一、  靜電的基本概念

1、 什么是靜電：

靜電（Electrostatic）就是物體表面過剩和不足的靜止電荷，靜電是一種電能，它留存與物體表面；靜電是正電荷和負電荷在局部范圍內(nèi)失去平衡的結果；靜電是通過電子和離子的轉移而形成的。

2、靜電放電（ESD  Electrostatic Discharge）：

帶有不同靜電電勢的物體或表面之間的靜電電荷轉移。有兩種形式：接觸放電，電場擊穿放電。

3、 關于靜電放電名詞：

1)   靜電敏感度(ESDS  Electrostatic Discharge Sensitivity)

2)   靜電敏感器件(ESSD  Electrostatic Sensitive Devices)

3)   EPA:ESD Protect Area(ESD防護區(qū)域)

4)   ECA:ESD Control Area(ESD控制區(qū)域)

4、 靜電存在方式：

靜電依附于物體（氣、液、固體）而存在。如果物體帶有過剩的電荷則成為帶電體。物體間的電荷轉移過程就是起電過程。

5、靜電產(chǎn)生方式：

靜電產(chǎn)生的方式很多，接觸、摩擦、沖流、冷凍、電解、壓電、溫差等都可以產(chǎn)生靜電。但基本過程可歸納為：接觸--》電荷轉移  --》偶電層的形成 --》電荷分離

6、靜電產(chǎn)生大小關系：

靜電的產(chǎn)生及其大小與環(huán)境濕度和空氣中的離子濃度有密切的關系。在高濕度環(huán)境中由于物體表面吸附有一定數(shù)量雜質(zhì)離子的水分子，形成弱導電的濕氣薄層，提高了絕緣體的表面電導率，可將靜電荷散逸到整個材料的表面，從而使靜電勢降低。所以，在相對濕度高的場合，如海洋性氣候地區(qū)(如我國的東南沿海地區(qū))或潮濕的梅雨季節(jié)，靜電勢較低。在相對濕度低的場合，如大陸性氣候地區(qū)(如我國的北方地區(qū))或干燥的冬季，靜電勢就高。與普通場所相比，在空氣純凈的場所(如超凈車間)內(nèi)，因空氣中的離子濃度低，所以靜電更加容易產(chǎn)生

7、 靜電放電的三種方式 ：

1)  帶電人體的放電方式(HBM) 由于人體會與各種物體間發(fā)生接觸和磨擦，又與元器件接觸，所以人體易帶靜電，也容易對元器件造成靜電損傷。普遍認為大部分元器件靜電損傷是由人體靜電造成的。

2)  帶電機器的放電方式（MM） 機器因為摩擦或感應也會帶電。帶電機器通過電子元器件放電也會造成損傷。這類就叫做：機器放電的模型（Machine Model）

3)  充電器件的放電模型 （CDM）在元器件裝配、傳遞、試驗、測試、運輸和儲存的過程中由于殼體與其它材料磨擦，殼體會帶靜電。一旦元器件引出腿接地時，殼體將通過芯體和引出腿對地放電。這種形式的放電可用所謂帶電器件模型(Charged-Device Model，CDM)來描述

二、  靜電危害：

當某些電介質(zhì)、導體帶上靜電荷后，盡管所帶電荷量不多，但由于自身對大地分布電容非常小，使得靜電電位較高。當垂直于帶電物體表面的靜電電位達到2000伏時，就會向空氣放電。

1、 在日常生活中的ESD現(xiàn)象：

我們都親身經(jīng)歷過。譬如，在冬季一間溫暖的房間里，走在覆蓋地毯的地面時，當你伸手接觸門的把手時，就會有電擊的感覺；脫下合成纖維衣服時產(chǎn)生噼啪聲，夜間還可以看到火花（空氣的擊穿場強為30kv/cm）；天氣干燥時，用塑料梳子梳頭時會產(chǎn)生放電聲。對于人體而言，這種靜電的突然放電不會造成任何傷害；可是，對于ESDS（靜電放電敏感器件）器件，靜電放電就可能損害電子器件。ESD對電子器件的損害是人體覺察不到的，具有隱蔽性，需通過儀器才能檢測出

