【正文】 幾倍，因而其靜電放電閾值可以有顯著差別。(a)所示，Cd為器件與周圍物體及地之間的電容，Ld為器件導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的等效電感，Rd為芯片上放電電流通路的等效電阻。 帶電機(jī)器的放電模式（MM） 機(jī)器因?yàn)槟Σ粱蚋袘?yīng)也會(huì)帶電。普遍認(rèn)為大部分元器件靜電損傷是由人體靜電造成的。 其它靜電來源除上述三種靜電來源外，在電子元器件的制造、安裝、傳遞、運(yùn)輸、試驗(yàn)、儲(chǔ)存、測量和調(diào)試等過程中，會(huì)遇到各種各樣的由絕緣材料制成的物品。由于人體電容的60％是腳底對地電容，而電容量正比于人體與地之間的接觸面積，所以單腳站立的人體靜電勢遠(yuǎn)大于雙腳站立的人體靜電勢。其三，人體的電阻較低，相當(dāng)于良導(dǎo)體，如手到腳之間的電阻只有幾百歐姆，手指產(chǎn)生的接觸電阻為幾千至幾十千歐姆，故人體處于靜電場中也容易感應(yīng)起電，而且人體某一部分帶電即可造成全身帶電。在相對濕度低的場合，如大陸性氣候地區(qū)(如我國的北方地區(qū))或干燥的冬季，靜電勢就高。靜電荷相同，靜電勢可能有數(shù)量級的差別。表示靜電電荷量的多少用電量Ｑ表示，其單位是庫侖Ｃ，由于庫侖的單位太大通常用微庫或納庫1庫侖（C）＝16微庫（μC）1微庫(μC) ＝13納庫 (μC) 靜電勢雖然靜電電荷是表征靜電的最直接的參量，但人們又常說靜電電壓幾千伏或幾萬伏。(a) 摩擦生電 (b) 感應(yīng)生電 靜電產(chǎn)生的兩種形式 感應(yīng)產(chǎn)生靜電 靜電產(chǎn)生的另一個(gè)重要來源是感應(yīng)生電。摩擦生電主要發(fā)生在絕緣體之間，因?yàn)榻^緣體不能把所產(chǎn)生的電荷迅速分布到物體整個(gè)表面，或迅速傳給它所接觸的物體,所以能產(chǎn)生相當(dāng)高的靜電勢。 摩擦產(chǎn)生靜電當(dāng)兩種具有不同的電子化學(xué)勢或費(fèi)米能級的材料相互接觸時(shí)，電子將從化學(xué)勢高的材料向化學(xué)勢低的材料轉(zhuǎn)移。 對ESD認(rèn)識(shí)的發(fā)展1千百年前，靜電對人類來說曾經(jīng)是非常神秘的2中國發(fā)明了火藥后，靜電對火藥制造行業(yè)不再神秘了3美國獨(dú)立戰(zhàn)爭期間，火藥是在有潮濕的泥墻和泥地的房子里制造的4現(xiàn)在，在靜電火花可能引起爆炸的行業(yè)如面粉廠、醫(yī)院的手術(shù)室都采取了特殊的防靜電措施。那什么是靜電放電（Electrostatic Discharge，ESD）呢？處于不同靜電電位的兩個(gè)物體間的靜電電荷的轉(zhuǎn)移就是靜電放電。 本講義的內(nèi)容既有通用的基本理論和知識(shí)，也收集了國內(nèi)外的相關(guān)資料和數(shù)據(jù)，還有我們自己在工作中遇到和解決的實(shí)際案例、數(shù)據(jù)和圖片等。而大量新發(fā)展起來的特種器件如GaAs 單片集成電路（MMIC）、新型的納米器件以及高頻聲表面波器件（SAW）等多數(shù)也都是靜電敏感元器件；另一方面，在電子元器件制造和應(yīng)用環(huán)境中，作為靜電主要來源的各種高分子材料被廣泛采用，使得靜電的產(chǎn)生更加容易和廣泛。