ESD的起因、危害及预防对策
ESD的起因、危害及预防对策
ESD（Electro Static 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）和电磁效应（如电磁干扰）等的学科。
在科学技术飞速发展、微电子技术广泛应用及电磁环境越来越复杂的今天，我们对半导体材料的品质要求也是越来越高，而静电对半导体的破坏却因半导体的高集成化而变得更加容易
。为了提升产品品质和客户的满意度，我们必须在静电的防护方面做出更有效的行动，来迖成我们的品质目标。
据统计电子工业每年花在这上面的费用有数十亿美元之多，由此可见ESD防护的重要性及紧迫性。
一、到底什么是ESD呢？
在严寒的冬天，当您脱下暖和的毛衣时会听到哔哔啪啪声。在握手或手接触时常被电击一下，这是由于人身带了静电，在接触时突然放电所致
。暴雨来临前，天空中常会有雷电出现，这是因为云层相互摩擦而带上大量的电荷，当两块云层相互接触时便会放电形成能量巨大的雷电，如对地放电则可能形成雷击的危害。这些都是日常生活中常见的静电瞬间放电（ESD）现象。
二、ESD是怎么产生的呢？
我们知道所有的物质都是有分子组成，分子又是由原子组成。原子中有带负电荷的电子和带正电荷的质子组成。
在正常状况下，一个原子的质子数与电子数量相同，正负平衡，所以对外表现出不带电的现象。
但是电子环绕于原子核周围，一经外力即脱离轨道，离开原来的原子A而侵入其它的原子B，A原子因缺少电子数而带有正电现象，称为阳离子，B原子因增加电子数而呈带负电现象，称为阴离子。图示如下：
造成不平衡电子分布的原因即是电子受外力而脱离轨道，这个外力包含各种能量(如动能、位能、热能、化学能……等)。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。当两个不同的物体相互接触时就会使得一个物体失去一些电荷如电子转移到另一个物体使其带正电，另一个得到一些剩余电子的物体带负电。通常在从一个物体上剥离一张塑料薄膜时就是一种典型的“接触分离”起电，在日常生活中脱衣服产生的静电也是“接触分离”起电。
静电可有很多种方式产生，如物体间的摩擦、电场感应、介质极化、带电颗粒粘附等等。“摩擦起电”和“电场感应起电”在日常生活中最为普遍。其中摩擦起电是一个不断接触与分离的过程，在接触、分离后，两个物体的正负电荷失去平衡,从而产生静电。当带电物体接近不带电物体时会在不带电的导体两端分别感应出负电和正电，这种现象就是电场感应产生静电。
当带电的物体与一些导体等接触时或靠的很近时,电荷会到一途径突然释放掉，这种现象叫静电放电。静电放电的条件是：首先有静电存在，其次要有一定的途径。如果没有放电回路或场感应回路也就不会出现ESD现象。目前主要的“放电模型”主要有人体带电模型(HBM)、机器带电模型(MM)、带电器件模型(CDM)以及电
场感应模型（FIM）。
◆人体带电模型（Human-Body Model HBM）: 即指当人体活动时因身体和衣服、空气、地面之间摩擦而产生静电。当人们未采取静电泄放措施而直接触摸ESD敏感元件时，电荷将会由人体移向ESD敏感元件，使得元件带电，并且元件一旦接地，线路中将会产生放电电流导致元件损坏。图示如下：
◆机器带电模型（Machine Model MM）：自动化装配设备如生产拉带、工装板、元件运送器等，这些设备在运转过程中将会在传动带和运送系统上积累大量电荷，如果未采取接地泄放措施或其他除静电手法，这些电荷将会移向ESD敏感装置，使得装置带电，并且装置一旦接地，线路中将会产生放电电流导致装置损坏。图示如下：
◆带电器件模型（Charged-Device Model CDM）：器件与绝缘材料制作的包装袋、传递盒摩擦，导致器件本身带静电，当器件与人体或地接触时发生的静电放电。如IC自IC管中倒出后，由于摩擦导致IC 本体带电，当与接地台面或接地设备接触时即产生静电放电。
◆电
场感应模型（Field-Induced Model FIM）：当器件处在很强的静电场中时，因静电感应在器件内部的芯片上将感应出很高的电位差，从而引起芯片内部薄氧化层的击穿，或是某一管脚与地相碰也会发生静电放电。如：变压器周围、CRT显示器周围、高压源周围均为强电场，当ESD敏感元件处于这些设备周围时将很容易产生静电放电导致元件损坏。
三、ESD有什么危害呢？ESD损伤有什么特点呢？
电子元器件按其种类不同，受静电破坏的程度也不一样，最低的100V的静电压也会对其造成破坏。近年来随着电子元器件发展趋于集成化，因此要求相应的静电电压也在不断减弱。具体的产品ESD敏感电压等级如下（摘自GJB1649）：
1级
易遭0～1999V ESD电压危害的产品。
2级
易遭2000～3999V  ESD电压危害的产品。
3级
易遭4000—15999V  ESD电压危害的产品。
对于ESD电压大于16000V才遭危害的产品，则认为是非静电敏感的产品
