靜電放電的危害簡介

靜電作為一種普遍物理現(xiàn)象，近十多年來伴隨著集成電路的飛速發(fā)展和高分子材料的廣泛應(yīng)用，靜電的作用力、放電和感應(yīng)現(xiàn)象引起的危害十分嚴(yán)重，美國統(tǒng)計，美國電子行業(yè)部門每年因靜電危害造成損失高達(dá)100億美元，英國電子產(chǎn)品每年因靜電造成的損失為20億英鎊，日本電子元器件的不合格品中不少于45%的危害是因為靜電放電(ESD)造成的。問題嚴(yán)重性還在于很多人對靜電危害的認(rèn)識不足和防靜電知識的無知，常把一些因ESD造成的設(shè)備性能下降或故障，誤認(rèn)為是元器件早期老化失效。

（1）首先由于許多人對靜電的產(chǎn)生不太了解，因為l~2kV以下的靜電放電感覺不到的，但卻能使器件因電擊而受到損傷。(須知一般MOS電路和場效應(yīng)管擊穿電壓約為300V)所以說靜電的損傷是在人們不知不覺的過程中發(fā)生的。

（2）器件的失效分析比較困難，因為靜電的損傷與其他瞬變過程的過電壓造成的器件損傷有時是很難區(qū)分開來。

（3）有的器件在受靜電損傷以后，并不是不能用，而是特性有所下降，人們并不是當(dāng)時就能發(fā)現(xiàn)，但已經(jīng)造成了潛在的失效隱患，在將來某種特定的條件下，最終會導(dǎo)致器件失效，如器件氧化層出現(xiàn)一個孔，設(shè)備長時間工作后，金屬化電遷移引起短路燒毀，從而導(dǎo)致設(shè)備故障。這種類型的靜電損傷，將會大大的縮短元器件的使用壽命。

（4）有人錯誤地認(rèn)為現(xiàn)在的集成電路，如MOS電路，不少的生產(chǎn)廠家在設(shè)計上已采用了抗靜電的保護(hù)電路，認(rèn)為防靜電并不一定需要。但是，人們在生產(chǎn)活動中，工作人員穿的化纖衣服，各種塑料制品包裝，上述材料的滑動、摩擦、或分離，特別是在空氣干燥的季節(jié)里，將會產(chǎn)生600~15000V的靜電電壓，如果濕度為20%以下時，靜電電壓可高達(dá)30kV。即使有保護(hù)對于靜電放電的敏感器件也是非常危險的。

ESD基本上可以分為三種類型，一是各種機(jī)器引起的ESD，二是家俱移動或設(shè)備移動引起的ESD，三是。這三種ESD對于半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)和電子產(chǎn)品的生產(chǎn)都非常重要。電子產(chǎn)品在使用過程最容易受到人體接觸或設(shè)備移動引起的ESD的損壞，便攜式電子產(chǎn)品尤其容易受到人體接觸產(chǎn)生的ESD的損壞。在一般情況下ESD會損壞與之相連的接口器件，另一種情況是遭受ESD沖擊后的器件可能不會立即損壞，而是性能下降導(dǎo)致產(chǎn)品過早出現(xiàn)故障。

當(dāng)集成電路（IC）經(jīng)受ESD時，放電回路的電阻通常都很小，無法限制放電電流。例如將帶靜電的電纜插到電路接口上時，放電回路的電阻幾乎為零，造成高達(dá)數(shù)十安培的瞬間放電尖峰電流，流入相應(yīng)的IC管腳。瞬間大電流會嚴(yán)重?fù)p傷IC，局部發(fā)熱的熱量甚至?xí)诨杵苄?。ESD對IC的損傷還包括內(nèi)部金屬連接被燒斷，鈍化層受到破壞，晶體管單元被燒壞。

ESD還會引起IC的死鎖（LATCHUP）。這種效應(yīng)和CMOS器件內(nèi)部的類似可控硅的結(jié)構(gòu)單元被激活有關(guān)。高電壓可激活這些結(jié)構(gòu)，形成大電流信道，一般是從VCC到地。串行接口器件的死鎖電流可高達(dá)1A。死鎖電流會

