【正文】 的做法，在抗ESD設(shè)計(jì)和靜電防護(hù)方面都達(dá)到了較高的水平，如上海的貝嶺、南京的富士通、廣東北電等；而其它民品企業(yè)也已經(jīng)意識到靜電問題重要性，并在產(chǎn)品的抗靜電設(shè)計(jì)和生產(chǎn)線的靜電防護(hù)方面投入人員和資金，取得了很好的效果。 與國際上發(fā)達(dá)國家相比，我國在這方面的工作起步要晚很多，差距也較大。美軍標(biāo)883E“微電路試驗(yàn)方法”中關(guān)于ESD等級評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)已先后7次修訂，而且很多標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定軍用微電路必須達(dá)到2kV的ESD等級。這充分說明了ESD潛在損傷對器件可靠性的影響。一組是經(jīng)歷過低于其失效閾值較多電壓的ESD試驗(yàn)而功能完全正常的樣品，另一組是未經(jīng)過任何試驗(yàn)的良品。，器件的功能沒有失效，只是某個(gè)管腳的IV特性發(fā)生了一些變化。由于潛在損傷的器件無法鑒別和剔除，一旦在上機(jī)應(yīng)用時(shí)失效，造成的損失就更大。這是人們對靜電危害認(rèn)識不夠的一個(gè)主要原因。 即器件在受到ESD應(yīng)力后并不馬上失效，而會在使用過程中逐漸退化或突然失效。 。據(jù)美國1988年的報(bào)道，它們的電子行業(yè)中，由于ESD的影響，每年的損失達(dá)50億美元之多；據(jù)日本統(tǒng)計(jì)，它們不合格的電子器件中有45％是由于靜電而引起的；我國每年因靜電危害造成的損失也至少有幾千萬。所以我們說，絕大多數(shù)元器件是靜電敏感器件，需要在制造、運(yùn)輸和使用過程中采取防靜電保護(hù)措施。因此，沒有防護(hù)的元器件很容易受到靜電損傷。 靜電防護(hù)的作用和意義 為什么要在制造過程中采取防靜電控制措施？我們從以下三個(gè)方面來說明。第2章 制造過程的防靜電損傷技術(shù)靜電現(xiàn)象是客觀存在的，防止靜電對元器件損傷的途徑只有兩條：一是從元器件的設(shè)計(jì)和制造上進(jìn)行抗靜電設(shè)計(jì)和工藝優(yōu)化，提高元器件內(nèi)在的抗靜電能力；另一方面，就是采取靜電防護(hù)措施，使器件在制造、運(yùn)輸和使用過程中盡量避免靜電帶來的損傷。靜電脈沖雖然電壓很高，但相對其它EOS應(yīng)力而言其能量較低，放電脈沖時(shí)間很短。在集成電路中，靜電形成的脈沖電流還有可能使寄生的器件導(dǎo)通，產(chǎn)生各種不希望的效應(yīng)，如CMOS電路的閂鎖效應(yīng)和功率晶體管的二次擊穿效應(yīng)等。它有可能使金屬互連線或鍵合線熔化而開路，這常常出現(xiàn)在金屬條截面積小的地方，如鋁條橫跨氧化層臺階處，因這種地方電流密度大而且結(jié)構(gòu)薄弱，容易形成過熱點(diǎn)?！婧蚻25℃下的靜電放電失效電壓值。此外，擊穿電壓高于100V或漏電流小于1nA的pn結(jié)(如JFET的柵結(jié))，比類似尺寸的常規(guī)pn結(jié)對靜電放電更加敏感。這是因?yàn)榉雌珪r(shí)，大部分功率消耗在結(jié)區(qū)中心，而正偏時(shí)，則多消耗在結(jié)區(qū)外的體電阻上。放電回路高阻區(qū)（如pn結(jié)）的橫截面積為A，增加放電回路高阻區(qū)的橫截面積也是減小ESD損傷的重要途徑。因此，增加放電回路的串聯(lián)電阻和電容是減小ESD損傷的有效途徑。由實(shí)際測量得到的和由式()。對于硅而言，ρ＝／cmJ，Cp＝／8而器件內(nèi)部的功率密度大小除與器件自身的材料有關(guān)外，還與靜電放電的電流幅度、脈沖寬度和作用的面積密切相關(guān)。因此，當(dāng)靜電放電電流通過面積很小的pn結(jié)或肖特基結(jié)時(shí)，將產(chǎn)生很大的瞬間功率密度，形成局部過熱，有可能使局部結(jié)溫達(dá)到甚至超過材料的本征溫度(如硅的熔點(diǎn)1415℃)，使結(jié)區(qū)局部或多處熔化導(dǎo)致pn結(jié)短路，器件徹底失效。影響過流失效的主要因素是功率密度。