一、  靜電的基本概念

1、 什么是靜電：

靜電（Electrostatic）就是物體表面過(guò)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(fù)電荷在局部范圍內(nèi)失去平衡的結(jié)果；靜電是通過(guò)電子和離子的轉(zhuǎn)移而形成的。

2、靜電放電（ESD  Electrostatic Discharge）：

帶有不同靜電電勢(shì)的物體或表面之間的靜電電荷轉(zhuǎn)移。有兩種形式：接觸放電，電場(chǎng)擊穿放電。

3、 關(guān)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(hù)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(guò)剩的電荷則成為帶電體。物體間的電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程就是起電過(guò)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(guò)程可歸納為：接觸--》電荷轉(zhuǎn)移  --》偶電層的形成 --》電荷分離

6、靜電產(chǎn)生大小關(guān)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(guān)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(dǎo)電的濕氣薄層，提高了絕緣體的表面電導(dǎo)率，可將靜電荷散逸到整個(gè)材料的表面，從而使靜電勢(shì)降低。所以，在相對(duì)濕度高的場(chǎng)合，如海洋性氣候地區(qū)(如我國(guó)的東南沿海地區(qū))或潮濕的梅雨季節(jié)，靜電勢(shì)較低。在相對(duì)濕度低的場(chǎng)合，如大陸性氣候地區(qū)(如我國(guó)的北方地區(qū))或干燥的冬季，靜電勢(shì)就高。與普通場(chǎng)所相比，在空氣純凈的場(chǎng)所(如超凈車(chē)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(huì)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(duì)元器件造成靜電損傷。普遍認(rèn)為大部分元器件靜電損傷是由人體靜電造成的。

2)  帶電機(jī)器的放電方式（MM） 機(jī)器因?yàn)槟Σ粱蚋袘?yīng)也會(huì)帶電。帶電機(jī)器通過(guò)電子元器件放電也會(huì)造成損傷。這類(lèi)就叫做：機(jī)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(yàn)、測(cè)試、運(yùn)輸和儲(chǔ)存的過(guò)程中由于殼體與其它材料磨擦，殼體會(huì)帶靜電。一旦元器件引出腿接地時(shí)，殼體將通過(guò)芯體和引出腿對(duì)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(lái)描述

二、  靜電危害：

當(dāng)某些電介質(zhì)、導(dǎo)體帶上靜電荷后，盡管所帶電荷量不多，但由于自身對(duì)大地分布電容非常小，使得靜電電位較高。當(dāng)垂直于帶電物體表面的靜電電位達(dá)到2000伏時(shí)，就會(huì)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(guò)。譬如，在冬季一間溫暖的房間里，走在覆蓋地毯的地面時(shí)，當(dāng)你伸手接觸門(mén)的把手時(shí)，就會(huì)有電擊的感覺(jué)；脫下合成纖維衣服時(shí)產(chǎn)生噼啪聲，夜間還可以看到火花（空氣的擊穿場(chǎng)強(qiáng)為30kv/cm）；天氣干燥時(shí)，用塑料梳子梳頭時(shí)會(huì)產(chǎn)生放電聲。對(duì)于人體而言，這種靜電的突然放電不會(huì)造成任何傷害；可是，對(duì)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(duì)電子器件的損害是人體覺(jué)察不到的，具有隱蔽性，需通過(guò)儀器才能檢測(cè)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(tái)等）對(duì)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(duì)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(duì)靜電極為敏感的MOS工藝制作，無(wú)論從器件的發(fā)展還是器件的應(yīng)用出發(fā)，為了防止ESD對(duì)電子器件的危害，有必要對(duì)電子器件受靜電危害的機(jī)理以及相應(yīng)的防護(hù)措施進(jìn)行探討。闡明電子器件ESD產(chǎn)生的原因，并對(duì)IC的ESD保護(hù)提供指導(dǎo)。

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(jué)，這是因?yàn)槿梭w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(huì)受到靜電損傷后的性能沒(méi)有明顯的下降，但多次累加放電會(huì)給IC器件造成內(nèi)傷而形成隱患。因此靜電對(duì)IC的損傷具有潛在性。

