靜電感應與靜電放電靜電的影響

集成電路元器件的線路縮小，耐壓降低，線路面積減小，使得器件耐靜電沖擊能力的減弱，靜電電場（Static Electric Field）和靜電電流（ESDcurrent）成為這些高密度元器件的致命殺手。同時大量的塑料制品等高絕緣材料的普遍應用，導致產(chǎn)生靜電的機會大增。日常生活中如走動，空氣流動，搬運等都能產(chǎn)生靜電。人們一般認為只有CMOS類的晶片才對靜電敏感，實際上，集成度高的元器件電路都很敏感。

（1） 靜電對電子元件的影響

1）靜電吸附灰塵，改變線路間的阻抗，影響產(chǎn)品的功能與壽命。

靜電感應與靜電放電(ESD)

2）因電場或電流破壞元件的絕緣或導體，使元件不能工作（完全破壞）。

3）因瞬間的電場或電流產(chǎn)生的熱，元件受傷，仍能工作，壽命受損。

（2）靜電損傷的特點：

1）隱蔽性人體不能直接感知靜電，除非發(fā)生靜電放電，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。

2）潛伏性有些電子元器件受到靜電損傷后性能沒有明顯的下降，但多次累加放電會給器件造成內傷而形成隱患，而且增加了器件對靜電的敏感性。已產(chǎn)生的問題并無任何方法可治愈。

3）隨機性電子元件什么情況下會遭受到靜電破壞呢？可以這么說，從一個元件生產(chǎn)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。由于靜電的產(chǎn)生和放電都是瞬間發(fā)生的，及難預測和防護。

4）復雜性靜電放電損傷分板工作，因電子產(chǎn)品的精細，微小的結構特點而費時、費事、費錢，要求較復雜的技術往往需要使用掃描電鏡等精密儀器，即使如此有些靜電損傷現(xiàn)象也 難以與其他原因造成的損傷加以區(qū)別，使人誤把靜電損傷失效當作其它失效，這是對靜電放電損害未充分認識之前，常常歸咎于早期失效或情況不明的失效 ，從而不自覺的掩蓋了失效的真正原因。

5）嚴重性ESD問題表面上看來只影響了制成品的用家，但實際上亦影響了各層次的制造商，如：保用費、維修及公司的聲譽等等。

（1）摩擦：在日常生活中，任何兩個不同材質的物體接觸后再分離，即可產(chǎn)生靜電，而產(chǎn)生靜電的最普

靜電感應與靜電放電(ESD)通方法，就是摩擦生電。材料的絕緣性越好，越容易是使用摩擦生電。另外，任何兩種不同物質的物體接觸后再分離，也能產(chǎn)生靜電；。

（2）感應：針對導電材料而言，因電子能在它的表面自由流動，如將其置于一電場中，由于同性相斥，異性相吸，正負離子就會轉移。

（3）傳導：針對導電材料而言，因電子能在它的表面自由流動，如與帶電物體接觸，將發(fā)生電荷轉移。

在靜電場影響下引起導體電荷，重新分布的現(xiàn)象。即在某帶電體電場的作用下，導體中的自由電子進行重新分布，使導體內的電場跟著變化，直至強度減小到零為止。結果靠近帶電體的一端出現(xiàn)與帶電體所載電荷相異的電荷(束縛電荷)，另一端則出現(xiàn)與帶電體相同號的電荷(自由電荷)。如果導體原來不帶電，則兩端帶電的數(shù)量相等；如果原來已經(jīng)帶電，則兩端電量的代數(shù)和應與該導體原來所帶的電量相同。見圖1。

靜電感應與靜電放電(ESD)

兩個具有不同靜電電位的物體，由于直接接觸或靜電場感應引起兩物體間的靜電電荷的轉移。靜電電場的能量達到一定程度后，擊穿其間介質而進行放電的現(xiàn)象就是靜電放電。

（1）人體型式即指當人體活動時身體和衣服之間的摩擦產(chǎn)生摩擦電荷。當人們手持ESD敏感的裝置而不先拽放電荷到地，摩擦電荷將會移向ESD敏感的裝置而造成損壞。

（2）微電子器件帶電型式既指這些ESD敏感的裝置，尤其對朔料件，當在自動化生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生摩擦電荷，而這些摩擦電荷通過低電阻的線路非常迅速地瀉放到高度導電的牢固接地表面，因此造成損壞；或者通過感應使ESD敏感的裝置的金屬部分帶電而造成損壞。

