静电基础知识

一、静电的基本概念

1、什么是静电静电（Electrostatic）就是物体表面过剩和不足的静止电荷.静电是一种电能，是正电荷和负电荷在局部范围内失去平衡的结果；静电是通过电子和离子的转移而形成的

2、静电放电（ESDElectrostaticDischarge）带有不同静电电势的物体，由于直接接触或静电感应引起物体间的静电电荷转移其放电有两种形式接触放电，电场击穿放电

3、关于静电放电名词1）静电敏感度（ESDSElectrostaticDischargeSensitivity）2）静电敏感器件（ESSDElectrostaticSensitiveDevices）EPA:ESDProtectArea（ESD防护区域）ECA:ESDControlArea（ESD掌握区域）

4、接地（Grounding）电气连接到能供应或接受大量电荷物体上（如大地、船舰或运载工具外壳）.

5、静电存在方式静电依附于物体（气、液、固体）而存在假如物体带有过剩的电荷则成为带电体物体间的电荷转移过程就是起电过程

6、静电产生方式静电产生的方式许多，接触、摩擦、冲流、冷冻、电解、压电、温差等都可以产生静电但基本过程可归纳为接触一》电荷转移--》偶电层的形成--》电荷分别

7、静电产生大小关系静电的产生及其大小与环境湿度和空气中的离子浓度有亲密的关系在高湿度环境中由于物体表面吸附有肯定数量杂质离子的水分子，形成弱导电的湿气薄层，提高了绝缘体的表面电导率可将静电荷散逸到整个材料的表面，从而使静电势降低所以，在相对湿度高的场合，如海洋性气候地区（如我们国家的东南沿海地区）或潮湿的梅雨季节，静电势较低在相对湿度低的场合，如大陆性气候地区（如我们国家的北方地区）或干燥的冬季，静电势就高与一般场所相比，在空气纯洁的场所（如超净车间）内，因空气中的离子浓度低，所以静电更加简单产生、

8、静电放电的三种方式1）带电人体的放电方式（HBM）由于人体会与各种物体间发生接触和磨擦，又与元器件接触，所以人体易带静电，也简单对元器件造成静电损伤普遍认为大部分元器件静电损伤是由人体静电造成的2）带电机器的放电方式（MM）机器由于摩擦或感应也会带电带电机器通过电子元器件放电也会造成损伤这类就叫做机器放电的模型（MachineModel）3）充电器件的放电模型（CDM）在元器件装配、传递、试验、测试、运输和储存的过程中由于壳体与其它材料磨擦，壳体会带静电一旦元器件引出腿接地时，壳体将通过芯体和引出腿对地放电这种形式的放电可用所谓带电器件模型（Charged-DeviceModelCDM）来描述

二、静电危害当某些电介质、导体带上静电荷后，尽管所带电荷量不多，但由于自身对大地分布电容特别小，使得静电电位较高当垂直于带电物体表面的静电电位达到2000伏时，就会向空气放电

1、在日常生活中的ESD现象我们都亲身经受过譬如，在冬季一间暖和的房间里，走在掩盖地毯的地面时，当你伸手接触门的把手时，就会有电击的感觉；脱下合成纤维衣服时产生嘴啪声，夜间还可以看到火花（空气的击穿场强为30kv/cm）；天气干燥时，用塑料梳子梳头时会产生放电声对于人体而言，这种静电的突然放电不会造成任何损害；可是，对于ESDS（静电放电敏感器件）器件，静电放电就可能损害电子器件ESD对电子器件的损害是人体觉察不到的，具有隐藏性，需通过仪器才能检测出

2、电子器件的静电放电电子器件发生ESD大事，主要是各种静电源（人体、工作台等）对电子器件放电所致在集成电路（integratedcircuit）工业中，静电放电可以使集成电路芯片介质击穿，芯线熔断、漏电流增大加速老化、电性能参数转变等等静电放电对电子器件损害具有潜在和缓慢失效性，这种状况危害更大通常，ESDS（静电放电敏感器件）器件易发生静电放电，所以，受ESD的危害更大大多数电子器件采纳对静电极为敏感的M0S工艺制作，无论从器件的进展还是器件的应用动身，为了防止ESD对电子器件的危害，有必要对电子器件受静电危害的机理以及相应的防护措施进行研讨阐明电子器件ESD产生的缘由，并对IC的ESD爱护供应指导

