静电放电及防护基础知识

一、术语及定义

　　1、静电：物体表面过剩或不足的静止的电荷．

　　2、静电场：静电在其周围形成的电场．

　　3、静电放电：两个具有不同静电电位的物体，由于直接接触或静电场感应引起两物体间的静电电荷的转移．静电电场的能量达到一定程度后，击穿其间介质而进行放电的现象就是静电放电．

　　4、静电敏感度：元器件所能承受的静电放电电压．

　　5、静电敏感器件：对静电放电敏感的器件．

　　6、接地：电气连接到能供给或接受大量电荷的物体，如大地、船等．

　　7、中和：利用异性电荷使静电消失．

　　8、防静电工作区：配备各种防静电设备和器材，能限制静电电位，具有明确的区域界限和专门标记的适于从事静电防护操作的工作场地．

　　二、静电的产生

　　1、摩擦：在日常生活中，任何两个不同材质的物体接触后再分离，即可产生静电，而产生静电的最普通方法，就是摩擦生电．材料的绝缘性越好，越容易摩擦生电．另外，任何两种不同物质的物体接触后再分离，也能产生静电．

　　2、感应：针对导电材料而言，因电子能在它的表面自由流动，如将其置于一电场中，由于同性相斥，异性相吸，正负离子就会转移．

　　3、传导：针对导电材料而言，因电子能在它的表面自由流动，如与带电物体接触，将发生电荷转移．

　　三、静电对电子工业的影响

　　集成电路元器件的线路缩小，线路面积减小，耐压降低，使得器件耐静电冲击能力的减弱，静电电场（Static Electric Field）和静电电流（ESDcurrent）成为这些高密度元器件的致命杀手．同时大量的塑料制品等高绝缘材料的普遍应用，导致产生静电的机会大增．日常生活中如走动、空气流动、搬运等都能产生静电．人们一般认为只有CMOS类的晶片才对静电敏感，实际上，集成度高的元器件电路都很敏感．

　　A、静电对电子元件的影响：

　　1） 静电吸附灰尘，改变线路间的阻抗，影响产品的功能与寿命．

　　2） 因电场或电流破坏元件的绝缘或导体，使元件不能工作（完全破坏).

　　3）因瞬间的电场或电流产生的热，使元件受伤，虽能工作，但寿命受损．

　　B、静电损伤的特点：

　　1、隐蔽性——人体不能直接感知静电，除非发生静电放电；但发生静电放电，人体也不一定能有电击的感觉，这是因为人体感知的静电放电电压为2-3KV．

　　2、潜伏性——有些电子元器件受到静电损伤后性能没有明显的下降，但多次累加放电会给器件造成内伤而形成隐患，而且增加了器件对静电的敏感性，已产生的问题并无任何方法可治愈．

　　3、随机性——电子元件什么情况下会遭受到静电破坏呢？可以这么说，从一个元件生产后一直到它损坏以前所有的过程都受到静电的威胁，而这些静电的产生也具有随机性．由于静电的产生和放电都是瞬间发生的，极难预测和防护．

　　4、复杂性——静电放电损伤元件工作，因电子产品的精细，微小的结构特点而费时、费事、费钱，要求较复杂的技术往往需要使用扫描电镜等精密仪器，即使如此有些静电损伤现象也难以与其他原因造成的损伤加以区别，使人误把静电损伤失效当作其它失效，这是对静电放电损害未充分认识之前，常常归咎于早期失效或情况不明的失效，从而不自觉的掩盖了失效的真正原因．

