防静电知识讲座

静电损伤的5个特点
1.隐蔽性 2.潜伏性 3.随机性 4.复杂性 5.严重性
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，产生火花的电 压5-8KV，产生响声的电压810KV。
人体带电和电击感应程度的关系
600 1500
上表是MR.OWEN.J.MCATEER在 1979年7月发表的电子工业工作人员日常 工作所产生的静电强度。 静电电量不大，为什么又会产生如 此高的静电电压？这是由于带电体自身 对大地分布电容非常小，据Q=VC，即可 知其电压大小。如果其静电电荷集中在 一点，由于电容变小，电压就会增大， 当达到一定程度，就会放电。
1.人体型式
即指当人体活动时身体和衣服、 衣服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。
表5人体带电能量与逻辑电路动作能量
项目 能量（uj） 备注 电容100PF，2KV时 人体的静电带电能量 200
人体的静电带电能量 5000
静电放电（ESD）及防护
刘清松
深圳市亨达洋静电技术有限公司
目录
一． 术语及定义 二． 静电的产生 1. 静电现象 2. 静电的产生主要有三种方式： 1.摩擦; 2.感应; 三． 静电对电子工业的影响 1. 静电对电子元件的影响 2. 半导体器件静电击穿及其规律 四. ESD三种型式 1. 人体型式 2. 微电子器件带电型式 3. 场感应型式 五. 静电防护: 1. 接地 2. 屏蔽 3. 中和 六. 防静电产品 七. 防静电的一般工艺规程，或两带 等量异性电荷物体间可容忍的电位差的特有参 数。若物体上的电荷过多，则会对地（或空气） 泄漏。如云层内的静电过多，则会有闪电现象。 若两物体间的电位差过大，则一物体上的 电荷会穿破中间的障碍，跑到低电位的物体上。
二.静电的产生
1.摩擦 2.感应 3.传导
术语及定义
1.静电ELECTROSTATIC DISCHARGE 物体表面过剩或不足的静止的电荷 2.静电场：静电在其周围形成电场 3.静电放电ELECTROSTATIC DISCHARGE（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 行放电现象。 4. 静电敏感度（ ELECTROSTATIC SUSCEPTIVITY） 元器件所能承受的静电放电电压
图1
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，而产生静电的最普通方 法，就是摩擦生电。 摩擦是产生静电的主要途径，任何一种材料： 固体，气体或液体，不管它是导体还是绝缘体，都 可能摩擦带电，带电量的大小和极性，取决于这两 种材料本身的特性和其它因素的影响，在日常生活 中,所感知的都是绝体带静电,而金属材料很少带静电, 这是由于绝缘体电子不活泼,产生的静电不易走,故残 留静电很高,而金属导电良好,所产生的静电可以通过 很多途径泄放掉,故残留静电很少.按照材料受摩擦后 产生正电或负电的可能性。
DRAM电路参数的演变
参数 集成度/芯片（个） 设计规则（μm） 掩模数（块） 芯片面积（MM2） 氧化膜厚（A） 结深（μm） ULSI 107-9 <1 12-18 50-100 0.1 VLSI 105-7 1-3 10-5 -1 8-15 25-50 0.2-0.5 LSI 103-5 3-5 1-10 6-10 10-25 0.5-1.2 MSI 102-3 5-10 10-100 5 10 1.2-2
5.静电敏感器STATIC SENSITIVITY DEVICE （SSD） 对静电放电敏感的器件 6.接地电气连接到能供给或接受大量电荷的物 体，如大地，船等. 7. 中和 NEUTRALIZATION 利用异性电荷使 静电消失 8.防静电工作区STATIC SAFE AREA配备各 种防静电设备和器材，能限制静电电 位，具有明确的区域界限和专门标记的适于 从事静电防护操作的工作场地
3．场感类型式
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。（参考半导体器件静电击穿 及其规律附1）
五.静电防护
• • • • • 1. 接地 2.屏蔽 3.中和 4.增湿 5.ESDS器件保护网络
<10-5 功 率 。 延 迟 积 （ PJ）
100-150 150-400 400-900 900-1000
日常生活中各种行为所产生的静电
活动情形 静电强度
相对温度10-20%
相对温度65-95%
走过地毯