3、静电具有以下特性1）隐藏性除非发生静电放电，人体不能直接感知静电，但发生静电放电人体也不肯定能有电击的感觉，这是由于人体感知的静电放电电压为2〜3kv所以静电具有隐藏性2）潜在性有些会受到静电损伤后的性能没有明显的下降，但多次累加放电会给IC器件造成内伤而形成隐患因此静电对IC的损伤具有潜在性3）随机性IC什么状况下会患病静电破坏呢可以这么说，从一个IC芯片产生以后始终到它损坏以前，全部的过程都受到静电的威逼，而这些静电的产生也具有随机性，其损坏也具有随机性4）简单性静电放电损伤的失效分析工作，因微电子IC产品的精、细、微小的结构特点而费时、费事、费财，要求较高的技术并往往需要使用高度精密仪器，即使如此，有些静电损伤现象也难以与其它缘由造成的损伤加以区分；使人误把静电放电损伤的失效当作其它失效，这在对静电放电损害未充分熟悉之前，经常归因于早期失效或状况不明的失效，从而不自觉地掩盖了失效的真正缘由所以分析静电对IC的损伤具有简单性

4、ESD对电子器件侵害方式1）静电源直接对电子器件放电ESD大事经常发生在带电导体（包括人体）对ESDS的放电过程中一般的静电危害是人体或带电导体直接对ESDS放电造成2）带电器件对其他导体的静电放电当静电放电敏感器件在操作过程中，或者与包装材料、机器表面接触后，就会积累静电荷当器件在包装盒移动或震惊时就会发生静电放电这种放电状况，涉及的电容和能量不同于人体对ESDS器件的放电状况在某些状况下，CDM大事比HBN大事所造成的危害更大3）电场感应放电感应场可以直接或间接对地造成危害由于任何带电体四周都存在静电场假如ESDS器件进入静电场范围，就会由于感应而带电假如器件在电场区域内接地，电荷转移到地的过程称为CDM大事

5、静电损伤的两种失效形式1）硬损伤又称“突发性完全失效”、“一次性损坏”，约占10%o表现为器件电参数突然劣化，失去原有功能主要缘由是静电放电造成过压使得介质被击穿，或过流使得内部电路金属导线熔断、硅片局部溶化等硬损伤可通过常规的性能测试手段准时发觉，相对软失效而言危害要小得多2）软损伤又称“潜在性缓慢失效”、“多次损伤累积后失效”，约占90%受到软损伤的器件，虽然当时各类电参数仍合格，然而其使用寿命却大大缩短了含有这些器件的产品或系统牢靠性变差，可能会在后续过程中（直至最终用户）连续患病ESD软损伤或其它过应力损伤积累而过早地失效由于软损伤是潜在的，运用目前的技术还很难证明或检测出来，特殊是器件被装入整机产品之后，因此具有更大的危害性这些产品流入市场后的维护成本和造成的其它损失，将比在生产中发生的直接损失要放大几十甚至上百倍！多数未实行爱护措施的元器件静电放电敏感度都是很低，许多在几百伏的范围，如M0S单管在100-200V之间，而且这些单管是不能增加爱护电路的；一些电路尤其是CMOSIC实行了静电爱护设计，虽然明显的提高抗ESD水平，但大多数也只能达到2000-4000V而在实际环境中产生的静电电压则可能达到上万伏因此，没有防护的元器件很简单受到静电损伤随着元器件尺寸的越来减小，这种损伤就会越来越多所以，绝大多数元器件是静电敏感器件，需要在制造、运输和使用过程中实行防静电爱护措施列出一些没有静电爱护设计器件的静电放电敏感度

三、静电防护

1、ESD掌握的基本原则1）做好ESD防护设计器件选型、合理布线、设计爱护电路等2）消退和削减静电的产生削减或消退静电产生的过程、维持过程和材料处于等电势等3）使静电荷泻放与中和使用静电导体、接地、电离器来泻放与中和静电4）爱护产品免遭ESD损害使用防静电材料包装和储运

2、防静电区设计原则1）抑制静电荷的积累和静电压的产生如设施、仪器、工装不使用塑料、有机玻璃、一般塑料袋2）平安、快速、有效地消退已产生的静电荷，使用有绳防静电腕带、防静电椅、防静电周转车、防静电周转箱3）保证静电压小于lOOVo