靜電感應(yīng)與靜電放電(ESD)一直保持，直到器件被斷電。不過到那時，IC通常早已因過熱而燒毀了。

ESD沖擊后可能存在兩個不易被發(fā)現(xiàn)的問題，一般用戶和IEC測試機(jī)構(gòu)使用傳統(tǒng)的“環(huán)路反饋方法”和“插入方法”進(jìn)行測試，通常檢測不出這兩個問題。

一個問題是RS-232接口電路中接收器對發(fā)送器產(chǎn)生交叉串?dāng)_。同類產(chǎn)品RS-232接口電路中的ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)可能對某種波形的ESD或某個ESD沖擊電壓失效，經(jīng)過ESD沖擊后在接收器輸入端和發(fā)送器輸出端之間形成通路，從而導(dǎo)致接收器對發(fā)送器產(chǎn)生交調(diào)。如果RS-232接口電路中有關(guān)斷電路，那么關(guān)斷期間經(jīng)過ESD沖擊后更容易產(chǎn)生交調(diào)。產(chǎn)生交調(diào)后將導(dǎo)致通信失敗，而且即使關(guān)斷工作狀態(tài)下發(fā)送器仍有輸出，導(dǎo)致關(guān)斷失效，使對方RS-232處在接收狀態(tài)。

另一個問題是RS-232接口電路對電源產(chǎn)生反向驅(qū)動。某些RS-232接口電路中的ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)經(jīng)過ESD沖擊后可能在輸入端與供電電源VCC之間形成電流通路，對供電電源產(chǎn)生反向驅(qū)動。如果供電電源沒有吸入電流的能力（通常來講電源輸出回路里有一個正向二極管），這將導(dǎo)致電源電壓VCC上升，從而損壞RS-232接口電路和系統(tǒng)內(nèi)的其它電路。因為RS-232接口電路輸入端的電壓在5V到25V之間，使VCC有可能高于9V，超出電源電壓的最大范圍而燒壞電路。

1 緒論

1.1 歷史的回顧與靜電學(xué)的新生

1.2 靜電防護(hù)與電磁兼容性

2 靜電學(xué)基礎(chǔ)理論

2.1 電荷與庫侖定律

2.2 電場與高斯定理

2.3 靜電場的環(huán)流定理

2.4 靜電場中的導(dǎo)體

2.5 靜電場中的電介質(zhì)

2.6 電容和部分電容

2.7 靜電場的能量

3 靜電起電與消散

3.1 靜電起電原理

3.2 固體起電

3.3 粉體的靜電起電

3.4 液體起電

3.5 氣體的靜電起電

3.6 人體的靜電起電

3.7 靜電的消散

4 靜電放電與靜電危害分析

4.1 靜電放電的特點(diǎn)及類型

4.2 靜電效應(yīng)及其作用規(guī)律

4.3 工業(yè)生產(chǎn)中的靜電障害

4.4 靜電燃爆危害

4.5 電子行業(yè)的靜電危害

4.6 靜電電擊危害

4.7 靜電危害的預(yù)測和事故分析

5 靜電危害防護(hù)

5.1 防靜電危害的一般原則和對策

5.2 靜電接地

5.3 空氣加濕

5.4 材料的抗靜電改性

5.5 靜電消除器

5.6 人體靜電的防護(hù)

6 靜電放電建模與模擬

6.1 靜電放電模型

6.2 靜電放電模擬器

6.3 靜電放電輻射場的理論建模

7 微電子器件靜電防護(hù)和失效分析

7.1 防護(hù)策略和基本步驟

7.2 微電子器件、設(shè)備ESD敏感度測試

7.3 微電子器件靜電放電失效分析方法

7.4 潛在性失效

7.5 微電子器件靜電防護(hù)設(shè)計方法

7.6 防靜電工作區(qū)設(shè)計

7.7 制造集成電路凈化間的靜電防護(hù)

7.8 防靜電包裝

8 靜電測試技術(shù)

8.1 概述

8.2 靜電基本參量測試

8.3 防靜電設(shè)施及器具靜電性能測試

8.4 防靜電包裝材料靜電性能測試

8.5 人體靜電參數(shù)測試

8.6 防靜電織物靜電性能測試

8.7 靜電感度測試與數(shù)據(jù)處理方法

參考文獻(xiàn)2100433B