靜電放電及防護(hù)基礎(chǔ)知識
一、術(shù)語及定義
1. 靜電：物體表面過剩或不足的靜止的電荷。
2. 靜電場：靜電在其周圍形成的電場。
3. 靜電放電：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(yīng)引起兩物體間的靜電電荷的轉(zhuǎn)移。靜電電場的能量達(dá)到一定程度后，擊穿其間介質(zhì)而進(jìn)行放電的現(xiàn)象就是靜電放電。
4. 靜電敏感度：元器件所能承受的靜電放電電壓。
5. 靜電敏感器件：對靜電放電敏感的器件。
6. 接地：電氣連接到能供給或接受大量電荷的物體，如大地、船等。
7. 中和：利用異性電荷使靜電消失。
8. 防靜電工作區(qū)：配備各種防靜電設(shè)備和器材，能限制靜電電位，具有明確的區(qū)域界限和專門標(biāo)記的適于從事靜電防護(hù)操作的工作場地。
二、靜電的產(chǎn)生
1.摩擦：在日常生活中，任何兩個不同材質(zhì)的物體接觸后再分離，即可產(chǎn)生靜電，而產(chǎn)生靜電的濟(jì)普通方法，就是摩擦生電。材料的絕緣性越好，越容易摩擦生電。另外，任何兩種不同物質(zhì)的物體接觸后再分離，也能產(chǎn)生靜電。
2.感應(yīng)：針對導(dǎo)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(fù)離子就會轉(zhuǎn)移。
3.傳導(dǎo)：針對導(dǎo)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(zhuǎn)移。
三、靜電對電子工業(yè)的影響
集成電路元器件的線路縮小，線路面積減小，耐壓降低，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(yīng)用，導(dǎo)致產(chǎn)生靜電的機(jī)會大增。日常生活中如走動、空氣流動、搬運(yùn)等都能產(chǎn)生靜電。人們一般認(rèn)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。
A、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。
2） 因電場或電流破壞元件的絕緣或?qū)w，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，使元件受傷，雖能工作，但壽命受損。
B、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(nèi)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**。
3. 隨機(jī)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(jī)性。由于靜電的產(chǎn)生和放電都是瞬間發(fā)生的，極難預(yù)測和防護(hù)。
4. 復(fù)雜性——靜電放電損傷元件工作，因電子產(chǎn)品的精細(xì)，微小的結(jié)構(gòu)特點而費(fèi)時、費(fèi)事、費(fèi)錢，要求較復(fù)雜的技術(shù)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(dāng)作其它失效，這是對靜電放電損害未充分認(rèn)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(yán)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(fèi)、維修及公司的聲譽(yù)等等。
6. 靜電在工業(yè)生產(chǎn)中造成的危害
靜電的產(chǎn)生在工業(yè)生產(chǎn)中是不可避免的，其造成的危害主要可歸結(jié)為以下兩種機(jī)理：
其一：靜電放電（ESD）造成的危害：
（1）引起電子設(shè)備的故障或誤動作，造成電磁干擾。
（2）擊穿集成電路和精密的電子元件，或者促使元件老化，降低生產(chǎn)成品率。
（3）高壓靜電放電造成電擊，危及人身可靠。
（4）在多易燃易爆品或粉塵、油霧的生產(chǎn)場所極易引起爆炸和火災(zāi)。
其二，靜電引力（ESA）造成的危害：
（1）電子工業(yè)：吸附灰塵，造成集成電路和半導(dǎo)體元件的污染，大大降低成品率。
（2）膠片和塑料工業(yè)：使膠片或薄膜收卷不齊；膠片、CD塑盤沾染灰塵，影響品質(zhì)。
（3）造紙印刷工業(yè)：紙張收卷不齊，套印不準(zhǔn)，吸污嚴(yán)重，甚至紙張黏結(jié)，影響生產(chǎn)。
（4）紡織工業(yè)：造成根絲飄動、纏花斷頭、紗線糾結(jié)等危害。
靜電的危害有目共睹，現(xiàn)在越來越多的廠家已經(jīng)開始實施各種程度的防靜電措施和工程。但是，要認(rèn)識到，完善有效的防靜電工程要依照不同企業(yè)和不同作業(yè)對象的實際情況，制定相應(yīng)的對策。防靜電措施應(yīng)是系統(tǒng)的、**的，否則，可能會事倍功半，甚至造成破壞性的反作用。
四、.ESD的含義及三種型式
ESD的含義：
ESD是代表英文ElectroStatic Discharge即"靜電放電"的意思。ESD是本世紀(jì)中期以來形成的以研究靜電的產(chǎn)生與衰減、靜電放電模型、靜電放電效應(yīng)如電流熱（火花）效應(yīng)（如靜電引起的著火與爆炸）及和電磁效應(yīng)（如電磁干擾）等的學(xué)科。近年來隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展、微電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用及電磁環(huán)境越來越復(fù)雜，對靜電放電的電磁場效應(yīng)如電磁干擾（EMI）及電磁兼容性（EMC）問題越來越重視。
1. 人體型式——即指當(dāng)人體活動時身體和衣服之間的摩擦產(chǎn)生摩擦電荷。當(dāng)人們手持ESD敏感的裝置而不先泄放電荷到地，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——即指這些ESD敏感的裝置，尤其是塑料件，當(dāng)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泄放到高度導(dǎo)電的牢固接地表面，因此造成損壞；或者通過感應(yīng)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(qiáng)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(zhuǎn)化跨過氧化層。若電位差超過氧化層的介電常數(shù)，則會產(chǎn)生電弧以破壞氧化層，其結(jié)果為短路。