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

4)  復(fù)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(xì)、微小的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而費(fèi)時(shí)、費(fèi)事、費(fèi)財(cái)，要求較高的技術(shù)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(dāng)作其它失效，這在對(duì)靜電放電損害未充分認(rèn)識(shí)之前，常常歸因于早期失效或情況不明的失效，從而不自覺(jué)地掩蓋了失效的真正原因。所以分析靜電對(duì)IC的損傷具有復(fù)雜性。

4、 ESD對(duì)電子器件侵害方式

1)  靜電源直接對(duì)電子器件放電

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

2)  帶電器件對(duì)其他導(dǎo)體的靜電放電

當(dāng)靜電放電敏感器件在操作過(guò)程中，或者與包裝材料、機(jī)器表面接觸后，就會(huì)積累靜電荷。當(dāng)器件在包裝盒移動(dòng)或震動(dòng)時(shí)就會(huì)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(duì)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(chǎng)感應(yīng)放電

感應(yīng)場(chǎng)可以直接或間接對(duì)地造成危害。因?yàn)槿魏螏щ婓w周?chē)即嬖陟o電場(chǎng)。如果ESDS器件進(jìn)入靜電場(chǎng)范圍，就會(huì)因?yàn)楦袘?yīng)而帶電。如果器件在電場(chǎng)區(qū)域內(nèi)接地，電荷轉(zhuǎn)移到地的過(guò)程稱(chēng)為CDM事件。

5、靜電損傷的兩種失效形式

1)   硬損傷：又稱(chēng)“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(guò)壓使得介質(zhì)被擊穿，或過(guò)流使得內(nèi)部電路金屬導(dǎo)線熔斷、硅片局部融化等。硬損傷可通過(guò)常規(guī)的性能測(cè)試手段及時(shí)發(fā)現(xiàn)，相對(duì)軟失效而言危害要小得多。

2)   軟損傷：又稱(chēng)“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(dāng)時(shí)各類(lèi)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(huì)在后續(xù)過(guò)程中（直至最終用戶）繼續(xù)遭受ESD軟損傷或其它過(guò)應(yīng)力損傷積累而過(guò)早地失效。由于軟損傷是潛在的，運(yùn)用目前的技術(shù)還很難證明或檢測(cè)出來(lái)，特別是器件被裝入整機(jī)產(chǎn)品之后，因此具有更大的危害性。這些產(chǎn)品流入市場(chǎng)后的維護(hù)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(hù)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(hù)電路的；一些電路尤其是CMOS IC采取了靜電保護(hù)設(shè)計(jì)，雖然明顯的提高抗ESD水平，但大多數(shù)也只能達(dá)到2000－4000V，而在實(shí)際環(huán)境中產(chǎn)生的靜電電壓則可能達(dá)到上萬(wàn)伏。因此，沒(méi)有防護(hù)的元器件很容易受到靜電損傷。隨著元器件尺寸的越來(lái)減小，這種損傷就會(huì)越來(lái)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(yùn)輸和使用過(guò)程中采取防靜電保護(hù)措施。列出一些沒(méi)有靜電保護(hù)設(shè)計(jì)器件的靜電放電敏感度。

三、  靜電防護(hù)

1、ESD控制的基本原則

1)    做好ESD防護(hù)設(shè)計(jì)：器件選型、合理布線、設(shè)計(jì)保護(hù)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(guò)程、維持過(guò)程和材料處于等電勢(shì)等。

3)    使靜電荷瀉放與中和：使用靜電導(dǎo)體、接地、電離器來(lái)瀉放與中和靜電。

4)    保護(hù)產(chǎn)品免遭ESD傷害：使用防靜電材料包裝和儲(chǔ)運(yùn)。

2、防靜電區(qū)設(shè)計(jì)原則

1)    抑制靜電荷的積累和靜電壓的產(chǎn)生。如設(shè)備、儀器、工裝不使用塑料、有機(jī)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(zhuǎn)車(chē)、防靜電周轉(zhuǎn)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(shè)地線網(wǎng)。

2)    工位：（見(jiàn)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(shí)，其地線可以作防靜電地線。