（3）場感類型式即有強電場圍繞，這可能來之于塑性材料或人的衣服，會發(fā)生電子轉化跨過氧化層。若電位差超過氧化層的介電常數(shù)，側會產(chǎn)生電弧以破壞氧化層，其結果為短路。其它還有：機器模式、場增強模型、人體金屬模型、電容耦合模型、懸浮器件模型。

ESD基本上可以分為三種類型，一是各種機器引起的ESD，二是家俱移動或設備移動引起的ESD，三是。這三種ESD對于半導體器件的生產(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，而是性能下降導致產(chǎn)品過早出現(xiàn)故障。

當集成電路（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，造成高達數(shù)十安培的瞬間放電尖峰電流，流入相應的IC管腳。瞬間大電流會嚴重損傷IC，局部發(fā)熱的熱量甚至會融化硅片管芯。ESD對IC的損傷還包括內部金屬連接被燒斷，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）。這種效應和CMOS器件內部的類似可控硅的結構單元被激活有關。高電壓可激活這些結構，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1A。死鎖電流會

靜電感應與靜電放電(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測試機構使用傳統(tǒng)的“環(huán)路反饋方法”和“插入方法”進行測試，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)生交叉串擾。同類產(chǎn)品RS-232接口電路中的ESD保護結構可能對某種波形的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，從而導致接收器對發(fā)送器產(chǎn)生交調。如果RS-232接口電路中有關斷電路，那么關斷期間經(jīng)過ESD沖擊后更容易產(chǎn)生交調。產(chǎn)生交調后將導致通信失敗，而且即使關斷工作狀態(tài)下發(fā)送器仍有輸出，導致關斷失效，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)生反向驅動。某些RS-232接口電路中的ESD保護結構經(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），這將導致電源電壓VCC上升，從而損壞RS-232接口電路和系統(tǒng)內的其它電路。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。

引起網(wǎng)絡反應遲鈍現(xiàn)象的原因有多種，但有一種因素往往不大引人注意，那就是靜電感應；由于靜電感應不起眼，大家在排除故障的過程中常常會忽視它，殊不知感應靜電既能使網(wǎng)卡無故“罷工”，又能影響網(wǎng)絡信號的正常傳輸。因此我們在上網(wǎng)過程中，不但要想辦法避免感應靜電對網(wǎng)絡傳輸帶來故障，而且還必須及時采取措施來應對由靜電感應引發(fā)的網(wǎng)絡故障。

（1）靜電感應導致網(wǎng)卡無故罷工

有時打開網(wǎng)絡連接窗口，會看到其中的本地連接圖標始終為灰色不可設置狀態(tài)，即使將網(wǎng)卡換插到另外一個插槽中，故障現(xiàn)象仍然存在。要是確認網(wǎng)卡發(fā)生了硬件性損壞的話，那唯一的解決辦法就是重新更換新的網(wǎng)卡；倘若我們無法確認網(wǎng)卡自身是否已經(jīng)損壞時，那可以考慮對網(wǎng)卡表面進行一下清理，畢竟網(wǎng)卡長期在空氣濕度較大的環(huán)境中工作的話，空氣中的水分與灰塵會混合堆積在網(wǎng)卡表面，從而會引發(fā)靜電感應故障。

一旦遇到網(wǎng)卡無緣無故罷工時，在排除網(wǎng)卡自身硬件故障因素后，我們可以將網(wǎng)卡從主板插槽中拔出來，并用柔軟細刷清潔掉覆蓋在其表面的灰塵，再用橡皮擦將網(wǎng)卡金手指表面的污物清潔干凈，最后也不要忘記對主板插槽中的各種污物進行一下清潔。相信這樣的清潔工作，多半能使網(wǎng)卡工作狀態(tài)恢復正常。

（2）靜電感應影響網(wǎng)絡信號傳輸

在使用ADSL寬帶進行撥號上網(wǎng)時，也許在起初撥號上網(wǎng)速度比較快，但用了一段時間之后，我們或許會明顯感覺到撥號速度變慢了，而且發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡反應明顯遲鈍了。遇到了這樣的故障現(xiàn)象時，我們首先應該檢查一下ADSL自身是否存在硬件故障，在排除了這一因素后，那多半是計算機的靜電感應現(xiàn)象在“作祟”。此時，我們不妨用手觸摸一下計算機機箱的外殼，要是明顯有刺手感覺的話，那就能證明網(wǎng)絡傳輸緩慢故障就是由感應靜電引起的；要消除這樣的故障現(xiàn)象，我們只要找來一根可以導電的金屬銅絲，將其一端與計算機機箱連接，另外一端與插入到地面中的鋼管或鐵片連接，這樣一來計算機中的靜電感應現(xiàn)象就會被徹底解決了。