4．其它還有：機(jī)器型式、場增強(qiáng)型式、人體金屬型式、電容耦合型式、懸浮器件型式。
五、靜電防護(hù)
1. 接地——接地就是直接將靜電過一條線的連接泄放到大地，這是防靜電措施中濟(jì)直接濟(jì)有效的，對于導(dǎo)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(zhuǎn)運(yùn)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(yùn)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，濟(jì)通常的方法是用靜電屏蔽袋和防靜電周轉(zhuǎn)箱作為保護(hù)。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(fēng)機(jī)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(shè)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(yùn)輸及儲存防靜電材料，中和類靜電消除設(shè)備，以及其它防靜電用品。
A. 防靜電儀表
1. 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(dǎo)線。
2. 除靜電離子風(fēng)機(jī)檢測儀——用途：定期對離子風(fēng)機(jī)平衡度和衰減時間進(jìn)行檢測及校驗以確保離子風(fēng)機(jī)工作在可靠的指標(biāo)范圍。
3. 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(qiáng)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。
4. 靜電屏蔽袋測試儀——用途：用于檢測靜電屏蔽袋的屏蔽效果。
5. 表面電阻測量儀——用途：用于測量材料表面電阻、體積電阻。
B. 接地類防靜電產(chǎn)品
1. 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(yīng)留有一定余量。
2. 防靜電手表：需要其它防靜電措施的補(bǔ)救（如：增設(shè)離子風(fēng)機(jī)、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。
3. 防靜電腳帶/防靜電鞋：廠房使用防靜電地面后，應(yīng)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(jié)合配帶防靜電手腕帶效果將會更佳。
4. 防靜電臺墊：用于各工作臺表面的鋪設(shè)，各臺墊串上1兆歐電阻后與防靜電地可靠連接。 5. 防靜電地板：防靜電地板分為PVC地板、聚胺脂地板、活動地板。
6. 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(zhuǎn)箱等容器上。
C. 屏蔽類防靜電包裝運(yùn)輸及儲存材料
1. 防靜電周轉(zhuǎn)箱、防靜電元件盒：用于車間單板和部件的周轉(zhuǎn)，運(yùn)輸及儲存。
2. 防靜電屏蔽袋：用于單板和部件的包裝、運(yùn)輸和儲存，具有一定的防潮效果。 3. 防靜電膠帶：用于各種包裝箱等。
4. 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(yùn)。禁止在使用前，露天存放IC；或拆開包裝運(yùn)輸。
5. 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(zhuǎn)，搬運(yùn)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(yīng)有金屬鏈與防靜電地接觸。
6. 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(yīng)嚴(yán)格要求員工穿戴防靜電工作服工作鞋。
7. 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。
D. 中和類設(shè)備
1. 離子風(fēng)機(jī)、風(fēng)槍
六、防靜電的一般工藝規(guī)程要求
A、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(zhuǎn)運(yùn)。
4、 準(zhǔn)備開封、測試靜電敏感器件時必須在防靜電工作臺上進(jìn)行，有條件的可配用離子空氣發(fā)生器**空氣中的電荷。
5、 組裝所用的焊接設(shè)備及成形工裝設(shè)備都必須接地，焊接工具使用內(nèi)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(jìn)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(guān)掉電源的情況下插拔。
8、 凡ESD敏感型器件不應(yīng)過早地拿出原封裝，要正確按操作，盡量不摸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。
B、在防靜電要求嚴(yán)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(jī)進(jìn)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(jìn)行靜電位測試，其電位不能超過可靠值，否則，要進(jìn)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(diào)試、測量、檢驗時所用的低阻儀器、設(shè)備（如訊號、電橋等）應(yīng)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(yīng)嚴(yán)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。