Ø   工作臺(tái)面、地墊、坐椅和其它導(dǎo)靜電的ESD保護(hù)設(shè)施均應(yīng)通過(guò)限流電阻接入地線，腕帶等應(yīng)通過(guò)工作臺(tái)頂面接地點(diǎn)與地線連接，工作臺(tái)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(yīng)連接可靠并具有一定載流能力，限流電阻阻值選擇應(yīng)保證漏泄電流不超過(guò)5mA，下限值取為1M Ω。

4)    溫濕度：20~30℃，相對(duì)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(huì)產(chǎn)生有害影響的場(chǎng)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(yīng)采取防靜電保護(hù)性包裝，如防靜電袋、防靜電盒等。

8)    貯存、運(yùn)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(yùn)輸工具（箱、車(chē)）周轉(zhuǎn)。貯運(yùn)中要遠(yuǎn)離靜電場(chǎng)、電磁場(chǎng)或放射場(chǎng)，如電腦顯示器頂部。

4、 人員防靜電接地技術(shù)要求

1)    人員防靜電接地應(yīng)使用腕帶、工鞋等。

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

3)    進(jìn)入防靜電區(qū)域的所有作業(yè)人員、物料員、技術(shù)員、工段長(zhǎng)等，及在現(xiàn)場(chǎng)辦公的其他人員，每天上班前應(yīng)對(duì)自身人體綜合電阻進(jìn)行測(cè)試，對(duì)有可能要接觸產(chǎn)品的人員，還應(yīng)進(jìn)行防靜電腕帶測(cè)試，并保存測(cè)試結(jié)果，做好測(cè)試記錄。

4)    進(jìn)入防靜電區(qū)域前必須應(yīng)對(duì)人體綜合電阻進(jìn)行測(cè)試，如果外來(lái)人員有可能要接觸產(chǎn)品，也應(yīng)進(jìn)行防靜電腕帶測(cè)試，并保存測(cè)試結(jié)果做好測(cè)試記錄。

5)    防靜電腕帶或人體綜合電阻測(cè)試未通過(guò)者，不得進(jìn)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(cè)試、腕帶測(cè)試未通過(guò)的，必須立即查找原因并作出相應(yīng)處理，直至合格為止。

5、腕帶接地要求

防靜電腕帶與皮膚應(yīng)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(hù)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(guò)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(chǔ)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(jī)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(lái)或裝起來(lái)。

3)    無(wú)靜電防護(hù)時(shí)不可接觸機(jī)板和靜電敏感元件。

4)    機(jī)板所用的墊子應(yīng)該是防靜電的，氣泡袋也應(yīng)該是防靜電的。

5)    工作人員要保護(hù)自己的地盤(pán)：不讓無(wú)防靜電措施人員接觸自己的臺(tái)面、機(jī)板、元件。

6)    把所有未知的元器件都當(dāng)作靜電元器件看待。

7)    工作臺(tái)上不可放多余的包裝材料。

8)    進(jìn)入防靜電工作區(qū)前要進(jìn)行靜電放電。

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

10)   轉(zhuǎn)移元器件、機(jī)板必須做防靜電措施。

2、 ESD防護(hù)中常發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤（基礎(chǔ)部分）

1)    腕帶在衣袖上，未與皮膚接觸。

2)    腕帶松動(dòng)，與皮膚表面積接觸不良。

3)    腕帶夾在桌面上，桌面的另一側(cè)才接地。

4)    使用白色泡沫墊機(jī)板。

5)    箱子無(wú)防靜電屏蔽蓋。

6)    特殊場(chǎng)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(tái)表面。

10)   粉紅色就是抗靜電（應(yīng)用靜電表測(cè)量是否達(dá)到防靜電要求）。

11)   不用靜電表測(cè)試靜電壓。

12)   任何過(guò)路人皆可拿工作臺(tái)上的零件和機(jī)板。

13)   鱷魚(yú)夾夾在機(jī)器設(shè)備油漆部分。

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

15)   鱷魚(yú)夾夾在銅線膠皮上。

16)   零件與機(jī)板無(wú)任何防靜電措施時(shí)隨處亂放。

17)   工作臺(tái)銅線未接地。

18)   測(cè)試設(shè)備和機(jī)器外殼未接地。

附表：人的活動(dòng)產(chǎn)生的靜電壓

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