静电感应与静电放电

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（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。

（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。

静电感应与静电放电(ESD)

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，元件受伤，仍能工作，寿命受损。

（2）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，及难预测和防护。

4）复杂性静电放电损伤分板工作，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。

（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敏感的装置而不先拽放电荷到地，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既指这些ESD敏感的装置，尤其对朔料件，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泻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，侧会产生电弧以破坏氧化层，其结果为短路。其它还有：机器模式、场增强模型、人体金属模型、电容耦合模型、悬浮器件模型。

（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

静电感应与静电放电(ESD)通方法，就是摩擦生电。材料的绝缘性越好，越容易是使用摩擦生电。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。

在静电场影响下引起导体电荷，重新分布的现象。即在某带电体电场的作用下，导体中的自由电子进行重新分布，使导体内的电场跟着变化，直至强度减小到零为止。结果靠近带电体的一端出现与带电体所载电荷相异的电荷(束缚电荷)，另一端则出现与带电体相同号的电荷(自由电荷)。如果导体原来不带电，则两端带电的数量相等；如果原来已经带电，则两端电量的代数和应与该导体原来所带的电量相同。见图1。

静电感应与静电放电(ESD)

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。

引起网络反应迟钝现象的原因有多种，但有一种因素往往不大引人注意，那就是静电感应；由于静电感应不起眼，大家在排除故障的过程中常常会忽视它，殊不知感应静电既能使网卡无故“罢工”，又能影响网络信号的正常传输。因此我们在上网过程中，不但要想办法避免感应静电对网络传输带来故障，而且还必须及时采取措施来应对由静电感应引发的网络故障。

（1）静电感应导致网卡无故罢工

有时打开网络连接窗口，会看到其中的本地连接图标始终为灰色不可设置状态，即使将网卡换插到另外一个插槽中，故障现象仍然存在。要是确认网卡发生了硬件性损坏的话，那唯一的解决办法就是重新更换新的网卡；倘若我们无法确认网卡自身是否已经损坏时，那可以考虑对网卡表面进行一下清理，毕竟网卡长期在空气湿度较大的环境中工作的话，空气中的水分与灰尘会混合堆积在网卡表面，从而会引发静电感应故障。

一旦遇到网卡无缘无故罢工时，在排除网卡自身硬件故障因素后，我们可以将网卡从主板插槽中拔出来，并用柔软细刷清洁掉覆盖在其表面的灰尘，再用橡皮擦将网卡金手指表面的污物清洁干净，最后也不要忘记对主板插槽中的各种污物进行一下清洁。相信这样的清洁工作，多半能使网卡工作状态恢复正常。

（2）静电感应影响网络信号传输

在使用ADSL宽带进行拨号上网时，也许在起初拨号上网速度比较快，但用了一段时间之后，我们或许会明显感觉到拨号速度变慢了，而且发现网络反应明显迟钝了。遇到了这样的故障现象时，我们首先应该检查一下ADSL自身是否存在硬件故障，在排除了这一因素后，那多半是计算机的静电感应现象在“作祟”。此时，我们不妨用手触摸一下计算机机箱的外壳，要是明显有刺手感觉的话，那就能证明网络传输缓慢故障就是由感应静电引起的；要消除这样的故障现象，我们只要找来一根可以导电的金属铜丝，将其一端与计算机机箱连接，另外一端与插入到地面中的钢管或铁片连接，这样一来计算机中的静电感应现象就会被彻底解决了。

（3）预防静电感应带来网络故障

静电感应现象可谓无处不在，要是我们平时不注意预防的话，它会在悄无声息中影响我们的正常上网，严重的话还能损坏计算机的核心配件。为了让网络连接远离感应静电的袭击，我们可以采取下面的一些措施来预防：

1）使用屏蔽性能好的线缆

由于上网信号需要通过网络连接线缆进行传输，要是线缆自身屏蔽静电干扰的能力不强时，那么网络信号的传输速度以及稳定性自然会受到影响，因此选用质量好的、屏蔽性强的网络连接线缆是保证网络连接远离静电袭击的重要环节之一！

2）控制好上网环境的湿度

要是上网环境中的空气过度干燥或过度潮湿，都很容易引起静电积累，最终产生静电感应现象。因此当感觉到空气过度潮湿的话，可以尝试移动上网位置，确保计算机能处于空气流通并有光照的位置处，或者可以使用专业的空气抽湿器来降低空气湿度；要是感觉空气过度干燥的话，可以尝试在工作环境中放上一小桶水，在条件允许的情况下可以使用空气加湿器来补偿空气水分的不足。

