比较全面的静电基础知识

一、静电的基本概念

1、什么是静电：

静电（Electrostatic）就是物体表面过剩和不足的静止电荷，静电是一种电能，它留存与物体表面；静电是正电荷和负电荷在局部范围内失去平衡的结果；静电是通过电子和离子的转移而形成的。

2、静电放电（ESD Electrostatic Discharge）：

带有不同静电电势的物体或表面之间的静电电荷转移。有两种形式：接触放电，电场击穿放电。

3、关于静电放电名词：

1)静电敏感度(ESDS Electrostatic Discharge Sensitivity)

2)静电敏感器件(ESSD Electrostatic Sensitive Devices)

3)EPA:ESD Protect Area(ESD防护区域)

4)ECA:ESD Control Area(ESD控制区域)

4、静电存在方式：

静电依附于物体（气、液、固体）而存在。如果物体带有过剩的电荷则成为带电体。物体间的电荷转移过程就是起电过程。

5、静电产生方式：

静电产生的方式很多，接触、摩擦、冲流、冷冻、电解、压电、温差等都可以产生静电。

但基本过程可归纳为：接触--》电荷转移 --》偶电层的形成 --》电荷分离

6、静电产生大小关系：

静电的产生及其大小与环境湿度和空气中的离子浓度有密切的关系。在高湿度环境中由于物体表面吸附有一定数量杂质离子的水分子，形成弱导电的湿气薄层，提高了绝缘体的表面电导率，可将静电荷散逸到整个材料的表面，从而使静电势降低。所以，在相对湿度高的场合，如海洋性气候地区(如我国的东南沿海地区)或潮湿的梅雨季节，静电势较低。在相对湿度低的场合，如大陆性气候地区(如我国的北方地区)或干燥的冬季，静电势就高。与普通场所相比，在空气纯净的场所(如超净车间)内，因空气中的离子浓度低，所以静电更加容易产生

7、静电放电的三种方式：

1)带电人体的放电方式(HBM) 由于人体会与各种物体间发生接触和磨擦，又与元器件接触，

所以人体易带静电，也容易对元器件造成静电损伤。普遍认为大部分元器件静电损伤是

由人体静电造成的。

2)带电机器的放电方式（MM）机器因为摩擦或感应也会带电。带电机器通过电子元器件放

电也会造成损伤。这类就叫做：机器放电的模型（Machine Model）

3)充电器件的放电模型（CDM）在元器件装配、传递、试验、测试、运输和储存的过程中

由于壳体与其它材料磨擦，壳体会带静电。一旦元器件引出腿接地时，壳体将通过芯体

和引出腿对地放电。这种形式的放电可用所谓带电器件模型(Charged-Device Model，CDM)

来描述

二、静电危害：

当某些电介质、导体带上静电荷后，尽管所带电荷量不多，但由于自身对大地分布电容非常小，使得静电电位较高。当垂直于带电物体表面的静电电位达到2000伏时，就会向空气放电。

1、在日常生活中的ESD现象：

我们都亲身经历过。譬如，在冬季一间温暖的房间里，走在覆盖地毯的地面时，当你伸手接触门的把手时，就会有电击的感觉；脱下合成纤维衣服时产生噼啪声，夜间还可以看到火花（空气的击穿场强为30kv/cm）；天气干燥时，用塑料梳子梳头时会产生放电声。对于人体而言，这种静电的突然放电不会造成任何伤害；可是，对于ESDS（静电放电敏感器件）器件，静电放电就可能损害电子器件。ESD对电子器件的损害是人体觉察不到的，具有隐蔽性，需通过仪器才能检测出

2、电子器件的静电放电：

电子器件发生ESD事件，主要是各种静电源（人体、工作台等）对电子器件放电所致。在集成电路（integrated circuit）工业中，静电放电可以使集成电路芯片介质击穿，芯线熔断、漏电流增大加速老化、电性能参数改变等等。静电放电对电子器件损害具有潜在和缓慢失效性，这种情况危害更大。通常，ESDS（静电放电敏感器件）器件易发生静电放电，所以，受ESD的危害更大。大多数电子器件采用对静电极为敏感的MOS工艺制作，无论从器件的发展还是器件的应用出发，为了防止ESD对电子器件的危害，有必要对电子器件受静电危害的机理以及相应的防护措施进行探讨。阐明电子器件ESD产生的原因，并对IC的ESD保护提供指导。

3、静电具有以下特性：

1)隐蔽性：除非发生静电放电，人体不能直接感知静电，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，所以静电具有隐蔽性。

2)潜在性：有些会受到静电损伤后的性能没有明显的下降，但多次累加放电会给IC器件造

成内伤而形成隐患。因此静电对IC的损伤具有潜在性。

3)随机性：IC什么情况下会遭受静电破坏呢?可以这么说，从一个IC芯片产生以后一直到

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，其损坏也

具有随机性

4)复杂性：静电放电损伤的失效分析工作，因微电子IC产品的精、细、微小的结构特点而

费时、费事、费财，要求较高的技术并往往需要使用高度精密仪器，即使如此，有些静电

损伤现象也难以与其它原因造成的损伤加以区别；使人误把静电放电损伤的失效当作其它失效，这在对静电放电损害未充分认识之前，常常归因于早期失效或情况不明的失效，从而不自觉地掩盖了失效的真正原因。所以分析静电对IC的损伤具有复杂性。

4、ESD对电子器件侵害方式

1)静电源直接对电子器件放电

ESD事件常常发生在带电导体（包括人体）对ESDS的放电过程中。一般的静电危害是人体或带电导体直接对ESDS放电造成。

2)带电器件对其他导体的静电放电

当静电放电敏感器件在操作过程中，或者与包装材料、机器表面接触后，就会积累静电荷。当器件在包装盒移动或震动时就会发生静电放电。这种放电情况，涉及的电容和能量不同于人体对ESDS器件的放电情况。在某些情况下，CDM事件比HBN事件所造成的危害更大。

3)电场感应放电

感应场可以直接或间接对地造成危害。因为任何带电体周围都存在静电场。如果ESDS 器件进入静电场范围，就会因为感应而带电。如果器件在电场区域内接地，电荷转移到地的过程称为CDM事件。