　　5、严重性——ESD问题表面上看来只影响了制成品的用家，但实际上亦影响了各层次的制造商，如：保用费、维修及公司的声誉等等．

　　6、静电在工业生产中造成的危害 静电的产生在工业生产中是不可避免的，其造成的危害主要可归结为以下两种机理：
　其一：静电放电（ESD）造成的危害：

　　（1）引起电子设备的故障或误动作，造成电磁干扰．

　　（2）击穿集成电路和精密的电子元件，或者促使元件老化，降低生产成品率．

　　（3）高压静电放电造成电击，危及人身安全．

　　（4）在多易燃易爆品或粉尘、油雾的生产场所极易引起爆炸和火灾．

　　其二：静电引力（ESA）造成的危害：

　　（1）电子工业：吸附灰尘，造成集成电路和半导体元件的污染，大大降低成品率．

　　（2）胶片和塑料工业：使胶片或薄膜收卷不齐；胶片、CD塑盘沾染灰尘，影响品质．

　　（3）造纸印刷工业：纸张收卷不齐，套印不准，吸污严重，甚至纸张黏结，影响生产．

　　（4）纺织工业：造成根丝飘动、缠花断头、纱线纠结等危害．静电的危害有目共睹，现在越来越多的厂家已经开始实施各种程度的防静电措施和工程．但是，要认识到，完善有效的防静电工程要依照不同企业和不同作业对象的实际情况，制定相应的对策．防静电措施应是系统的、全面的，否则，可能会事倍功半，甚至造成破坏性的反作用．

　　四、ESD的含义及三种型式ESD的含义：ESD是代表英文ElectroStatic Discharge即"静电放电"的意思．ESD是本世纪中期以来形成的以研究静电的产生与衰减、静电放电模型、静电放电效应如电流热（火花）效应（如静电引起的着火与爆炸）及和电磁效应（如电磁干扰）等的学科．近年来随着科学技术的飞速发展、微电子技术的广泛应用及电磁环境越来越复杂，对静电放电的电磁场效应如电磁干扰（EMI）及电磁兼容性（EMC）问题越来越重视．

　　1、人体型式——即指当人体活动时身体和衣服之间的摩擦产生摩擦电荷．当人们手持ESD敏感的装置而不先泄放电荷到地，摩擦电荷将会移向ESD敏感的装置而造成损坏．

　　2、微电子器件带电型式——即指这些ESD敏感的装置，尤其是塑料件，当在自动化生产过程中，会产生摩擦电荷，而这些摩擦电荷通过低电阻的线路非常迅速地泄放到高度导电的牢固接地表面，因此造成损坏；或者通过感应使ESD敏感的装置的金属部分带电而造成损坏．

　　3、场感类型式——即有强电场围绕，这可能来之于塑性材料或人的衣服，会发生电子转化跨过氧化层．若电位差超过氧化层的介电常数，则会产生电弧以破坏氧化层，其结果为短路．#p#分页标题#e#

　　4、其它还有：机器型式、场增强型式、人体金属型式、电容耦合型式、悬浮器件型式．

　　五、静电防护

　　1、接地——接地就是直接将静电过一条线的连接泄放到大地，这是防静电措施中最直接最有效的，对于导体通常用接地的方法，如人工带防静电手腕带及工作台面接地等．接地通过以下方法实施：

　　 1）人体通过手腕带接地．

　　 2）人体通过防静电鞋（或鞋带）和防静电地板接地．

　　 3）工作台面接地．

　　 4）测试仪器、工具夹、烙铁接地．

　　 5）防静电地板、地垫接地．

　　 6）防静电转运车、箱、架尽可能接地．

　　 7）防静电椅接地．

　　2、静电屏蔽——静电敏感元件在储存或运输过程中会暴露于有静电的区域中，用静电屏蔽的方法可削弱外界静电对电子元件的影响，最通常的方法是用静电屏蔽袋和防静电周转箱作为保护．另外防静电衣对人体的衣服具有一定的屏蔽作用．

　　3、离子中和——绝缘体往往易产生静电，对绝缘体静电的消除，用接地方法是无效的，通常采用的方法是离子中和（部分采用屏蔽），即在工作环境中用离子风机等，提供一等电位的工作区域．因此在防静电材料和防静电设施中，均是按这三种方式派生出来的产品，可分为防静电仪表，接地系统类防静电产品，屏蔽类防静电包装，运输及储存防静电材料，中和类静电消除设备，以及其它防静电用品．