尺寸的減小，就使電子元器件對靜電變得更加敏感。第4章“電子元器件抗ESD設(shè)計(jì)技術(shù)”，介紹電子元器件抗ESD損傷的設(shè)計(jì)技術(shù)，主要包括抗ESD設(shè)計(jì)的主要原則、基本保護(hù)電路和最先進(jìn)的大規(guī)模CMOS電路中保護(hù)電路的設(shè)計(jì)技術(shù)。靜電可由物質(zhì)的接觸和分離、靜電感應(yīng)、介質(zhì)極化和帶電微粒的附著等物理過程而產(chǎn)生。 對靜電認(rèn)識(shí)的發(fā)展歷史 人類對靜電放電危害的認(rèn)識(shí)也是經(jīng)歷了一段漫長的歷史，電子行業(yè)認(rèn)識(shí)到ESD的危害只是最近幾十年。前者是兩種物體直接接觸后形成的，通常發(fā)生于絕緣體與絕緣體之間或者絕緣體與導(dǎo)體之間；后者則發(fā)生于帶電物體與導(dǎo)體之間，兩種物體無需直接接觸。分離速度快、接觸面積大，使得摩擦所產(chǎn)生的靜電荷比固定接觸后再分離所產(chǎn)生的靜電荷的數(shù)量要大得多。8羊毛16硬橡皮1空氣9絲綢17鑷、銅2人的手10鋁18黃銅、銀3兔毛11紙19聚酯人造纖維4玻璃12棉布20聚乙烯5云母13鋼21聚丙烯6頭發(fā)14木材22聚氯乙烯(PVC)7尼龍15琥珀負(fù)電荷方向 175。在科研院所、高等院校、檢測站和工礦企業(yè)等部門經(jīng)常需要測量物體的電荷量或電荷密度。帶電物體與另一個(gè)物體或地之間的靜電電壓與它們之間的電容量成反比，即電容量越小，靜電電壓越大。所以，在相對濕度高的場合，如海洋性氣候地區(qū)(如我國的東南沿海地區(qū))或潮濕的梅雨季節(jié)，靜電勢較低。其二，人體與大地之間的電容低，約為50一250pF，典型值為150PF，故少量的人體靜電荷即可導(dǎo)致很高的靜電勢。人體電容與所穿戴的衣服和鞋的材料以及周圍所接觸的環(huán)境(特別是地板)有關(guān)，人體電阻則與皮膚表面水分、鹽和油脂的含量、皮膚接觸面積和壓力等因素有關(guān)。器件外殼產(chǎn)生靜電后，會(huì)通過某一接地的管腳或外接引線釋放靜電，也會(huì)對器件造成靜電損傷。 帶電人體的放電模式(HBM) 由于人體會(huì)與各種物體間發(fā)生接觸和磨擦，又與元器件接觸，所以人體易帶靜電，也容易對元器件造成靜電損傷。電弧放電的特點(diǎn)是在放電的初始階段，因?yàn)榭諝馐遣涣紝?dǎo)體，放電通道的阻抗較高，放電電流較?。浑S著放電的進(jìn)行，通道溫度升高，引起局部電離，通道阻抗逐漸降低，電流增大，直至達(dá)到一個(gè)峰值；然后，隨著人體靜電能量的釋放，電流逐漸減少，直至電弧消失。下面以雙極型和MOS型半導(dǎo)體器件為例給出靜電放電的等效電路。這一電勢差也會(huì)造成器件的損壞，如柵介質(zhì)擊穿等。 失效機(jī)理 靜電放電失效機(jī)理可分為過電壓場致失效和過電流熱致失效。 對于MOS器件(包括MOS電容)和固體鉭電容，電極間介質(zhì)的電場超過其擊穿臨界電場(對于SiO2，臨界場強(qiáng)為(710)106V／cm)時(shí)，介質(zhì)層就會(huì)發(fā)生擊穿而使MOS器件的柵一源或柵一漏之間或電容的電極之間短路。