3、防静电系统要素1）地面防静电地面（防静电水磨石，防静电地板）体电阻105〜109，敷设地线网2）工位（见附图）3）接地防静电工作区必需有平安牢靠的防静电接地装置，地电阻小于4Q防静电地线不得与电源零线相接，不得与防雷地线共用，使用三相五线制供电时，其地线可以作防静电地线工作台面、地垫、坐椅和其它导静电的ESD爱护设施均应通过限流电阻接入地线，腕带等应通过工作台顶面接地点与地线连接，工作台不行相互串联接地防静电工作区接地系统，包括限流电阻和连接端子应连接牢靠并具有肯定载流力量，限流电阻阻值选择应保证漏泄电流不超过5mA下限值取为IMQ4）温湿度20^30℃相对湿度30〜70%5）增湿增湿器使空气潮湿，防止静电荷积累，此法不适于增湿后会产生有害影响的场地6）人体穿防静电工作服、工作鞋，戴有绳防静电腕带、手套、指套等7）包装静电敏感器件应实行防静电爱护性包装，如防静电袋、防静电盒等8）贮存、运输静电敏感器件必需存放在防静电容器（箱、袋）内，并用防静电运输工具（箱、车）周转贮运中要远离静电场、电磁场或放射场，如电脑显示器顶部

4、人员防静电接地技术要求1）人员防静电接地应使用腕带、工鞋等2）全部生产操作员工进入防静电区域必需着装防静电工鞋工衣；外来人员进入防静电区域穿防静电鞋套和穿防静电衣3）进入防静电区域的全部作业人员、物料员、技术员、工段长等，及在现场办公的其他人员每天上班前应对自身人体综合电阻进行测试，对有可能要接触产品的人员，还应进行防静电腕带测试，并保存测试结果，做好测试纪录4）进入防静电区域前必需应对人体综合电阻进行测试，假如外来人员有可能要接触产品，也应进行防静电腕带测试，并保存测试结果做好测试纪录5）防静电腕带或人体综合电阻测试未通过者，不得进入防静电区域，更不得接触ESSD（静电敏感器件）及组件人体综合电阻测试、腕带测试未通过的，必需马上查找缘由并作出相应处理直至合格为止

5、腕带接地要求防静电腕带与皮肤应保证接触良好，并接入防静电地线系统，在戴腕带的皮肤上不得涂护肤油、防冻油等油性物

6、工鞋接地要求1）防静电鞋内不得垫鞋垫2）为了使人体静为了使人体静电能很好的通过工鞋、鞋跟泻放，操作人员要求穿棉袜3）保持工鞋洁净清洁

四、防静电要求

1、工厂一般防静电要求（基础部分）1）防静电腕带使用前肯定要先检查（每天至少一次）2）全部静电敏感元器件、机板在不使用的状态下肯定要用防静电袋或防静电箱包起来或装起来3）无静电防护时不行接触机板和静电敏感元件4）机板所用的垫子应当是防静电的，气泡袋也应当是防静电的5）工作人员要爱护自己的地盘不让无防静电措施人员接触自己的台面、机板、元件6）把全部未知的元器件都当作静电元器件看待7）工作台上不行放多余的包装材料8）进入防静电工作区前要进行静电放电9）流淌人员手拿元器件、机板时必需有防静电措施，如戴防静电手套或元件机板用防静电袋包装10）转移元器件、机板必需做防静电措施

2、ESD防护中常发觉的错误（基础部分）1）腕带在衣袖上，未与皮肤接触2）腕带松动，与皮肤表面积接触不良3）腕带夹在桌面上，桌面的另一侧才接地4）使用白色泡沫垫机板5）箱子无防静电屏蔽盖6）特殊场合才带腕带7）使用白色铁氟龙光头烙铁8）使用一般的塑胶包装材料包装9）用一般溶剂清洗工作台表面10）粉红色就是抗静电（应用静电表测量是否达到防静电要求）11）不用静电表测试静电压12）任何过路人皆可拿工作台上的零件和机板13）鳄鱼夹夹在机器设施油漆部分14）鳄鱼夹的最内圆孔部夹住铜线，最内圆孔部内径比铜线外径大15）鳄鱼夹夹在铜线胶皮上16）零件与机板无任何防静电措施时随处乱放17）工作台铜线未接地18）测试设施和机器外壳未接地附表人的活动产生的静电压器件类型实例静电敏感度（单位kV）MOSFET3C

0、3D0系列JFET3CT系列GaAsFETCMOS

000、CD400系列HMOS6800系列E/DMOSZ80系列VMOSECL电路E000系列SCL（可控硅）S-TTL54S、74s系列DTL

7400、5400系列石英及压电晶体

10.0静电产生方法静电电压（V）相对湿度（10%〜20%）相对湿度（65%〜90%）在地毯上行走350001500工作台上操作6000100在工作台拿想起聚乙烯袋子200001200聚氨脂泡沫垫子180001500。