在具有高密度和細(xì)間距金屬化互連的超大規(guī)模集成電路、具有梳狀電極的超高頻晶體管以及具有小間距薄層電極的聲表面波器件中，容易發(fā)生這種失效。 CMOS硅柵器件的柵一源管道漏電 對于雙極型器件，過電壓場致?lián)p傷沒有MOS器件那樣顯著，靜電放電常常在pn結(jié)擴(kuò)散窗口邊緣處的表面附近形成電場，形成局部損傷使pn結(jié)反向電流增大。如果靜電放電能量不足以造成器件的永久性損壞，即擊穿后器件性能有可能恢復(fù)，但已引入潛在缺陷，繼續(xù)使用會經(jīng)常出現(xiàn)低電壓擊穿和漏電增加，不久即會出現(xiàn)致命失效。無論是MOS器件或電容，當(dāng)介質(zhì)層有針孔或缺陷時(shí)，擊穿將首先在針孔或缺陷處發(fā)生。計(jì)算表明，當(dāng)人體電容為100pF、放電電阻為200Ω時(shí)，作為靜電放電源的人體的靜電勢。影響過壓失效的主要因素是累積的靜電電荷量和高電壓。(1) 過電壓場致失效過電壓場致失效是指高阻抗的靜電放電回路中，絕緣介質(zhì)兩端的電極因接受了高靜電放電電荷而呈現(xiàn)高電壓，有可能使電極之間的電場超過其介質(zhì)臨界擊穿電場，使電極之間的介質(zhì)發(fā)生擊穿失效。如果放電回路阻抗較低，絕緣性差，元器件往往會因放電期間產(chǎn)生強(qiáng)電流脈沖導(dǎo)致高溫?fù)p傷，這屬于過電流損傷。過電壓場致失效多發(fā)生于MOS器件，包括含有MOS電容或鉭電容的雙極型電路和混合電路；過電流熱致失效則多發(fā)生于雙極器件，包括輸入用pn結(jié)二極管保護(hù)的MOS電路、肖持基二極管以及含有雙極器件的混合電路。而且，潛在性失效比突發(fā)性失效具有更大的危險(xiǎn)性，這一方面是因?yàn)闈撛谑щy以檢測、而器件在制造和裝配過程中受到的潛在靜電損傷會影響它裝入整機(jī)后的使用壽命；另一方面，靜電損傷具有積累性，即使一次靜電放電未能使器件失效，多次靜電損傷累積起來最終必然使之完全失效。 在使用環(huán)境中出現(xiàn)的靜電放電失效大多數(shù)為潛在失效。突發(fā)性失效是指元器件受到靜電放電損傷后，突然完全喪失其規(guī)定的功能，主要表現(xiàn)為開路、短路或參數(shù)嚴(yán)重漂移，具體模式如：雙極型器件的射一基間短路，場效應(yīng)器件的柵一源間或柵一漏間短路或開路，集成電路的金屬化互連或鍵合引線的熔斷，多晶硅電阻開路， MOS電容介質(zhì)擊穿短路等。器件放電等效電容Cd的大小和器件與周圍物體之間的位置及取向有關(guān)，可見管殼的取向不同，電容可相差十幾倍，因而其靜電放電閾值可以有顯著差別。若在放電過程中，各個(gè)通路的放電特性不同，就會引起相互間的電勢差。由于MOS器件各個(gè)管腿的放電時(shí)間長短相差很大，所以要用不同的放電通路來模擬，每條放電通路都用其等效電容、電阻和電感來表示。開關(guān)S合上表示器件與地的放電接觸，接觸電阻為Rc。(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。這種形式的放電可用所謂帶電器件模型(ChargedDevice Model，CDM)來描述。 充電器件的放電模型在元器件裝配、傳遞、試驗(yàn)、測試、運(yùn)輸和儲存的過程中由于殼體與其它材料磨擦，殼體會帶靜電。機(jī)器放電的模型（Machine Model）。 帶電機(jī)器的放電模式（MM） 機(jī)器因?yàn)槟Σ粱蚋袘?yīng)也會帶電。電弧放電是在人體與被放電體之間有一定距離時(shí)，它們之間空間的電場強(qiáng)度大于其介質(zhì)（如空氣）的介電強(qiáng)度，介質(zhì)電離產(chǎn)生電弧放電，暗場中可見弧光。即接觸放電和電弧放電。其中，Vp帶靜電的人體與地的電位差，Cp帶靜電的人體與地之間的電容量，一般為50250pF；Rp人體與被放電體之間的電阻值，一般為102105Ω。普遍認(rèn)為大部分元器件靜電損傷是由人體靜電造成的。但通過對靜電的主要來源以及實(shí)際發(fā)生的靜電放電過程的研究認(rèn)為，對元器件造成損傷的主要是三種模式，即帶電人體的靜電放電模式、帶電機(jī)器的放電模式和充電器件的放電模式。這兩種過程都可能損傷元器件，損傷的程度與靜電放電的模式有關(guān)。 