（3）預防靜電感應帶來網(wǎng)絡故障

靜電感應現(xiàn)象可謂無處不在，要是我們平時不注意預防的話，它會在悄無聲息中影響我們的正常上網(wǎng)，嚴重的話還能損壞計算機的核心配件。為了讓網(wǎng)絡連接遠離感應靜電的襲擊，我們可以采取下面的一些措施來預防：

1）使用屏蔽性能好的線纜

由于上網(wǎng)信號需要通過網(wǎng)絡連接線纜進行傳輸，要是線纜自身屏蔽靜電干擾的能力不強時，那么網(wǎng)絡信號的傳輸速度以及穩(wěn)定性自然會受到影響，因此選用質量好的、屏蔽性強的網(wǎng)絡連接線纜是保證網(wǎng)絡連接遠離靜電襲擊的重要環(huán)節(jié)之一！

2）控制好上網(wǎng)環(huán)境的濕度

要是上網(wǎng)環(huán)境中的空氣過度干燥或過度潮濕，都很容易引起靜電積累，最終產(chǎn)生靜電感應現(xiàn)象。因此當感覺到空氣過度潮濕的話，可以嘗試移動上網(wǎng)位置，確保計算機能處于空氣流通并有光照的位置處，或者可以使用專業(yè)的空氣抽濕器來降低空氣濕度；要是感覺空氣過度干燥的話，可以嘗試在工作環(huán)境中放上一小桶水，在條件允許的情況下可以使用空氣加濕器來補償空氣水分的不足。

3）巧妙將潛在靜電釋放掉

我們在進行上網(wǎng)操作時，如果身穿羊毛衫這樣的毛料衣服時，人體就很容易存在潛在靜電，這些靜電不被及時釋放掉的話，會在無意識中影響上網(wǎng)效率。釋放人體潛在靜電時，只需要將手摸一下身邊的接地金屬物，例如窗戶邊框或自來水管道等。

（1）接地

接地就是直接將靜電過一條線的連接泄放到大地，這是防靜電措施中最直接最有效的，對于導體通常用接地的方法，如人工帶防靜電手腕帶及工作臺面接地等。接地通過以下方法實施：

1）人體通過手腕帶接地。

2）人體通過防靜電鞋（或鞋帶）和防靜電地板接地。

3）工作臺面接地。

4）測試儀器，工具夾，烙鐵接地。

5）防靜電地板，地墊接地。

6）防靜電轉運車，箱，架盡可能接地。

7）防靜電椅接地。

（2）靜電屏蔽

靜電敏感元件在儲存或運輸過程中會暴露于有靜電的區(qū)域中，用靜電屏蔽的方法可削弱外界靜電對電子元件的影響，最通常的方法是用靜電屏蔽袋和防靜電周轉箱作為保護。另外防靜電衣對人體的衣服具有一定的屏蔽作用。

（3）離子中和

絕緣體往往是易產(chǎn)生靜電，對絕緣體靜電的消除，用接地方法是無效的，通常采用的方法是離子中和（部分采用屏蔽），即在工作環(huán)境中用離子風機等，提供一等電位的工作區(qū)域。

因此在防靜電材料和防靜電設施中，均是按這三種方式派生出來的產(chǎn)品，可分為防靜電儀表，接地系統(tǒng)類防靜電產(chǎn)品，屏蔽類防靜電包裝，運輸及儲存防靜電材料，中和類靜電消除設備，以及其它防靜電用品。

1）防靜電儀表

·手腕帶/腳帶/防靜電鞋綜合檢測儀－用途：用于檢測手腕帶，腳帶，防靜電鞋是否符合要求。

·測試腳帶 及防靜電鞋時，需增加一塊金屬板及儀表連接的導線。

·除靜電離子風機檢測儀－用途：定期對離子風機平衡度和衰減時間進行檢測及校驗以確保離子風機工作在安全的指標范圍。

·靜電場探測儀－用途：測量靜電場以反映靜電的存在，以電壓形式讀數(shù)，用來測試環(huán)境的靜電強度。一般受環(huán)境影響和靜電瞬間特性，很難真實反映實際情況。

·靜電屏蔽袋測試儀－用途：用于檢測靜電屏蔽袋的屏蔽效果。

·表面電阻測量儀－用途：用于測量材料表面電阻，體積電阻。

2）接地類防靜電產(chǎn)品

·防靜電手腕帶：廣泛用于各種操作工位，手腕帶種類很多，建議一般采用配有1兆歐姆電阻的手腕帶，線長應留有一定余量。

·防靜電手表：需要其它防靜電措施的補救（如：增設離子風機，戴防靜電腳跟帶等）才能取得較好的防靜電效果。建議不要大量采用佩帶防靜電手表的方式。

·防靜電腳帶/防靜電鞋：廠房使用防靜電地面后，應配戴防靜電鞋帶或穿防靜電鞋，建議車間以穿防靜電鞋為主，可降低灰塵的引入。操作人員工再結合配帶防靜電手腕帶效果將會更佳。