　　A、防静电仪表

　　1、手腕带/脚带/防静电鞋综合检测仪——用途：用于检测手腕带、脚带、防静电鞋是否符合要求．测试脚带及防静电鞋时，需增加一块金属板及仪表连接的导线．

　　2、除静电离子风机检测仪——用途：定期对离子风机平衡度和衰减时间进行检测及校验以确保离子风机工作在安全的指标范围．

　　3、静电场探测仪——用途：测量静电场以反映静电的存在，以电压形式读数，用来测试环境的静电强度．一般受环境影响和静电瞬间特性，很难真实反映实际情况．

　　4、静电屏蔽袋测试仪——用途：用于检测静电屏蔽袋的屏蔽效果．

　　5、表面电阻测量仪——用途：用于测量材料表面电阻、体积电阻．

　　B、接地类防静电产品

　　1、防静电手腕带：广泛用于各种操作工位，手腕带种类很多，建议一般采用配有1兆欧姆电阻的手腕带，线长应留有一定余量．

　　2、防静电手表：需要其它防静电措施的补救（如：增设离子风机、戴防静电脚跟带等）才能取得较好的防静电效果．建议不要大量采用佩带防静电手表的方式．

　　3、防静电脚带/防静电鞋：厂房使用防静电地面后，应配戴防静电鞋带或穿防静电鞋，建议车间以穿防静电鞋为主，可降低灰尘的引入．操作人员工再结合配带防静电手腕带效果将会更佳．

　4、防静电台垫：用于各工作台表面的铺设，各台垫串上1兆欧电阻后与防静电地可靠连接．

　　5、防静电地板：防静电地板分为PVC地板、聚胺脂地板、活动地板．

　　6、防静电蜡和防静电油漆：防静电蜡可用于各种地板表面增加防静电功能及使地板更加明亮干净；防静电油漆可用于各种地板表面，也可涂于各种货架，周转箱等容器上．

　　C、屏蔽类防静电包装运输及储存材料

　　1、防静电周转箱、防静电元件盒：用于车间单板和部件的周转，运输及储存．

　　2、防静电屏蔽袋：用于单板和部件的包装、运输和储存，具有一定的防潮效果．

　　3、防静电胶带：用于各种包装箱等．

　　4、防静电IC料条及IC托盘：用于生产车间IC元器件的储存、搬运．禁止在使用前，露天存放IC；或拆开包装运输．

　　5、防静电货架、手推车及工作台：防静电货架、手推车广泛用于电子装配车间的单板、部件的周转，搬运等．防静电货架及工作台要有防静地连接，手推车上的防静电垫应有金属链与防静电地接触．

　　6、防静电工作服工作鞋：在具有静电敏感元器件，具有一定洁净度要求的加工车间，一般应严格要求员工穿戴防静电工作服工作鞋．

　　7、防静电手指套：如操作工位员工需经常手拿工件或静电敏感元器件时，有必要戴防静电手指套．

　　D、中和类设备：离子风机、风枪.

　　六、防静电的一般工艺规程要求

　　A、防静电的常规工艺规程要求：

　　1、操作者必须戴有线防静电手腕．

　　2、涉及到操作静电敏感器件的桌台面须采用防静电台垫．

　　3、ESD敏感型器件必须用静电屏蔽与防静电器具转运．

　　4、准备开封、测试静电敏感器件时必须在防静电工作台上进行，有条件的可配用离子空气发生器清除空气中的电荷．

　　5、组装所用的焊接设备及成形工装设备都必须接地，焊接工具使用内热式烙铁，接地要良好，接地电阻要小

　　6、电源供电系统要改装用变压器进行隔离，地线要可靠，防止悬浮地线，接地电阻小于10欧姆．

　　7、产品测试时，在电源接通的情况下，不能随意插拔器件，必须在关掉电源的情况下插拔．

　　8、凡ESD敏感型器件不应过早地拿出原封装，要正确按操作，尽量不摸ESD敏感型器件管腿．

　　9、用波峰焊接时，焊料和传递系统必须接地．

　　B、在防静电要求严格的场合，下列防静电工艺要求也是常常需要的．

　　1、凡ESD敏感型整机进行高低温试验或老化试验时，必须先对工作场地及高低温箱进行静电位测试，其电位不能超过安全值，否则，要进行静电消除处理．

　　2、焊接好的印制电路板要作三防处理时，也要采用防静电措施．不要用一般的刷光，超声波清洗或喷洗．

　　3、调试、测量、检验时所用的低阻仪器、设备（如讯号、电桥等）应在ESD敏感型器件接上电源后，方可接到ESD敏感型器件的输入端．

　　4、在ESD敏感型测试仪器生产线上，应严格使用静电电位测试监视静电电位的变化情况，以便及时采取静电消除措施．