC:直流接触放电 AD:空气放电

电容器静电容量与ESD耐性的关系


测试对象电容器的静电容量对电容器两端产生的电压有影响。

图4.HBM的ESD测试电路


测试对象电容器的静电容量(Cx)和两端产生的电压(Vx)有如下关系。


电源电压(Vd)及充电用电容器的静电容量(Cd)恒定时,测试对象电容器的静电容量(Cx)越大,测试对象电容器两端产生的电压(Vx)越小。

因此一般的测试对象电容器静电容量越大,ESD耐性有变大的趋势。

实际上,如电介质的种类及厚度之类的设计上的差异,耐电压的性能范围也有不同,并非所有的都如上述的趋势一样。

(参考数据)多层陶瓷电容器(GCM系列)的ESD耐性


展示了多层陶瓷电容器(GCM系列)的ESD耐性参考数据。

对象产品 GCM系列/0402inch尺寸/X7R特性/50V
测试条件
充电用电容器 = 150pF
放电电阻 = 2000Ω
施加电压次数 = 正负极各5次
样品数 = 各10个
测量器 ESD测试机(噪声研究所)
・本体 ... ESS-200AX
・放电枪 ... Model TC-815D
样品状态 覆盖硅树脂以防表面泄露
周围环境 22±5℃、30~60%RH
判定标准 绝缘电阻 1MΩ

图5. 高介电常数型电容器的ESD测试结果(Vd=25kV为测量范围)