3）巧妙将潜在静电释放掉

我们在进行上网操作时，如果身穿羊毛衫这样的毛料衣服时，人体就很容易存在潜在静电，这些静电不被及时释放掉的话，会在无意识中影响上网效率。释放人体潜在静电时，只需要将手摸一下身边的接地金属物，例如窗户边框或自来水管道等。

欧洲共同体所规定的ESD保护有严格的测试标准：±15kV ESD人体模式测试标准；±8kV ESD IEC 1000-4-2接触放电模式测试标准；±15kV ESD IEC 1000-4-2空气间隙放电模式测试标准；±4kV ESD IEC 1000-4-4电气快速瞬变/猝发模式测试标准。其中，IEC 1000-4-2与±15kV人体模式测试标准之间的主要差别在于峰值电流；相同电压下，IEC 1000-4-2冲击的吸收电流要比人体模式高出5倍以上。±4kV ESD IEC 1000-4-4电气快速瞬变/猝发模式测试标准是仿真产生开关和继电器的电弧放电结果。

（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

绝缘体往往是易产生静电，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。

1）防静电仪表

·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。

·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。

·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。

·静电屏蔽袋测试仪－用途：用于检测静电屏蔽袋的屏蔽效果。

·表面电阻测量仪－用途：用于测量材料表面电阻，体积电阻。

2）接地类防静电产品

·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。

·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。

·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。

·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。

·防静电地板：

防静电地板分为：PVC地板、聚胺脂地板、活动地板。

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。

静电感应与静电放电(ESD)

3）屏蔽类防静电包装运输及储存材料

·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。

·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。

·防静电胶带：用于各种包装箱等

·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。

·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

·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

·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。

4）中和类设备

离子风机、风枪

ESD基本上可以分为三种类型，一是各种机器引起的ESD，二是家俱移动或设备移动引起的ESD，三是。这三种ESD对于半导体器件的生产和电子产品的生产都非常重要。电子产品在使用过程最容易受到人体接触或设备移动引起的ESD的损坏，便携式电子产品尤其容易受到人体接触产生的ESD的损坏。在一般情况下ESD会损坏与之相连的接口器件，另一种情况是遭受ESD冲击后的器件可能不会立即损坏，而是性能下降导致产品过早出现故障。

当集成电路（IC）经受ESD时，放电回路的电阻通常都很小，无法限制放电电流。例如将带静电的电缆插到电路接口上时，放电回路的电阻几乎为零，造成高达数十安培的瞬间放电尖峰电流，流入相应的IC管脚。瞬间大电流会严重损伤IC，局部发热的热量甚至会融化硅片管芯。ESD对IC的损伤还包括内部金属连接被烧断，钝化层受到破坏，晶体管单元被烧坏。

ESD还会引起IC的死锁（LATCHUP）。这种效应和CMOS器件内部的类似可控硅的结构单元被激活有关。高电压可激活这些结构，形成大电流信道，一般是从VCC到地。串行接口器件的死锁电流可高达1A。死锁电流会

静电感应与静电放电(ESD)一直保持，直到器件被断电。不过到那时，IC通常早已因过热而烧毁了。

ESD冲击后可能存在两个不易被发现的问题，一般用户和IEC测试机构使用传统的“环路反馈方法”和“插入方法”进行测试，通常检测不出这两个问题。

一个问题是RS-232接口电路中接收器对发送器产生交叉串扰。同类产品RS-232接口电路中的ESD保护结构可能对某种波形的ESD或某个ESD冲击电压失效，经过ESD冲击后在接收器输入端和发送器输出端之间形成通路，从而导致接收器对发送器产生交调。如果RS-232接口电路中有关断电路，那么关断期间经过ESD冲击后更容易产生交调。产生交调后将导致通信失败，而且即使关断工作状态下发送器仍有输出，导致关断失效，使对方RS-232处在接收状态。

另一个问题是RS-232接口电路对电源产生反向驱动。某些RS-232接口电路中的ESD保护结构经过ESD冲击后可能在输入端与供电电源VCC之间形成电流通路，对供电电源产生反向驱动。如果供电电源没有吸入电流的能力（通常来讲电源输出回路里有一个正向二极管），这将导致电源电压VCC上升，从而损坏RS-232接口电路和系统内的其它电路。因为RS-232接口电路输入端的电压在5V到25V之间，使VCC有可能高于9V，超出电源电压的最大范围而烧坏电路。

（1）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，尽量不能摸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。

（2）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。