在集成電路中，如果鍵合引線與芯片的電源線之間距離太近，或者相鄰鋁條之間的距離很近，則當(dāng)靜電導(dǎo)致它們之間的電壓超過空氣擊穿電壓時(shí)，就有可能發(fā)生氣體電弧放電，形成電火花，導(dǎo)致鋁條或金屬引線的熔化、結(jié)球或流動(dòng)。在總能量（總靜電電荷）不變的情況下，使pn結(jié)熔化所需的功率密度可由下式表示: ()式中，P為功率，A為結(jié)面積，κ、ρ和Cp分別為半導(dǎo)體的熱導(dǎo)率、密度和比熱，Tm和Ti分別為破壞溫度和初始溫度(一般為室溫)，t為施加功率的持續(xù)時(shí)間即放電脈沖的寬度。 導(dǎo)致硅器件靜電放電熱破壞的功率密度與脈沖寬度關(guān)系曲線―――與－．－均為理論擬合曲線，后者的結(jié)面積是前者的十分之一反偏pn結(jié)比正偏pn結(jié)更容易發(fā)生熱致失效，在反偏條件下使結(jié)損壞所需要的能量只有正偏條件下的十分之一左右。對于淺pn結(jié)和肖特基結(jié)，靜電放電形成的焦耳熱可導(dǎo)致區(qū)域溫度超過鋁一硅共熔點(diǎn)溫度，使金屬化滲入硅內(nèi)部，穿透pn結(jié)使器件失效。 多數(shù)電子元器件是靜電敏感器件多數(shù)未采取保護(hù)措施的元器件靜電放電敏感度都是很低，很多在幾百伏的范圍，如MOS單管在100200V之間，GaAs FET在100－300V之間，而且這些單管是不能增加保護(hù)電路的；一些電路尤其是CMOS IC采取了靜電保護(hù)設(shè)計(jì)，可雖然以明顯的提高抗ESD水平，但大多數(shù)也只能達(dá)到2000－4000V，而在實(shí)際環(huán)境中產(chǎn)生的靜電電壓則可能達(dá)到上萬伏（。 Ti公司某一年客戶失效器件原因的分析統(tǒng)計(jì) 1993年從制造商、測試方和使用現(xiàn)場得到的3400例失效案例統(tǒng)計(jì) (a) CC4069 (b) JF709 電路受ESD損傷后的形貌像ESD對電子元器件的危害還表現(xiàn)在它的潛在性。 IC進(jìn)行過可靠性對比試驗(yàn)。直到最近幾年才真正重視和發(fā)展起來。(c) 靜電放電產(chǎn)生的電磁場幅度很大（達(dá)幾百伏/米）頻譜極寬（從幾十兆到幾千兆），對電子產(chǎn)器造成干擾甚至損壞（電磁干擾） 這三種形式對元器件造成的損傷，既可能是永久性的（如功能喪失，不能恢復(fù)），也可能是暫時(shí)性的（如靜電放電產(chǎn)生的干擾使功能暫時(shí)喪失）；既可能是突發(fā)失效，也可能是潛在失效。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)作其他失效。在這整個(gè)過程中，不但包裝因移動(dòng)容易產(chǎn)生靜電外，而且整個(gè)包裝容易暴露在外界電場(如經(jīng)過高壓設(shè)備附近，工人移動(dòng)頻繁、車輛迅速移動(dòng)等)而受到破壞，所以傳送與運(yùn)輸過程需要特別注意以減少損失，避免無謂之糾紛。(2) 對已存在的電荷積聚，迅速可靠地消除掉。還有在材料選擇上，包裝材料要采用防靜電材料，盡量避免未經(jīng)處理的高分子材料。通常利用接地消除器產(chǎn)生帶有異號(hào)電荷的離子與帶電體上的電荷復(fù)合，達(dá)到中和的目的。 