電子元器件操作環(huán)境的其它靜電源 靜電放電的三種模式 靜電對電子產(chǎn)品的損害有多種形式，其中最常見、危害最大的是靜電放電（ESD）。 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)、儲存、測量和調(diào)試等過程中，會遇到各種各樣的由絕緣材料制成的物品。 器件本身的靜電電子元器件的外殼(主要指陶瓷、玻璃和塑料封裝管殼)與絕緣材料相互摩擦，也會產(chǎn)生靜電。如傳輸帶在傳動(dòng)過程中由于與轉(zhuǎn)軸的接觸和分離產(chǎn)生的靜電，或是接地不良的儀器金屬外殼在電場中感應(yīng)產(chǎn)生靜電等。(6) 人體各部位所帶的靜電電荷不是均等的，一般認(rèn)為手腕側(cè)的靜電勢最高。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。人體電容越小，則因摩擦而帶電越容易，帶電電壓越高，人體電阻越小，則因感應(yīng)帶電越容易。工作服和內(nèi)衣摩擦?xí)r產(chǎn)生的靜電是人體靜電的主要起因之一。 操作者手上的靜電(2) 人體靜電與環(huán)境濕度有關(guān)，濕度越低則靜電勢越高。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。其一，人體接觸面廣，活動(dòng)范圍大，很容易與帶有靜電荷的物體接觸或摩擦而帶電，同時(shí)也有許多機(jī)會將人體自身所帶的電荷轉(zhuǎn)移到器件上或者通過器件放電。 電子生產(chǎn)中產(chǎn)生的靜電勢的典型值（單位：V）事件相對濕度10％40％50％走過乙烯地毯1200050003000在工作椅上操作人員的移動(dòng)6000800400將DIP封裝的器件從塑料管中取出2000700400將印刷電路板裝進(jìn)泡沫包裝盒中21000110005500 靜電的來源在電子制造業(yè)中，靜電的來源是多方面的，如人體、塑料制品、有關(guān)的儀器設(shè)備以及電子元器件本身。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。在高濕度環(huán)境中由于物體表面吸附有一定數(shù)量雜質(zhì)離子的水分子，形成弱導(dǎo)電的濕氣薄層，提高了絕緣體的表面電導(dǎo)率，可將靜電荷散逸到整個(gè)材料的表面，從而使靜電勢降低。又例： 在桌面的聚乙烯袋的靜電勢為幾百伏，當(dāng)人將袋子提起離開桌面時(shí)，因它對地間距增大，電容減小，會使靜電勢增加到幾千伏。將（）帶入（）得： V= （）從（）式也可以了解與靜電電壓有關(guān)的各因素。靜電荷相同，靜電勢可能有數(shù)量級的差別。電容器的電容量C、電容器一個(gè)電極上的電荷量Q和電容器兩個(gè)極間的電位差V之間有如下關(guān)系： V= （），靜電帶電物體的電容對其靜電勢有顯著影響。如果將大地作為零電位，靜電帶電體的靜電電壓顯然有正負(fù)之別，通常說靜電電壓幾千伏或幾萬伏是指其絕對值。前面已經(jīng)提到，帶有靜電電荷的物體之間或者它們與地之間有一定的電勢差，這就稱之為靜電勢，也叫靜電電壓。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。電位、電場、電流等有關(guān)的量都是由于電荷的存在或電荷的移動(dòng)而產(chǎn)生的物理量。 靜電荷 靜電的實(shí)質(zhì)是存在剩余電荷。盡管這時(shí)導(dǎo)體所帶凈電荷量仍為零，但出現(xiàn)了局部帶電區(qū)域。(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。 序號材料序號材料序號材料正電荷方向 173。棉布與玻璃摩擦后所帶電量大于它與尼龍摩擦所帶電量。排在前面的材料與排在后面的材料相互摩擦?xí)r，前者帶正電，后者帶負(fù)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。當(dāng)兩種物體相互摩擦的時(shí)候，接觸和分離幾乎同時(shí)進(jìn)行，是一個(gè)不斷接觸又不斷分離的過程。實(shí)際上，只要兩種不同的物體接觸再分離就會有靜電產(chǎn)生。對絕緣體而言