2、電子器件的靜電放電：

電子器件發(fā)生ESD事件，主要是各種靜電源（人體、工作臺等）對電子器件放電所致。在集成電路（integrated circuit）工業(yè)中，靜電放電可以使集成電路芯片介質(zhì)擊穿，芯線熔斷、漏電流增大加速老化、電性能參數(shù)改變等等。靜電放電對電子器件損害具有潛在和緩慢失效性，這種情況危害更大。通常，ESDS（靜電放電敏感器件）器件易發(fā)生靜電放電，所以，受ESD的危害更大。大多數(shù)電子器件采用對靜電極為敏感的MOS工藝制作，無論從器件的發(fā)展還是器件的應用出發(fā)，為了防止ESD對電子器件的危害，有必要對電子器件受靜電危害的機理以及相應的防護措施進行探討。闡明電子器件ESD產(chǎn)生的原因，并對IC的ESD保護提供指導。

3、 靜電具有以下特性：

1)  隱蔽性 ：除非發(fā)生靜電放電，人體不能直接感知靜電，但發(fā)生靜電放電人體也不一定能有電擊的感覺，這是因為人體感知的靜電放電電壓為2~3kv，所以靜電具有隱蔽性。

2)  潛在性 ：有些會受到靜電損傷后的性能沒有明顯的下降，但多次累加放電會給IC器件造成內(nèi)傷而形成隱患。因此靜電對IC的損傷具有潛在性。

3)  隨機性 ：IC什么情況下會遭受靜電破壞呢?可以這么說，從一個IC芯片產(chǎn)生以后一直到它損壞以前，所有的過程都受到靜電的威脅，而這些靜電的產(chǎn)生也具有隨機性，其損壞也具有隨機性

4)  復雜性 ：靜電放電損傷的失效分析工作，因微電子IC產(chǎn)品的精、細、微小的結構特點而費時、費事、費財，要求較高的技術并往往需要使用高度精密儀器，即使如此，有些靜電損傷現(xiàn)象也難以與其它原因造成的損傷加以區(qū)別；使人誤把靜電放電損傷的失效當作其它失效，這在對靜電放電損害未充分認識之前，常常歸因于早期失效或情況不明的失效，從而不自覺地掩蓋了失效的真正原因。所以分析靜電對IC的損傷具有復雜性。

4、 ESD對電子器件侵害方式

1)  靜電源直接對電子器件放電

ESD事件常常發(fā)生在帶電導體（包括人體）對ESDS的放電過程中。一般的靜電危害是人體或帶電導體直接對ESDS放電造成。

2)  帶電器件對其他導體的靜電放電

當靜電放電敏感器件在操作過程中，或者與包裝材料、機器表面接觸后，就會積累靜電荷。當器件在包裝盒移動或震動時就會發(fā)生靜電放電。這種放電情況，涉及的電容和能量不同于人體對ESDS器件的放電情況。在某些情況下，CDM事件比HBN事件所造成的危害更大。

3)  電場感應放電

感應場可以直接或間接對地造成危害。因為任何帶電體周圍都存在靜電場。如果ESDS器件進入靜電場范圍，就會因為感應而帶電。如果器件在電場區(qū)域內(nèi)接地，電荷轉移到地的過程稱為CDM事件。

5、靜電損傷的兩種失效形式

1)   硬損傷：又稱“突發(fā)性完全失效”、“性損壞”，約占10%。表現(xiàn)為器件電參數(shù)突然劣化，失去原有功能。主要原因是靜電放電造成過壓使得介質(zhì)被擊穿，或過流使得內(nèi)部電路金屬導線熔斷、硅片局部融化等。硬損傷可通過常規(guī)的性能測試手段及時發(fā)現(xiàn)，相對軟失效而言危害要小得多。