體電阻率：指某材料單位厚度上的直流壓降與單位面積上通過的電流之比。 體電阻：根據(jù)ESD “靜電釋放平面材料的體電阻測量”中的定義，體電阻是指材料兩端之間的直流電壓與通過電流的比值，它的單位也是歐姆。 抗靜電性：通常指材料抑制磨擦起電的特性。還有的標(biāo)準(zhǔn)以體電荷密度作為劃分的參數(shù) 根據(jù)防靜電材料的來源分，可以分為天然材料和人造材料兩大類。 防靜電材料的制品 防靜電材料制品的種類相當(dāng)繁多，但主要可以歸為以下幾類： 防靜電服裝和腕帶防靜電服裝和腕帶是消除人體防靜電系統(tǒng)的重要組成部分，可以使消除或控制人體靜電的產(chǎn)生，從而減少制造過程中最主要的靜電來源。松緊帶的內(nèi)層用防靜電紗線編織，外層用普通紗線編織?？筛鶕?jù)實(shí)際需要和成本決定。所以，焊接時(shí)無需拔掉電源頭?！　∫恍╇x子消電器 靜電防護(hù)的具體措施 建立靜電安全工作區(qū) 在具體的制造過程中，建立靜電安全工作區(qū)，采用各種控制方法，將區(qū)域內(nèi)可能產(chǎn)生的靜電電壓保持在對最敏感的元器件都是安全的閾值下。那么安全電阻的上限是怎么確定的呢？是由一秒鐘內(nèi)將5000V靜電電壓衰減到100V安全電壓的最大容許接地電阻值決定的。cm金屬箔電阻值/100mW靜電安工作區(qū)的建立主要包括：（1）設(shè)置防靜電接地系統(tǒng)； 接地電阻10W（GJB12058－90：=100W）；多設(shè)置接地端；一般要與電器地分置等。由于沒有安全工作區(qū)或接地系統(tǒng)，必須特別謹(jǐn)慎！ 防靜電包裝的作用： 防止靜電的產(chǎn)生和積累；（如抗靜電塑料裝運(yùn)管） 使器件的所有管腳短路，等電位；（如金屬標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)電泡沫，對I類靜電敏感器件） 對外電場屏蔽。35V離子化半衰期根據(jù)產(chǎn)品的參數(shù)每年依據(jù)規(guī)范要求的檢查根據(jù)ESD核查表或等效文件 靜電的定性測試法放電聲音法（適用服裝，不能在防靜電區(qū)）煙灰試驗(yàn)法（摩擦15s,2mm上方）（適用塑料容器，包裝袋等）級別描述級別描述P0：無靜電基本聽不到4級：無靜電基本不吸灰P1：稍有靜電柔和而微弱3級：稍有靜電少量吸灰P2：有相當(dāng)?shù)撵o電普通的噼啪聲2級：有相當(dāng)?shù)撵o電吸灰較多P3：顯著帶電強(qiáng)烈的放電聲1級：顯著帶電嚴(yán)重吸灰 現(xiàn)場測試和實(shí)驗(yàn)室測試的項(xiàng)目現(xiàn)場測試試驗(yàn)室測試物體靜電位塑料、橡膠和纖維制品電阻率人體靜電位防靜電薄片狀制品表面電阻地坪泄漏電阻塑料、橡膠和纖維制品靜電半衰期接地電阻防靜電工作服和防靜電膠底鞋桌墊、器具等制品表面電阻布料電荷面密度定性測試離子風(fēng)消電性能 靜電防護(hù)的管理工作（1） 建立完整、嚴(yán)格的防靜電控制程序，貫徹到設(shè)計(jì)、采購、生產(chǎn)工藝、質(zhì)量保證、包裝、存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)雀鳝h(huán)節(jié)和部門,