·防靜電臺墊：用于各工作臺表面的鋪設，各臺墊串上1兆歐電阻后與防靜電地可靠連接。

·防靜電地板：

防靜電地板分為：PVC地板、聚胺脂地板、活動地板。

防靜電蠟和防靜電油漆：防靜電蠟可用于各種地板表面增加防靜電功能及使地板更加明亮干凈

防靜電油漆可用于各種地板表面，也可涂于各種貨架，周轉箱等容器上。

靜電感應與靜電放電(ESD)

3）屏蔽類防靜電包裝運輸及儲存材料

·防靜電周轉箱、防靜電元件盒：用于車間單板和部件的周轉，運輸及儲存。

·防靜電屏蔽袋：用于單板和部件的包裝、運輸和儲存，具有一定的防潮效果。

·防靜電膠帶：用于各種包裝箱等

·防靜電IC料條及IC托盤：用于生產(chǎn)車間ic元器件的儲存、搬運。禁止在使用前，露天存放IC；或拆開包裝運輸。

·防靜電貨架、手推車及工作臺：防靜電貨架、手推車廣泛用于電子裝配車間的單板、部件的周轉，搬運等。防靜電貨架及工作臺要有防靜地連接，手推車上的防靜電墊應有金屬鏈與防靜電地接觸

·防靜電工作服工作鞋：在具有靜電敏感元器件，具有一定潔凈度要求的加工車間，一般應嚴格要求員工穿戴防靜電工作服工作鞋

·防靜電手指套：如操作工位員工需經(jīng)常手拿工件或靜電敏感元器件時，有必要戴防靜電手指套。

4）中和類設備

離子風機、風槍

（1）防靜電的常規(guī)工藝規(guī)程要求：

1）操作者必須戴有線防靜電手腕

2）涉及到操作靜電敏感器件的桌臺面須采用防靜電臺墊

3）ESD敏感型器件必須用靜電屏蔽與防靜電器具轉運。

4）準備開封、測試靜電敏感器件時必須在防靜電工作臺上進行，有條件的可配用離子空氣發(fā)生器清除空氣中的電荷

5）組裝所用的焊接設備及成形工裝設備都必須接地，焊接工具使用內熱式烙鐵，接地要良好，接地電阻要小

6）電源供電系統(tǒng)要改裝用變壓器進行隔離，地線要可靠，防止懸浮地線，接地電阻小于10歐姆

7）產(chǎn)品測試時，在電源接通的情況下，不能隨意插拔器件，必須在關掉電源的情況下插拔。

8）凡ESD敏感型器件不應過早地拿出原封裝，要正確按操作，盡量不能摸ESD敏感型器件管腿。

9）用波峰焊接時，焊料和傳遞系統(tǒng)必須接地。

（2）在防靜電要求嚴格的場合，下列防靜電工藝要求也是常常需要的。

1）凡ESD敏感型整機進行高低溫試驗或老化試驗時，必須先對工作場地及高低溫箱進行靜電位測試，其電位不能超過安全值，否則，要進行靜電消除處理。

2）焊接好的印制電路板要作三防處理時，也要采用防靜電措施。不要用一般的刷光，超聲波清洗或噴洗。

3）調試、測量、檢驗時所用的低阻儀器、設備（如訊號、電橋等）應在ESD敏感型器件接上電源后，方可接到ESD敏感型器件的輸入端。

4）在ESD敏感型 測試儀器生產(chǎn)線上，應嚴格使用靜電電位測試監(jiān)視靜電電位的變化情況，以便及時采取靜電消除措施。

歐洲共同體所規(guī)定的ESD保護有嚴格的測試標準：±15kV ESD人體模式測試標準；±8kV ESD IEC 1000-4-2接觸放電模式測試標準；±15kV ESD IEC 1000-4-2空氣間隙放電模式測試標準；±4kV ESD IEC 1000-4-4電氣快速瞬變/猝發(fā)模式測試標準。其中，IEC 1000-4-2與±15kV人體模式測試標準之間的主要差別在于峰值電流；相同電壓下，IEC 1000-4-2沖擊的吸收電流要比人體模式高出5倍以上?！?kV ESD IEC 1000-4-4電氣快速瞬變/猝發(fā)模式測試標準是仿真產(chǎn)生開關和繼電器的電弧放電結果。