2)   軟損傷：又稱“潛在性緩慢失效”、“多次損傷累積后失效”，約占90%。受到軟損傷的器件，雖然當時各類電參數(shù)仍合格，然而其使用壽命卻大大縮短了。含有這些器件的產(chǎn)品或系統(tǒng)，可靠性變差，可能會在后續(xù)過程中（直至最終用戶）繼續(xù)遭受ESD軟損傷或其它過應力損傷積累而過早地失效。由于軟損傷是潛在的，運用目前的技術還很難證明或檢測出來，特別是器件被裝入整機產(chǎn)品之后，因此具有更大的危害性。這些產(chǎn)品流入市場后的維護成本和造成的其它損失，將比在生產(chǎn)中發(fā)生的直接損失要放大幾十甚至上百倍！多數(shù)未采取保護措施的元器件靜電放電敏感度都是很低，很多在幾百伏的范圍，如MOS單管在100-200V之間，而且這些單管是不能增加保護電路的；一些電路尤其是CMOS IC采取了靜電保護設計，雖然明顯的提高抗ESD水平，但大多數(shù)也只能達到2000－4000V，而在實際環(huán)境中產(chǎn)生的靜電電壓則可能達到上萬伏。因此，沒有防護的元器件很容易受到靜電損傷。隨著元器件尺寸的越來減小，這種損傷就會越來越多。所以，絕大多數(shù)元器件是靜電敏感器件，需要在制造、運輸和使用過程中采取防靜電保護措施。列出一些沒有靜電保護設計器件的靜電放電敏感度。

三、  靜電防護

1、ESD控制的基本原則

1)    做好ESD防護設計：器件選型、合理布線、設計保護電路等。

2)    消除和減少靜電的產(chǎn)生：減少或消除靜電產(chǎn)生的過程、維持過程和材料處于等電勢等。

3)    使靜電荷瀉放與中和：使用靜電導體、接地、電離器來瀉放與中和靜電。

4)    保護產(chǎn)品免遭ESD傷害：使用防靜電材料包裝和儲運。

2、防靜電區(qū)設計原則

1)    抑制靜電荷的積累和靜電壓的產(chǎn)生。如設備、儀器、工裝不使用塑料、有機玻璃、普通塑料袋。

2)    安全、迅速、有效地消除已產(chǎn)生的靜電荷，使用有繩防靜電腕帶、防靜電椅、防靜電周轉車、防靜電周轉箱。

3)    保證靜電壓小于100V。

3、防靜電系統(tǒng)要素

1)    地面：防靜電地面（防靜電水磨石，防靜電地板）體電阻105～109Ω，敷設地線網(wǎng)。

2)    工位：（見附圖）

3)    接地：

Ø   防靜電工作區(qū)必須有安全可靠的防靜電接地裝置，地電阻小于4Ω。防靜電地線不得與電源零線相接，不得與防雷地線共用，使用三相五線制供電時，其地線可以作防靜電地線。

Ø   工作臺面、地墊、坐椅和其它導靜電的ESD保護設施均應通過限流電阻接入地線，腕帶等應通過工作臺頂面接地點與地線連接，工作臺不可相互串聯(lián)接地。

Ø   防靜電工作區(qū)接地系統(tǒng)，包括限流電阻和連接端子應連接可靠并具有一定載流能力，限流電阻阻值選擇應保證漏泄電流不超過5mA，下限值取為1M Ω。

4)    溫濕度：20~30℃，相對濕度30~70%。

5)    增濕：增濕器使空氣潮濕，防止靜電荷積累，此法不適于增濕后會產(chǎn)生有害影響的場地。

6)    人體：穿防靜電工作服、工作鞋，戴有繩防靜電腕帶、手套、指套等。

7)    包裝：靜電敏感器件應采取防靜電保護性包裝，如防靜電袋、防靜電盒等。

8)    貯存、運輸：靜電敏感器件必須存放在防靜電容器（箱、袋）內(nèi)，并用防靜電運輸工具（箱、車）周轉。貯運中要遠離靜電場、電磁場或放射場，如電腦顯示器頂部。