走过塑胶地板 在台面上工作
35000
12000 6000
1500
250 100
拿 走 塑 胶 文 件 7000 夹，袋 工作椅垫磨擦 18000
ESD引起的典型金属门短路
半导体在静电放电下被破坏
这三种情况中，如果元件全然破坏，易被 察觉而排除，影响较小，如果元件轻微受损， 在正常测试下不易发现，甚至已在使用时，才 发现破坏，不但检查不易，而且其损失亦难以 预测。 最近的研究结果表明：静电放电还能造成 比降低整个生产量更严重的问题，任何部件测 试时，可能并没有发现由于静电放电所造成的 器件残次，如果在后装配工序发现器件失效， 将导致返工，或更换器件造成的成本增加。但 是，一但器件在工作现场失效，其修理或更换 的费用，就会比制造阶段所发现问题并解决所 需的费用多花100倍以上。
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。
一)静电现象
• 静电现象是日常生活中普遍遇到 的物理现象，大至雷电，小至摩 擦生电，等等
1.摩擦
任何物质都是由原子组合而成， 而原子的基本结构为质子,中子及电 子。在正常情况下，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。当 物体表面的分子带有电荷或被极化 时，造成电子分布的不平衡，带电 现象就产生了.
5.严重性
ESD问题表面上看来只影响 了制成品的厂家，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。
四.ESD三种型式
• 人体型式（HBM） • 微电子器件带电型式（CDM） • 场感应型式 • 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。
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，如图， 此时接地，物体B中的正电荷就会与 大地的负电荷中和，再断开接地， 问题B就会带负电荷。
图2
3.传导
三.静电对电子工业的影响
由于科技进步，电子行业产品采用了大量大规模集成 电路，而电子技术的发展，使这些集成电路可朝着更小体 积，更多功能，更为可靠的方向发展。这些元器件已成为 目前电子工业的基本要求，但是这类元器件的特性是线路 间距小。线路面积小。但同时也因为线路缩小，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， 各种活动的所产生的静电强度因环境的不同而有相当的变 化。
静电防护的意义
• • • • 1，减少损失（美国：USD200亿） 2，提高产品质量和可靠性 3，提高生产效率 4，回报比达1：95以上
电子工业那些过程会产生静电 危害
• • • • • 元件制造过程：切割、接线、检验 印刷电路板生产过程：插入、焊接、包装 设备制造过程：储存、装配 设备使用过程：安装、试验 设备维修过程：拆卸、检查 从元件的制造、使用到维修的任一环节， 静电已成为电子工业的隐形的致命杀手。
D.放电产生电磁场（电磁干扰）
这四种特性，既可能对电子元件造成： A）元件吸附灰尘，改变线路间的阻抗， 影响元件的功能与寿命。（一般情况下，物 体产生的静电，其静电力可达每平方米1/2牛 顿） B）因电场或电流破坏元件的绝缘或导 体，使元件不能工作（或完全破坏） C）因瞬间的电场或电流产生的热，元 件受伤(热熔)，虽仍能工作，但寿命受损。 D）电磁干扰影响功能
VMOS MOSFET GaaSFET EPROM
250-3000
30-1800 100-200 100-300 100
JFET
SAW OP-AMP
140-7200
150-500 190-2500
静电对电子产品的影响
静电的基本物理特征为： A.吸引或排斥的力量（吸尘） B.与大地间有电位差（场击穿） C.会产生放电电流 （热熔断）
体带电电位 (KV) 1.0 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 电击感应强度 无任何感觉 无任何感觉 手指外侧有感觉，但不疼 放电部分有针刺感,微颤抖感觉,但不疼 有像针刺样的痛感 手指有微痛感,好像用针深深地刺一下 手掌至前腕有电击的痛感 感到手指强烈疼痛,电击后手腕有沉重感 手指手掌感到强烈疼痛,有麻木感 手掌至前腕有麻木感 手腕感到强烈疼痛,手麻木而沉重 全手感到强烈疼痛和电流流过感 由指尖延出放电的发光 可看到放电时发光 发生微弱放电声 备 注
TTL 74 TTL 74 LS 100x10-6 19x10-6