人体平常所感应的静电电压在2-4KV以上，通常是由于人体的轻微动作或与绝缘物的磨擦而引起的。也就是说，倘若我们日常生活中所带的静电电位与IC接触，那么几乎所有的IC都将被破坏，这种危险存在于任何没有采取静电防护措施的工作环境中。静电对IC的破坏不仅体现在电子元器件的制造工序当中，而且在IC的组装、远输等过程中都会对IC产生破坏。人体静电到底有多大呢？在干燥的季节若穿上化纤衣服和绝缘鞋在绝缘的地面行走等活动,人体身上的静电可达几千伏甚至几万伏。下表是在两种不同湿度条件下人体活动产生的静电电位（摘自GJB1649）：
集成电路元器件的线路缩小、耐压降低、线路面积减小，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（ESD  current）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。
1、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，寿命受损，但仍能工作。
2、静电损伤的特点：
① 隐蔽性: 人体带电是电子产品静电损伤主因，几KV的人体静电，对人而言放电感受几乎没有，对元器件却是致命的。
以下为人体的静电敏感度:
人体感官
静电值大小
手能感觉到(被静电电到的感觉)
At3000  Volts
耳能听得到(磨擦产生静电发出声音)
At5000  Volts
眼能看得到(磨擦产生静电发出火花)
At10000 Volts
② 潜伏性: 带电体电位或能量较低，一次放电没有完全损伤失效，使器件内部轻度损伤，但有累计效应，使器件性能变坏，可能突然失效，难以检测和筛选，造成产品品质发生信赖性问题
。许多实验证实静电能使半导体负伤，但不致立即完全破坏其功能，而且有多数组件都能通过测试直到这些组件送到客户之后，随时会变成完全失效。
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，及难预测和防护。
④ 复杂性: 静电放电损伤分析工作，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客户，但实际上亦影响了各层次的制造商，如：保用费、维修费及公司的声誉等等。
四、ESD这么多危害，我们怎么才能预防呢？
根据ESD的原理，要解决以上问题，我们可以采取以下各种静电防护措施防止ESD的产生：
1 操作现场静电防护：对静电敏感器件应在防静电的工作区域（即EPA静电保护区）内操作。
2 人体静电防护：操作人员穿戴防静电工作服、手套、工鞋、工帽、防静电手环。
3 储存运输过程中静电防护冬天消除衣服静电的好方法：ESDS静电敏感器件的储存和运输不能在有电荷的状态下进行。
要实现上述功能，基本做法是设法减少带电物的电压，达到设计要求的安全值以内。即要求
下式中的电荷（Q）与电阻（R）要小，静电容量（C）要大。
V=I.R  Q=C.V
式中：V电压，Q电荷量，I电流，C静电容量， R电阻
当然电阻值也不是越低越好，特别是在大面积场所的防静电区域内必须考虑漏电等安全措施之后再进行材料的选取，如：防静电台面、防静电金属地垫等必须应串1MΩ
电阻接地。
目前行业上常用的ESD防护方法有哪些呢？我们知道材料分“导电体”和“绝缘体”，根据材料性质的不同我们分开讲解：
1、导电体除静电方法：导电体常被误认为不带电，其实金属体（导电体）也会发生带电现象。导电体可以传电，因此作为导电体的除电方法，只要将它接地就可以简单的除电了（请注意：人也是导电体）。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，但有个前提是接地一定要良好。如：佩带防静电手环、穿静电防护服、防静电鞋、铺设防静电台面/防静电地垫、设备接地等都是采用导体传电泄放电荷原理进行ESD防护的。
我们戴了防静电手环是不是就不会对元件造成ESD伤害了呢？答案是错误的！
原因是：我们戴了防静电手环，人体内的静电通过静电手环接地传送到地面，因此人的正常电压为0V。但当人去触摸的那一瞬间，会导致器件通过“人体----接地静电手环”而产生ESD静电放电现象造成器件损坏（如图所示）。所以单靠佩带防静电手环是不能完全杜绝ESD静电放电产生的，我们还要采取器件除静电方法（如离子风机对器件除静电）。
2、绝缘体的除静电方法：由于绝缘体是不导电的，如果采取导电体的除电方法之接地进行绝缘体的除电是不管用的。作为绝缘体除电方法有：
◆抗静电涂布法：此方法的意义就是通过喷抗静电济将绝缘体变成导电体，从而达到除静电的目的。但是这种方法只能作为简单的防静电方法，因为它有时间性。
◆潮湿法：湿度与静电产生有着密切的关系。湿度一大，空气中含有的水分就会增多，产生
的静电会迅速通过空气中的水分释放掉，从而不会以静电的方式存在。湿度太大会造成其他负面影响，目前行业上一般将湿度控制在40％-70％之间。

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。