4、 人員防靜電接地技術要求

1)    人員防靜電接地應使用腕帶、工鞋等。

2)    所有生產(chǎn)操作員工進入防靜電區(qū)域必須著裝防靜電工鞋工衣；外來人員進入防靜電區(qū)域穿防靜電鞋套和穿防靜電衣。

3)    進入防靜電區(qū)域的所有作業(yè)人員、物料員、技術員、工段長等，及在現(xiàn)場辦公的其他人員，每天上班前應對自身人體綜合電阻進行測試，對有可能要接觸產(chǎn)品的人員，還應進行防靜電腕帶測試，并保存測試結果，做好測試記錄。

4)    進入防靜電區(qū)域前必須應對人體綜合電阻進行測試，如果外來人員有可能要接觸產(chǎn)品，也應進行防靜電腕帶測試，并保存測試結果做好測試記錄。

5)    防靜電腕帶或人體綜合電阻測試未通過者，不得進入防靜電區(qū)域，更不得接觸ESSD（靜電敏感器件）及組件。人體綜合電阻測試、腕帶測試未通過的，必須立即查找原因并作出相應處理，直至合格為止。

5、腕帶接地要求

防靜電腕帶與皮膚應保證接觸良好，并接入防靜電地線系統(tǒng)，在戴腕帶的皮膚上不得涂護膚油、防凍油等油性物。

6、 工鞋接地要求

1)   防靜電鞋內(nèi)不得墊鞋墊。

2)   為了使人體靜為了使人體靜電能很好的通過工鞋、鞋跟瀉放，操作人員要求穿棉襪。

3)   保持工鞋干凈清潔。

四、  防靜電要求

1、 工廠一般防靜電要求（基礎部分）

1)    防靜電腕帶使用前一定要先檢查（每天至少）。

2)    所有靜電敏感元器件、機板在不使用的狀態(tài)下一定要用防靜電袋或防靜電箱包起來或裝起來。

3)    無靜電防護時不可接觸機板和靜電敏感元件。

4)    機板所用的墊子應該是防靜電的，氣泡袋也應該是防靜電的。

5)    工作人員要保護自己的地盤：不讓無防靜電措施人員接觸自己的臺面、機板、元件。

6)    把所有未知的元器件都當作靜電元器件看待。

7)    工作臺上不可放多余的包裝材料。

8)    進入防靜電工作區(qū)前要進行靜電放電。

9)    流動人員手拿元器件、機板時必須有防靜電措施，如：戴防靜電手套或元件機板用防靜電袋包裝。

10)   轉移元器件、機板必須做防靜電措施。

2、 ESD防護中常發(fā)現(xiàn)的錯誤（基礎部分）

1)    腕帶在衣袖上，未與皮膚接觸。

2)    腕帶松動，與皮膚表面積接觸不良。

3)    腕帶夾在桌面上，桌面的另一側才接地。

4)    使用白色泡沫墊機板。

5)    箱子無防靜電屏蔽蓋。

6)    特殊場合才帶腕帶。

7)    使用白色鐵氟龍光頭烙鐵。

8)    使用一般的塑膠包裝材料包裝。

9)    用普通溶劑清洗工作臺表面。

10)   粉紅色就是抗靜電（應用靜電表測量是否達到防靜電要求）。

11)   不用靜電表測試靜電壓。

12)   任何過路人皆可拿工作臺上的零件和機板。

13)   鱷魚夾夾在機器設備油漆部分。

14)   鱷魚夾的最內(nèi)圓孔部夾住銅線，最內(nèi)圓孔部內(nèi)徑比銅線外徑大。

15)   鱷魚夾夾在銅線膠皮上。

16)   零件與機板無任何防靜電措施時隨處亂放。

17)   工作臺銅線未接地。

18)   測試設備和機器外殼未接地。

附表：人的活動產(chǎn)生的靜電壓

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